DE3628707A1

DE3628707A1 - Process and arrangement for detecting the operability of an oxygen measurement probe

Info

Publication number: DE3628707A1
Application number: DE19863628707
Authority: DE
Inventors: Thomas Bluemel; Harald Collonia
Original assignee: Mannesmann VDO AG
Current assignee: Mannesmann VDO AG
Priority date: 1986-08-23
Filing date: 1986-08-23
Publication date: 1988-02-25
Also published as: JPS6353462A

Abstract

In a process for detecting the operability of an oxygen measurement probe, which is installed in the exhaust gas duct of an internal combustion engine and together with an adjustment system serves to regulate the mixture preparation for the internal combustion engine, the voltage applied to the oxygen measurement probe is measured sequentially for two different load conditions, and the internal resistance is calculated from the measurement results and compared with a specified value. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anord nung zur Erkennung der Betriebsbereitschaft einer Sauerstoffmeßsonde, die im Abgaskanal einer Brenn kraftmaschine angeordnet ist und zusammen mit einer Regeleinrichtung zur Regelung der Gemischaufberei tung für die Brennkraftmaschine dient. Zur Erzielung möglichst schadstofffreier Abgase sind Regeleinrich tungen für Brennkraftmaschinen bekannt, bei denen der Sauerstoffgehalt im Abgaskanal gemessen und aus gewertet wird. Hierzu sind Sauerstoffmeßsonden, soge nannte Lambda-Sonden, bekannt, die nach dem Prinzip der Ionenleitung durch einen Festelektrolyten in Folge einer Sauerstoffpartialdruckdifferenz arbeiten und entsprechend dem im Abgas vorliegenden Sauer stoffpartialdruck ein Spannungssignal abgeben, das beim Übergang vom Sauerstoffmangel zum Sauerstoff überschuß einen Spannungssprung aufweist. The invention relates to a method and an arrangement to detect the operational readiness of a Oxygen measuring probe in a flue gas duct engine is arranged and together with a Control device for controlling the mixture preparation tion for the internal combustion engine. To achieve Exhaust gases that are as free of pollutants as possible are standard equipment mentions for internal combustion engines in which the oxygen content in the exhaust duct is measured and off is evaluated. For this purpose, oxygen measuring probes, so-called called lambda probes, known on the principle ion conduction through a solid electrolyte in Work due to an oxygen partial pressure difference and according to the acid present in the exhaust gas emit a voltage signal that in the transition from lack of oxygen to oxygen excess has a voltage jump.

Der Innenwiderstand der bekannten Sauerstoffmeßsonden den ist jedoch bei geringen Temperaturen derart groß, daß das von der Sauerstoffmeßsonde abgegebene Signal nach einem Kaltstart und während einer Warm laufphase der Brennkraftmaschine nicht ausgewertet werden kann. Bei bekannten Einrichtungen zur Rege lung der Gemischaufbereitung ist daher bis zum Be reich der Betriebsbereitschaft der Sauerstoffmeßsonde eine vom Ausgangssignal der Sauerstoffmeßsonde unabhängige Steuerung vorgesehen. Erst wenn die Sau erstoffmeßsonde ihre Betriebsbereitschaft erreicht hat, wird deren Ausgangsignal zur Regelung des Brennstoff-Luftverhältnisses herangezogen.The internal resistance of the known oxygen measuring probes however, this is the case at low temperatures large that the emitted by the oxygen measuring probe Signal after a cold start and during a warm Running phase of the internal combustion engine was not evaluated can be. In known facilities for rain mixture preparation is therefore until loading the operational readiness of the oxygen measuring probe one from the output signal of the oxygen probe independent control provided. Only when the sow Erstoffmeßsonde reached operational readiness has, its output signal for controlling the Air-fuel ratio used.

Bei einem bekannten Verfahren zur Überwachung der Betriebsbereitschaft einer Sauerstoffmeßsonde wird die Sauerstoffmeßsonde mit einer Prüfspannung mit einem konstanten mittleren Wert der von der Sauer stoffmeßsonde erzeugbaren Spannung belastet. Die resultierende Spannung am Sondenausgang wird als Kon trollgröße der Betriebsbereitschaft zwei Vergleichs vorrichtungen zum Vergleich mit einem oberen und einem unteren Sondenwert jeweils entsprechend einer Mindestausgangsspannung der Sauerstoffmeßsonde zuge führt, und über ein Zeitglied wird eine Gemischsteu ervorrichtung anstelle der Gemischregeleinrichtung entsprechend dem Ausgangssignal der Vergleichsvor richtung zu- oder abgeschaltet.In a known method for monitoring the Operational readiness of an oxygen measuring probe is the oxygen measuring probe with a test voltage a constant mean value that of the Sauer voltage measuring voltage generated. The resulting voltage at the probe output is called Kon troll size of operational readiness two comparison devices for comparison with an upper and corresponding to a lower probe value Minimum output voltage of the oxygen measuring sensor leads, and a timer becomes a mixture tax device instead of the mixture control device according to the output signal of the comparison direction switched on or off.

Bei einem anderen bekannten Verfahren zur Überwachung der Betriebsbereitschaft einer Sauerstoffmeß sonde, bei welcher ebenfalls eine unter dem Einfluß des Sondenverhaltens resultierende Spannung von zwei Vergleichsschaltungen mit Schwellwertspannungen abge tastet und anschließend ausgewertet wird, wird zur Erfassung des die Sondenbereitschaft kennzeichnenden Sonden-Innenwiderstandes der Sauerstoffmeßsonds eine konstante Bezugsspannung entgegengeschaltet, wobei die der sich hierdurch ergebenden Ausgangsspannung entgegengeschalteten Schwellwertspannungen der Ver gleichsschaltungen um vorgegebene Differenzwerte oberhalb und unterhalb der Bezugsspannung liegen, dabei werden die von den Vergleichsschaltungen abge gebenen, insgesamt drei logischen Schaltzuständen entsprechenden Ausgangssignale von einer nachgeschal teten Auswerteschaltung zur Umschaltung zwischen Regelung auf Steuerung bzw. umgekehrt verarbeitet.Another known monitoring method the operational readiness of an oxygen measurement probe, in which also one under the influence of two resulting voltage behavior Comparison circuits with threshold voltages gropes and then evaluated, becomes Detection of the characteristic of the readiness of the probe Oxygen sensors one probe internal resistance constant reference voltage is switched, whereby that of the resulting output voltage opposite threshold voltages of Ver synchronization circuits around predetermined difference values are above and below the reference voltage, the abge from the comparison circuits given, a total of three logical switching states corresponding output signals from a reshuffled tied evaluation circuit for switching between Control processed on control or vice versa.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Ver fahren zur Erkennung der Betriebsbereitschaft einer Sauerstoffmeßsonde anzugeben, welches in zuverlässiger Weise mit einfachen und preiswerten Anordnungen durchgeführt werden kann. Außerdem soll durch die Erfindung ermöglicht werden, die Erkennung mit ein fachen Mitteln an die jeweils vorliegenden Verhält nisse anzupassen.The object of the present invention is a Ver drive to detect the operational readiness of a Specify oxygen measuring probe, which is more reliable Way with simple and inexpensive arrangements can be carried out. In addition, the Invention are made possible with the detection times the funds to the current ratio adapt.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekenn zeichnet, daß die an der Sauerstoffmeßsonde anliegende Spannung nacheinander für zwei verschiedene Bela stungszustände gemessen wird und daß aus den Meßer gebnissen der Innenwiderstand errechnet und mit einem vorgegebenen Wert verglichen wird.The method according to the invention is thereby characterized records that the applied to the oxygen probe Tension in sequence for two different bela is measured and that from the knife results the internal resistance is calculated and with a predetermined value is compared.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann nicht nur zur Überwachnung der Sauerstoffmeßsonde während der Warm laufphase, sondern auch zur Überwachung während des Betriebes angewendet werden. The method according to the invention cannot only be used for Monitoring of the oxygen probe during the warm running phase, but also for monitoring during the Operations are applied.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren erfolgt eine genaue Messung des Innenwiderstandes. Durch den an schließenden Vergleich mit dem vorgegebenen Wert ist ein klares Kriterium für die Betriebsbereitschaft gegeben, Der vorgegebene Wert kann insbesondere dann leicht den Verhältnissen im Einzelfall angepaßt werden, wenn er gemäß einer Weiterbildung der Erfindung in einem Speicher abgelegt ist, dessen Inhalt verän derbar ist.The method according to the invention results in a accurate measurement of internal resistance. By the at final comparison with the specified value a clear criterion for operational readiness given, the specified value can then in particular can be easily adapted to the circumstances in individual cases, if according to a development of the invention is stored in a memory whose content changes is derbar.

Gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die verschiedenen Belastungszustände dadurch erzielt werden, daß eine Reihenschaltung aus der Sauerstoffmeßsonde und einem Widerstand abwech selnd mit zwei verschiedenen Spannungen beaufschlagt wird. Dabei besteht eine vorteilhafte Ausführungs form darin, daß die eine Spannung 0 V beträgt und daß die andere Spannung eine Referenzspannung ist. Vorzugsweise ist vorgesehen, daß die Referenzspannung ferner einem Analog/Digital-Wandler zugeführt wird.According to another development of the invention provided that the various stress conditions can be achieved in that a series connection the oxygen measuring probe and a resistance alternately subjected to two different voltages becomes. There is an advantageous embodiment form in that the one voltage is 0 V and that the other voltage is a reference voltage. It is preferably provided that the reference voltage further supplied to an analog / digital converter becomes.

Eine vorteilhafte Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß ein erster Anschluß der Sauerstoffmeßsonde mit konstantem Potential und ein zweiter Anshluß über einen Widerstand mit einer von einem Mikrocomputer schalt baren Spannungsquelle verbunden ist und daß an den zweiten Anschluß ferner der Eingang eines Analog/Di gital-Wandlers angeschlossen ist, der dem Mikrocom puter zugeordnet ist. Bei entsprechender Programmie rung kann ein ohnehin für Regelzwecke eingesetzter Mikrocomputer zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens durch Hinzufügung von nur wenigen elektro nischen Elementen eingesetzt werden. An advantageous arrangement for carrying out the The inventive method is that a first connection of the oxygen measuring probe with constant Potential and a second connection via one Resistor with a switch from a microcomputer baren voltage source is connected and that to the second connection also the input of an analog / di gital converter is connected to the Mikrocom computer is assigned. With appropriate programming tion can be used for control purposes anyway Microcomputer for performing the invention Process by adding just a few electro African elements are used.

Die derzeit auf dem Markt erhältlichen Mikrocomputer mit integriertem Analog/Digital-Wandler weisen Ein gangswiderstände auf, welche nicht größer als die der Sauerstoffmeßsonde im kalten Zustand sind. Um die Verwendung dieser auf dem Markt erhältlichen Mikrocomputer zu ermöglichen, ist gemäß einer Weiter bildung vorgesehen, daß zwischen dem zweiten An schluß der Sauerstoffmeßsonde und dem Eingang des Analog/Digital-Wandlers ein Impedanz-Wandler angeordnet ist.The microcomputers currently available on the market with integrated analog / digital converter have a gating resistances which are not greater than that the oxygen probe is cold. Around the use of these available on the market Enabling microcomputers is according to one more education provided that between the second An close the oxygen probe and the entrance of the Analog / digital converter arranged an impedance converter is.

Eine besonders einfache Ausführungsform der Anord nung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfah rens besteht darin, daß die schaltbare Spannungsquelle im wesentlichen aus einem Transistor, dessen Emitter mit dem konstanten Potential beaufschlagt ist, und einem Kollektorwiderstand besteht, dessen vom Kollektor abgewandter Anschluß an eine Spannungsquelle angeschlossen ist.A particularly simple embodiment of the arrangement tion for carrying out the inventive method rens is that the switchable voltage source essentially a transistor whose emitter is charged with the constant potential, and there is a collector resistance, whose from Collector facing connection to a voltage source connected.

Die Erfindung läßt zahlreiche Ausführungsformen zu. Eine davon ist schematisch in der Zeichnung darge stellt und nachfolgend beschrieben.The invention allows numerous embodiments. One of them is shown schematically in the drawing represents and described below.

Die an sich bekannte Sauerstoffmeßsonde ist in der Figur lediglich als eine Spannungsquelle, deren Span nung von dem Sauerstoffanteil abhängt und deren In nenwiderstand R _i temperaturabhängig ist, darge stellt. Die Ausgangsspannung der Sauerstoffmeßsonde wird über einen als Impedanz-Wandler geschalteten Operationsverstärker 2 einem Eingang 3 eines Analog/ Digital-Wandlers 4, der Teil eines Mikrocomputers 5 ist, zugeführt. An einem Ausgang 6 des Mikrocomputers ist über einen Spannungsteiler 7, 8 die Basis eines Transistors 9 angeschlossen. Der Emitter des Transistors 9 ist mit Massepotential verbunden, wäh rend der Kollektor des Transistors 9 über einen Kol lektor-Widerstand 10 mit einem Anschluß 11 einer Spannungsquelle verbunden ist, welche auch als Refe renzspannung für den Analog/Digital-Wandlers 4 dient und deshalb mit einem weiteren Eingang 12 des Mikro computers 5 verbunden ist. Ferner ist die Sauerstoff meßsonde 1 über einen Widerstand 13 an den Kollektor des Transistors 9 angeschlossen.The oxygen measuring probe known per se is shown in the figure only as a voltage source, the voltage of which depends on the oxygen content and the internal resistance R _{i of which is} temperature-dependent, represents Darge. The output voltage of the oxygen measuring probe is fed to an input 3 of an analog / digital converter 4 , which is part of a microcomputer 5 , via an operational amplifier 2 connected as an impedance converter. The base of a transistor 9 is connected to an output 6 of the microcomputer via a voltage divider 7 , 8 . The emitter of transistor 9 is connected to ground potential, while the collector of transistor 9 is connected via a collector resistor 10 to a terminal 11 of a voltage source, which also serves as reference voltage for the analog / digital converter 4 and therefore with another input 12 of the microcomputer 5 is connected. Furthermore, the oxygen measuring probe 1 is connected via a resistor 13 to the collector of the transistor 9 .

Durch ein im Mikrocomputer 5 gespeichertes Programm wird nun zur Ermittlung der Betriebsbereitschaft der Sauerstoffmeßsonde der Transistor 9 abwechselnd in den nichtleitenden und in den leitenden Zustand ge steuert. Ist der Transistor 9 nichtleitend, so wird die Reihenschaltung aus der Sauerstoffmeßsonde 1 und dem Widerstand 13 mit einer Spannung beaufschlagt, die etwa der bei 11 zugeführten Referenzspannung ent spricht, da der Wert des Widerstandes 10 wesentlich kleiner als der Wert des Widerstandes 13 ist.By a program stored in the microcomputer 5 , the transistor 9 is now controlled alternately in the non-conductive and in the conductive state to determine the operational readiness of the oxygen measuring probe. If the transistor 9 is non-conductive, the series circuit comprising the oxygen measuring probe 1 and the resistor 13 is subjected to a voltage which speaks approximately to the reference voltage supplied at 11 , since the value of the resistor 10 is substantially smaller than the value of the resistor 13 .

Der Widerstand 13 ist derart dimensioniert, daß er einerseits eine zuverlässige Messung des Innenwider standes der Sauerstoffmeßsonde 1 ermöglicht und ande rerseits bei der Auswertung des Sondensignals im betriebsbereiten Zustand keine wesentliche Verfäl schung des Sondensignals verursacht. Bei üblicherweise verwendeten Sauerstoffmeßsonden beträgt der Innen widerstand im kalten Zustand etwa 15 MOhm, während er im Betriebszustand etwa 10 kOhm oder kleiner ist. Für den Wert des Widerstandes 13 hat sich daher ein Wert von etwa 1 MOhm als günstig herausgestellt, bei dem einerseits eine einwandfreie Messung des Innen widerstandes vor der Betriebsbereitschaft und ande rerseits keine merkbare Verfälschung des Ausgangssig nals der Sauerstoffmeßsonde vorliegt. Außerdem wird durch einen Widerstand 13 mit diesem Wert die Sauer stoffmeßsonde nicht über ihre zulässigen Toleranzen hinaus belastet.The resistor 13 is dimensioned such that on the one hand it enables a reliable measurement of the internal resistance of the oxygen measuring probe 1 and on the other hand does not cause any significant distortion of the probe signal when evaluating the probe signal in the ready state. In the case of commonly used oxygen measuring probes, the internal resistance in the cold state is approximately 15 MOhm, while in the operating state it is approximately 10 kOhm or less. For the value of the resistor 13 , a value of about 1 MOhm has therefore been found to be favorable, in which, on the one hand, a perfect measurement of the internal resistance before the operational readiness and on the other hand there is no noticeable falsification of the output signal of the oxygen measuring probe. In addition, the oxygen measuring probe is not loaded beyond its permissible tolerances by a resistor 13 with this value.

Ist der Transistor leitend, so wird die Sauerstoff meßsonde mit dem Widerstand 13 belastet. Durch Mes sung der Spannung an der Sauerstoffmeßsonde 1 in beiden Fällen kann mit Hilfe des Mikrocomputers in einfacher Weise der Innenwiderstand nach der Glei chungIf the transistor is conductive, the oxygen measuring probe is loaded with the resistor 13 . By measuring the voltage at the oxygen measuring probe 1 in both cases, the internal resistance after the equation can be easily obtained using the microcomputer

errechnet werden. Dieser Wert wird anschließend mit einem gespeicherten Wert verglichen. Ist der ermit telte Wert kleiner als der gespeicherte Wert, so wird die von der Sauerstoffmeßsonde 1 abgegebene und über den Impedanz-Wandler 2 dem Analog/Digital-Wand ler 4 zugeführte Spannung zur Regelung der Gemisch aufbereitung mit Hilfe des Mikrocomputers 5 herange zogen.can be calculated. This value is then compared to a stored value. If the determined value is smaller than the stored value, then the voltage emitted by the oxygen measuring probe 1 and supplied via the impedance converter 2 to the analog / digital converter 4 is used to regulate the mixture processing using the microcomputer 5 .

Claims

1. Method for detecting the readiness for operation of an oxygen, which is arranged in the exhaust passage of an internal combustion engine and preparation together with a regulating device for regulating the Gemischauf is used for the internal combustion engine, characterized in that the voltage across the oxygen measuring probe voltage is measured successively for two different load states and that the internal resistance is calculated from the measurement results and compared with a predetermined value.

2. The method according to claim 1, characterized in that that the different stress conditions are there be achieved by making a series connection the oxygen measuring probe and a resistance alternately subjected to two different voltages becomes.

3. The method according to claim 2, characterized in that one voltage is 0 V and that other voltage is a reference voltage.

4. The method according to claim 3, characterized in that the reference voltage is also an analog / - Digital converter is fed.

5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the predetermined Value is taken from a memory, its content is changeable.

6. Arrangement for performing the method according to any one of the preceding claims, characterized in that a first connection of the oxygen measuring probe ( 1 ) with constant potential and a second connection via a resistor ( 13 ) with a voltage source switchable by a microcomputer ( 5 ) ( 6 to 11 ) is connected and that the input to an analog / digital converter ( 4 ) is also connected to the second circuit, which is assigned to the microcomputer ( 5 ).

7. Arrangement according to claim 6, characterized in that an impedance converter ( 3 ) is arranged between the second connection of the oxygen measuring probe ( 1 ) and the input of the analog / digital converter ( 4 ).

8. Arrangement according to one of claims 6 or 7, characterized in that the switchable voltage source ( 6 to 11 ) essentially from a Transi stor ( 9 ), the emitter of which is supplied with the constant potential, and a collector resistor ( 10 ) exists, whose connection facing away from the collector is connected to a voltage source ( 11 ).