DE3705823A1 - Verfahren und einrichtung zum ueberpruefen einer lambda-messsonde - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren der im Oberbegriff von An­ spruch 1 genannten Art und eine Einrichtung zum Durchführen die­ ses Verfahrens.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfah­ ren und eine Einrichtung der genannten Art so auszubilden, daß mit sehr einfachen Maßnahmen und ohne großen schaltungstechnischen Aufwand ein sicheres Überwachen der temperaturabhängigen Betriebs­ bereitschaft der Lambda-Meßsonde sowie des von ihr erfaßten Ge­ mischzustandes möglich ist. Außerdem soll hierdurch ein einfaches Überwachen der grundsätzlichen Funktionsfähigkeit der Lambda-Meß­ sonde möglich sein.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe zeichnet sich ein Verfahren der im Oberbegriff von Anspruch 1 erfindungsgemäß durch die im Kenn­ zeichen dieses Anspruchs aufgeführten Merkmale aus. Durch einfa­ ches Auswerten des Spannungsabfalls an der Lambda-Meßsonde sowie ihrer Eigenspannung und durch Vergleich mit entsprechend vorgege­ benen Spannungsschwellwerten können sehr einfach und schnell die Kalt-, Warm-, Fett- und Magerzustände der Lambda-Meßsonde erfaßt werden. Durch hystereseartiges Vergrößern des ersten Spannungs­ schwellwerts zum zweiten Spannungsschwellwert im Warmzustand läßt sich im Betrieb der Sicherheitsabstand gegen Störungen erheblich begünstigen. Die verschiedenen Spannungsschwellwerte können mit einfachen Mitteln vorgegeben und entsprechend gesteuert werden, so daß sich das genannte Verfahren im wesentlichen nur auf die Auswertung einer Spannung an der Reihenschaltung konzentriert.

Die Weiterbildung von Anspruch 2 ermöglicht die Verwendung einer relativ kleinen Versorgungsmeßspannung von etwa 5 Volt, die allen­ falls groß gegenüber der bis etwa 800 Milli-Volt betragenden Eigenspannung der Lambda-Meßsonde sein muß. Somit kann die Versor­ gungsmeßspannung beispielsweise aus der bereits vorhandenen Bord­ spannung eines Kraftfahrzeugs abgeleitet werden.

Mit der Weiterbildung von Anspruch 3 ist es möglich, die verschie­ denen Meßvorgänge in bestimmten Zeitfolgen zu wiederholen, so daß eine einfache Steuerung durchgeführt werden kann.

Mit der Weiterbildung von Anspruch 4 läßt sich eine Vereinfachung dadurch erzielen, daß die Spannungsteilungsmessungen im Warmzu­ stand in längeren Zeitabständen durchgeführt werden können.

Eine gemäß der Weiterbildung aus Anspruch 5 erfolgende Digitali­ sierung ermöglicht eine sehr einfache und sichere Spannungserfas­ sung sowie -weiterverarbeitung.

Mit der gemäß der Weiterbildung von Anspruch 6 erfolgenden Zwi­ schenspeicherung der erfaßten Zustände kann eine beliebige Weiter­ verarbeitung zu jedem Zeitaugenblick zwischen zwei Abfragezyklen durchgeführt werden.

Die Weiterbildungen der Ansprüche 7 und 8 ermöglichen ein zusätz­ liches Auswerten der gemessenen Spannungen zum Bestimmen der je­ weiligen Temperatur- sowie Sondenzustände. Dieses ermöglicht in sehr einfacher Weise eine äußerst vielseitige Überwachung.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe zeichnet sich eine zum Durchfüh­ ren des Verfahrens geeignete Einrichtung erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen von Anspruch 9 genannten Merkmale aus. Die ge­ nannte Einrichtung besteht aus wenigen, preiswerten, handelsübli­ chen Baugliedern. Sie ist äußerst übersichtlich aufgebaut und er­ fordert zum Überwachen der gesamten Temperatur- sowie Gemischzu­ stände und der Funktionsfähigkeit der Lambda-Meßsonde nur ein ent­ sprechendes Auswerten der an dieser anstehenden Spannung.

Mit der Weiterbildung von Anspruch 10 können die erfaßten Spannun­ gen besonders einfach und betriebssicher ausgewertet werden.

Die Weiterbildung von Anspruch 11 ermöglicht in sehr einfacher Weise ein Umschalten zwischen einer Spannungsteilungsmessung und einer Messung der Meßsonden-Eigenspannung.

Mit der Weiterbildung von Anspruch 12 ist ein einfaches Kompensie­ ren des bei durchgeschalteter Ankopplungsdiode an dieser anstehen­ den Spannungsabfalls möglich, so daß dieser nicht die Auswertung der relativ kleinen Eigenspannung der Lambda-Meßsonde stört.

Mit der Weiterbildung der Ansprüche 13 und 14 lassen sich kurze Störimpulse unterdrücken, die anderenfalls insbesondere bei Aus­ wertung der Sonden-Eigenspannung zu fehlerhaften Ergebnissen füh­ ren könnten.

Die Erfindung wird nachfolgend an einem in einer Zeichnung sche­ matisch dargestellten Ausführungsbeispiel näher erläutert.

Eine Lambda-Meßsonde 10 ist in der Zeichnung schematisch mit einem Innenwiderstand R _i und einer Eigenspannungsquelle U _L darge­ stellt. In bekannter Weise fällt der Innenwiderstand R _i mit der Sondentemperatur stark ab. Die Meßsonde ist erst etwa ab einer Betriebstemperatur von 200 bis 300°C betriebsbereit, wobei der Innenwiderstand einen Widerstandswert von etwa 100 Kilo-Ohm unter­ schreitet. Ein wesentlich größerer Innenwiderstand zeigt also den Kaltzustand bzw. Außerbetriebszustand der Lambda-Meßsonde 10 an. Die Eigenspannung U _L der Lambda-Meßsonde ist abhängig vom Gemisch­ zustand und beträgt bei einem Lambda-Wert von 1 etwa 400 Milli- Volt. Zu kleineren bzw. größeren Lambda-Werten nimmt die Eigen­ spannung sehr steil zu bzw. ab. Bei sehr kleinen Lambda-Werten steigt die Eigenspannung bis auf etwa 800 Milli-Volt.

Die Lambda-Meßsonde 10 liegt gemäß der Zeichnung mit einem Ver­ gleichswiderstand R ₁, der ebenfalls etwa 100 Kilo-Ohm betragen sollte, in Reihe an einer Versorgungsmeßspannung U ₀, die als Gleichspannung beispielsweise etwa 5 Volt betragen kann. Zwischen dem Vergleichswiderstand R ₁ und der Lambda-Meßsonde 10 befinden sich noch eine Kompensationsdiode D ₁ und ein vergleichsweise klei­ ner Widerstand R ₂ eines störunterdrückenden RC-Gliedes mit einem zusätzlichen Kondensator C.

Ein Steuergerät 12, das vorzugsweise als Mikroprozessor ausgebil­ det sein kann, ist über eine Ankopplungsdiode D ₂ an einen Abgriff 18 der Reihenschaltung angekoppelt. Das Steuergerät 12 kann die Ankopplungsdiode D ₂ mit geeigneten Potentialen so versorgen, daß sie entweder gesperrt ist, so daß die Reihenschaltung von der Ver­ sorgungsmeßspannung U ₀ gespeist wird, oder durchgeschaltet ist, so daß der Abgriff 18 bis auf die Durchlaßspannung der Ankopp­ lungsdiode D ₂ etwa auf Massepotential liegt. Der geringe Span­ nungsabfall an der Ankopplungsdiode D ₂ wird durch die Kompensa­ tionsdiode D ₁ kompensiert, so daß dann die Eigenspannung U _L über den Abgriff 20 sicher ausgewertet werden kann.

An den Abgriff 20 bzw. das RC-Glied mit den Gliedern R ₂ und C ist im vorliegenden Fall ein Analog/Digital-Wandler 14 angeschlossen, mit dem die am Abgriff 20 anstehende Spannung digitalisiert wird. Dem Analog/Digital-Wandler 14 ist ein Schwellwertglied 16 nachge­ schaltet. Die Glieder 14 und 16 werden vom Steuergerät 12 gesteu­ ert, und zumindest das Schwellwertglied 16 leitet das Spannungs­ vergleichsergebnis dem Steuergerät 12 zu. Die am Abgriff 20 an­ stehende Spannung kann auch direkt vom Analog/Digital-Wandler nach Digitalisierung dem Steuergerät 12 zugeleitet oder unter Um­ gehung des Analog/Digital-Wandlers 14 direkt dem Schwellwertglied 16 zugeleitet werden, was durch gestrichelte Linien angedeutet ist.

Die am Abgriff 20 anstehende Spannung kann im Schwellwertglied 16 mit verschiedenen vom Steuergerät 12 vorgegebenen Spannungs­ schwellwerten verglichen werden. Bei gesperrter Ankopplungsdiode D ₂ wird der relativ große Spannungsabfall am Abgriff 20 (etwa 2 bis 3 Volt) zunächst mit einem kleineren Spannungsschwellwert von vielleicht etwa 2 Volt verglichen. Nachdem dieser Spannungs­ schwellwert während der allmählichen Erwärmung der Lambda-Meßson­ de 10 unterschritten worden ist, wird für die nächsten Abfrage­ zyklen des Spannungsabfalls dieser erste Spannungsschwellwert zu einem zweiten Spannungsschwellwert vergrößert, der beispielsweise etwa 3 Volt betragen kann. Erst dann, wenn dieser größere zweite Spannungsschwellwert überschritten wird, erfolgt hierdurch eine Erkennung eines erneuten Kaltzustandes der Lambda-Meßsonde 10. Durch dieses Vergrößern des ersten zum zweiten Spannungsschwell­ wert ergibt sich im Betrieb ein hohes Maß an Störsicherheit.

Im Warmzustand der Lambda-Meßsonde 10, also wenn der Spannungsab­ fall am Abgriff 20 kleiner als der erste Spannungsschwellwert oder zumindest kleiner als der zweite Spannungsschwellwert ist, erfolgt zwischen den wiederholten Abfragezyklen des Spannungsab­ falls bzw. des Temperaturzustandes der Lambda-Meßsonde 10 ein wie­ derholtes Abfragen der Eigenspannung U _L der Lambda-Meßsonde 10 nach entsprechender Durchschaltung der Ankopplungsdiode D ₂. Diese kleine Eigenspannung U _L wird im Schwellwertglied 16 mit einem dritten, entsprechend kleinen Spannungsschwellwert von etwa 400 Milli-Volt verglichen, der bei einem Lambda-Wert von etwa 1 die Grenze zwischen den Fett- und Magerzuständen der Lambda-Meßsonde 10 darstellt.

Die Vergleichsergebnisse des Schwellwertgliedes 16 werden dem Steuergerät 12 zugeführt und von diesem als Ausgangssignale A ab­ gegeben, die die Temperatur- und Gemischzustände repräsentieren.

Im Kaltzustand der Lambda-Meßsonde 10 ist es nicht erforderlich, daß deren Eigenspannung ausgewertet wird. Solange bei der Span­ nungsteilungsmessung der Kaltzustand erfaßt wird, können somit die Messung und Auswertung der Eigenspannung unterdrückt werden. Diese Vorgänge müssen erst dann einsetzen, sobald der Betriebsbe­ reit- bzw. Warmzustand der Lambda-Meßsonde 10 festgestellt wird.

Die am Abgriff 20 anstehende Spannung, sei es nun der Spannungs­ abfall aus der Spannungsteilungsmessung oder die Eigenspannung U _L bei durchgeschalteter Ankopplungsdiode D ₂, kann auch direkt oder nach Digitalisierung im Analog/Digital-Wandler 14 dem Steuergerät 12 zugeführt werden, um hieraus eine bestimmte Aussage bezüglich der Temperatur- und Funktionszustände erhalten zu können. Bei­ spielsweise ist der jeweilige Spannungsabfall ein direktes Maß für den Temperaturzustand der Lambda-Meßsonde 10. Andererseits können aus der tatsächlichen Eigenspannung U _L der Lambda-Meßsonde 10 gewisse Rückschlüsse auf deren Funktionsfähigkeit gezogen wer­ den. Wenn beispielsweise die Eigenspannung U _L im Fettzustand maxi­ mal nur etwa 600 Milli-Volt beträgt, wird hierdurch ein Alterungs­ effekt der Meßsonde angezeigt.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung lassen sich somit mit äußerst einfachen Maßnahmen die gesamten Temperatur- und Funktionszustände einer Lambda-Meßsonde sehr schnell und sicher in praktisch belie­ bigem Zeitraster feststellen. Diese ständige Überwachung eignet sich sehr gut für entsprechende Steuerungs- bzw. Regelungsvorgänge in Kraftfahrzeugen, wie bei Einspritzsystemen.

Claims (14)

1. Verfahren zum wiederholten Überprüfen der Betriebsbereitschaft einer Lambda-Meßsonde sowie des Kraftstoffgemischzustandes mit­ tels dieser Meßsonde durch Auswerten der an dieser anstehenden Spannung, dadurch gekennzeichnet,

• a) daß die Meßsonde zum Erfassen ihres Temperaturzustandes wiederholt einer Spannungsteilungsmessung mit einer aufge­ prägten Versorgungsmeßspannung unterworfen wird, wobei der an der Meßsonde anstehende Spannungsabfall zumindest bei kalter bis betriebsbereiter Meßsonde groß gegenüber der ge­ mischabhängigen Eigenspannung der Meßsonde ist und in der Weise ausgewertet wird,
• b) daß der Spannungsabfall mit einem ersten Spannungsschwell­ wert verglichen wird, wobei eine Unterschreitung desselben als betriebsbereiter Warmzustand erkannt wird, und
• c) daß der erste Spannungsschwellwert nach Erkennung des Warm­ zustands so lange auf einen zweiten Spannungsschwellwert vergrößert wird, bis eine Überschreitung desselben einen erneuten Kaltzustand sicher anzeigt, und
• d) daß zwischen den Spannungsteilungsmessungen die Aufprägung der Versorgungsmeßspannung aufgehoben und im Warmzustand der Meßsonde deren Eigenspannung in der Weise ausgewertet wird, daß sie mit einem kleineren dritten Schwellwert ver­ glichen wird, der bei Überschreitung den Fettzustand und bei Unterschreitung den Magerzustand anzeigt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Versorgungsmeßspannung von etwa 5 Volt die ersten und zweiten Spannungsschwellwerte etwa 2 bis 3 Volt und der dritte Spannungsschwellwert etwa 400 Milli-Volt betragen.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsteilungsmessungen in einem ersten Zeitraster und die Gemischmessungen im Warmzustand dazwischen in einem hier­ mit synchronisierten engeren zweiten Zeitraster durchgeführt werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Spannungsteilungsmessungen im Kaltzustand in kürzeren Zeitintervallen als im Warmzustand wiederholt werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Spannungsabfall und die Eigenspannung digi­ talisiert und dann weiterverarbeitet werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die jeweils erfaßten Temperatur- und Gemischzu­ stände bis zum nächsten Abfragezyklus gespeichert werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die gemessene Größe des Spannungsabfalls an der Meßsonde als Maß für die Sondentemperatur ausgewertet wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die gemessene Größe der Eigenspannung der Meß­ sonde als Maß für deren grundsätzliche Funktionsfähigkeit, wie deren Alterung, ausgewertet wird.

9. Einrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch eine mit einer Versorgungsspannungsquelle (U ₀) verbindbare Reihenschal­ tung eines Vergleichswiderstands (R ₁) sowie der Lambda-Meßsonde (10), durch ein Schaltmittel (D ₂) zum wahlweisen Einschalten und Abblocken der Versorgungsmeßspannung, durch ein an die Lambda-Meßsonde (10) angeschlossenes Schwellwertglied (16) und durch ein Steuergerät (12) zum wiederholten Steuern des Ein­ schaltens sowie Abblockens der Versorgungsmeßspannung, ferner des Vorgebens geeigneter Spannungsschwellwerte im Schwellwert­ glied und der Ausgabe der Temperatur- und/oder Gemischzustände.

10. Einrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch einen Analog/ Digital-Wandler (14) zwischen der Meßsonde (10) und dem Schwellwertglied (16).

11. Einrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät (12) einen Mikroprozessor darstellt, der mit einem zwischen zwei Zuständen schaltbaren Ausgang über eine Ankopplungsdiode (D ₂) an die Reihenschaltung so ange­ schlossen ist, daß die Versorgungsmeßspannung (U ₀) je nach Schaltzustand des Mikroprozessors der Meßsonde (10) zugeführt oder hiervon abgeblockt ist.

12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, gekennzeichnet durch eine in der Reihenschaltung zwischen dem Vergleichswider­ stand (R ₁) und der Meßsonde (10) angeordnete Kompensations­ diode (D ₁) als Spannungskompensator für den bei abgeblockter Versorgungsmeßspannung (U ₀) an der Ankopplungsdiode (D ₁) auf­ tretenden Spannungsabfall.

13. Einrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, gekennzeichnet durch ein zum Unterdrücken von Störungen dienendes RC-Glied (R ₂, C) am Eingang des Analog/Digital-Wandlers (14).

14. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein Widerstand (R ₂) des RC-Gliedes in der Reihenschaltung zwischen der Kompensationsdiode (D ₁) und der Meßsonde (10) angeordnet ist.