DE3613396A1

DE3613396A1 - Ueberwachungseinrichtung fuer einen sauerstoffsensor

Info

Publication number: DE3613396A1
Application number: DE19863613396
Authority: DE
Inventors: Joseph V. Fostoria Ohio Bienkowski
Original assignee: Allied Corp
Current assignee: Allied Corp
Priority date: 1985-04-22
Filing date: 1986-04-21
Publication date: 1986-10-23
Also published as: US4622844A; JPS61245050A; CA1239190A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine überwachungseinrichtung zur Verwendung in einem Fahrzeug zur Überprüfung der Funktionsweise eines Sauerstoffsensors.

\J~ Die am häufigsten verwendete Methode zur Erfüllung der gesetzlichen Emissionsanforderung besteht in der Verwendung von Dreiwegekatalysatoren an Kraftfahrzeugen. Wenn ein System in Form eines geschlossenen Kreises mit einem Katalysator eingesetzt wird, befindet sich ein Sauerstoffsensor im Auslaßkrümmer, der einer elektronischen Steuereinheit ein Rückkopplungssignal zuführt. Die elektronische Steuereinheit hält das Verhältnis zwischen der Ansaugluft des Motors und dem Kraftstoff so nahe wie möglich am stöchiometrischen Wert, um einen möglichst hohen Wirkungsgrad des Katalysators sicherzustellen, indem der Sauerstoffgehalt im entsprechenden Abgas gemessen wird. Zur Messung des Sauerstoffgehaltes im Abgas sind bereits galvanische Sauerstoffsensoren (Zirkondioxid) eines Typs, der in den US-PS¹ en 3 835 012, 4 107 018, 4 147 513, 4 377 801 und 4 387 359 beschrieben ist, und eines Sauerstoffsensors vom Widerstandstyp (Titandioxid), wie er in der US-PS 4 007 435 beschrieben ist, eingesetzt worden.

Bei all diesen Sensoren des Standes der Technik wurden Anstrengungen unternommen, um die Auswirkungen des Abgases auf das Sensorelement herabzusetzen, beispielsweise durch

Aufbringung eines Überzuges auf das Sensorelement oder durch die Anordnung von Trennwänden, um einen direkten Kontakt des Abgases mit dem Sensorelement zu verhindern. Nach einer langen Betriebsdauer können sich jedoch Material· partikel, die vom Abgas mitgeführt werden, auf dem Sensorelement ablagern, und/oder es kann eine chemische Reaktion mit den Abgasen auftreten, die zur Erzeugung von falschen Rückkopplungssignalen führen kann.

Es wird angenommen, daß es in der Zukunft erforderlich sein wird, im Rahmen einer einwandfreien Wartungspraxis die Funktionsweise des Sauerstoffsensors alle 10.000 Meilen (etwa 16.000 km) zu überprüfen.

Die hier beschriebene überwachungseinrichtung ist tragbar und kann an vielen Fahrzeugen zur überprüfung der Funktionsweise eines Sauerstoffsensors Verwendung finden. Die überwachungseinrichtung wird so angeschlossen, daß sie das Rückkopplungssignal vom Sauerstoffsensor im Fahrzeug empfängt. Ein Trennverstärker empfängt das Rückkopplungssignal und erzeugt ein entsprechendes Betriebssignal, wenn er an eine elektrische Spannungsquelle angeschlossen wird. Das Betriebssignal wird einem Komparator zugeführt und mit einem Bezugssignal verglichen, um ein Anzeigesignal zu erzeugen« Das Anzeigesignal wird einer visuellen Anzeigeeinrichtung zugeführt, um eine Bedienungsperson über die Funktion des Sauerstoffsensors zu informieren.

Ein Vorteil dieser Überwachungseinrichtung ist in ihrer Beweglichkeit und Einfachheit zu sehen, da die visuelle Anzeigeeinrichtung die Bedienungsperson innerhalb von vorgegebenen Grenzen darüber informiert, ob der Sauerstoff sensor funktioniert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Sauerstoffsensorsystem mit einer überwachungseinrichtung zur überprüfung der Funktion eines Sauerstoffsensorelementes zur Verfügung zu stellen. 5

Die Erfindung bezweckt ferner die Schaffung einer tragbaren überwachungseinrichtung, mit der die Funktion eines Sauerstoffsensors überprüft werden kann.

Die vorstehend genannte Aufgabe wird durch eine überwachungseinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung im einzelnen erläutert. Es zeigen:

Figur 1 eine schematische Darstellung eines mit einem Sauerstoffsensors versehenen Kraftfahrzeugmotors, wobei eine erfindungsgemäß ausgebildete überwachungseinrichtung an den Sensor zur überprüfung von dessen Funktion angeschlossen ist; 25

Figur 2 eine bildliche Darstellung der überwachungseinrichtung der Figur l;und

Figur 3 eine schematische Darstellung der elektrischen Schaltung der überwachungs

einrichtung der Figur 2.

In Figur 1 ist eine Hubkolbenbrennkraftmaschine 10 dargestellt, die einen Auspuffkrümmer 12 aufweist, der

an ein Auspuffrohr 14 angeschlossen ist, das Abgas in die Umgebung abführt. Ein im Rohr 14 angeordneter Sauerstoffsensor 20 erfaßt den Sauerstoffgehalt im Abgas und versorgt eine elektronische Steuereinheit 22 mit einem Eingangssignal. Die elektronische Steuereinheit 22 reagiert auf das Eingangssignal und steuert das Luft-Kraftstoff-Verhältnis, das der Brennkraftmaschine 10 zugeführt wird. Durch Einhaltung eines richtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses kann das Abgas innerhalb der gesetzlichen Emissionsanforderungen gehalten werden. Wenn aus irgendwelchen Gründen das der elektronischen Steuereinheit 22 zugeführte Eingangssignal unrichtig ist, wird somit das Luft-Kraftstoff-Verhältnis in entsprechender Heise beeinflußt.

Um die Funktion des Sauerstoffsensors 20 zu überprüfen, ist eine Leitung 24 so angeschlossen, daß sie das Eingangssignal empfängt, das gerade der elektronischen Steuereinheit 22 zugeführt wird. Die Leitung 24 ist an die überwachungseinrichtung 26 angeschlossen. Die überwachungseinrichtung 26 ist über irgendeine herkömmliche Verbindung, beispielsweise den Zigarettenanzünder 30, an die Stromversorgung 28 des Fahrzeuges angeschlossen. Wenn das Ende 33 des Meßfühlers 32 an der Überwachungseinrichtung 26 mit dem Kontakt 34 in Eingriff steht und der Meßfühler 36 an Masse 38 gelegt ist, wird eine Spannungsanzeige 40 (eine Lampe oder eine Diode) eingeschaltet, um eine Bedienungsperson darüber zu informieren, daß der überwachungseinrichtung 26 eine elektrische Spannung zugeführt wird. Wenn der Motor 10 läuft, wird das Eingangssignal vom Sauerstoffsensor 20 durch die überwachungseinrichtung 26 ausgewertet, um hierdurch sicherzustellen,

daß das Eingangssignal innerhalb der Betriebsnormen liegt. Wenn das Eingangssignal einen größeren Wert besitzt als 0,45 V (fetter Zustand), wird eine Betriebsanzeige 42 eingeschaltet, die die Bedienungsperson darüber informiert, daß der Sauerstoffsensor 20 einem fetten Abgas ausgesetzt ist.

Die überwachungseinrichtung 26 ist im Detail in den Figuren 2 und 3 dargestellt. Figur 2 ist eine Darstellung der einzelnen Bauteile der überwachungseinrichtung 26, während Figur 3 in schematischer Weise die zugehörige elektrische Schaltung zeigt.

Wie man Figur 2 entnehmen kann, weist ein elektrisch nicht leitendes Gehäuse 44 einen zylindrischen Abschnitt 46 auf, der sich von einem rechteckigen Abschnitt 48 aus erstreckt. Der Meßfühler 32, der im zylindrischen Abschnitt 46 angeordnet ist, besitzt eine daran befestigte Feder 52. Ein am Meßfühler 32 angeordneter Ring 54 ist an einer Seite einer Wand 56 angeordnet. Die Feder 52 wirkt auf den Meßfühler 32 ein, um das darauf befindliche Ende 58 mit der Wand 56 in Eingriff zu bringen. Beim Einsetzen des zylindrischen Abschnittes in den Zigarettenanzünder 30 tritt das Meßfühlerende 33 mit dem Kontakt 34 in Eingriff, so daß die Schaltplatte 60 mit einer elektrischen Spannung versorgt wird. Die Feder 52 drückt das Ende 33 kontinuierlich gegen den Kontakt 34, so daß eine gute elektrische Verbindung erhalten wird. Zur gleichen Zeit steht der Meßfühler 36 mit den Seiten des Zigarettenanzünders in Eingriff, um die Schaltplatte 60 an Masse zu legen.

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Die über den Fühler 32 zugeführte elektrische Spannung wird über eine Leitung 62 einem Spannungsregler 64 zugeführt. Der Spannungsregler 64 überführt die schwankende Batteriespannung in eine stabile Spannung. Obwohl irgendeine stabile Spannung gewählt werden kann, wurde ein von der Firma Motorola hergestellter und unter der Handelsbezeichnung 78L08 vertriebener Spannungsregler ausgewählt, um eine stabile Spannung von 8V in der Leitung 66 aufzubauen .

Die 8V in der Leitung 66 werden gleichzeitig einem Trennverstärker 68, einem Komparator 70, einem veränderlichen Widerstand 72, einer ersten Diode 40 und einer zweiten Diode 42 zugeführt.

Die Ausgangsspannung in der Leitung 66 wird über einen Widerstand der Diode 42 aufgeprägt. Wenn die Diode 42 anfängt zu leuchten, weiß- die Bedienungsperson, daß an der überwachungseinrichtung 26 eine Spannung anliegt.

Bei dem Trennverstärker 68 handelt es sich um einen 8 Pins aufweisenden Chip, der von der Firma RCA unter der Handelsbezeichnung CA3140E vertrieben wird. Wie in Figur 3 gezeigt, wird das Eingangssignal vom Sauerstoffsensor 20 über die Leitung 24 an den Pin 3 angelegt. Der Pin 2 ist über die Leitung 76 an einen Widerstand 74 angeschlossen und dann an Erde 38 gelegt. Der Pin 6 ist-über die Leitung 76 und die Leitung 78 an den Pin 3 des "Komparators 70 angeschlossen. Der Pin 7 ist so geschaltet, daß er die stabile Spannung von 8V von der Leitung 66 empfängt. Der Trennverstärker

68 erzeugt ein Ausgangssignal, das dem Ausgangssignal des Sauerstoffsensors 20 entspricht, ohne daß eine merkliche Belastung auf den Sensor 20 ausgeübt wird. Das gepufferte Ausgangssignal wird über die Leitung 78 dem Komparator 70 zugeführt.

Bei dem Komparator 70 handelt es sich um einen Chip mit 8 Pins, der von der Firma Motorola unter der Handelsbezeichnung LM311N vertrieben wird. Wie in Figur 3 gezeigt, ist der Pin 2 an einen veränderlichen Widerstand 72 geschaltet. Der veränderliche Widerstand 72 ist so über einen Festwiderstand 71 geschaltet, daß er die feste Spannung von der Leitung 66 empfängt. Indem der veränderliche Widerstand eingestellt wird, wird dem Komparator 70 ein eingestelltes Bezugssignal zur Verfügung gestellt. Der Stift 3 empfängt das gepufferte Ausgangssignal vom Verstärker 68. Die stabile Spannung von der Leitung 66 wird an den Pin 8 angelegt. Der Pin 7 führt das Ausgangssignal des Komparators 70 zur Diode 40.

Der Komparator 70 vergleicht das gepufferte Ausgangssignal mit dem Bezugssignal. Wenn die Eingangsbezugsspannung dem gepufferten Ausgangssignal entspricht, das bei diesem Ausführungsbeispiel 0,43 V beträgt, ist das Ausgangssignal vom Pin 7 im wesentlichen 0 und wirkt als Masse, so daß die von der Leitung 80 der Diode 40 zugeführte stabile Spannung eine Aktivierung der Diode 40 ermöglicht. Durch die aktivierte Diode 40 wird die Bedienungsperson darüber informiert, daß das Ausgangssignal des Sauerstoffsensors 20 einen fetten Zustand anzeigt.

Wenn das vom Komparator 70 der Diode 40 zugeführte Ausgangssignal eine solche Größe besitzt, daß keine

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Masse erzeugt wird, bleibt die Diode 40 ausgeschaltet, so daß die Bedienungsperson darüber informiert wird, daß das entsprechende Ausgangssignal vom Sauerstoffsensor 20 einen mageren Zustand anzeigt. Ein Normalbetrieb als geschlossener Kreis des gesamten Fahrzeuges/ Motors wird durch Aufleuchten der Diode 40 mit einer niedrigen Frequenz (1-4 Hz) angezeigt.

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Claims

Patentansprüche

1. überwachungseinrichtung zur Verwendung in einem Fahrzeug zur überprüfung der Funktion eines Sauerstoffsensors, gekennzeichnet durch:

Eine Quelle (28) elektrischer Spannung; eine Puffereinrichtung (68), die an die Quelle elektrischer Spannung und den Sauerstoffsensor (20) angeschlossen ist und ein Ausgangssignal erzeugt, das einem im Sauerstoffsensor (20) entwickelten Betriebssignal entspricht;

eine Einrichtung (70) zum Vergleichen des Ausgangssignales mit einem Bezugssignal, um ein Anzeigesignal zu erzeugen; und

eine Anzeigeeinrichtung (40), die an die Spannungs/-quelle (28) angeschlossen ist und in Abhängigkeit von dem Anzeigesignal eine Anzeige über die Funktion des Sauerstoffsensors (20) einer Bedienungsperson zur Verfügung stellt.

2. überwachungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch _- gekennzeichnet, daß sie desweiteren eine Reglereinrichtung (64) umfaßt, die an die Spannungsquelle (28) angeschlossen ist und eine stabile Spannung zum Betreiben der Puffereinrichtung (68), der Vergleichseinrichtung (70) und der Anzeigeeinrichtung ( 40) zur Verfügung stellt.

3. überwachungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie desweiteren eine an die Reglereinrichtung (64) angeschlossene Einrichtung (42) aufweist, die eine Bedienungsperson darüber infor-

miert, daß eine Spannung an der Puffereinrichtung (68), der Vergleichseinrichtung (70) und der Anzeigeeinrichtung (40) anliegt.

4. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeic hnet, daß sie desweiteren eine Einrichtung (72) zum Einstellen des Bezugssignals aufweist, um auf diese Weise das Anzeigesignal entsprechend verändern zu können.
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5. überwachungseinrichtung nach Anspruch 4, d adurch gekennzeichnet, daß sie desweiteren umfaßt:

Ein Gehäuse (44) mit einem zylindrischen Körper (46) zur Halterung der Puffereinrichtung (68), der Vergleichseinrichtung (70), der Anzeigeeinrichtung (40), der Informationseinrichtung (42) und der Einstelleinrichtung (72); und

einen ersten Fühler (32), der im zylindrischen Körper (46) angeordnet ist und die Reglereinrichtung (64) an die Spannungsquelle (28) anschließt.

6. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichne t, daß sie desweiteren eine elastische Einrichtung (52) aufweist, die mit dem Gehäuse (44) in Vebindung steht und den ersten Fühler (32) in Eingriff mit einem Kontakt preßt, der an die Spannungsquelle (28) angeschlossen ist.

7. überwachungseinrichtung nach Anspruch 6,dadur ch gekennzeic hnet, daß sie desweiteren einen zweiten Fühler (36) umfaßt, der im zylindrischen Körper (46) angeordnet ist und einen elektrischen Masseanschluß für die Puffereinrichtung (68) , die Vergleichs-

einrichtung (70), die Anzeigeeinrichtung (40) ,die Reglereinrichtung (64), die Einstelleinrichtung (72) und die Informationseinrichtung (40) zur Verfügung stellt.