DE2933120A1 - Elektrisches system fuer kraftfahrzeuge - Google Patents

Elektrisches system fuer kraftfahrzeuge

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Description

Ford/US-989/lO.
5585 Z/DRR-21 Sp pt
Patentanmeldung
Elektrisches System für Kraftfahrzeuge
Die Erfindung bezieht sich auf ein elektrisches System für Kraftfahrzeuge, mit einem vom Verbrennungsmotor getriebenen Generator, der einen Akkumulator auflädt, dessen negativer Pol über ein Mas se kabel mit dem Motorblock verbunden ist und dessen positiver Pol über Leitungen und Schalter mit elektrischen Verbrauchern, wie z. B. einem Anlassermotor verbunden ist und wobei ein Abgassensor über eine Signal- und Bezugsklemme mit einer elektronischen Steuereinheit verbunden ist, die unmittelbar am Pluspol und am negativen Bezugspol des Akkumulators angeschlossen ist.
Bei einem bekannten elektrischen System der eingangs genannten Art ist ein Abgassensor oder auch eine sogenannte Lambda-Sonde in der Abgasleitung des Verbrennungsmotors angeordnet und erzeugt ein Spannungssignal im Bereich von Millivolt,das repräsentativ dem Partialdruck des Sauerstoffs im Abgas des Verbrennungsmotors ist. Ist das dem Verbrennungsmotor zugeführte Kraftstoff-Luft-Gemisch reich,
030012/0654
Ford/US-989/lO. August 1979
so erzeugt der Abgassensor ein Spannungssignal im Bereich von 800 bis 900 Millivolt und ist das Kraftstoff-Luft-Gemisch mager, so erzeugt der Abgassensor ein Spannungssignal im Bereich von 0 bis 100 Millivolt. Der Abgassensor zeigt somit einen abrupten Übergang zwischen den beiden Spannungsniveaus auf, sobald das dem Verbrennungsmotor zugeführte Kraftstoff-Luft-Gemisch sich von reich nach mager oder in umgekehrter Richtung verändert.
Der Abgassensor kann normalerweise ein handelsüblicher Sensor auf Zirkonium-Basis sein und wird unmittelbar in der aus leitendem Material bestehenden Abgasleitung des Verbrennungsmotors eingeschraubt. Der Abgassensor ist mit seiner Signalklemme über eine Leitung mit einer elektronischen Steuereinheit verbunden, die in Abhängigkeit vom Sensorsignal die Zusammensetzung des dem Verbrennungsmotor zugeführten Kraftstoff-Luft-Gemisches steuert. Das Bezugspotential für den Abgassensor wird an einer Bezugsklemme abgenommen, die in der Nähe des Abgassensors an der Abgasleitung angeordnet ist und die über eine Leitung gleichfalls mit der elektronischen Steuereinheit verbunden ist.
Unglücklicherweise ist jedoch während eines Startvorganges des Verbrennungsmotors der Stromfluß zwischen dem Motorblock und dem negativen oder auch Bezugspol des Akkumulators sehr beträchtlich. So kann dieser Stromfluß etwa 40 Ampere oder mehr erreichen und, obwohl zwischen dem Motorblock und dem negativen Bezugspol des Akkumulators nur ein geringer Widerstand von z. B. 0, 2 Ohm vorliegt, zu einem Spannungsabfall im Bereich von 800 Millivolt führen. Da der negative Bezugspol des Akkumulators normalerweise direkt mit der elektronischen Steuereinheit verbunden ist, um von dieser die hochfrequenten Stör spannungen, wie sie am Motorblock auftreten, fernzuhalten, und am Massekabel, wie erwähnt, erhebliche Spannungs abfalle auftreten können, kann das Sensorsignal völlig verlorengehen oder von der elektronischen Steuereinheit nicht mehr eindeutig erfaßt werden.
03001 2/0654
Ferd/US-98-9/'lO. August 1979
Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, in einem elektrischen System für Kraftfahrzeuge der eingangs genannten Art einen Schaltung steil in die elektronische Steuereinheit einzufügen, der ein gegenüber den veränderlichen Spannungsabfällen am Massekabel kompensiertes Abgassensor-Spannungssignal erzeugt.
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst, indem bei einem elektrischen System der eingangs genannten Art, die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 aufgezeigten Maßnahmen angewendet werden.
Dadurch, daß die elektronische Steuereinheit einen Schaltungsteil aufweist, der aus einem Differenzverstärker besteht, dessen positiver Eingang mit einer Spannung proportional der Spannungsdifferenz zwischen der Signalklemme des Abgassensors und dem Bezugspol des Akkumulators und dessen negativer Eingang mit einer Spannung proportional der Spannungsdifferenz zwischen der Bezugsklemme des Abgassensors und dem Bezugspol des Akkumulators beaufschlagt ist, wird am Ausgang des Differenzverstärkers ein kompensiertes Abgassensor-Spannungssignal bereitgestellt.
In den Patentansprüchen 2 bis 5 sind weitere zweckmässige Ausbildungen des Erfindungsgegenstandes aufgezeigt.
Die Erfindung wird anhand eines in der beiliegenden Zeichnung gezeigten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigt :
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines elektrischen
Systems für ein Kraftfahrzeug an dem die Erfindung anwendbar ist und
Fig. 2 eine schematische Darstellung des Schaltungsteiles
gemäß der Erfindung, der vorzugsweise in die Schaltung der elektronischen Steuereinheit eingefügt werden
SOlL 030012/0654
Fo_rd/US-9B9/lO. August 1979
293312Q ■ζ* -
In Fig. 1 ist ein elektrisches System 10 für ein Kraftfahrzeug schematisch dargestellt. Das Kraftfahrzeug (nicht gezeigt) weist einen Verbrennungsmotor 12 auf, dessen Hauptteil, der Motorblock aus leitendem Material besteht. Der Verbrennungsmotor 12 weist einen Generator auf, der einen Akkumulator 20 auflädt, der die Spannungsquelle für die Vielfalt der elektrischen Verbraucher des Kraftfahrzeuges bildet.
Das elektrische System 10 weist einen Anlassermotor 16 auf, der über einen Schalter 18 mit dem positiven Pol 24 des Akkumulators 20 verbunden ist. Der negative Pol 26 des Akkumulators 20 ist über eine Masseleitung 28 mit dem Motorblock 30 verbunden. Das elektrische System 10 weist eine elektronische Steuereinheit 22 auf, die mit einem Abgassensor 34 zusammenarbeitet, der mit ihr über eine Leitung 36 verbunden ist, die das an der Signalklemme 33 des Abgassensors 34 anfallende Sensorsignal an die Steuereinheit 22 weiterleitet.
Der Abgassensor 34 kann hierbei vom Typ eines "festen Elektrolyten" (z. B. Zirkonium) oder eines "variablen Widerstandes" (z. B. Titan) sein. Im vorliegenden Fall wird davon ausgegangen, daß der Abgas sensor 34 ein handelsüblicher Zirkonium-Abgas sensor ist,der ein proportional dem Verhältnis des Logarithmus des atmosphärischen Sauerstoffdruckes und des Sauerstoffdruckes im Abgas des Verbrennungs motors erzeugt. Das Abgassensor-Spannungssignal Vs wird zwischen der Signalklemme 33 und der Bezugsklemme 38 abgenommen und über die Leitungen 36 und 40 der elektronischen Steuereinheit 22 zugeführt.
Die elektronische Steuereinheit 22 erhält ihre Versorgungsspannung über die Leitungen 42 und 44, wobei die Leitung 44 mit dem negativen Bezugspol 26 des Akkumulators 20 und die Leitung 42 mit dem positiven Pol 24 des Akkumulators 20 verbunden ist. Diese unmittelbare Verbindung der elektronischen Steuereinheit 22 mit dem Akkumulator 20 wird vorgenommen, um die am Motorblock auftretenden hochfrequenten Störspannungen von der elektronischen Steuereinheit 22 fernzuhalten.
03 00 12/0654
Ford/US-989/10. August 1979
293312Q
Solange kein Stromfluß über die Masseleitung 28 stattfindet, ist es selbstverständlich, daß der Pol 26 und die Klemme 30 am Motorblock das gleiche elektrische Spannungspotential aufweisen. Darüberhinaus weist durch die sehr große Masse an leitenden Material zwischen der Klemme 30 und der Bezugsklemme 38 audidiese Klemme 38 das gleiche Spannungspotential auf, auch wenn ein Stromfluß innerhalb des Motorblockes stattfinden sollte.
Nehmen wir an, daß der Verbrennungsmotor 12 gestartet werden soll, so wird über den Schalter 18 eine Verbindung zwischen den Anschlüssen 54 und 56 hergestellt und der Anlassermotor 16 über die Leitungen 52 und 58 mit einem Anlaßstrom Is versorgt, der es dem Anlaßermotor 16 ermöglicht, den Verbrennungsmotor 12 zu starten. Der Anlaßstromkreis ist hierbei über das Massekabel 28 geschlossen. Dementsprechend fließt beim Starten des Verbrennungsmotors im Massekabel 28 ein verhältnismässig großer Strom von 40 Ampere oder mehr und es tritt ein beträchtlicher Spannungsabfall zwischen den Klemmen 30 am Motorblock 12 und dem negativen Bezugspol 26 am Akkumulator 20 auf. Da die Klemme 30 am Motorblock 12 und die Bezugsklemme 38 des Abgassensors 34 an der Abgasleitung 32 durch die Tatsache, daß sie über eine große elektrisch leitende Masse miteinander verbunden sind, gleiches Spannungs potential aufweisen, entspricht der Spannungsabfall an der Masseleitung 28 sehr weitgehend dem Spannungsabfall Vg, der zwischen den Leitungen 40 und 44 festzustellen ist.
Der Spannungsabfall Vg ist unter diesen Umständen mit Bezug auf den negativen Bezugspol 26 des Akkumulators 20 positiv.
Sobald der Verbrennungsmotor gestartet ist, unterbricht der Schalter die Verbindung zwischen den Anschlüssen 54 und 56. Der laufende Verbrennungsmotor 12 treibt den Generator 14 an und dieser erzeugt eine gleichgerichtete Spannung, die zu einem Ladestrom Ic führt, der über die Leitung 50 zum positiven Pol 24 des Akkumulators 20 fließt.
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Ford/US-9S9/lO. August 1979
293312Q
Der Generator 14 ist mit dem Motorblock 12 elektrisch leitend verbunden, so daß der Stromkreis des Ladestromes Ic über das Massekabel 28 geschlossen wird. Die Richtung des Stromflußes im Massekabel ist hierbei umgekehrt.
Dementsprechend ist der Spannungsabfall Vg unter diesen Umständen gegenüber dem negativen Bezugspol 26 des Akkumulators 20 negativ.
Auch In diesem Fall kann der Spannungsabfall Vg über das Massekabel einen Wert erreichen, der im Hinblick auf die Höhe des zwischen der Signalklemme 33 und der Bezugsklemme 38 des Abgassensors 34 abgenommene Spannungs signal beträchtlich ist. Da die elektronische Steuereinheit 22 auf Schwankungen des Abgas sens or -Spannungs signales reagieren soll, ist es wünschenswert, daß eine Kompensation dieses Signales im Hinblick auf die durch veränderliche Ströme im Massekabel 28 hervorgerufenen Spannungs abfalle erreicht wird.
Die vorliegende Erfindung schafft einen Schaltungsteil zum Erzeugen eines kompensierten Abgassensor-Spannungssignals. Das kompensierte Spannungs signal ist gleich oder proportional dem Spannungs signal des Abgassensors 34, das zwischen der Signalklemme 33 und der Bezugsklemme 34 abgenommen wird, indem es auf das Potential des negativen Bezugspols 26 des Akkumulators 20 bezogen wird, der auch Bezugspol für die elektronische Steuereinheit 22 ist. Das kompensierte Spannungssignal ist gegenüber den in verschiedenen Richtungen und Größen fließenden Strömen im Massekabel 28 und den daraus resultierenden positiven und negativen Spannungsabfällen kompensiert.
In Fig. 2 ist dieser Schaltungsteil innerhalb der elektronischen Steuereinheit 22 schematisch dargestellt.
030012/0654
Vo-rd/US-985/10. August 1979
Die Schaltung der elektronischen Steuereinheit 22 wird von den Polen 24 und 26 des Akkumulators 20, wobei der letztere den Bezugs pol bildet, über Leitungen 42 und 44 mit Spannung versorgt. Die elektronische Steuereinheit 22 kann eine interne Spannungskonstanthaltung 60 aufweisen, die für eine bestimmte Gleichspannung mit Bezug auf die Spannung am Bezugspol 26 sorgt. Die bestimmte Gleichspannung liegt hierbei zwischen den Leitungen 62 und 44. Über Leitungen 68 und 72 werden zwei Differenzverstärker 64 und an die Leitung 62 mit der bestimmten Gleichspannung angeschlossen. Die Differenzverstärker 64 und 66 sind jedoch über Leitungen 70 und 74 mit der Leitung 40 verbunden, die von der Bezugsklemme des Abgassensors 34 kommt. Durch die Verbindung der Verstärker-Versorgungsleitungen 70 und 74 mit der Leitung 40 zur Bezugs klemme 38 anstelle der Leitung 44 zum Bezugspol 26 wird eine Kompensation des Spannungssignales gegenüber beiden, positiven und negativen Spannungsabfällen Vg im elektrischen System erreicht.
Das vom Abgas sensor 34 erzeugte Spannungs signal ist mit Vs bezeichnet und stellt die Spannungsdifferenz zwischen der Signalklemme und der Bezugsklemme 38 des Abgassensors 34 dar. Dieses Spannungssignal Vs zusammen mit den SpannungsabfäUen Vg bildet die Gesamtspannung gegenüber der Spannung am Bezugspol 26 bzw. in der Leitung 44. Diese Gesamtspannung Vs + Vg wird über einen Eingangswiderstand 63 dem positiven Eingang des Differenzverstärkers 64 zugeführt, der als Impedanzwandler (Emitterfolger) geschaltet ist. Der Ausgang 76 des Verstärkers 64 ist über eine Leitung 78 mit dem negativen Eingang des Verstärkers verbunden, um die gewünschte Impedanzwandler-Charakteristik zu erzielen. Der Impedanzwandler wirkt als hochohmiger Eingang der Schaltung der elektronischen Steuereinheit 20,um Ladungseffekte am Abgassensor 34 möglichst zu verringern.
03 0 0 12/0654
Ford/US-96-9/10. August 1979
293312Q
-W-
A(T
Die Gesamtspannung Vs + Vg, die am Ausgang 76 erscheint, wird zu einem Spannungsteiler 84 geführt, der aus Widerständen 80 und besteht. Der Spannungsteiler 84 ist mit dem positiven Eingang des Differenzverstärkers 66 verbunden. Die Spannung Vg an der Leitung 40 wird über einen Eingangswiderstand 98 zu einem Verzweigungspunkt 96 geführt, der mit dem negativen Eingang des Differenzverstärkers 66 verbunden ist. Der Ausgang 90 des Differenzverstärkers 66 ist mit seinem negativen Eingang über negative Rückkopplungskomponenten einschließlich eines Widerstandes 92 und eines parallel hierzu geschalteten Filterkondensators oder Hochfrequenzkondensators 94 verbunden. Die Widerstände 92 und 98 bestimmen die Verstärkung des Differenzverstärkers 66, so daß die Ausgangs spannung Vo , die am Ausgang 90 des Differenzverstärkers 66 bereitgestellt wird, gleich ist der Verstärkung G des Differenzverstärkers 66 multipliziert mit den Spannungssignal Vs des Abgassensors 34. Die Aus gangs spannung Vo, die somit die kompensierte Sens or spannung darstellt, wird innerhalb der elektronischen St euer einheit 22 in einer Weise weiterverarbeitet, die für die vorliegende Erfindung nicht wesentlich ist.
Das Verhältnis des Wertes des Widerstandes 92 zum Wert des Widerstandes 98 bestimmt die Verstärkung G des gesamten Schaltungsteiles. Der Spannungsteiler mit den Widerständen 80 und 82 wird benötigt, um die höhere Verstärkung des Differenzverstärkers 66 bei einem positiven Eingangssignal gegenüber der Verstärkung bei einem negativen Eingangssignal auszugleichen.
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Ford/Ua-989/10. August 1979
Um jede Beeinflußung des Abgassensor-Spannungssignales Vs unbeeiriträchtigt von den veränderlichen Spannungsabfällen Vg zu halten und eine Ausgangsspannung bzw. ein kompensiertes Abgassensor-Spann ungs signal Vo zu erreichen, das eine genaue Funktion des Abgass ens or-Spannungs signale s Vs ist, (Vo ist = GVs), ist es erforderlich, daß die Widerstände 80 und 82 Werte von R + R aufweisen, die die nachfolgende Bestimmung erfüllen:
R82 = G
R80 + R82
Aus dem Vorhergehenden ist zu ersehen, daß bei einem elektrischen System der eingangs genannten Art durch einen Schaltungsteil gemäß der Erfindung eine Verbesserung erzielt wird, injdem ein kompensiertes Ab gas s ens or-Spannungs Signal Vo bereitgestellt wird, das gleich oder proportional dem Spannungs signal Vs ist, das von einem Abgas sensor im elektrischen System erzeugt wird und in„dem das Spannungs signal Vo das .proportional dem Spannungssignal Vs ist, in Bezug zum negativen Bezugspol 26 gesetzt wird, anstelle in Bezug zur Bezugsklemme 38 auf die das Spannungs signal Vs bezogen ist. Auf diese Weise ermöglicht die Verbesserung der vorliegenden Erfindung der elektronischen Steuereinheit 22 eindeutig auf Spannungs signale eines Abgassensors im elektrischen System zu reagieren,da dieses Spannungs signal gegenüber störenden Spannungs abfällen im elektrischen System kompensiert ist.
030012/0654
e e r s e

Claims (1)

  1. Eord/U-S-989/lO. August 1979
    Patentansprüche
    Elektrisches System für Kraftfahrzeuge, mit einem vom Verbrennungsmotor getriebenen Generator, der einen Akkumulator auflädt, dessen negativer Pol über ein Massekabel mit dem Motorblock verbunden ist und dessen positiver Pol über Leitungen und Schalter mit elektrischen Verbrauchern wie z. B. einem \nlassermotor, verbunden ist und wobei ein Abgassensor über eine Signal-und eine Bezugsklemme mit einer elektronischen Steuereinheit verbunden ist, die unmittelbar am Pluspol und am negativen Bezugspol des Akkumulators angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Steuereinheit (22) einen Schaltungsteil aufweist, der aus einem Differenzverstärker (66) besteht, dessen positiver Eingang (84) mit einer Spannung proportional der Spannungsdifferenz zwischen der Signalklemme (33) des Abgassensors (34) und dem Bezugspol (26) des Akkumulators(20) und dessen negativer Eingang mit einer Spannung proportional der Spannungsdifferenz zwischen der Bezugsklemme (38) des Abgassensors (34) und dem Bezugspol (26) des Akkumulators (20) beaufschlagt ist und an seinem Ausgang (90) ein kompensiertes Abgas sens or-Spannungs signal (Vo) bereitstellt.
    Elektrisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der positive Eingang des Differenzverstärkers (66) über einen Spannungsteiler (84), der über einen Widerstand (80) von der Signalklemme (33) her und über einen Widerstand (82) vom Bezugspol (26) her angeschaltet ist, beaufschlagt ist.
    Elektrisches System nach Anspruch 2, dadurchgekennzeichnet, daß dem positiven Eingang des Differenzverstärkers (66) weiterhin ein als Inpedanzwandler (Emitterfolger) geschalteter Differenzverstärker (64) zur hochohmigen Verbindung der Signalklemme (33) mit dem Spannungsteiler (84) vorgeschaltet
    ist. 030012/0654
    Foid/US-989/lO. August 1979
    -Z-
    4. Elektrisches System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Differenzverstärker (66) seine Versorgungsspannung von der Bezugsklemme (38) des Abgassensors (34) erhält.
    5. Elektrisches System nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Differenzverstärker (66) und der als Impedanzwandler geschaltete Differenzverstärker (64) an einer gemeinsamen Ve rs or gungs spannung anliegen.
    0 3 C 0 12/0654
DE2933120A 1978-09-07 1979-08-16 Anordnung zum Regeln des Kraftstoff-Luftverhältnisses bei Brennkraftmaschinen in Kraftfahrzeugen Expired DE2933120C2 (de)

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