DE2709215A1

DE2709215A1 - Ueberwachungsschaltung fuer die abgaszusammensetzung bei brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE2709215A1
Application number: DE19772709215
Authority: DE
Inventors: Detlef Dr Baresel
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1977-03-03
Filing date: 1977-03-03
Publication date: 1978-09-07
Also published as: FR2382583A1; JPS53109006A; GB1597871A; US4194471A

Description

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Robert Bosch GmbH, Stuttgart

überwachungsschaltung für die Abgaszusammensetzung bei Brennkraftmaschinen

Die Erfindung betrifft eine überwachungsschaltung fUr die Abgaszusammensetzung bei Brennkraftmaschinen, mit einer auf die Sauerstoffkonzentration im Abgas ansprechenden λ-Sonde, deren Ausgangsspannung sich bei Absinken der Sauerstoffkonzentration auf etwa Null sprunghaft ändert.

Überwachungsschaltungen dieser Art sind bekannt und dienen dazu, ein Signal zu erzeugen, welches anzeigt, ob die Brennkraftmaschine mit einem fetten oder mit einem mageren Gemisch betrieben wird, und welches ggf. auch dazu ausgenutzt wird, die Gemischbildung fUr die Brennkraftmaschine in dem gewünschten Sinne, Üblicherweise im Sinne einer Abmagerung des Gemisches, zu beeinflussen. Ein wesentlicher Vorteil der bekannten Überwachungsschaltungen besteht darin, daß die so-

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genannten Λ "Sonden, welche als Sauerstoffkonzentrationsketten mit Festelektrolyten ausgebildet sind, sehr schnell auf Änderungen der Abgaszusammensetzung ansprechen und beim Absinken der Sauerstoffkonzentration bzw. des Sauerstoffpartialdrucks auf etwa Null einen charakteristischen Spannungssprung liefern, der leicht ausgewertet werden kann. Nachteilig ist es jedoch, daß die ?t -Sonden nicht geeignet sind, ein auswertbares, dem Sauers toff part ialdruck proportionales Signal zu erzeugen, so daß sie grundsätzlich nur dazu geeignet sind, zu verhindern, daß eine Brennkraftmaschine mit einem zu fetten Gemisch betrieben wird. Für den Fall jedoch, daß eine Brennkraftmaschine mit einem Gemisch betrieben wenden soll, welches relativ mager ist, d.h. mit einem Gemisch, bei dem gegenüber dem stöchiometrischen Gemisch ein Sauerstoff Überschuß vorhanden ist, läßt sich der genaue Wert des Sauerstoff-Überschusses mit Hilfe einer Λ» -Sonde nicht mehr erfassen oder durch Einflußnahme auf die Gemischbildung regeln.

Ausgehend vom Stande der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte überwachungsschaltung anzugeben, die es ermöglicht, das Maß der Gemischabmagerung zu überwachen und insbesondere eine Abmagerung des Gemisches unter die Laufgrenze der Brennkraftmaschine zu verhindern.

Diese Aufgabe wird bei einer überwachungsschaltung der eingangs beschriebenen Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß ein zweiter,auf die Sauerstoffkonzentration ansprechender Sensor vorgesehen ist, dessen Leitfähigkeit sich proportional zur Sauerstoffkonzentration ändert, und daß ein in Abhängigkeit von der Leitfähigkeit des zweiten Sensors gesteuerter Signalkreis zur Erzeugung von Warn- und/oder Regelsignalen vorgesehen ist.

Bei einer erfindungsgemäßen überwachungsschaltung ergibt sich der entscheidende Vorteil, daß einerseits die Zuführung eines zu fetten Gemisches zu der Brennkraftmaschine aufgrund des daraus resultierenden Sauerstoffmangels im Abgasstrom von der Λ· -Sonde sofort erfaßt und ggf. ausgeregelt werden kann, während andererseits mit Hilfe des zweiten Sensors ein oberer Grenzwert für den Sauerstoff Überschuß überwacht werden

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kann, wobei auch die Möglichkeit besteht, mit diesem verhältnismäßig langsam ansprechenden zweiten Sensor einen bestimmten Wert des Sauerstoff Überschusses einzuregeln.

In Weiterbildung der Erfindung hat es sich ferner als vorteilhaft erwiesen, wenn noch ein dritter Sensor vorgesehen ist, dessen Leitfähigkeit sich proportional zur CO-Konzentration ändert, und wenn ein in Abhängigkeit von der Leitfähigkeit des dritten Sensors gesteuerter Signalkreis zur Erzeugung von Warn- und/oder Regelsignalen vorgesehen ist. Mit Hilfe dieses dritten Sensors kann das Auftreten eines fetten Gemisches bzw. eines Sauerstoffmangels bei der Gemischbildung aufgrund der entsprechenden Abgaszusammensetzung ermittelt werden, und es kann ein Warnsignal erzeugt werden, welches anzeigt, daß die λ- -Sonde nicht mehr einwandfrei arbeitet, da diese normalerweise das Arbeiten der Brennkraftmaschine mit einem zu fetten Gemisch verhindert. Ggf. können mit Hilfe des dritten Sensors und des zugeordneten Signalkreises aber auch Regelsignale erzeugt werden, um unter bestimmten Betriebsbedingungen,beispielsweise nach einem Kaltstart,den Kraftstoffüberschuß in dem der Brennkraftmaschine zugefuhrten fetten Gemisch auf einen vorgegebenen Wert zu regeln.

Dem zweiten und dritten Sensor kann ggf. ein gemeinsamer Signalkreis zugeordnet werden; es besteht aber auch die Möglichkeit,diesen beiden Sensoren getrennte Signalkreise zuzuordnen. Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn von dem Ausgangssignal der

Jt- -Sonde gesteuerte Schalteinrichtungen vorgesehen sind, mit deren Hilfe der zweite Sensor und der dritte Sensor alternativ ein- und ausschaltbar sind, und zwar derart, daß der zweite Sensor bei einem mageren Gemisch auf der Einlaßseite der Brennkraftmaschine aktiviert wird, während der dritte Sensor bei einem fetten Gemisch auf der Einlaßseite der Brennkraftmaschine aktiviert wird. Durch das Vorhandensein derartiger Schalteinrichtungen läßt sich erreichen, daß sich die Ausgangssignale des zweiten und dritten Sensors bzw. der davon gesteuerten Signalkreise nicht gegenseitig störend Überlagern.

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Vorteilhafte Materialien für den zweiten Sensor sind beispielsweise folgende Stoffe bzw. Stoffkombinationen: ZnO-Cr₂O,, MgO-Co-O oder ZnO-AIpO, sowie SnOp/MgO und SnOp/NbpOj-. Der an zweiter Stelle genannte Stoff stellt stets das Dosierungsmaterial dar, während der zuerstegenannte Stoff stets das Basismaterial benennt.

Für den dritten Sensor haben sich folgende Stoffe bzw. Stoffkombinationen als günstig erwiesen: SnOVMgO, SnO-A^O- und Cr.Og/SnO

Die Erfindung und ihre vorteilhaften Ausgestaltungen werden nachstehend anhand einer Zeichnung noch näher erläutert, deren einzige Figur ein schematisches Schaltbild einer bevorzugten Ausführungsform einer Überwachungsschaltung gemäß der Erfindung zeigt.

Wie die Zeichnung zeigt, besitzt die erfindungsgemäße Überwachungsschaltung einen ersten Sensor in Form einer Ά -Sonde 10, die in üblicher Weise ausgebildet sein kann und vorzugsweise eine katalytisch aktive und eine katalytisch inaktive Elektrode aufweist, zwischen

denen sich ein Festelektrolyt befindet. Die λ -Sonder 10 erhält ihre Polarisationsspannung aus einer Gleichspannungsquelle 12 und ist ausgangsseitig mit einem Steuergerät 14 verbunden, das seinerseits wiederum eine Schalteinrichtung 16 steuert. Wie in der Zeichnung angedeutet, ist die Schalteinrichtung 16 im Prinzip ein Umschalter mit einem Umschaltkontakt, der in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des Steuergeräts 14 bzw. der Meßspannung der λ. -Sonde 10 von der in ausgezogenen Linien gezeigten Stellung in die in gestrichelten Linien gezeigte Stellung umschaltbar ist. In der gezeigten oberen Stellung verbindet der Umschaltkontakt den nicht geerdeten Pol der Gleichspannungsquelle 12 mit einem zweiten Sensor 18, der auf die Sauerstoffkonzentration in dem zu untersuchenden Abgasstrom anspricht. Dem Sensor 18 ist ein Meß- bzw. Anzeigeinstrument 20 parallel geschaltet. Ferner liegt zwischen dem zweiten Sensor 18 und Bezugspotentialelektrode ein erster Singnalkreis

Wenn der Schaltkontakt der Schalteinrichtung 16 in seine in der Zeichnung untere, zweite Stellung umgelegt wird, dann verbindet er den nicht geerdeten Pol der Gleichspannungsquelle 12 mit einem dritten Sensor 24, der auf die CO-Konzentration

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im zu Überwachenden Abgasstrom anspricht. Auch diesem dritten Sensor 24 ist wieder ein MeQ- bzw. Anzeigeinstrument 26 parallel geschaltet. In Serie zu dem dritten Sensor 24 liegt ein zweiter Signalkreis 28, dessen dem dritten Sensor 24 abgewandter Anschluß mit der Bezugspotentialelektrode verbunden ist.

Die in der Zeichnung gezeigte überwachungsschaltung gemäß der Erfindung arbeitet wie folgt:

Wenn die Sauerstoffkonzentration in dem zu überwachenden Abgasstrom ausgehend von einem unteren Grenzwert von etwa Null ansteigt, dann ergibt sich im Ausgangssignal bzw. in der Ausgangsspannung der λ -Sonde 10 ein Spannungssprung, der durch das Steuergerät in geeigneter Weise aufbereitet wird, um damit die Schalteinrichtung 16 bzw. deren Schaltkontakt in die obere Stellung zu schalten. Nunmehr fließt ein Strom von der Gleichspannungsquelle 12 Über den zweiten Sensor 18 und den ersten Signalkreis 22 zu der Bezugs 7©i_e Höhe dieses Stromes ist von der Sauerstoffkonzentration in dem zu prüfenden Abgas abhängig, da sich der Widerstandswert des zweiten Sensors 18 in Abhängigkeit von dieser Sauerstoffkonzentration ändert. Der Über den zweiten Sensor 18 fließende Strom kann mit Hilfe des Anzeigeinstrumentes 20 angezeigt werden und löst in dem Signalkreis 22 die Erzeugung von Warn- und/oder Regelsignalen aus, die an einem Signalausgang B des ersten Signalkreises 22 abgegriffen werden können. Von dem ersten Signalkreis 22 erzeugte Warnsignale können eine Bedienungsperson der Brennkraftmaschine, insbesondere den Fahrer eines mit dieser Brennkraftmaschine ausgerüsteten Kraftfahrzeugs, optisch und/oder akustisch darauf aufmerksam machen, daß die Brennkraftmaschine mit einem zu mageren Gemisch betrieben wird und die Gefahr besteht, daß die Laufgrenze für die Brennkraftmaschine erreicht wird, so daß die Bedienungsperson bzw. der Fahrer geeignete Maßnahmen ergreifen können, um zu verhindern, daß die Brennkraftmaschine stehen bleibt. Regelsignale vom Signalausgang B des ersten Signalkreises 22 können ferner dazu verwendet werden, eine Abmagerung des der Brennkraftmaschine zugeführten Gemisches auf einen bestimmten Wert einzustellen bzw. zu begrenzen.

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Durch die Kombination der λ -Sonde 10 mit dem zweiten, auf die Sauerstoffkonzentration im Abgas ansprechenden Sensor 18 wird also bei einwandfreiem Funktionieren der ^ -Sonde zunächst einmal ein Signal erzeugt, welches anzeigt, ob die Brennkraftmaschine mit einem fetten oder mageren Gemisch betrieben wird, wobei dieses Signal an einem Signalausgang A des Steuergerätes zur Auslösung geeigneter Regelvorgänge fUr die Gemischbildung der Brennkraftmaschine ausgenutzt werden kann. Die λ.-Sonde 10 arbeitet dabei sehr schnell und im allgemeinen auch recht zuverlässig, so daß beispielsweise innerhalb weniger Millisekunden die richtige Kraftstoffdosierung an einer Einspritzpumpe erreicht werden kann. Außerdem wird durch den zweiten Sensor 18 sichergestellt, daß das der Brennkraftmaschine zugefUhrte Gemisch nicht so weit abgemagert wird, daß ein einwandfreies Laufen der Brennkraftmaschine in Frage gestellt ist.

Ein zusätzlicher Beitrag zur Betriebssicherheit ergibt sich durch die Verwendung des dritten Sensors 24, der auf die CO-Konzentration im zu überwachenden Abgasstrom anspricht. Der dritte Sensor 24 ist insbesondere dann von Bedeutung, wenn die Λ. -Sonde 10 aus irgendeinem Grund versagt, so daß der Brennkraftmaschine ein zu fettes Gemisch zugeführt wird. In diesem Fall erzeugt nämlich der dritte Sensor an einem Signalausgang C seines zugeordneten zweiten Signalkreises 28 ein entsprechendes Warnsignal. Ein solches Warnsignal ist in den Fällen besonders wichtig, wo der Abgasstrom hinter den Sensoren 10, 18, 24 noch durch einen katal/tischen Abgaskonverter geleitet wird. Wenn nämlich einem solchen Abgaskonverter für längere Zeit ein Abgasgemisch zugeführt wird, wie es sich bei Speisung der Brennkraftmaschine bei einem zu fetten Gemisch ergibt, dann besteht die Gefahr, daß der Abgaskonverter durch ein Übermaß von unverbrannten KraftstoffrUckständen verschmutzt und dauerhaft geschädigt wird. Andererseits lassen sich am Signalausgang C des zweiten Signalkreises 28 auch Regelsignale abgreifen, um unter besonderen Betriebszuständen die Einstellung eines fetten Gemisches bestimmter Zusammensetzung fUr die Brennkraftmaschine zu gewährleisten, wie dies oben erwähnt wurde.

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Anstelle eines auf die CO-Konzentration ansprechenden dritten Sensors kann ggf. auch ein auf die HC-Konzentration des zu Überwachenden Abgasstromes ansprechender dritter Sensor vorgesehen werden, welcher,abgesehen davon, daß mit seiner Hilfe eine andere Abgaskomponente Überwacht v/ird, die ebenfalls nur dann anfällt, wenn der Brennkraftmaschine ein fettes Gemisch zugeführt wird, genau in der gleichen Weise eingesetzt wird, wie dies vorstehend für den dritten Sensor beschrieben wurde.

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Claims

Robert Bosch GmbH, Stuttgart Ansprüche

1. ^Überwachungsschaltung für die Abgaszusammensetzung bei Brennkraftmaschinen.

it einer auf die Sauerstoffkonzentration im Abgas ansprechenden /l -Sonde, deren Ausgangsspannung sich bei Absinken der Sauerstoffkonzentration auf etwa Null sprunghaft ändert, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter, auf die Sauerstoffkonzentration ansprechender Sensor ( 18 ) vorgesehen ist, dessen Leitfähigkeit sich proportional zur Sauerstoffkonzentration ändert^ und daß ein in Abhängigkeit von der Leitfähigkeit des zweiten Sensors ( 18 ) gesteuerter Signalkreis ( 22 ) zur Erzeugung von Warn- und/oder Regelsignalen vorgesehen ist.

2. Überwachungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein dritter Sensor ( 24 ) vorgesehen ist, dessen Leitfähigkeit sich proportional zur CO-Konzentration ändert, und daß ein in Abhängigkeit von der Leitfähigkeit des dritten Sensors ( 24 ) gesteuerter Signalkreis ( 28 ) zur Erzeugung von Warn- und/oder Regelsignalen vorgesehen ist.

3. Überwachungsschaltung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß von der Ausgarigsspannung der ?) -Sonde ( 10 ) gesteuerte Schalreinrichtungen ( 16 ) vorgesehen sind, mit deren Hilfe der zweite Sensor ( 18 ) und der dritte Sensor ( 24 ) alternativ ein- und ausschaltbar sind.

4. Überwachungsschaltung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem zweiten und dritten Sensor ( 18 bzw. 24 ) ein gemeinsamer Signalkreis zugeordnet ist.

5. Überwachungsschaltung nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeich· net, daß der zweite Sensor ( 18 ) aus einem der folgenden Stoffe besteht: ZnO-Cr₂O₃, MgO-CoO, ZnO-AI₂O₃, SnO^MgO,

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6. Überwachungsschaltung nach einem der Ansprüche 2-5, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Sensor ( 24 ) aus einem der folgenden Stoffe besteht:

7. Überwachungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da(3 ein dritter Sensor vorgesehen ist, dessen Leitfähigkeit sich proportional zur HC-Konzentration ändert, und daß ein in Abhängigkeit von der Leitfähigkeit des
dritten Sensors gesteuerter Signalkreis zur Erzeugung von Warn- undZoder Regel-Signalen vorgesehen ist.

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