DE4115288A1 - Einrichtung zum abgleich von sensorsignalen - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft die Einrichtung zum Abgleich von Sensorsigna
len gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Eine solche Einrichtung zum Abgleich von Sensorsignalen ist aus der
EP-A-02 64 388 bekannt. Dort wird eine Einrichtung zum Abgleich des
Ausgangssignals eines Drucksensors beschrieben. Hierzu steht eine
Brückenschaltung, die zwei druckabhängige Widerstände umfaßt mit
einer Auswerteschaltung in Verbindung. Als Sensoren werden hier
druckabhängige Widerstände verwendet. Dabei ergeben sich von Sensor
zu Sensor bei gleichen Druckwerten unterschiedliche Widerstände. Um
eine feste Beziehung zwischen der zu messenden Größe und dem Aus
gangssignal der Auswerteschaltung herzustellen, ist ein Abgleichwi
derstand vorgesehen, der in Reihe zu dem Sensor geschaltet ist. Um
die Temperaturdrift des Abgleichwiderstandes auszugleichen, ist eine
recht aufwendige Kompensationsschaltung erforderlich. Üblicherwelse
sind bei solchen Einrichtungen die Abgleichwiderstände beziehungs
weise die Kompensationsschaltung für die Temperaturdrift in die Aus
werteschaltung integriert. Wird nun ein solcher Sensor ausgetauscht,
so muß in der Regel auch die Auswerteschaltung mit ausgewechselt
werden. Auch muß die Auswerteschaltung auf den jeweiligen Sensor
abgestimmt werden.
Ferner ist aus der EP-A-01 14 235 ein Verfahren zur Messung des Sau
erstoffgehalts im Abgas einer Brennkraftmaschine bekannt. Hierzu
wird ein Meßwiderstand mit einer definierten Spannung beaufschlagt.
Der durch den Widerstand fließende Strom ist dabei ein Maß für die
Sauerstoffkonzentration im Abgas. Die Versorgungsspannung für den
Meßwiderstand wird dabei abhängig von dem jeweiligen gemessenen
Strom eingestellt. Ein Abgleich von Streuungen ist nicht vorgesehen.
Die erfindungsgemäße Einrichtung ist gegenüber dem Stand der Technik
sehr einfach aufgebaut und ermöglicht einen einfachen Abgleich des
Sensors wobei keine Temperaturdrift auftritt. Ferner braucht bei
einem Austausch des Sensors die Auswerteschaltung nicht ausgewech
selt bzw. neu abgeglichen werden.
Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen der
Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung darge
stellten Ausführungsform erläutert. In der einzigen Figur wird die
erfindungsgemäße Einrichtung aufgezeigt.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Sauerstoffsensors be
schrieben, der die Sauerstoffkonzentration im Abgas einer Diesel
brennkraftmaschine mißt. Ein solcher Sauerstoffsensor ist zum Bei
spiel aus der EP-A-01 14 235 bekannt. Abhängig von der gemessenen
Sauerstoffkonzentration beeinflußt dann eine Steuereinrichtung eine
Größe, die die von der Brennkraftmaschine abgegebene Leistung fest
legt. Vorzugsweise handelt es sich bei dieser Größe um die einzu
spritzende Kraftstoffmenge.
Die Erfindung läßt sich aber auch auf andere Sensoren und/oder auf
andere Brennkraftmaschinen übertragen. So wird vorteilhafter Weise
bei allen Sensoren bei denen eine Ausgangsgröße des Sensors von ei
ner Betriebskenngröße abhängt entsprechend vorgegangen.
In der Figur steht ein Sensor 10 zur Erfassung der Sauerstoffkon
zentration bzw. des Sauerstoffgehalts des Abgases einer Brennkraft
maschine über einen Sondenstecker 15 und mehrere Leitungen 11, 12
und 13 mit einer Steuereinrichtung 20 in Verbindung. Diese Steuer
einrichtung berechnet, ausgehend von dem Sensorsignal, ein Ansteuer
signal für ein Stellwerk 60. Über die Leitung 11 wird ein Anschluß
des Sensors von der Steuereinrichtung 20 mit einer definierten Span
nung beaufschlagt. Vorzugsweise setzt sich die Spannung aus einem
Gleichspannungsanteil von ca. 0,6 V und einem Wechselspannungsanteil
zusammen. Ein zweiter Anschluß des Sensors steht zum einen über ei
nen ersten Widerstand 30 und die Leitung 13 und zum anderen über ei
nem zweiten Widerstand 40 und die Leitungen 12 mit dem Steuergerät
in Verbindung. Der erste Widerstand 30, der auch als Abgleichwider
stand bezeichnet wird, ist über die Leitung 13 direkt mit Masse, der
zweite Widerstand 40 ist über die Leitung 12 und eine Strommeßein
richtung 50 mit Masse verbunden. Es besteht eine Reihenschaltung aus
dem Sensor 10 dem zweiten Widerstand 40 und der Strommeßeinrichtung
50. Zu der Reihenschaltung aus zweitem Widerstand 40 und Strommeß
einrichtung 50 ist der Widerstand 30 parallel geschaltet. Die ver
wendete Strommeßeinrichtung 50 besitzt vorzugsweise den Innenwider
stand 0.
Liegt an dem Sensor eine definierte Spannung an, so ist der durch
den Sensor 10 fließende Strom ein Maß für den Sauerstoffgehalt im
Abgas. Der Zusammenhang zwischen dem Strom und dem Sauerstoffgehalt
ist weitgehend linear. Das Verhältnis zwischen Sondenstrom und Sau
erstoffgehalt auch als Empfindlichkeit bezeichnet unterliegt aber
starken Streuungen. Die Empfindlichkeit ist von Sonde zu Sonde sehr
unterschiedlich. Die Streuung zwischen den einzelnen Sonden ist
weitaus größer als die erforderliche Meßgenauigkeit. Dies ist darin
begründet, daß nicht alle Sonden mit gleichen Kenngrößen gefertigt
werden können.
Um diese Streuung zu eleminieren, wird beim Stand der Technik eine
Auswerteschaltung vorgeschlagen, die diese Streuungen kompensiert.
Dabei ist es aber erforderlich, daß die Sonde und Auswerteschaltung
aufeinander abgestimmt sind. Dies bedeutet jede Auswerteschaltung
ist auf die verwendete Sonde abzugleichen. Bei einem notwendigen
Austausch der Sonde ist also ein neuer Abgleich erforderlich.
Um diese Nachteile zu vermeiden, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen,
daß die Abgleichelemente direkt an der Sonde beziehungsweise in dem
Sondenstecker angeordnet werden. Die Sonde und die Abgleichelemente
bilden eine Baueinheit. Somit ist gewährleistet, daß bei einem vor
gegebenen Sauerstoffgehalt bei jeder Sonde am Sondenstecker das
gleiche Ausgangssignal anliegt.
Der Abgleichwiderstand besitzt abhängig von seiner Temperatur unter
schiedliche Werte. Um einen exakten Abgleich zu ermöglichen, muß der
Abgleichwiderstand in einem sehr großen Temperaturbereich, etwa
zwischen -40° und +130° einen annäherend konstanten Widerstand auf
weisen. Solche Widerstände stehen aber nicht kostengünstig zur Ver
fügung.
Als Alternative wird die erfindungsgemäße Einrichtung vorgeschlagen.
Anstelle eines Abgleichwiderstandes wird ein Stromteiler eingesetzt.
Dieser Stromteiler besteht aus wenigstens zwei Widerständen. Bei
geeigneter Wahl des Abgleichwiderstands 30 und des zweiten Wider
standes 40 gleichen sich die Temperaturabhängigkeit der beiden
Widerstände aus, sofern die beiden Widerstände gut thermisch mitein
ander gekoppelt sind. Eine solche gute Kopplung ist gegeben, wenn
die beiden Widerstand räumlich nahe beieinander angeordnet sind, und
beide Widerstände bei allen Betriebszuständen jeweils die gleiche
Temperatur annehmen.
Beim Abgleich der Sonde wird so vorgegangen, daß der Abgleichwider
stand so lange verändert wird, bis der durch den zweiten Widerstand
40 fließende Strom bei einem bestimmten Sauerstoffgehalt einen be
stimmten Wert annimmt. In der Figur ist eine besonders vorteilhafte
Ausführungsform dargestellt, bei der der Stromteiler in den Sonden
stecker integriert ist.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Stromteiler mit dem Sensor
oder mit dem Sondenstecker eine bauliche Einheit bilden. Bei einem
Austausch der baulichen Einheit aus Sensor und Stromteiler oder aus
Sondenstecker und Stromteiler ist keinerlei Abgleich erforderlich.
An jedem Sondenstecker liegt bei einem bestimmten Sauerstoffgehalt
das gleiche Ausgangssignal an.
Dabei gilt für die am ersten Widerstand anliegende Spannung U1 die
Gleichung:
U1 = R1 * I1
Dabei ist R1 der Wert des ersten Widerstandes und mit I1 der
durch den ersten Widerstand fließende Strom bezeichnet. Für die am
zweiten Widerstand anliegende Spannung U2 gilt die Gleichung:
U2 = R2 * I1
Dabei ist mit R2 der Wert des zweiten Widerstandes und mit I2 der
durch den zweite Widerstand fließende Strom bezeichnet.
Der Sondenstrom IS ergibt sich aus der Summe der beiden Ströme I1
und I2. Unter der Vorausetzung, daß der Innenwiderstand der Strom
meßeinrichtung zu vernachlässigen ist ergibt sich:
I1 * R = I2 * R2
Dabei gilt für die Widerstände R1 und R2 abhängig von der Temperatur
T der Widerstände die Beziehung:
R1 = RK1 * (1 + a * [T-273])
R2 = RK2 * (1 + a * [T-273])
R2 = RK2 * (1 + a * [T-273])
Wobei RK1 und RK2 die temperaturunabhängigen Anteile der Widerstände
R1 und R2 darstellen. Unter der Voraussetzung einer guten thermischen
Kopplung der beiden Widerstände ergibt sich für den durch die Strom
meßeinrichtung 50 fließenden Strom I2 die Gleichung.
I2 = IS * RK1/(RK1 + RK2)
Da RK1 und RK2 temperaturunabhängige Größen darstellen, ist der in
der Strommesseinrichtung erfaßte Strom 12 unabhängig von der jewei
ligen Temperatur proportional zum Sondenstrom. Durch eine entspre
chende Wahl des Abgleichwiderstandes und oder des zweiten Wider
standes lassen sich die Streuungen der Empfindlichkeit zwischen den
einzelnen Sensoren abgleichen. Dabei ist besonders vorteilhaft, wenn
der erste Widerstand R1 beim Abgleich verändert wird.
Claims (6)
1. Einrichtung zum Abgleich von Sensorsignalen, insbesondere von
Sensoren zur Erfassung einer Betriebskenngröße eines von einer
Brennkraftmaschine angetriebenen Kraftfahrzeugs, wobei in Reihe zu
einem Sensor (10) Abgleichmittel geschaltet sind, dadurch gekenn
zeichnet, daß als Abgleichmittel ein Stromteiler verwendet wird,
wobei der Stromteiler aus wenigstens einem Abgleichwiderstand (30)
und einem zweiten Widerstand (40) besteht.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
Stromteiler und ein Sondenstecker (15) eine bauliche Einheit bilden.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
der Stromteiler und der Sensor eine bauliche Einheit bilden.
4. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Sensor einen Strom erfaßt, der in einem festen
Zusammenhang mit der Betriebskenngröße steht.
5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Sen
sor die Sauerstoffkonzentration im Abgas der Brennkraftmaschine er
faßt.
6. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Bauteile des Stromteilers in guten Wärmekon
takt zueinander stehen.
Priority Applications (4)
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