DE4115288C2

DE4115288C2 - Einrichtung zum Abgleich von Exemplarstreuung und Temperatureinflüssen mindestens eines Sensors

Info

Publication number: DE4115288C2
Application number: DE4115288A
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz Dipl Ing Schmidt
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1991-05-10
Filing date: 1991-05-10
Publication date: 1995-05-04
Anticipated expiration: 2011-05-11
Also published as: FR2676276A1; DE4115288A1; US5381102A; FR2676276B1; JPH05118869A; JP3267326B2

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Abgleich von Exemplarstreuung und Temperatureinflüssen mindestens eines Sensors gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine solche Einrichtung zum Abgleich von Sensoren 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 Widerstandswerte. Um eine feste Beziehung zwischen der zu messenden Größe und dem Ausgangssignal 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. Üblicherweise sind bei solchen Einrichtungen die Abgleichwiderstände beziehungsweise die Kompensationsschaltung für die Temperaturdrift in die Auswerteschaltung 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 Sauerstoffgehalts 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.

Eine Einrichtung gemäß der DE-OS 39 40 341 besteht aus einer Reihenschaltung eines Sensors sowie eines Meßwiderstandes. Mittels einer Meßeinrichtung und einer Recheneinrichtung wird der durch den Sensor fließende Strom erfaßt. Bei einer Ausgestaltung ist vorgesehen, daß der Widerstand durch eine Parallelschaltung von verschiedenen Widerständen und Schaltern ersetzt wird. Je nach Betriebszustand werden die einzelnen Schalter angesteuert und verschiedene Werte für den Widerstand gewählt. Da die Empfindlichkeit der Anordnung im wesentlichen von dem Wert des Widerstands abhängt, kann erreicht werden, daß die Anordnung stets im Bereich ihrer optimalen Empfindlichkeit arbeitet. Bei diesem Widerstand handelt es sich um einen Anpaßwiderstand mit dem der Arbeitspunkt des Sensors verschoben wird. Einen Abgleich dahingehend, daß der Widerstand so eingestellt wird, daß bei unterschiedlichen Sensoren bei gleicher Betriebskenngröße der gleiche Sondenstrom erhalten wird, ist bei dieser Einrichtung nicht vorgesehen.

Aus der DE-OS 38 26 767 ist eine Einrichtung bekannt, der die Aufgabe zugrundeliegt, eine Sensoreinrichtung zu schaffen, bei der zur Kompensation der Exemplarstreuungen und des Temperaturgangs erforderlichen Mittel vom Sensorelement räumlich getrennt angeordnet werden können und ein automatischer Abgleich möglich ist. Dies wird dadurch erzielt, daß nicht nur ein Abgleichwiderstand vorgesehen ist, sondern daß mehrere Abgleichwiderstände parallel geschaltet sind. Diese verschiedenen Abgleichwiderstände sind nun über Schalter mit Masse verbunden. Mittels eines Mikroprozessors lassen sich die entsprechenden Abgleichwiderstände abhängig von verschiedenen Betriebskenngrößen aktivieren.

Bei dieser Einrichtung sind zahlreiche Abgleichwiderstände sowie entsprechende Schalter und ein entsprechender Mikroprozessor erforderlich. Diese Schaltung erfordert einen hohen Aufwand. Bei einem Austausch des Sensors sind erhebliche Abgleichmaßnahmen in der räumlich getrennten Auswerteschaltung erforderlich.

Vorteile der Erfindung

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 werden im folgenden beschrieben, insbesondere anhand eines Sauerstoffsensors, 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.

Liegt an dem Sensor eine definierte Spannung an, so ist der durch den Sensor fließende Strom ein Maß für den Sauerstoffgehalt im Abgas. Der Zusammenhang zwischen dem Strom und dem Sauerstoffgehalt ist weitgehend linear. Das Verhältnis zwischen Sensorstrom und Sau erstoffgehalt auch als Empfindlichkeit bezeichnet unterliegt aber starken Streuungen. Die Empfindlichkeit ist von Sensor zu Sensor sehr unterschiedlich. Die Streuung zwischen den einzelnen Sensoren ist weitaus größer als die erforderliche Meßgenauigkeit. Dies ist darin begründet, daß nicht alle Sensoren 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 der Sensor und Auswerteschaltung aufeinander abgestimmt sind. Dies bedeutet jede Auswerteschaltung ist auf den verwendeten Sensor abzugleichen. Bei einem notwendigen Austausch des Sensors ist also ein neuer Abgleich erforderlich.

Um diese Nachteile zu vermeiden, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die Abgleichelemente direkt an dem Sensor beziehungsweise in einem Sondenstecker angeordnet werden. Der Sensor und die Abgleichelemente bilden eine Baueinheit. Somit ist gewährleistet, daß bei einem vor gegebenen Sauerstoffgehalt bei jedem Sensor am Sondenstecker das gleiche Ausgangssignal anliegt.

Ein 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 nur eines Abgleichwiderstandes wird ein aus wenigstens zwei Widerständen bestehender Stromteiler eingesetzt. Es besteht dabei eine Reihenschaltung zwischen dem Sensor, einem zweiten Widerstand und einer Strommeßeinrichtung. Zu der Reihenschaltung aus zweitem Widerstand und Strommeßeinrichtung ist der Abgleichwiderstand parallel geschaltet. Bei geeigneter Wahl des Abgleichwiderstands und des zweiten Wider standes 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 Widerstände räumlich nahe beieinander angeordnet sind, und beide Widerstände bei allen Betriebszuständen jeweils die gleiche Temperatur annehmen.

Beim Abgleich des Sensors wird so vorgegangen, daß der Abgleichwider stand so lange verändert wird, bis der durch den zweiten Widerstand fließende Strom bei einem bestimmten Sauerstoffgehalt einen be stimmten Wert annimmt.

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 Sensorstrom 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 _* R1 = 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])

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 fließenden Strom I2 die Gleichung:

I2 = IS _* RK1/(RK1 + RK2)

Da RK1 und RK2 temperaturunabhängige Größen darstellen, ist der in der Strommeßeinrichtung erfaßte Strom I2 unabhängig von der jewei ligen Temperatur proportional zum Sensorstrom. 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.

Zeichnung

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung darge stellten Ausführungsform erläutert. In der einzigen Figur wird die erfindungsgemäße Einrichtung aufgezeigt.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

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 nen 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 Abgleichwiderstand 30 parallel geschaltet. Die ver wendete Strommeßeinrichtung 50 besitzt vorzugsweise den Innenwider stand 0.

Claims

1. Einrichtung zum Abgleich von Exemplarstreuung und Temperatureinflüssen mindestens eines Sensors, der einen Strom erfaßt, der insbesondere mit einer Betriebskenngröße eines von einer Brennkraftmaschine angetriebenen Kraftfahrzeugs in einem festen Zusammenhang steht, wobei in Reihe zu dem Sensor (10) ein aus mehreren Bauteilen bestehendes Abgleichmittel geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß als Abgleichmittel ein Stromteiler (30, 40) verwendet wird, wobei der Stromteiler (30, 40) aus wenigstens einem in Reihe zwischen dem Sensor (10) und Masse geschalteten Abgleichwiderstand (30) und einem in Reihe zwischen Sensor (10) und einer Strommeßeinrichtung (50) geschalteten zweiten Widerstand (40) besteht und die Bauteile des Stromteilers in gutem Wärmekontakt zueinander stehen.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromteiler (30, 40) und ein Sondenstecker (15) eine bauliche Einheit bilden.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromteiler (30, 40) und der Sensor (10) eine bauliche Einheit bilden.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (10) die Sauerstoffkonzentration im Abgas der Brennkraftmaschine erfaßt.