DE3839634A1

DE3839634A1 - Verfahren und vorrichtung zum festlegen mindestens einer schwellspannung bei lambda-eins-regelung

Info

Publication number: DE3839634A1
Application number: DE3839634A
Authority: DE
Inventors: Adolf Fritz; Juergen Dipl Phys D Zimmermann; Christian Dipl Ing Rein
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1988-11-24
Filing date: 1988-11-24
Publication date: 1990-05-31
Also published as: EP0445127B1; EP0445127A1; BR8907785A; KR0147073B1; KR900702191A; JPH04501898A; WO1990005840A1; DE58903617D1; US5119788A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Festlegen mindestens einer Schwellspannung bei Lambda-Eins-Regelung, mit einer Lambdasonde, der eine Spannung gegengeschaltet ist, die im wesentlichen der gewünschten Schaltspannung entspricht. Die Erfindung betrifft außerdem eine Vorrichtung zum Durchführen eines solchen Verfahrens.

Stand der Technik

Aus DE 33 19 432 A1 (US 45 28 957) ist ein Aufbau zum Erfas sen der Spannung der Lambdasonde bekannt, der eine Gegenspan nungsquelle verwendet, deren Spannung derjenigen der Lambda sonde gegengeschaltet ist. Auf die Gegenspannung sind zwei Schwellspannungen bezogen, nämlich eine obere Schwellspan nung U _O und eine untere Schwellspannung U _U. Die Gegenspannung liegt z. B. bei 450 mV und die Schwellspannungen um jeweils 50 mV nach oben bzw. unten davon entfernt. Erreicht die gemes sene Spannung eine der beiden Schwellen, wird von Steuerung auf Regelung umgeschaltet.

Im Regelungsbetrieb wird in Richtung mager geregelt, solange die gemessene Spannung über einer Umschaltschwellspannung liegt, und es wird in Richtung fett geregelt, wenn sie sich oberhalb derselben befindet. Die Umschaltschwellspannung liegt in der Regel dicht bei der Gegenspannung, z. B. 10 mV über dieser.

Im Falle des genannten Beispieles beträgt die Gegenspannung also 450 mV, die obere Einschaltschwellspannung 500 mV, die untere Einschaltschwellspannung 400 mV und die Umschaltschwell spannung 460 mV. Jedem Spannungswert ist ein digitaler Wert fest zugeordnet. Im Beispielsfall seien dies die Werte 130, 143, 117 bzw. 132.

Um die genannten Spannungswerte genau einstellen zu können, wird eine hochgenaue Referenzspannungsquelle verwendet, also nicht der übliche Spannungsstabilisator, der u. a. die übliche Logikspannung von +5 V für elektronische Bauelemente liefert. Mit hochgenauen, temperaturstabilen Widerständen wird die Spannung der Referenzspannungsquelle so geteilt, daß sich genau die gewünschte Gegenspannung einstellt. Die Schwellspan nungen werden auf diese genau eingestellte Gegenspannung be zogen. Zusätzlich zur Abstimmung mit Hilfe der genauen Wider stände kann noch eine softwaremäßige Abstimmung dahingehend erfolgen, daß sich genau der vorgegebene digitale Wert für die Gegenspannung einstellt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ohne die hochgenaue Referenzspannungsquelle und ohne hochgenaue Widerstände aus kommen zu können. Dafür sollen ein Verfahren und eine Vorrich tung angegeben werden.

Vorteile der Erfindung

Die Erfindung ist für das Verfahren durch die Merkmale von Anspruch 1 und für die Vorrichtung durch die Merkmale von Anspruch 6 gegeben. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausge staltungen des Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche 2-5.

Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß die Gegenspannung gemessen wird und Schwellspannungen auf die gemessene Gegenspannung bezogen werden. Ist die gemessene Gegenspannung z. B. 460 mV statt 450 mV, wird die obere Ein schaltschwellspannung U _O auf 510 mV statt 500 mV gesetzt. Es wird darauf hingewiesen, daß genaugenommen nicht bekannt ist, ob die Gegenspannung nun 455 mV oder 465 mV beträgt, da ja eine hochgenaue Referenzspannungsquelle zum Vergleich fehlt. Auf die genaue Kenntnis kommt es aber auch nicht an, da ja andere Spannungen, auf die es ankommt, z. B. die Einschalt schwellspannungen, auf die gemessene Spannung bezogen werden. Damit ist gewährleistet, daß z. B. die beiden Einschaltschwell spannungen immer symmetrisch zur Gegenspannung liegen, unab hängig davon, was der genaue Wert der Gegenspannung ist. Zum digitalen Wert der gemessenen Gegenspannung werden z. B. grundsätzlich 13 Einheiten hinzugezählt, um den Wert für die obere Einschaltschwellspannung zu erhalten, bzw. 13 Einheiten werden abgezogen, um zur unteren Einschaltschwellspannung zu gelangen. Entsprechend können andere Abstände oder auch un symmetrische Abstände eingestellt werden.

Neben den Einschaltsschwellspannungen wird vorteilhafterweise auch die Umschaltschwellspannung auf die gemessene Spannung bezogen.

Dadurch, daß Schwellspannungen auf die gemessene Gegenspan nung bezogen werden, ist es nicht mehr erforderlich, die Ge genspannung mit Hilfe einer hochgenauen Referenzspannungs quelle und mit Hilfe hochgenauer Widerstände auf einen genau vorgegebenen Wert einzustellen. Es kann vielmehr die Spannung vom üblichen Spannungsstabilisator genutzt werden und normal genaue Widerstände können eingesetzt werden.

Werden nur die Einschaltschwellspannungen korrigiert, reicht es aus, die Gegenspannung bei kalter Lambdasonde zu messen. Dies ist insbesondere beim Start einer Brennkraftmaschine, an der die Lambdasonde eingesetzt ist, der Fall, aber auch nach längeren Schubphasen.

Sollen auch Änderungen in der Umschaltschwellspannung erfaßt werden, wie sie z. B. durch temperatur- oder alterungsbedingte Änderungen von Widerstandswerten oder Verstärkungsfaktoren bedingt sind, empfiehlt es sich, die Gegenspannung in regel mäßigen Zeitabständen zu messen und die Umschaltschwellspan nung jeweils auf die gemessene Gegenspannung zu beziehen.

Eine Vorrichtung zum Ausführen des genannten Verfahrens weist ein Mittel zum Messen der Gegenspannung und ein Mittel zum Beziehen von Schwellspannungen auf die Gegenspannung auf.

Zeichnung

Die Erfindung wird im folgenden anhand von durch Figuren ver anschaulichten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zei gen:

Fig. 1 ein Schaltbild einer mit einer Gegenspannung bela steten Sonde, wobei die Gegenspannung mit Hilfe der Spannung eines üblichen Spannungsstabilisators er zeugt wird;

Fig. 2 ein Flußdiagramm zum Erläutern eines Verfahrens, gemäß dem Schwellspannungen auf eine gemessene Ge genspannung bezogen werden; und

Fig. 3 und 4 Schaltbilder zum Erläutern von Möglichkeiten zum Messen der Gegenspannung.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen

Die Schaltung gemäß Fig. 1 weist u.a. eine Lambdasonde 10 auf, die durch ihr Ersatzschaltbild dargestellt ist, nämlich durch eine Gleichspannungsquelle 11 mit der Sondenspannung U _S und einen Widerstand 12 mit dem Innenwiderstandswert R _S. Der Son denspannung ist über einen Lastwiderstand 13 mit dem Wider standswert R _L eine Gegenspannung U _G gegengeschaltet. Diese ist durch Teilung der +5 V-Spannung eines Spannungsstabilisa tors 14 erzeugt. Beim Ausführungsbeispiel soll sie 450 mV be tragen. Dieser Wert schwankt jedoch um gut 5% nach oben und unten, da die Ausgangsspannung vom Spannungsstabilisator 14 von dessen Eingangsspannung, also der Batteriespannung, von der Belastung des Stabilisators sowie von Temperatur- und Alterungseinflüssen abhängt. Außerdem besteht von Schaltung zu Schaltung eine Streuung in bezug auf die Ausgangsspannun gen der Spannungsstabilisatoren aufgrund von Fertigungsto leranzen. Weitere Ursachen für die Schwankungsbreite der Ge genspannung U _G sind Fertigungstoleranzen der Spannungsteiler widerstände 15.1 und 15.2 sowie Änderungen deren Widerstands werte aufgrund von Temperatur- und Alterungseffekten.

Die Sondenspannung U _S und die Gegenspannung U _G setzen sich zur Eingangsspannung U _E an einem Differenzverstärker 16 wie folgt zusammen:

U _E = U _G + R _L(U _S-U _G)/(R _L + R _S).

Diese Spannung wird einem A/D-Wandler 17 zugeführt, dessen digitale Ausgangswerte von einem Mikrocomputer 18 zu Lambda regelungszwecken verarbeitet werden.

Im Mikrocomputer 18 wird insbesondere überprüft, ob die Ein gangsspannung U _E eine obere Einschaltschwellspannung U _O überschritten oder eine untere Einschaltschwellspannung U _U unterschritten hat. Diese Schwellspannungen liegen beim Aus führungsbeispiel nicht mehr auf genau vorgegebenen Werten, sondern sie liegen um vorgegebene Zählwerte über bzw. unter demjenigen Zählwert, der sich am Ausgang des A/D-Wandlers 17 einstellt, wenn mit Hilfe des Differenzverstärkers 16 die Ge genspannung U _G gemessen wird.

Der soeben genannte Ablauf ist im Flußdiagramm von Fig. 2 dargestellt. In einem Schritt s 1 wird die Gegenspannung U _G gemessen. In einem Schritt s 2 wird zur gemessenen Spannung ein Differenzwert Δ U _O gezählt, um den Wert für die obere Ein schaltschwellspannung U _O zu erzielen, es wird eine Differenz Δ U _U subtrahiert, um die untere Einschaltschwellspannung U _U zu erhalten, und es wird eine Spannung Δ U _UM addiert, um eine Um schaltschwellspannung U _UM bereitzustellen. Wird die letztere Schwellspannung von der Eingangsspannung U _E überschritten oder unterschritten, kehrt sich jeweils die Regelungsrichtung um.

In einem Unterprogramm gemäß einem Schritt s 3 wird ein übli ches Steuerungs/Regelungsverfahren ausgeführt. Das Unterpro gramm gemäß Schritt s 3 wird wiederholt ausgeführt. Diesem wie derholten Ausführen kann ein immer wieder neues Messen der Gegenspannung und Festlegen von Schwellspannungen voraus gehen. Dies ist durch die gestrichelte Rücksprunglinie in Fig. 2 dargestellt. Der Rücksprung zu Schritt s 1 kann nach jedem Durchlaufen von Schritt s 3 erfolgen. Ein so häufiges Durchlaufen der Schritte s 1 und s 2 ist jedoch nicht erfor derlich, da sich die Gegenspannung aufgrund von Temperatur und Alterungseffekten nur langsam ändert und lastabhängige Effekte bei laufender Brennkraftmaschine kaum eine Rolle spielen. Normalerweise reicht es daher aus, die Gegenspannung nur einmal bei Inbetriebnahme der Brennkraftmaschine zu mes sen. Um die Genauigkeit zu steigern, kann jedoch auch zu fest vorgegebenen Zeiten, z. B. im Abstand einiger Sekunden, oder beim Eintreten vorgegebener Betriebszustände gemessen werden. Ein die Messung auslösender Betriebszustand kann Schubbetrieb sein, der über einige Sekunden andauert. In diesem Fall kühlt die Sonde aus, und zwar bei längerem Schubbetrieb so weit, daß sie sogar nicht mehr regelbereit ist, wenn der Schubbe trieb beendet wird. Während des Schubbetriebs steht ausrei chend Zeit zum Durchführen der Schritte s 1 und s 2 zur Ver fügung, da keine Regelungsvorgänge ablaufen. Endet der Schub betrieb, kann mit den im Schritt s 2 bestimmten Werten über prüft werden, ob die Sonde regelbereit ist.

Aus der weiter oben angegebenen Gleichung geht hervor, daß bei sehr hohem Innenwiderstandswert R _S der Sonde die Eingangs spannung U _E der Gegenspannung U _G entspricht. Bei etwa 250°C Sondentemperatur beträgt der Innenwiderstandswert R _S über 1 MOhm, während der Lastwiderstandswert R _L nur in der Größen ordnung einiger 100 Ohm liegt. Bei Start der Brennkraftma schine, wenn also die Sonde noch ganz kalt ist, oder bei län ger dauerndem Schubbetrieb, wenn die Sondentemperatur unter etwa 300°C fällt, kann die Gegenspannung somit auf einfach ste Art und Weise dadurch gemessen werden, daß sie der gemes senen Eingangsspannung U _E gleichgesetzt wird.

Wenn die Sonde warm ist, versagt das soeben genannte Meßver fahren. Die Spannung kann dann aber gemessen werden, wie dies in den Fig. 3 und 4 veranschaulicht ist.

Gemäß Fig. 3 wird zum Messen der Gegenspannung die Sonden spannung durch Öffnen eines Schalters 19 abgetrennt, so daß die Eingangsspannung U _E der Gegenspannung U _G identisch ist. Bei der Variante gemäß Fig. 4 besteht eine Anzapfung direkt am Pluspol der Gegenspannungsquelle und der an dieser Anzap fung anstehende Spannungswert wird durch einen Umschalter 20 auf den positiven Eingang des Differenzverstärkers 16 gelegt. In den Schaltbildern der Fig. 3 und 4 wird die Gegenspannung durch eine Gegenspannungsquelle 21 erzeugt. Wie diese konkret ausgebildet ist, ist unerheblich.

Der Schalter 19 im Schaltbild gemäß Fig. 3 bzw. der Umschal ter 20 im Schaltbild gemäß Fig. 4 dienen zusammen mit dem Differenzverstärker 16, dem A/D-Wandler 17 und dem Mikro computer 18 als Mittel zum Messen der Gegenspannung. Bei der Variante gemäß Fig. 1 ist das Messen der Gegenspannung dadurch gesteuert, daß der Mikrocomputer 18 den Meßvorgang bei Eintritt einer vorgegebenen Bedingung auslöst, z. B. beim Start der Brennkraftmaschine oder nach längerdauerndem Schub betrieb oder, wenn der Innenwiderstand der Sonde gemessen wird, dann, wenn dieser Innenwiderstand einen bestimmten Schwellwert übersteigt. Es wird darauf hingewiesen, daß dann, wenn die Messung beim Start der Brennkraftmaschine erfolgt, zweckmäßigerweise gewartet wird, bis diese einige Umdrehun gen ausgeführt hat. Würde früher gemessen, im ungünstigsten Fall bereits dann, wenn der Anlasser noch betätigt wird, könn te eine Gegenspannung gemessen werden, die im späteren Betrieb gar nicht mehr existiert. Dies, weil beim Anlaßvorgang und kurz danach die Ausgangsspannung vom Spannungsstabilisator 14 auf einen so tiefen Wert gefallen ist, wie er während des ge samten weiteren Betriebes nicht mehr auftritt.

Der Mikrocomputer 18 ist nicht nur Teil des Mittels zum Mes sen der Gegenspannung, sondern er ist auch Mittel zum Bezie hen von Schwellspannungen auf die gemessene Gegenspannung. Er verfügt auch über Speicher, die entweder die gemessene Gegenspannung oder mit Hilfe dieser berechnete Schwellspan nungen speichert.

Claims

1. Verfahren zum Festlegen mindestens einer Schwellspannung bei Lambda-Eins-Regelung, mit einer Lambdasonde, der eine Gegenspannung gegengeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenspannung gemessen und Schwellspannungen auf die Ge genspannung bezogen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die Gegenspannung bei kalter Lambdasonde gemes sen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich net, daß die Einschaltschwellspannung, die zum Erkennen von Regelbereitschaft der Sonde dienen, auf die gemessene Ge genspannung bezogen werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschaltschwellspannung, die zum Umschalten der Regelungsrichtung dient, auf die gemessene Gegenspannung bezogen wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenspannung in regelmäßi gen Zeitabständen gemessen wird.

6. Vorrichtung zum Festlegen mindestens einer Schwellspannung bei Lambda-Eins-Regelung, mit einer Lambdasonde, der eine Ge genspannung gegengeschaltet ist, gekennzeichnet durch

- ein Mittel (19; 20; 16, 17, 18) zum Messen der Gegenspan nung, und
- ein Mittel (18) zum Beziehen von Schwellspannungen auf die Gegenspannung.