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zeugenden Teilerschaltung möglich ist.
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Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur
Bestimmung der Dauer von Kraftstoffeinspritzimpulsen bei einer geregelten, einer
Brennkraftmaschine zugeordneten Kraftstoffeinspritzanlage, die über eine die Abgaszusammensetzung
im Abgaskanal erfassende Sonde (Sauerstoffsonde) verfügt, wobei synchron zu den
Kurbelwellenumdrehungen der Brennkraftmaschine der Kraftstoff vorzugsweise er elektromagnetisch
betät igbare Einspritzventile in Abhängigkeit von der Drehzahl und der Ansaugluftmenge
zuführbar ist, mit einer das ;I-Sondenausgangssignal mit einer Schwellwertspannung
vergleichen(len Vernleicherschaltung, die das die Betriebszustände "fettes Gemisch"
bzw. mageres Gemisch" angebende Ausgangsschaltsignal weiterverarbeitenden Schaltungsteilen
der Kraftstoffeinspritzanlae zuführt. Dabei ist schon eine Vorrichtung bei einer
geregelten und mit einer Sonde arbeitenden Kraftstoffeinspritzanlage bekannt, die
so ausgebildet ist, daß bei nichtbetriebsbereitem Zustand der Sonde die Regelung
ganz abgeschaltet und auf Steuerung umgeschaltet wird. Durch weitere Schaltungsmaßnahmen
erfolgt nach Einsetzen der Regelung dann eine Anpassung der mit der n-Sondenausgangsspannung
verglichenen Schweilwertspannung bis zum endgültigen Normalbetriebszustand; bei
dieser Vorrichtung sind jedoch komplizierte Schaltungsmaßnahmen erforderlich, um
den angestrebten Zweck zu erreichen.
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Vorteile der Erfindung Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit dem kennzeichnenden
Merkmal des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß sie äußerst einfach
aufgebaut ist und in der Lage istf die Schwellwertspannung kontinuierlich dem sich
ändernden Zustand der
Sonde und der von ihr abgegebenen Ausgangsspannung
anzupassen. Weiterhin ist vorteilhaft, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung im Normalbetrieb,
also bei ausreichend heißer #-Sonde, nicht einqreift und daher bei der Schaltungsauslegung
für Normalbetrieb nicht berücksichtigt zu werden braucht.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte
Weiterbildungen der im Hauptanspruch angegebenen Vorrichtung möglich. Besonders
vorteilhaft ist, daß zur Schwell.vertverstellung lediglich ein aktives Schaltungselement
in Form eines Transistors erforderlich ist, der mit seiner Koliektoremitterstrecke
einen Parallelzweig zu der Spannungsteilerschaltung bildet, die die Schwellwertspannung
erzeugt.
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Durch entsprechende Ansteuerunq dieses Transistors läßt sich in einfacher
Weise die Schwellwertspannung verschieben und der sich ändernden Sondenspannung,
genauer gesagt dem unteren Extrerr.wert der Sondenspannung, anpassen.
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Zeichnung In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
darqestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibunq näher erlautet. Es zeigen
Figur 1 in Form eines schematischen Diatrams die charakteristischen Spannungs- und
Widerstandsverläufe bei einer Sauerstoff- oder Sonde über der Zeit bzw.
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über der Temperatur, Figur 1a das Ersatzschaltbild einer #-Sonde,
Figur 2 den wesentlichen Teilbereich der Å-Sondenausgangsspannung, bei welchem durch
die erfindungsgemäße Schwellwertbeeinflussung die Regelfunktion gesichert werden
kann und Figur 3 das Ausführungsbeispiel einer Schaltung zur Schwellwertverstellung,
die eine einer Kraftstoffeinspritzanlage zugeordnete Teilschaltung bildet.
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Beschreibung der Erfindung Zum besseren Verständnis der Erfindung
wird zunächst kurz auf das System der sogenannten Sonde anhand der Figuren 1 und
la eingegangen. Bei der Sonde, die auch als Sauerstoff sonde bezeichnet wird, handelt
es sich um eine Anordnung, die im Abgaskanal einer Brennkraftmaschine, also im Bereich
der Auspuffanlage, angeordnet werden kann und die auf Grund eines einer Sprungfunktion
ähnelnden Schaltverhaltens in der Lage ist, zwischen einem der Brennkraftmaschine
eingangsseitig zugeführten fetten Kraftstoff-Luftgemisch und einem mageren Kraftstoff-Luftgemisch
zu unterscheiden. Ein solches Schaltverhalten läßt sich bevorzugt für eine Regelung
auswerten, bei der die Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeugs die Regelstrecke darstellt,
die Kraftstoffeinspritzanlage oder allgemein ausgedrückt, die Vorrichtung zur Gemischzufuhr
zur Brennkraftmaschine den Regler bildet und die Sonde den auf den Eingang der Regelschaltung
zurückgeführten Istwert zur Verfügung stellt.
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Das Ersatzschaltbild einer solchen Sauerstoff- oder t-Sonde ist in
Figur la dargestellt; es umfaßt den inneren Widerstand Ris der Sonde sowie die von
der Sonde erzeugte EMK, d.h.
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die von ihr abgegebene Spannung Uo. Sowohl der innere Widerstand Ris
als auch die Spannung Uo sind keine Konstanten, sondern stark temperaturabhängig
und weisen daher, wie die schematische Darstellung im Diagramm der Figur 1 zeigt,
eine ausgeprägte Abhängigkeit über der Zeit t bzw. der Temperatur Js auf.
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Im kalten Zustand ist der innere Widerstand Ris der Sonde außerordentlich
hoch und senkt sich bei Annäherung an die Arbeitstemperatur der Sonde, die bei etwa
2500 C bis 3000 C angesetzt werden kann, stark ab; andererseits ist die EMK der
Sonde bei niedrigen Temperaturen gering, sie steigt dann an
und
öffnet sich in die beiden Grenzwertzweige Us1 und Us2, die jeweils die oberen und
unteren Begrenzungskurven für die Extremwerte der von der Sonde abgegebenen Spannung
U5 bei fettem und magerem Gemisch der Brennkraftmaschine angeben. Sobald daher die
Sonde die für ihren Betrieb ausreichende Temperatur erreicht hat, die etwa ab dem
Zeitpunkt t1 als gegeben angesehen werden kann, da ab der zu diesem Zeitpunkt herrschenden
Temperatur die von der Sonde abgegebene Spannung zwischen fettem und magerem Gemisch
deutlich unterscheiden kann, ist die Auswertung der Sondenspannung Us für Regelungszwecke
möglich.
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Ab dem Zeitpunkt t2 der Darstellung der Fig. 1 ergeben sich hierbei
auch im wesentlichen keine weiteren Probleme, da die Schwellwertspannung, die der
Sondenspannung Us entgegengeschaltet wird bzw. mit welcher die Sondenspannung zur
Erzielung einer eindeutigen Aussage über die Beschaffenheit des der Brennkraftmaschine
zugeführten Gemischs verglichen wird, konstant gehalten werden kann und beispielsweise
etwa auf, bezogen auf die tatsächliche Sondenausgangsspannung, ca. 500 mV gelegt
werden kann.
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Um die von der Sonde abgegebene Spannung Us auswerten zu können, ist
ihre Verbindung mit der Eingangsstufe einer Regelschaltung erforderlich, die unvermeidlicherweise
einen, wenn auch nur qeringen Meßstrom zieht. Gegebenenfalls wird der Sonde aber
auch bewußt ein Schaltstrom zugeführt, um für den Bereich t zt1 eine Aussage über
den Zustand der Sonde gewinnen zu können und um für diesen Bereich gegebenenfalls
auf Steuerung des Gesamtsystems umschalten zu können.
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Wegen dieses ständig durch die Sonde fließenden Meßstroms steht am
Eingang der Eingangsstufe der Regelschaltung auch ständig eine am Innenwiderstand
Ris der Sonde abfallende Spannung an und erreicht die Sonde für ein einwandfreies
Arbeiten der Regelung nicht die Mindesttemperatur von beispielsweise
ca.
3000 C, dann springt diese, zumindest zum Teil auf den Meßstrom zurückzuführende
Ausgangsspannung der Sonde auch bei magerem Betrieb der Brennkraftmaschine nicht
mehr unter den voraussetzungsgemäß zunächst konstant eingestellten Schwellwert.
Die Folge ist, daß die Regelschaltung dann, wenn die -Sonde ihre Mindesttemperatur
nicht erreicht, nicht mehr einwandfrei arbeitet. Der Abfall der Temperatur der A-Sonde
unter die Mindesttemperatur kann aber auch schon bei solchen Betriebszuständen wie
Leerlauf oder längeres Bergabfahren erreicht werden.
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Die in Figur 3 dargestellte Schaltung ist in der Lage, durch gezielte
Nachführung des mit der Sondenspannung Us verglichenen Schwellwerts die Regelfunktion
auch dann zu sichern, wenn die Sonde sich in einem Zustand befindet, der grob umrissen
etwa dem Zustand zwischen den Zeitpunkten t1 und t2 der Fig. 1 entspricht. An die
Eingangsklemme 10 der Schaltung der Fig. 3 kann beispielsweise unmittelbar die mit
1 bezeichnete Sonde angeschlossen sein. Die Ausgangsspannung Us der Sonde gelangt
über einen Widerstand R1 auf den einen Eingang einer Vorstufenschaltung 2, die beispielsweise
als Operationsverstärker ausgebildet sein kann und deren anderem Eingang über eine
Rückführleitung 3 eine Eingangsspannung zugeführt ist, die auch von der Ausgangsspannung
der Vorstufe 2 abhängt, so daß das Schaltverhalten verbessert und ein Hystereseverhalten
eingeführt wird. Der Ausgang der Vorstufe 2 ist am Schaltungspunkt P2 mit dem Verbindungspunkt
zweier Widerstände R2 und R3 verbunden, die mit einem weiteren in Reihe geschalteten
Widerstand R4 ausgehend von einer eine stabilisierte Spannung führenden Leitung
4 einen Spannungsteiler gegen Masse oder Minusleitung 5 bilden. Die stabilisierte
Spannung wird durch eine Spannungsteilerschaltung erzeugt, die beispielsweise von
der Batteriespannung UB führenden Leitung 6 ausgehend einen Widerstand R5 und eine
mit diesem in Reihe geschaltete Zenerdiode
Z1 umfaßt. Am Verbindungspunkt
der Widerstände R3 und R4 ist die Rückführleitung 3 angeschlossen.
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Die Spannung am Ausgang P2 der Vorstufe 2 springt entsprechend dem
in Fig. 2 gezeigten Kurvenverlauf der Sondenspannung Us zwischen den beiden Extremwertspannungen
Us1 und Us2 hin und her, wobei, wie eingangs schon erwähnt, bei niedrigen Temperaturen
eine Verlagerung der Sondenausgangsspannung entsprechend der Richtung des Doppelpfeils
A in Richtung auf höhere Spannungswerte erfolgt bei gleichzeitiger Extremwertverengung.
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Der Ausgang der Vorstufe 2 ist über einen Widerstand R6 mit dem einen
Eingang einer Vergleichsschaltung 7 verbunden, die ebenfalls als Operationsverstärker
ausgebildet sein kann. Dem anderen Eingang der Vergleichsschaltung 7 wird die weiter
vorn schon erwähnte Schwellwertspannung zugeführt, die primär gewonnen wird aus
einer Spannungsteilerschaltung, die beim Ausführungsbeispiel die stabilisierte Spannung
der Leitung 4 mit Hilfe der Reihenschaltung der Widerstände R7, R8, R9 und R10 mit
Masse verbindet. Der Verbindungspunkt der Widerstände R8 und R9 ist über einen weiteren
Widerstand R11 mit dem Schwellwertspannungseingang der Vergleicherschaltung 7 verbunden.
Am Ausgang der Vergleicherschaltung 7 , der dann je nach dem der Brennkraftmaschine
zugeführten Gemisch hoch oder niedrig liegt, wird das von der Regelschaltung weiter
zu verarbeitende Istwertsignal abgenommen. Zur Nachführung des Schwellwerts ist
eine Schwellwertnachführschaltung vorgesehen, die ausgangsmäßig auf den Schwellwerteingang
9 der Vergleicherschaltung 7 arbeitet und eingangsmäßig den tatsächlichen Wert der
Sondenspannung abtastet. Beim Ausführungsbeispiel besteht die Schwellwertnachführschaltung
aus einem Transistor T1, dessen Kollektor beispielsweise unmittelbar mit einer beim
vorliegenden Fall Plusspannung führenden Leitung, nämlich der Leitung 6 verbunden
ist, während der Emitter des Transistors T1 auf die Spannungsverteilung
in
der Spannungsteilerschaltung R7 bis R10 einwirkt, und zwar dadurch, daß er beim
Ausführungsbeispiel über einen Widerstand ist mit dem Verbindungspunkt der Widerstände
R9 und R10 verbunden1. Die Basis des Transistors T1 ist über einen Widerstand R13
einmal mit der Plusspannung führenden Leitung 4 verbunden und ist andererseits an
eine Sondenspannung-Abtastschaltung 12 angeschlossen, die aus der Reihenschaltung
einer Diode D1, eines weiteren Widerstandes R14 und eines Kondensators C besteht
und zwischen den Schaltungspunkt P2 als Ausgang der Vorstufe 2 und Masse geschaltet
ist.
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Die Wirkungsweise zur Beeinflussung der dem Sondensignal Us entgegengeschalteten
Schwellwertspannung ist so, daß der Kondensator C über den Widerstand R13 auf positive
Spannung aufgeladen und über die Reihenschaltung des Widerstandes R14 mit der für
negative Spannungen vom Schaltungspunkt P2 in Flußrichtung gepolten Diode jeweils
auf den Minimalwert der schwankenden Sondenspannung Us (siehe Fig. 2) entladen wird.
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Solange der Minimalwert (entsprechend der Spannung s2 der Fig. 2)
ausreichend niedrig liegt, wird sich der Transistor T1 in seinem Sperrzustand befinden,
da sein Emitterpotential auf die Spannung angehoben ist, die im Normalfall am Verbindungspunkt
der Widerstände R9 und R10 herrscht. Im normalen Regelbetrieb beträgt bei ausreichend
warmer Sonde der durch die Spannungsteilerschaltung der Widerstände R7 bis R10 eingestellte
Schwellwert v (vgl. Fig. 2) etwa 500 V und dieser Schwellwert wird nicht beeinflußt,
solange beispielsweise der Minimalwert Us2 der Sondenspannung Us einen vorgegebenen
Grenzwert Ug nicht überschreitet. Zum Zeitpunkt t4 in Fig. 2 ist jedoch wegen entsprechender
Abkühlung der Sonde die Grenzwertspannung Ug überschritten und die Abtastschaltung
12 ist im zunehmenden Maße nicht mehr in der Laqe, die Spannung am Kondensator C
und damit an der Basis des Transistors T1 auf so
kleinen Werten
zu halten, daß der Transistor Tl sperrt. Der Basis des Transistors T1 wird im Gegenteil
ab diesem Zeitpunkt t4 (im Diagramm der Fig. 2 auf der die Zeit-oder Temperaturskala
darstellenden Abszisse nach rückwärts gesehen) eine immer positivere Spannung zugeführt,
so daß ab diesem Zeitpunkt der Schaltungspunkt P4 als Verbindungspunkt der Widerstände
R9, Rio und R12 über die Kollektoremitterstrecke des Transistors T1 zunehmend mit
positivem Potential der Leitung 6 verbunden wird, was zu einer Gesamtanhebung der
Schwellwertspannung Uv am Eingang 9 auf positive Werte führt, entsprechend dem dann
beispielsweise im wesentlichen linear ansteigenden Schwellwertspannungszweig Uvx
in Fig. 2. Es versteht sich, daß durch entsprechende Dimensionierung der Schaltungselemente
der Schwellwertnachführschaltung der Verlauf des Kurvenzweiges U so gelegt werden
kann, daß er, wie vx auch in Fig. 2 gezeigt, sich im wesentlichen zwischen den beiden
schließenden Grenzwertspannungszweigen Us1 und Us2 befindet, so daß es in optimaler
Weise gelingt, auch bei relativ starker Abkühlung der.n-Sonde einwandfreie Aussagen
über den Gemischzustand zu erzielen.
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Die Schaltung zur Anhebung der Schwellwertspannung U ist, wie v schon
erwähnt, so ausgelegt, daß eine Veränderung des Schwellwerts erst dann erfolgt,
wenn ein vorgegebener Minimalwert der unteren Sondenspannung überschritten wird,
so daß sichergestellt ist, daß im normalen Regelbetrieb (bei heißer Sonde) die Schaltung
nicht im Eingriff ist. Kühlt die Sonde ab, dann greift die erfindungsgemäße Schaltung
ein und hebt den Schwer wert soweit an, daß die Regelung auch bei hohem Grundspannungsniveau
an der Sonde weiterarbeiten kann, weil weiterhin Durchgänge durch den Schwellwert
möglich und von der Schaltung erfaßbar sind. Zweckmäßigerweise wird die Schaltung
so dimensioniert und gegebenenfalls durch weitere Elemente ergänzt, daß zumindest
der Schwellwertspannungszweig Uvx möglichst immer in der Mitte zwischen den beiden
Werten der Sondenspannung Us bei
fettem und magerem Gemisch liegt,
so daß ein Regelbetrieb solange möglich ist, wie die Sonde überhaupt noch in der
Lage ist, zwischen fettem und magerem Gemisch zu unterscheiden.
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Im ilbrigen versteht es sich, daß zur Verhinderung vor. al die ständigen
Spannungssprünge am Ausgang P2 der Vorstufe 2 rückzuführenden Schwankungen der Ausgangsspannung
der Abtastschaltung 12, die dem Potential über dem Kondensator C entspricht, die
von diesem Kondensator und seinem zugeordneten Ladewiderstand R13 gebildete Zeitkonstante
R13.C groß sein muß gegenüber der maximalen Totzeit des Systems.