DE3637029A1 - Verfahren und schaltungsanordnung zur erkennung der betriebsbereitschaft einer sauerstoffmesssonde - Google Patents
Verfahren und schaltungsanordnung zur erkennung der betriebsbereitschaft einer sauerstoffmesssondeInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Schal
tungsanordnung zur Erkennung der Betriebsbereit
schaft einer Sauerstoffmeßsonde, die im Abgaskanal
einer Brennkraftmaschine angeordnet ist und zusammen
mit einer Regeleinrichtung zur Regelung der Gemisch
aufbereitung für die Brennkraftmaschine dient. Zur
Erzielung möglichst schadstofffreier Abgase sind
Regeleinrichtungen für Brennkraftmaschinen bekannt,
bei denen der Sauerstoffgehalt im Abgaskanal gemes
sen und ausgewertet wird. Hierzu sind Sauerstoffmeß
sonden, sogenannte Lambda-Sonden, bekannt, die nach
dem Prinzip der Ionenleitung durch einen Festelektro
lyten in Folge einer Sauerstoffpartialdruckdifferenz
arbeiten und entsprechend dem im Abgas vorliegenden
Sauerstoffpartialdruck ein Spannungssignal abgeben,
das beim Übergang vom Sauerstoffmangel zum Sauer
stoffüberschuß einen Spannungssprung aufweist.
Der Innenwiderstand der bekannten Sauerstoffmeßson
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 Sauerstoffmeßson
de eine vom Ausgangssignal der Sauerstoffmeßsonde
unabhängige Steuerung vorgesehen. Erst wenn die Sau
erstoffmeßsonde ihre Betriebsbereitschaft erreicht
hat, wird deren Ausgangssignal zur Regelung des
Brennstoff-Luftverhältnisses herangezogen.
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.
Bei einem anderen bekannten Verfahren zur Überwa
chung 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 Sauerstoffmeßsonde 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
entsprechende Ausgangssignale von einer nachgeschal
teten Auswerteschaltung zur Umschaltung zwischen
Regelung auf Steuerung bzw. umgekehrt verarbeitet.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Ver
fahren zur Erkennung der Betriebsbereitschaft einer
Sauerstoffmeßsonde anzugeben, welches in zuverlässi
ger Weise mit einfachen und preiswerten Schaltungsan
ordnungen durchgeführt werden kann. Außerdem soll
durch die Erfindung ermöglicht werden, die Erkennung
mit einfachen Mitteln an die jeweils vorliegenden
Verhältnisse anzupassen.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekenn
zeichnet, daß die Ausgangsspannung der Sauerstoff
meßsonde mit einer Integrationszeitkonstanten inte
griert wird, welche vom Innenwiderstand der Sauer
stoffmeßsonde abhängt, daß die Änderungsgeschwindig
keit der Ausgangsspannung gemessen wird und daß ober
halb eines vorgegebenen Wertes der Änderungsgeschwin
digkeit Betriebsbereitschaft festgestellt wird.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist eine einfa
che und zuverlässige Kennung der Betriebsbereit
schaft der Sauerstoffmeßsonde möglich. Es kann eben
falls zur Überwachung der Sauerstoffmeßsonde während
des Betriebes angewendet werden.
Eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens
besteht darin, daß ferner Betriebsbereitschaft nur
festgestellt wird, solange ein zweiter vorgegebener
Wert der Änderungsgeschwindigkeit nicht überschrit
ten wird. Diese Weiterbildung ermöglicht es, einen
Kurzschluß der Sauerstoffmeßsonde zu erkennen.
Gemäß einer anderen Weiterbildung des erfindungsgemä
ßen Verfahrens ist vorgesehen, daß dem Integrator
ein Anfangswert zugeführt wird, wozu vorzugsweise
ein Eingang des Integrators kurzzeitig weitgehend
kurzgeschlossen wird.
Dadurch ist sichergestellt, daß auch während der
Warmlaufphase ein Signal in Abhängigkeit vom Innen
widerstand der Sauerstoffmeßsonde integriert wird,
so daß damit der Innenwiderstand meßbar ist.
Eine andere Weiterbildung der Erfindung sieht vor,
daß nach dem Start der Brennkraftmaschine wiederholt
Messungen erfolgen, bis die Änderungsgeschwindigkeit
auf oder über den vorgegebenen Wert gestiegen ist.
Hierdurch wird ermöglicht, daß sobald wie möglich
nach dem Erreichen der erforderlichen Temperatur der
Sauerstoffmeßsonde die Betriebsbereitschaft erkannt
wird.
Der vorgegebene Wert bzw. die vorgegebenen Werte
können insbesondere dann leicht den Verhältnissen im
Einzelfall angepaßt werden, wenn sie gemäß einer
anderen Weiterbildung der Erfindung einem Speicher
entnommen werden, dessen Inhalt veränderbar ist.
Eine vorteilhafte Schaltungsanordnung zur Durchfüh
rung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch
gekennzeichnet, daß an den Ausgang der Sauerstoffmeß
sonde der Eingang eines Integrators angeschlossen
ist, dessen Ausgang über einen Analog/Digital-Wand
ler mit dem Eingang eines Mikrocomputers verbunden
ist.
Bei entsprechender Programmierung kann ein ohnehin
für Regelzwecke eingesetzter Mikrocomputer zur Durch
führung des erfindungsgemäßen Verfahrens durch Hinzu
fügung von nur wenigen elektronischen Bauelementen
verwendet werden.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsge
mäßen Schaltungsanordnung besteht darin, daß der Ein
gang des Integrators ferner über einen steuerbaren
Schalter mit konstantem Potential verbindbar ist und
daß dem steuerbaren Schalter ein Signal von einem
Ausgang des Mikrocomputers zugeführt ist. Vorzugswei
se ist der steuerbare Schalter ein Transistor.
Eine andere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung
besteht darin, daß der Integrator von einem Opera
tionsverstärker gebildet ist, dessen invertierender
Eingang den Eingang des Integrators bildet und über
einen Kondensator mit dem Ausgang des Operationsver
stärkers verbunden ist, und daß der nichtinvertie
rende Eingang mit einer konstanten Spannung beauf
schlagt ist. Damit wird der Arbeitspunkt des Integra
tors festgelegt.
Es kann dabei vorgesehen sein, daß zwischen dem in
vertierenden Eingang des Operationsverstärkers und
dem steuerbaren Schalter sowie zwischen dem invertie
renden Eingang des Operationsverstärkers und dem Aus
gang der Sauerstoffmeßsonde je ein abgleichbarer
Widerstand angeordnet ist. Ferner kann der Kondensa
tor mit dem Ausgang des Operationsverstärkers über
einen Spannungsteiler verbunden sein.
Schließlich ist gemäß einer anderen Weiterbildung
vorgesehen, daß der Kondensator derart dimensioniert
ist, daß die Integrationszeitkonstante bei betriebs
bereiter Sauerstoffmeßsonde im wesentlichen keinen
Einfluß auf die Regelcharakteristik ausübt.
Dadurch ist es möglich, die erfindungsgemäße Schal
tungsanordnung selbst zur Weiterleitung des Sonden
signals zum Mikrocomputer zu verwenden. Es ist je
doch auch möglich, die Erkennung der Betriebsbereit
schaft und eine Signalaufbereitung in getrennten
Schaltungen durchzuführen.
Die Erfindung läßt zahlreiche Ausführungsformen zu.
Eine davon ist schematisch in der Zeichnung an Hand
mehrerer Figuren dargestellt und nachfolgend be
schrieben. Es zeigt:
Fig. 1 ein Schaltbild einer Schaltungsanordnung zur
Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
und
Fig. 2 Spannungs-Zeitdiagramme einiger bei der
Schaltungsanordnung nach Fig. 1 auftretenden
Spannungen und Signale.
Die an sich bekannte Sauerstoffmeßsonde 1 ist in
Fig. 1 lediglich als eine Spannungsquelle 2, deren
Spannung von dem Sauerstoffanteil abhängt und deren
Innenwiderstand 3 temperaturabhängig ist, darge
stellt. Die Ausgangsspannung der Sauerstoffmeßsonde
1 wird über einen Anschluß 4 und einen abgleichbaren
Widerstand 5 dem invertierenden Eingang eines Opera
tionsverstärkers 6 zugeführt.
Der Operationsverstärker 6 bildet zusammen mit einem
Spannungsteiler 7, 8 und einem Kondensator 9 einen
an sich bekannten Integrator. Dem nichtinvertieren
den Eingang des Operationsverstärkers 6 wird über
einen weiteren Spannungsteiler 10, 11 die Hälfte der
bei 12 zugeführten Betriebsspannung zugeführt. Zur
Unterdrückung von Spannungsspitzen ist der nichtin
vertierende Eingang ferner über einen Kondensator 13
mit Massepotential verbunden. Der Widerstand 11 des
weiteren Spannungsteilers 10, 11 ist abgleichbar aus
gebildet, so daß die am nichtinvertierenden Eingang
anliegende Spannung eingestellt werden kann.
Der Ausgang des Operationsverstärkers 6, der gleich
zeitig den Ausgang des Integrators bildet, ist über
einen Analog/Digital-Wandler 14 mit einem Eingang 15
eines Mikrocomputers 16 verbunden.
Ein Ausgang 17 des Mikrocomputers 16 ist über einen
Spannungsteiler 18, 19 mit der Basis eines Transi
stors 20 verbunden. Der Emitter des Transistors 20
ist an Massepotential und der Kollektor über einen
abgleichbaren Widerstand 21 an den invertierenden
Eingang des Operationsverstärkers 6 angeschlossen.
In an sich bekannter Weise ist der Mikrocomputer 16
mit Hilfe eines gespeicherten Programms sowie ent
sprechender im einzelnen nicht dargestellter Stell
glieder dazu ausgelegt, die der Brennkraftmaschine
zugeführte Kraftstoffmenge im Sinne einer vollständi
gen Verbrennung zu regeln. Dazu wird beispielsweise
die Einspritzmenge durch Steuerung des Systemdrucks
oder durch Steuerung der Einspritzdauer entsprechend
geregelt. Derartige Systeme sind bekannt und brau
chen im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung
nicht näher erläutert zu werden.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der
Mikrocomputer 16 durch ein weiteres Programm zum
Betrieb der in Fig. 1 dargestellten Schaltung ausge
legt. Dazu wird, wie an Hand von Fig. 2 näher erläu
tert wird, nach einem Start der Brennkraftmaschine,
wenn also die Lambda-Sonde kalt ist und einen hohen
Innenwiderstand besitzt, der Transistor 20 (Fig. 1)
kurzzeitig in den leitenden Zustand gesteuert. Da
durch nimmt der invertierende Eingang des Operations
verstärkers 6 Massepotential an, so daß die Ausgangs
spannung die obere Grenze des Aussteuerbereichs ein
nimmt. Der Widerstand 21 hat einen derart geringen
Wert, daß die dazu erforderliche Umladung des Konden
sators 9 in kurzer Zeit möglich ist.
Nach der Rückflanke des Impulses 24 ist der Transi
stor 21 wieder nichtleitend, so daß sich die in Fig.
2b) dargestellte Ausgangsspannung des Operationsver
stärkers 6 unter entsprechender Umladung des Konden
sators 9 auf den durch die Ausgangsspannung der Sau
erstoffmeßsonde vorgegebenen Wert einstellt. Da in
den meisten Betriebsfällen die Brennkraftmaschine
nach dem Starten ein zu fettes Gemisch erhält, also
Sauerstoffmangel besteht, sinkt die Ausgangsspannung
Ua von ihrem Maximalwert auf 0 entsprechend der in
Fig. 2b) dargestellten Funktion 25. Da im kalten
Zustand der Innenwiderstand 3 der Sauerstoffmeßsonde
einen großen Wert aufweist, erfolgt der Abfall der
Ausgangsspannung Ua sehr langsam. Bei einer prak
tisch ausgeführten Schaltungsanordnung wurden bei
spielsweise hierfür Zeiten in der Größenordnung von
20 ms benötigt.
Durch ein entsprechendes Programm im Mikrocomputer
16 (Fig. 1) wird die Änderungsgeschwindigkeit der
Ausgangsspannung Ua ermittelt. Zur weiteren Verdeut
lichung ist deshalb in Fig. 2c) die erste Ableitung
nach der Zeit des in Fig. 2b) dargestellten Signals
aufgetragen. Die waagrechte gestrichelte Linie
stellt die Änderungsgeschwindigkeit dar, bei welcher
die Betriebstemperatur als erreicht gilt. Da dieses
nach der Messung nach dem ersten Impuls 24 nicht der
Fall ist, werden vom Mikrocomputer 16 weitere Impul
se abgegeben, die im einzelnen nicht dargestellt
sind. Durch die mittlerweile eingetretene Erwärmung
der Sauerstoffmeßsonde ist die Änderungsgeschwindig
keit der Ausgangsspannung Ua nach dem Impuls 26
größer als der vorgegebene Wert (siehe Kurventeil
27, Fig. 2c)).
Sobald die Änderungsgeschwindigkeit den vorgegebenen
Wert überschreitet, wird im Mikrocomputer von einer
Steuerung, die nach gespeicherten Kennlinienfeldern
erfolgt, auf eine Regelung umgeschaltet. Von diesem
Zeitpunkt 28 an ist die durch den Innenwiderstand
und den zusätzlichen Abgleichwiderstand 5 sowie den
Kondensator 9 gegebene Zeitkonstante so klein, daß
die Regelcharakteristik des durch den Mikrocomputer,
die Sonde, die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung,
die Brennkraftmaschine und die dazugehörigen Stell
glieder gegebenen Regelkreises durch den Integrator
grundsätzlich nicht beeinflußt wird. Abgesehen von
weniger steilen Flanken und dem Vorzeichen ent
spricht die Ausgangsspannung Ua der verstärkten Aus
gangsspannung der Sonde. Erfolgt eine Unterbrechung
der Zuleitung von der Sonde zum Integrator, so
erhöht sich die Zeitkonstante des Integrationsglie
des wesentlich, so daß für eine lange Zeit nach der
Unterbrechung die zuvor bestehende Ausgangsspannung
Ua bestehenbleibt (siehe Signalabschnitt 29). Im
Falle eines Kurzschlusses der Sauerstoffmeßsonde
steigt jedoch die Ausgangsspannung Ua auf ihren
Maximalwert (siehe Signalabschnitt 30). Beides kann
im Mikrocomputer ausgewertet werden.
Claims (13)
1. Verfahren zur Erkennung der Betriebsbereitschaft
einer Sauerstoffmeßsonde, die im Abgaskanal einer
Brennkraftmaschine angeordnet ist und zusammen mit
einer Regeleinrichtung zur Regelung der Gemischauf
bereitung für die Brennkraftmaschine dient, dadurch
gekennzeichnet, daß die Ausgangsspannung der Sauer
stoffmeßsonde mit einer Integrationszeitkonstanten
integriert wird, welche vom Innenwiderstand der Sau
erstoffmeßsonde abhängt, daß die Änderungsgeschwin
digkeit der Ausgangsspannung gemessen wird und daß
oberhalb eines vorgegebenen Wertes der Änderungsge
schwindigkeit Betriebsbereitschaft festgestellt
wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß ferner Betriebsbereitschaft nur festge
stellt wird, solange ein zweiter vorgegebener Wert
der Änderungsgeschwindigkeit nicht überschritten
wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß dem Integrator ein Anfangswert zuge
führt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich
net, daß ein Eingang des Integrators kurzzeitig weit
gehend kurzgeschlossen wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Start der Brenn
kraftmaschine wiederholt Messungen erfolgen, bis die
Änderungsgeschwindigkeit auf oder über den vorgege
benen Wert gestiegen ist.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü
che, dadurch gekennzeichnet, daß der vorgegebene
Wert bzw. die vorgegebenen Werte einem Speicher ent
nommen werden, dessen Inhalt veränderbar ist.
7. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfah
rens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge
kennzeichnet, daß an den Ausgang der Sauerstoffmeß
sonde (1) der Eingang eines Integrators angeschlos
sen ist, dessen Ausgang über einen Analog/Digital-
Wandler (14) mit dem Eingang (15) eines Mikrocompu
ters (16) verbunden ist.
8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Eingang des Integrators ferner
über einen steuerbaren Schalter (20) mit konstantem
Potential verbindbar ist und daß dem steuerbaren
Schalter (20) ein Signal von einem Ausgang (17) des
Mikrocomputers (16) zugeführt ist.
9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch ge
kennzeichnet, daß der steuerbare Schalter (20) ein
Transistor ist.
10. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 7
bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Integrator
von einem Operationsverstärker (6) gebildet ist, des
sen invertierender Eingang den Eingang des Integra
tors bildet und über einen Kondensator (9) mit dem
Ausgang des Operationsverstärkers (6) verbunden ist,
und daß der nichtinvertierende Eingang mit einer kon
stanten Spannung beaufschlagt ist.
11. Schaltungsanordnung nach Anspruch 10, dadurch
gekennzeichnet, daß zwischen dem invertierenden Ein
gang des Operationsverstärkers (6) und dem steuerba
ren Schalter (20) sowie zwischen dem invertierenden
Eingang des Operationsverstärkers (6) und dem Aus
gang der Sauerstoffmeßsonde (1) je ein abgleichbarer
Widerstand (5, 21) angeordnet ist.
12. Schaltungsanordnung nach Anspruch 10 oder 11,
dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (9) mit
dem Ausgang des Operationsverstärkers (6) über einen
Spannungsteiler (7, 8) verbunden ist.
13. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 6
bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator
derart dimensioniert ist, daß die Integrationszeit
konstante bei betriebsbereiter Sauerstoffmeßsonde im
wesentlichen keinen Einfluß auf die Regelcharakte
ristik ausübt.
Priority Applications (6)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19863637029 DE3637029A1 (de) | 1986-10-30 | 1986-10-30 | Verfahren und schaltungsanordnung zur erkennung der betriebsbereitschaft einer sauerstoffmesssonde |
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Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19863637029 DE3637029A1 (de) | 1986-10-30 | 1986-10-30 | Verfahren und schaltungsanordnung zur erkennung der betriebsbereitschaft einer sauerstoffmesssonde |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3637029A1 true DE3637029A1 (de) | 1988-05-05 |
Family
ID=6312842
Family Applications (1)
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---|---|---|---|
DE19863637029 Withdrawn DE3637029A1 (de) | 1986-10-30 | 1986-10-30 | Verfahren und schaltungsanordnung zur erkennung der betriebsbereitschaft einer sauerstoffmesssonde |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE3637029A1 (de) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0343478A1 (de) * | 1988-05-24 | 1989-11-29 | Pierburg Gmbh | Verfahren und Einrichtung zum Feststellen der Betriebsbereitschaft einer Lambda-Messsonde |
DE19625899A1 (de) * | 1996-06-27 | 1998-01-02 | Siemens Ag | Verfahren zum Betreiben einer Sauerstoffsonde |
-
1986
- 1986-10-30 DE DE19863637029 patent/DE3637029A1/de not_active Withdrawn
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Legal Events
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