DE2933120C2 - Anordnung zum Regeln des Kraftstoff-Luftverhältnisses bei Brennkraftmaschinen in Kraftfahrzeugen - Google Patents
Anordnung zum Regeln des Kraftstoff-Luftverhältnisses bei Brennkraftmaschinen in KraftfahrzeugenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Regeln des Kraftstoff-Luftverhältnisses bei Brennkraftmaschinen
in Kraftfahrzeugen, mit einer in der Abgasleitung der Maschine angeordneten und mit dieser mit ihrem
Gehäuse leitend verbundenen Abgassonde zum Erzeugen eines das Kraftstoff-Luftverhältnis wiedergebenden
Spannungssignals, welches der positiven Eingangsklemme eines Differenzverstärkers in einer elektronischen
Regeleinrichtung zuführbar ist, deren Energieversorgung an die mit ihrer negativen Klemme über ein Massekabel
mit dem Maschiiienblock verbundene Fahrzeugbatterie angeschlossen ist.
Anordnungen dieser Art sind aus der DE-OS 59 054 und auch der US-PS 39 48 081 bekannt. Bei
den bekannten Anordnungen wird der Differenzverstärker unmittelbar von den Batterieklemmen aus mit
Spannung versorgt. Die in der Abgasleitung der Brennkraftmaschinen angeordnete Abgassonde — auch
Lambda-Sonde genannt — erzeugt ein Spannungssignal im Bereich von Millivolt, das repräsentativ für den Partialdruck
des Sauerstoffs im Abgas der Brennkraftmaschine ist Ist das der Brennkraftmaschine zugeführte
Kraftstoff-Luft-Gemisch reich, so erzeugt die Abgassonde ein Spannungssignal im Bereich von 800 bis 900
Millivolt, und ist das Kraftstoff-Luft-Gemisch mager, so
erzeugt die Abgassonde ein Spannungssignal nur im Bereich von 0 bis 1000 Millivolt. Das Spannungssignal
der Abgassonde weist somit einen markanten Sprung auf, sobald das Kraftstoff-Luft-Gemisch sich von reich
nach mager oder in umgekehrter Richtung verändert
ίο Die Abgassonde ist normalerweise eine handelsübliche
Sonde auf Zirkonium-Basis und wird unmittelbar in die aus leitendem Material bestehende Abgasleitung
der Brennkraftmaschine eingeschraubt Die Abgassonde ist mit ihrer Signalklemme über eine Signalleitung
mit einer elektronischen Regeleinrichtung verbunden, die in Abhängigkeit vom Sondensignal die Zusammensetzung
des der Brennkraftmaschine zugeführten Kraftstoff-Luft-Gemisches steuert. Das Bezugspotential für
die Abgassonde wird an einer Bezugsklemme abgenommen, die sich unmittelbar am Gehäuse der Abgassonde
angeordnet und über eine weitere Leitung gleichfalls mit der elektronischen Regeleinrichtung verbunden ist
Unglücklicherweise tritt während des Andrehens der
Brennkraftmaschine zwischen dem Maschinenblock und der negativen Klemme der Fahrzeugbatterie, an
welche der Maschinenblock über ein Massekabel angeschlossen isi, ein beträchtlicher Stromfluß auf, der 40
Ampere und mehr erreichen kann und trotz des geringen Widerstandes des Massekabels von beispielsweise
0,2 Ohm zu einem Spannungsabfall im Bereich von 800 Millivolt führen kann. Da die elektronische Regeleinrichtung
bei den bekannten Anordnungen unmittelbar mit der negativen Klemme der Fahrzeugbatterie verbunden
ist, um die hochfrequenten Störspannungen, die während des Betriebs am Maschinenblock auftreten,
von der elektronischen Regeleinrichtung fernzuhalten, und am Massekabel, wie erwähnt, beim Andrehen der
Brennkraftmaschine erhebliche Spannungsabfälle auftreten, kann das Signal der Abgassonde in diesem Betriebszustand
verlorengehen oder von der elektronischen Regeleinrichtung nicht mehr eindeutig erfaßt
werden.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die bekannten Regeleinrichtungen der eingangs genannten
Art dahingehend zu verbessern, daß ein gegenüber den veränderlichen Spannungsabfällen am Massekabel
kompensiertes Abgassonden-Spannungssignal erzeugt wird, das eine eindeutige Erfassung auch während
des Andrehens der Brennkraftmaschine gestattet
Bei der bekannten Anordnung zum Regeln des Kraftstoff-Luftverhältnisses
nach der DE-OS 26 59 054 wird zwar auch bereits versucht, Fehler bei der Erfassung des
Abgassondensignals während des Andrehens der Brennkraftmaschine auszuschalten. Dabei handelt es
sich jedoch um Fehler, die auf der Temperatur der Abgase beruhen und deren Beseitigung demzufolge den
veränderlichen Spannungsabfällen am Massekabel nicht Rechnung zu tragen vermag.
Die Erfindung löst demgegenüber die vorstehende Aufgabe dadurch, daß von einer Bezugsklemme am Gehäuse der Abgassonde eine gesonderte Leitung zur elektronischen Regeleinrichtung geführt ist, an welche der Differenzverstärker mit seiner negativen Vcrsorgungsklemme angeschlossen ist, und daß ein den Ver-Stärkungsgrad des Differenzverstärkers bestimmender Spannungsteiler, dessen Abgriff mit dem negativen Eingang des Differenzverstärkers verbunden ist, zwischen den Ausgang des Differenzverstärkers und die geson-
Die Erfindung löst demgegenüber die vorstehende Aufgabe dadurch, daß von einer Bezugsklemme am Gehäuse der Abgassonde eine gesonderte Leitung zur elektronischen Regeleinrichtung geführt ist, an welche der Differenzverstärker mit seiner negativen Vcrsorgungsklemme angeschlossen ist, und daß ein den Ver-Stärkungsgrad des Differenzverstärkers bestimmender Spannungsteiler, dessen Abgriff mit dem negativen Eingang des Differenzverstärkers verbunden ist, zwischen den Ausgang des Differenzverstärkers und die geson-
derie Leitung geschaltet ist
Durch die erfindungsgemäße Verlegung der negativen Spannungsversorgung des Differenzverstärker
von der negativen Klemme der Fahrzeugbatterie zur Bezugsklemme der Abgassonde und die erfindungsgemäße
Schaltung des Spannungsteilers zur Bestimmung des Verstärkungsgrades des Differenzverstärkers wird
der über das Massekabel abfließende Strom aufgabengemäß derart kompensiert, daß im Gegensatz zu <jen
bekannten Anordnungen schon beim Andrehen der Brennkraftmaschine die Abgassonde einwandfrei arbeitci.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen 2 und 3 aufgezeigt
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung gezeigten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigt
F i g. 1 in schematischer Darstellung die Brennkraftmaschine
eines Kraftfahrzeugs mit ihrer elektrischen Anlage und einer an der Abgasleitung angebrachten
Abgassonde und
F i g. 2 die Schaltung der an die Abgassonde angeschlossenen elektronischen Regeleinrichtung.
In Fig. 1 ist die elektrische Anlage 10 eines Kraftfahrzeugs
schematisch dargestellt. Das (nicht gezeigte) Kraftfahrzeug hat eine Brennkraftmaschine 12, deren
Hauptteil, der Maschinenblock, aus leitendem Material besteht. Die Brennkraftmaschine 12 treibt einen gemeinhin
als Lichtmaschine bezeichneten Generator 14, der eine Fahrzeugbatterie 20 auflädt, weiche die Spannungsquelle
für eine Vielzahl elektrischer Verbraucher innerhalb des Kraftfahrzeugs bildet.
Die elektrische Anlage 10 weist ferner einen Andrehmotor 16 auf, der über einen Zündschalter 18 mit der
positiven Klemme 24 der Fahrzeugbatterie verbunden werden kann. Die negative Klemme 26 der Fahrzeugbatterie
20 ist über eine Masseleitung 28 mit einer Klemme30 am Maschinenblock verbunden.
Die elektrische Anlage 10 weist außerdem eine elektronische
Regeleinrichtung 22 auf, die mit einer in der Abgasleitung32der Brennkraftmaschine ^angeordneten
Abgassonde 34 zusammenarbeitet, welche mit der Regeleinrichtung 22 über eine Leitung 36 verbunden ist,
die das an der Signalklemme 33 der Abgassonde 34 anfallende Spannungssignal an die Regeleinrichtung 22
weiterleitet.
Die Abgassonde 34 kann vom Typ eines »festen Elektrolyten«,
z. B. Zirkonium, oder eines »variablen Widerslandes«, z. B. Titan, sein. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird davon ausgegangen, daß die Abgassonde
34 eine handelsübliche Zirkonium-Sonde ist, die ein Signal proportional dem Verhältnis des Logarithmus des
Sauerstoffdrucks in der Atmosphäre zum Logarithmus des Sauerstoffdrucks im Abgas des Verbrennungsmotors
erzeugt. Das Spannungssignal Vs der Abgassonde 34 wird zwischen der Signalklemme 33 und einer Bezugsklemme
38 am Gehäuse der Sonde abgenommen und über die Leitungen 36 und 40 der elektronischen
Regeleinrichtung 22 zugeführt.
Die elektronische Regeleinrichtung 22 erhält ihre Spannungsversorgung über Leitungen 42 und 44, wobei
die Leitung 44 mit der negativen Klemme 26 und die Leitung 42 mit der positiven Klemme 24 der Fahrzeugbatterie
verbunden sind. Diese unmittelbare Verbindung der elektronischen Regeleinrichtung 22 mit der
Fahrzeugbatterie 20 wrid vorgenommen, um die am Maschinenblock auftretenden hochfrequenten Störspannungen
von der elektronischen Regeleinrichtung 22 fernzuhalten.
Solange kein Strom über die Masseleitung 28 fließt, haben die Klemme 26 der Fahrzeugbatterie und die
Klemme 30 am Maschinenblock das gleiche elektrische
SpanrungspotentiaL Darüber hinaus weisen durch die sehr große Masse an leitendem Material zwischen der
Klemme 30 am Maschinenblock und der Bezugsklemme 38 am Gehäuse der Abgassonde diese Klemmen das
gleiche Spannungspotential auf, auch wenn innerhalb
ίο des Maschinenkodes Strom fließt
Wenn die Brennkraftmaschine 12 angelassen werden soll, wird über den Zündschalter 18 eine Verbindung
zwischen den Anschlüssen 54 und 56 hergestellt, und der Andrehmotor 16 wird über die Leitungen 52 und 58 mit
einem Anlaßstrom Is versorgt, der es dem Andrehmotor 16 ermöglicht, die Brennkraftmaschine anzudrehen. Der
Anlaßstromkreis ist hierbei über das Massekabel 28 geschlossen. Dementsprechend fließt beim Anlassen der
Brennkraftmaschine im Massekabel 28 ein verhältnismäßig großer Strom von beispielsweise 40 Ampere und
mehr, und es tritt ein beträchtlicher Spannungsabfall zwischen der Klemme 30 am Maschinenblock und der
negativen Klemme 26 der Fahrzeugbatterie 20 auf. Da die Klemme 30 am Maschinenblock und die Bezugsklemme
38 am Gehäuse der Abgassonde 34 durch die Tatsache, daß sie über eine große elektrisch leitende
Masse miteinander verbunden sind und in dieser Verbindung kein Strom fließt, gleiches Spannungspotential
aufweist, entspricht der Spannungsabfall an der Masseleitung 28 weitgehend dem Spannungsabfall Vg, der
zwischen den Leitungen 40 und 44 auftritt.
Der Spannungsabfall Vg ist unter diesen Umständen mit Bezug auf die negative Klemme 26 der Fahrzeugbatterie
20 positiv.
Sobald die Brennkraftmaschine 12 angedreht ist, wird mit dem Zündschalter 18 die Verbindung zwischen den
Anschlüssen 54 und 56 unterbrochen. Die laufende Brennkraftmaschine 12 treibt die Lichtmaschine 14 an,
und diese erzeugt eine Gleichspannung, die einen Ladestrom Ic über die Leitung 50 zur positiven Klemme 24
der Fahrzeugbatterie 20 fließen läßt. Die Lichtmaschine 14 ist mit dem Maschinenblock elektrisch leitend verbunden,
so daß der Stromkreis für den Ladestrom Ic über das Massekabel 28 geschlossen ist. Die Richtung
des Stromflusses im Massekabel 28 ist hierbei umgekehrt als beim Anlassen.
Dementsprechend ist der Spannungsabfall Vg unter diesen Umständen gegenüber der negativen Klemme 26
der Fahrzeugbatterie 20 negativ.
Auch in diesem Fall kann der Spannungsabfall Vg am Massekabel 28 einen Wert erreichen, der im Hinblick
auf die Höhe des zwischen der Signalklemme 33 und der Bezugsklemme 28 der Abgassonde 34 abgenommenen
Spannungssignals beträchtlich ist. Da die elektronische Regeleinrichtung 22 auf Schwankungen des Abgassonden-Spannungssignals
reagieren soll, ist es wünschenswert, daß eine Kompensation dieses Signals im Hinblick
auf die durch unterschiedliche Ströme im Massekabel 28 hervorgerufenen Spannungsabfälle erreicht wird.
Diesem Wunsch wird durch einen Schaltungsteil zum Erzeugen eines kompensierten Abgassonden-Spannungssignals
entsprochen. Das kompensierte Spannung«signal
ist gleich oder proportional dem Spannungssignal der Abgassonde 34, das zwischen der Signalklemme
33 und der Bezugsklemme 38 abgenommen wird, wobei es auf das Potential der negativen Klemme
26 der Fahrzeugbatterie 20 bezogen ist, die auch Bezugsklemme für die elektronische Regeleinrichtung 22
ist. Außerdem ist das kompensierte Spannungssignal gegenüber den in verschiedenen Richtungen und Größen
fließenden Strömen im Massekabel 28 und den daraus resultierenden positiven bzw. negativen Spannungsabfällen
kompensiert.
In F i g. 2 ist dieser Schaltungsteil innerhalb der elektronischen
Regeleinrichtung 22 schematisch dargestellt.
Die elektronische Regeleinrichtung 22 wird von den Klemmen 24 und 26 der Fahrzeugbatterie 20, von denen
die letztere die Bezugsklemme bildet, über Leitungen 42 und 44 mit Spannung versorgt. Die elektronische Regeleinrichtung
22 kann eine interne Spannungskonstanthaltung 60 aufweisen, die für eine bestimmte Gleichspannung
mit Bezug auf die Spannung an der Batterieklemme 26 sorgt. Die bestimmte Gleichspannung liegt
hierbei zwischen den Leitungen 62 und 44. An die Leitung 62 sind über Leitungen 68 und 72 zwei Differenzverstärker
64 und 66 mit jeweils einer Energieversorgungsklemme angeschlossen. Die anderen Energieversorgungsklemmen
der Differenzverstärker 64 und 66 sind über Leitungen 70 bzw. 74 mit der Leitung 40 verbunden,
die von der Bezugsklemme 38 am Gehäuse der Abgassonde 34 ausgeht. Durch die Verbindung der Versorgungsleitungen
70 und 74 mit der Leitung 40 zur Bezugsklemme 38 anstelle der Leitung 44 zur Batterieklemme
26 wird das Spannungssigna! gegenüber sowohl den positiven als auch den negativen Spannungsabfällen
Vg kompensiert.
Das von der Abgassonde 34 erzeugte Spannungssignal ist mit Vs bezeichnet und stellt die Spannungsdifferenz
zwischen der Signalklemme 33 und der Bezugsklemme 38 der Abgassonde 34 dar. Dieses Spannungssignal
Vs bildet zusammen mit dem Spannungsabfall Vg die Gesamtspannung gegenüber der Spannung an der
Batteiieklemme 26 bzw. an der Leitung 44. Diese Gesamtspannung
Vs+ Vg wird über einen hochohmigen Eingangswiderstand 63 dem positiven Eingang des Differenzverstärkers
64 zugeführt, der als Impedanzwandler (Emitterfolger) geschalte' ist Der Ausgang 76 des
Verstärkers 64 ist über Leitung 78 mit dem negativen Eingang des Verstärkers 64 verbunden, um die gewünschte
Impedanzwandler-Charakteristik zu erzielen. Der Impedanzwandler wird als hochohmiger Eingang
der Schaltung der elektronischen Regeleinrichtung 22, um die Auswirkungen von Ladungen an der Abgassonde
34 möglichst zu verringern.
Die Gesamtspannung Vs+ Vg, die am Ausgang 76 erscheint, wird zu einem Spannungsteiler geführt, der
aus Widerständen 80 und 82 besteht. Der Abgriff 84 des Spannungsteilers ist mit dem positiven Eingang des Difi
V
terverarbeitet, 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 Schaltungskreises. 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.
Um jede Beeinflussung des Abgassonden-Spannungssignals Vs durch die veränderlichen Spannungsabfällc
Vg zu vermeiden und eine Ausgangsspannung bzw. ein kompensiertes Abgassonden-Spannungssugnal V0 zu erhalten,
das eine genaue Funktion des Abgassonden-Spannungssignals Vs ist (Vo=GVs), ist es erforderlich,
daß die Widerstände 80 und 82 Werte Rg0 bzw. Rn
aufweisen, weiche die nachfolgende Gleichung erfüllt:
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
über negative Rückkopplungskomponenten, bestehend aus einem Widerstand 92 und einem parallel hierzu geschalteten
Filter- oder Hochfrequenzkondensator 94 gleichfalls mit dem Verzweigungspunkt 96 vor den negativen
Eingang des Differenzverstärkers 66 verbunden. Die Widerstände 92 und 98 bestimmen die Verstärkung
des Differenzverstärkers 66, so daß die Ausgangsspannung V(i am Ausgang 90 des Differenzverstärkers
66 gleich der Verstärkung G des Differenzverstärkers 66, multipliziert mit dem Spannungssignal Vs der Abgassonde
34 ist Die Ausgangsspannung Va die somit das kompensierte Signal darstellt, wird innerhalb der
elektronischen Regeleinrichtung 22 in einer Weise wei<82
G+\
Aus dem Vorstehenden ist zu ersehen, daß bei einer Anordnung der eingangs genannten Art durch ein
Schaltungsteil gemäß der Erfindung eine Verbesserung dahingehend erzielt wird, daß ein kompensiertes Abgassonden-Spannungssignal
Vo bereitgestellt wird, das gleich oder proportional dem Spannungssignal Vs ist,
welches von der Abgassonde erzeugt wird, und daß das Spannungssignal Vb ist, in bezug zur negativen Batterieklemme
26 gesetzt wird, anstelle in bezug zur Bezugsklemme 38 am Gehäuse der Abgassonde, auf die das
Spannungssignal Vs bezogen ist. Auf diese Weise ermöglicht die elektronische Regeleinrichtung 22 eindeutig,
auf Spannungssignale der Abgassonde zu reagieren, da dieses Spannungssignal gegenüber den störenden
Spannungsabfällen Vg in der elektrischen Schaltung kompensiert ist.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (3)
1. Anordnung zum Regeln des Kraftstoff-Luftverhältnisses bei Brennkraftmaschinen in Kraftfahrzeugen,
mit einer in der Abgasleitung der Maschine angeordneten und mit dieser mit ihrem Gehäuse leitend
verbundenen Abgassonde zum Erzeugen eines das Kraftstoff-Luftverhältnis wiedergebenden Spannungssignals,
welches der positiven Eingangsklemme eines Differenzverstärkers in einer elektronischen
Regeleinrichtung zuführbar ist, deren Energieversorgung an die mit ihrer negativen Klemme
über ein Massekabel mit dem Maschinenblock verbundene Fahrzeugbatterie angeschlossen ist, dadurch
gekennzeichnet, daß von einer Bezugsklemme (38) am Gehäuse der Abgassonde (34)
eine gesonderte Leitung (40) zur elektronischen Regeleinrichtung (22) geführt ist, an welche der Differenzverstärker
(66) mit seiner negativen Versorgungsklemme (74) angeschlossen ist, und daß ein den
Verstärkungsgrad des Differenzverstärkers (66) bestimmender Spannungsteiler (92,98), dessen Abgriff
(96) mit dem negativen Eingang des Differenzverstärkers (66) verbunden ist, zwischen den Ausgang
(90) des Differenzverstärkers (66) und die gesonderte Leitung (40) geschaltet ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der positive Eingang des Differenzverstärkers
(66) an den Abgriff (84) eines weiteren Spannungsteilers (80, 82) angeschlossen ist, dessen
eines Ende mit der negativen Klemme (26) der Fahrzeugbatterie (20) verbunden ist und an dessen anderes
Ende das von der Signalklemme (33) der Abgassonde (34) abgenommene Spannungssignal herangeführt
ist.
3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Spannungssignal der Abgassonde
(34) dem weiteren Spannungsteiler (80,52) über einen ohmschen Widerstand (63) und einen Impedanzwandler
(64) zugeführt ist, dessen negative Versorgungsklemme (70) gleichfalls mit der gesonderten
Leitung (40) verbunden ist.
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