WO2001090734A1 - Prüf- und kalibriervorrichtung für eine auswerteschaltung einer linearen sauerstoffsonde (lambdasonde) - Google Patents

Prüf- und kalibriervorrichtung für eine auswerteschaltung einer linearen sauerstoffsonde (lambdasonde) Download PDF

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resistor
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Dariusch Akhavan
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Siemens Aktiengesellschaft
Bolz, Stephan
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/416—Systems
    • G01N27/417—Systems using cells, i.e. more than one cell and probes with solid electrolytes
    • G01N27/4175—Calibrating or checking the analyser

Definitions

  • the invention relates to a test and calibration device for an evaluation circuit of a linear oxygen probe (hereinafter referred to as lambda probe or probe) of an internal combustion engine, in particular a motor vehicle internal combustion engine, according to the features of claim 1.
  • a linear oxygen probe hereinafter referred to as lambda probe or probe
  • the probe and evaluation circuit represent a closed control system.
  • a simple measurement of the electrical properties of the evaluation circuit (for example offset or amplification) is therefore not very meaningful.
  • the test must be carried out with the control loop closed and stable.
  • a test with a connected lambda probe allows measurement in the operating state, but is time-consuming and inaccurate.
  • An error is inserted to prove the diagnostic function, for example using switches in the probe feed lines, which simulates short circuits and interruptions. can be lated. This is very time consuming and prone to errors.
  • a measurement of different working points of the probe can also only be carried out by changing the oxygen concentration around the probe. This requires a very complex gas exchange device that has to be calibrated regularly. Since a gas change is comparatively slow due to technical reasons, it is not possible to assess the control stability of the system.
  • the offset and slope of the transfer function can be determined from the values obtained in these two measurements.
  • the calculated values are stored in a correction table.
  • Figure 2 is an electrical circuit diagram of a probe replacement circuit according to the invention.
  • FIG. 1 shows a known, electrical circuit diagram of a lambda probe S framed in a punctured manner with an evaluation circuit for operating a linear lambda probe of an internal combustion engine.
  • the lambda probe S consists of a) the so-called reference cell, ie the electrodes between the measuring chamber and air, shown in the drawing by the Nernst voltage Vs that can be measured between the electrodes and the internal resistance Ris of the diffusion barrier between them, b) the so-called pump cell , ie from the electrodes between the measuring chamber and exhaust gas, represented by the voltage Vp falling between them and the (reference) resistance Rip between these electrodes, and c) from the calibration resistor Rc in the probe connector.
  • the electrodes are applied to the ceramic body of the probe.
  • the ceramic material between the electrode pairs is conductive at high temperatures and serves as a solid electrolyte.
  • Vp- / Vs-, Vp + and Rc led out and connected to the evaluation circuit.
  • the inverting input P- of a pump current source P is also connected to the center voltage Vm.
  • the output of the pump current source P is connected to the input Rc of the probe S.
  • the differential amplifier / controller R compares the Nernst voltage Vs of the probe S (between the outside air and the measuring cell) with the reference voltage Vref (450mV) and generates an output voltage proportional to the difference, which is converted by the pump current source P into a proportional pump current Ip, which flows through the pump cell (Rip and Vp) to Vm.
  • the pump current Ip leads to a change in the oxygen concentration in the measuring cell (not shown) of the probe, which in turn results in a change in the Nernst voltage Vs.
  • the oxygen concentration in the exhaust gas (lambda) is determined by measuring the pump current.
  • the voltage drop caused by the pump current Ip is measured at the parallel connection of Rc and Rp by means of a differential amplifier, not shown.
  • the lambda probe is replaced during the test and calibration operation of the evaluation circuit by an electronic probe equivalent circuit SES, the electrical circuit diagram of which is shown in a dotted line in FIG. 2.
  • This probe equivalent circuit SES has the same connections Vs +, Vp- / Vs-, Vp + and Rc as the lambda probe S according to FIG. 1 and largely simulates its electrical and chemical behavior.
  • the probe equivalent circuit SES has an inverting integrator with IPI behavior (integral-proportional-integral behavior), which is constructed from an operational amplifier OP1, resistors R2 and R3 and capacitors C1 and C2. It simulates the transition function of the probe in the relevant frequency range.
  • IPI behavior integrated-proportional-integral behavior
  • a series circuit comprising a resistor Rc and a resistor Rip leads from the terminal Rc to the non-inverting one
  • Another resistor R2 is connected between the connection point of the two resistors Rc, Rip and the inverting input OP1- of the operational amplifier OP1.
  • the output of OP1 is connected to a switch S3, which is normally closed.
  • a capacitor C2 is connected between the inverting input OP1- and the other terminal of the switch S3, to which a series circuit comprising a capacitor C1 and a resistor R3 is connected in parallel.
  • the connection point of the two resistors Rc and Rip is connected to the connection Vp +.
  • the inverting integrator OP1 is followed by an inverter which is made up of an operational amplifier OP2 and resistors R4 and R5. It establishes the correct phase position of the transfer function.
  • the resistor R4 connects the inverting input OP2- of the operational amplifier OP2 to the output of the operational amplifier OP1.
  • the output of the operational amplifier OP2 is fed back to its inverting input via a switch S2, which is normally closed, and the resistor R5.
  • the non-inverting inputs of the two operational amplifiers OP1 and OP2 are connected to one another and to the connection Vp- / Vs-. Between the connections Vp- / Vs- and VS + there is another - normally open - switch S4.
  • the output of the operational amplifier OP2 is connected to the terminal Vs + via the switch S2 and a resistor Ris.
  • the inverting input OP1- of the operational amplifier OPl is via a resistor Rl and a further connection
  • the SES probe equivalent circuit can therefore be manufactured inexpensively from standard components.
  • a voltage divider results from the resistors Rl and R2: the voltage at the inverting input OPl- decreases, the inverting integrator OPl adjusts the pump current Ip via the evaluation circuit. Due to the voltage drop across the resistor Rip, the voltage at the connection Vp + (? So it fits). The equilibrium is reached again when the voltage drop across resistor Rip corresponds to that across resistor R2 and the inverting input OP1- has again reached voltage Vm.
  • an operating point ⁇ oo (air) can be set.
  • an operating point can be set that suits one
  • the dynamic behavior of the control loop can even be consisting of evaluation circuit and probe equivalent circuit SES determine what was previously not possible.
  • CMOS complementary metal-oxide-semiconductor
  • S2 corresponds to a defective (ineffective) pump cell
  • the opening of switch S3 an interruption of the measuring cell or its supply line
  • the closing of switch S4 a short circuit between the probe connections Vp- / Vs- and Vs +.
  • Other errors can be simulated by adding and pressing additional switches.
  • the probe equivalent circuit SES will assume an impermissible operating point, which must then be recognized by a diagnostic circuit, not shown, which monitors the evaluation circuit. This allows a complete check of the diagnostic function of the evaluation circuit in a simple manner.
  • the probe equivalent circuit SES is controlled by a computer which simultaneously measures the behavior of the evaluation circuit under different operating conditions (automated test system).
  • the SES circuit can be a fixed (integrated) component of the evaluation circuit. It only has to be separated from the evaluation circuit during normal operation with the real probe by means of (CMOS) switches.
  • CMOS complementary metal-oxide-semiconductor

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Abstract

Eine Prüf- und Kalibriervorrichtung für eine Auswerteschaltung einer linearen Sauerstoffsonde (S) einer Brennkraftmaschine weist eine Sonden-Ersatzschaltung (SES) - mit gleichen Anschlüssen (Vs+, Vs-/Vp-, Vp+ und Rc) wie die Sauerstoffsonde (S) - auf, welche weitgehend das elektrische und chemische Verhalten der Sauerstoffsonde (S) nachbildet und Sondenfehler simulieren kann, und welche zumindest während eines Prüf- und Kalibriervorgangs anstelle der Sauerstoffsonde (S), oder parallel zu ihr, mit der Auswerteschaltung verbunden ist.

Description

Beschreibung
Prüf- und Kalibriervorrichtung für eine Auswerteschaltung einer linearen Sauerstoffsonde (Lambdasonde) .
Die Erfindung betrifft eine Prüf- und Kalibriervorrichtung für eine Auswerteschaltung einer linearen Sauerstoffsonde (im folgenden Lambdasonde oder Sonde genannt) einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer Kraftfahrzeug- Brennkraftmaschine, gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1.
Im Fertigungsprozeß von Motorsteuerschaltungen von Brennkraftmaschinen ist eine Prüfung und Kalibrierung der Sonden- Auswerteschaltung im eingebauten Zustand erforderlich. Dabei sollen alle relevanten Parameter unter Betriebsbedingungen verifiziert werden - verschiedene VersorgungsSpannungen und Temperaturen der Motorsteuerschaltung, aber auch verschiedene Betriebszustände (Lambdawerte) der Sonde. Ebenso soll getestet werden, ob die Auswerteschaltung bestimmte Sondenfehler erkennt.
Außerdem ist es wünschenswert, beim Betrieb der Brennkraftmaschine neben der gesetzlich geforderten OBD (on board diag- nostics) der Sonde eine Kalibrierung des Systems (Sonde und Auswerteschaltung) vornehmen zu können.
Sonde und Auswerteschaltung stellen ein geschlossenes Regel- system dar. Eine einfache Messung der elektrischen Eigenschaften der Auswerteschaltung (beispielsweise Offset oder Verstärkung) ist deshalb wenig aussagekräftig. Der Test muß bei geschlossener und stabiler Regelschleife erfolgen.
Ein Test mit angeschlossener Lambdasonde erlaubt zwar eine Messung im Betriebszustand, ist aber zeitaufwendig und un- genau. Eine Fehlereinfügung zum Nachweis der Diagnosefunktion erfolgt beispielsweise mittels Schaltern in den Sondenzuleitungen, womit Kurzschlüsse und Unterbrechungen simu- liert werden können. Das ist sehr zeitaufwendig und fehleranfällig. Eine Messung verschiedener Arbeitspunkte der Sonde kann zudem nur durch Veränderung der Sauerstoff-konzentration um die Sonde' erfolgen. Dies erfordert eine sehraufwendige Gaswechselvorrichtung, die regelmäßig kalibriert werden muß. Da ein Gaswechsel, technisch bedingt, vergleichsweise langsam verläuft, ist eine Bewertung der Regelstabilität des Systems nicht möglich.
Eine Kalibrierung des Systems (Sonde und Auswerteschaltung) erfolgt im Motorbetrieb in zwei Arbeitspunkten: a) bei λ = 1. Hier sollte kein oder nur ein minimaler Pumpstrom fließen, da die Sauerstoffkonzentration im Abgas der Brennkraftmaschine und in der Meßzelle im Gleichgewicht sind; b) bei λ = ∞, also ohne Kraftstoff, d.h. , im Schiebebetrieb eines Kraftfahrzeugs. Hier wird der erforderliche (maximale) Pumpstrom gemessen.
Aus den bei diesen beiden Messungen gewonnenen Werten lassen sich Offset und Steigung der Übertragungsfunktion bestimmen. Die Rechenwerte werden in einer Korrekturtabelle abgelegt.
Das Verfahren ist insgesamt recht aufwendig und (wegen möglicher Restabgase oder Abkühlung der Sonde im Schiebebetrieb) nur begrenzt zuverlässig.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Prüf- und Kalibriervorrichtung für eine Auswerteschaltung einer linearen Lambdasonde einer Brennkraftmaschine zu schaffen, die auf einfache Weise während des Motorbetriebs in vorgegebenen Arbeitspunkten eine Prüfung und Kalibrierung der Auswerteschaltung sowie eine Einfügung beliebiger Fehler zum Nachweis der Diagnose- funktion ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst . Die Erfindung wird nachstehend anhand einer schematischen Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
Figur 1 einen bekannten, elektrischen Schaltplan einer Lambdasonde mit einer Auswerteschaltung, und
Figur 2 einen elektrischen Schaltplan einer erfindungsgemäßen Sonden-Ersatz-schaltung.
Figur 1 zeigt einen bekannten, elektrischen Schaltplan einer puktiert eingerahmten Lambdasonde S mit einer Auswerteschaltung zum Betrieb einer linearen Lambdasonde einer Brennkraftmaschine .
Die Lambdasonde S besteht a) aus der sog. Referenzzelle, d.h., aus den Elektroden zwischen Meßkammer und Luft, in der Zeichnung dargestellt durch die zwischen den Elektroden meßbare NernstSpannung Vs und den Innenwiderstand Ris der Diffusionsbarriere zwischen ihnen, b) aus der sog. Pumpzelle, d.h., aus den Elektroden zwischen Meßkammer und Abgas, dargestellt durch die zwischen ihnen abfallende Spannung Vp und den (Referenz-) Widerstand Rip zwischen diesen Elektroden, und c) aus dem Kalibrierwiderstand Rc im Sondenstecker.
Die Elektroden sind auf den Keramikkörper der Sonde aufgebracht. Das Keramikmaterial zwischen den Elektrodenpaaren ist bei hohen Temperaturen leitfähig und dient als Festkörperelektrolyt .
Da der Widerstand Rc aufgrund seiner Einbaulage im Sondenstecker erheblichen Umweltbelastungen ausgesetzt ist, wird ihm im Steuergerät ein weiterer Widerstand Rp parallel geschaltet Dies reduziert den Einfluß von Rc auf die Gesamtge nauigkeit . Aus der Sonde S sind die vier Anschlüsse Vs+,
Vp-/Vs-, Vp+ und Rc herausgeführt und mit der Auswerteschaltung verbunden. Der invertierende Eingang R- eines Differenzverstärkers bzw. Reglers R ist mit dem Anschluß Vs+ der Sonde S verbunden, sein nichtinvertierender Eingang R+ ist über eine Referenzspannung Vref mit der Mittenspannung Vm verbunden, wobei Vm = Vcc/2, und Vcc (üblicherweise 5V) die Versorgungsspannung der Schaltung ist .
Mit der Mittenspannung Vm ist auch der invertierende Eingang P- einer Pumpstromquelle P verbunden, deren nichtinvertieren- der Eingang P+ mit dem Ausgang des Differenzverstärkers R verbunden ist.
Der Ausgang der Pumpstromquelle P ist mit dem Eingang Rc der Sonde S verbunden.
Der Dif erenzverstärker/Regler R vergleicht die Nernstspan- nung Vs der Sonde S (zwischen Außenluft und Meßzelle) mit der Referenzspannung Vref (450mV) und erzeugt eine der Differenz proportionale AusgangsSpannung, die von der Pumpstromquelle P in einen proportionalen Pumpstrom Ip umgewandelt wird, welcher durch die Pumpzelle (Rip und Vp) zu Vm fließt. Der Pumpstrom Ip führt zu einer Änderung der Sauerstoffkonzentration in der nicht dargestellten Meßzelle der Sonde, was wiederum eine Änderung der NernstSpannung Vs zur Folge hat.
Die Ermittlung der Sauerstoffkonzentration im Abgas (Lambda) erfolgt über eine Messung des Pumpstromes . Dazu wird der vom Pumpstrom Ip hervorgerufene Spannungsabfall an der Parallelschaltung von Rc und Rp mittels eines nicht dargestellten Differenzverstärkers gemessen.
Im stabilen Regelzustand beträgt die NernstSpannung Vs = Vref = 450mV: es herrscht ein Gleichgewichtszustand zwischen dem Sauerstoff-Fluß durch die Diffusionsbarriere und dem Sauerstoffionen-Fluß, bedingt durch den Pumpstrom Ip . Erfindungsgemäß wird die Lambdasonde während des Prüf- und Kalibrierbetriebes der Auswerteschaltung durch eine elektronische Sonden-Ersatzschaltung SES ersetzt, deren elektrischer Schaltplan in Figur 2, punktiert eingerahmt, dargestellt ist.
Diese Sonden-Ersatzschaltung SES hat die gleichen Anschlüsse Vs+, Vp-/Vs-, Vp+ und Rc wie die Lambdasonde S nach Figur 1 und bildet deren elektrisches und chemisches Verhalten weitgehend nach.
Verbindet man die Anschlüsse der Sonden-Ersatzschaltung SES mit den entsprechenden Anschlüssen der Auswerteschaltung, so wird die Regelschleife geschlossen und es stellt sich im Normalfall ein stabiler Betriebszustand (Normalzustand) der Auswerteschaltung ein.
Die Sonden-Ersatzschaltung SES weist einen invertierenden Integrator mit IPI-Verhalten (Integral-Proportional-Integral- Verhalten) auf, welcher aus einem Operationsverstärker OP1, Widerständen R2 und R3 sowie Kondensatoren Cl und C2 aufgebaut ist. Er bildet die Übergangsfunktion der Sonde im relevanten Frequenzbereich nach.
Vom Anschluß Rc führt eine Reihenschaltung aus einem Wider- stand Rc und einem Widerstand Rip zum nichtinvertierenden
Eingang 0P1+ des Operationsverstärkers OP1. Ein weiterer Widerstand R2 ist zwischen den Verbindungspunkt der beiden Widerstände Rc, Rip und den invertierenden Eingang OP1- des Operationsverstärkers OP1 geschaltet. Der Ausgang von OP1 ist mit einem - im Normalfall geschlossenen - Schalter S3 verbunden. Zwischen dem invertierenden Eingang OP1- und dem anderen Anschluß des Schalters S3 ist ein Kondensator C2 geschaltet, zu dem eine Reihenschaltung aus einem Kondensator Cl und eines Widerstandes R3 parallelgeschaltet ist. Der Ver- bindungspunkt der beiden Widerstände Rc und Rip ist mit dem Anschluß Vp+ verbunden. Dem invertierenden Integrator OPl folgt ein Inverter, der aus einem Operationsverstärker OP2 und Widerständen R4 und R5 aufgebaut ist. Er stellt die richtige Phasenlage der Übertragungsfunktion her.
Der Widerstand R4 verbindet den invertierenden Eingang OP2- des Operationsverstärkers OP2 mit dem Ausgang des Operationsverstärkers OPl. Der Ausgang des Operationsverstärkers OP2 ist über einen - im Normalfall geschlossenen - Schalter S2 und den Widerstand R5 auf seinen invertierenden Eigang rückgekoppelt. Die nichtinvertierenden Eingänge der beiden Operationsverstärker OPl und OP2 sind miteinander und mit dem Anschluß Vp-/Vs- verbunden. Zwischen den Anschlüssen Vp-/Vs- und VS+ ist ein weiterer - im Normalfall geöffneter -Schalter S4 angebracht .
Der Ausgang des Operationsverstärkers OP2 ist über den Schalter S2 und einen Widerstand Ris mit dem Anschluß Vs+ verbunden. Der invertierende Eingang OPl- des Operationsverstärkers OPl ist über einen Widerstand Rl und einen weiteren Anschluß
In mit einem externen Umschalter Sl verbunden, über welchen an den Widerstand Rl ausgewählte Potentiale anlegbar sind.
Die Sonden-Ersatzschaltung SES ist somit aus Standard- bauteilen kostengünstig herstellbar.
Verbindet man die Sonden-Ersatzschaltung SES nach Figur 2 anstelle der Sonde S mit der Auswerteschaltung nach Figur 1, so entsteht eine geschlossene Regelschleife. Der Integrator OPl wird seine AusgangsSpannung so verändern, daß seine Eingangsspannung zu Null wird.
Stellt man Schalter Sl auf seine Mittelstellung 2, so ist Widerstand Rl stromlos und die Spannung am invertierenden Eingang OPl- entspricht der Mittenspannung Vm, beispielsweise 2.5V. Dementsprechend wird sich auch die Spannung am nichtinvertierenden Eingang OP1+ auf Vm einstellen. Es fließt kein Pumpstrom Ip, die Schaltung stellt sich auf den Wert λ = 1 ein.
Stellt man Schalter Sl auf Stellung 1 = 0V (Masse) , so ergibt sich ein Spannungsteiler aus den Widerständen Rl und R2 : die Spannung am invertierenden Eingang OPl- sinkt, der invertierende Integrator OPl regelt über die Auswerteschaltung den Pumpstrom Ip nach. Durch den Spannungsabfall am Widerstand Rip steigt die Spannung am Anschluß Vp+ (?Sopaßt es) . Das Gleichgewicht ist dann wieder erreicht, wenn der Spannungsabfall am Widerstand Rip dem an Widerstand R2 entspricht und der invertierende Eingang OPl- wieder die Spannung Vm erreicht hat .
Bei entsprechender Dimensionierung der Widerstände Rl und R2 kann so ein Arbeitspunkt λ = oo (Luft) eingestellt weden.
Stellt man Schalter Sl auf Stellung 3 = +5V, so wird die Spannung am invertierenden Eingang OPl- steigen, der inver- tierende Integrator OPl regelt über die Auswerteschaltung den
Pumpstrom Ip nach, diesmal jedoch in die andere Richtung. Durch den Spannungsabfall am Widerstand Rip sinkt die Spannung am Anschluß Vp+ . Das Gleichgewicht ist dann wieder erreicht, wenn der Spannungsabfall am Widerstand Rip dem an Widerstand R2 entspricht und der invertierende Eingang OP1- wieder die Spannung Vm erreicht hat .
Bei entsprechender Dimensionierung der Widerstände Rl und R2 (die anders als bei Schalterstellung 1 sein kann, aber nicht muß) kann so ein Arbeitspunkt eingestellt werden, der einem
Gemischwert von beispielsweise λ = 0.6 (fett) entspricht.
Auf diese Weise können beliebige Arbeitspunkte von λ = 0.6 (fett) , über λ =1 bis λ = ∞ (Luft) eingestellt werden.
Bei Anlegen eines Wechselspannungssignals an den Eingang In läßt sich sogar das dynamische Verhalten der Regelschleife, bestehend aus Auswertechaltung und Sonden-Ersatzschaltung SES ermitteln, was bisher nicht möglich war.
Die Simulation von verschiedenen Sondenfehlern ist durch Betätigung der (CMOS-) Schalter S2 , S3 und S4 möglich. Das Öffnen von Schalter S2 entspricht dabei einer defekten (wirkungslosen) Pumpzelle, das Öffnen von Schalter S3 einer Unterbrechung der Meßzelle oder deren Zuleitung, und das Schließen von Schalter S4 einem Kurzschluß zwischen den Son- denanschlüssen Vp-/Vs- und Vs+. Weitere Fehler lassen sich analog durch Hinzufügen und Betätigen weiterer Schalter simulieren.
In jedem dieser Fälle wird die Sonden-Ersatzschaltung SES einen unzulässigen Arbeitspunkt einnehmen, der dann von einer nicht dargestellten, die Auswerteschaltung überwachenden Diagnoseschaltung erkannt werden muß. Dies erlaubt auf einfache Weise eine komplette Überprüfung der Diagnosefunktion der Auswerteschaltung .
In der Fertigung erfolgt die Steuerung der Sonden- Ersatzschaltung SES durch einen Rechner, der gleichzeitig das Verhalten der Auswerteschaltung unter verschiedenen Betriebsbedingungen mißt (Automatisiertes Testsystem) .
Eine lineare Lambdasonde ist bei niedrigen Temperaturen (<200°C) sehr hochohmig. Zu Beginn der Aufheizphase ist die Sonde praktisch nicht existent. Man kann also in dieser Zeit die Sonden-Ersatzschaltung SES parallel zur Sonde mit der Auswerteschaltung verbinden. Die Regelschleife stabilisiert sich dann über die Sonden-Ersatzschaltung, so daß eine Überprüfung bzw. Kalibrierung der der Auswerteschaltung im Betrieb möglich ist. Steuert man nun verschiedene Arbeitspunkte an (beispielsweise λ = 0.6, 1, ∞) und speichert die dazugehörigen Meßwerte der Auswerteschaltung, so ist eine
Überprüfung der Meßgenauigkeit und ein Ausgleich älterungs- bedingter Toleranzabweichungen möglich. Die Sonden-Ersatz- Schaltung SES kann in diesem Fall fester (integrierter) Bestandteil der Auswerteschaltung sein. Sie muß dazu lediglich wärend des Normalbetriebes mit der echten Sonde mittels (CMOS-) Schaltern von der Auswerteschaltung getrennt werden.

Claims

Patentansprüche
1. Prüf- und Kalibriervorrichtung für eine Auswerteschaltung einer linearen Sauerstoffsonde (S) einer Brennkraft a- schine, insbesondere einer Kraftf hrzeug-Brennkraftmaschine,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
daß eine Sonden-Ersatzschaltung (SES) mit gleichen Anschlüs- sen (Vs+, Vs-/Vp-, Vp+ und Rc) wie die Sauerstoffsonde (S) vorgesehen ist, welche weitgehend das elektrische und chemische Verhalten der Sauerstoffsonde (S) nachbildet und Sondenfehler simulieren kann, und welche zumindest während eines Prüf- und Kalibriervorgangs anstelle der Sauerstoffsonde (S) , oder parallel zu ihr, mit der Auswerteschaltung verbunden ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonden-Ersatzschaltung (SES) einen invertierenden Integrator (OPl) mit Integral-Proportional-Integral-Verhalten aufweist, dessen nichtinvertierender Eingang (OP1+) mit dem Anschluß (Vp-/Vs-) und über eine Reihenschaltung aus einem Widerstand (Rip) und einem Widerstand (Rc) mit dem Anschluß (Rc) verbunden ist, dessen invertierender Eingang (OP1-) einerseits über einen Widerstand (R2) mit dem Verbindungspunkt der beiden Wider- stände (Rip, Rc) und mit dem Anschluß (Vp+) , und andererseits über einen Widerstand (Rl) mit einem weiteren Anschluß (In) verbunden ist, dessen Ausgang mit seinem invertierenden Eingang (OP1-) über einen Kondensator (C2) verbunden ist, zu dem eine Reihenschaltung eines Kondensators (Cl) und eines Widerstandes (R3) parallelgeschaltet ist, und daß dem invertierenden Integrator (OPl) ein Inverter (OP2) nachgeschaltet ist, dessen invertierender Eingang (OP2-) über einen Widerstand (R4) mit dem Ausgang des Integrators (OPl) verbunden ist, dessen nichtinvertierender Eingang (OP2+) mit dem Anschluß (Vp- /Ns- ) verbunden ist, und dessen Ausgang über einen Widerstand (R5) mit seinem invertierenden Eingang (OP2-) und über einen Widerstand (Ris) mit dem Anschluß (Vs+) verbunden ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Ausgang des Inverters (0P2) und den Widerständen (R5, Ris) ein Schalter (S2) angeordnet ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an den Anschluß (In) ausgewählte Potentiale anlegbar sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Anlegen ausgewählter Potentiale an den Anschluß (In) über einen externen Umschalter (Sl) erfolgt.
6. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Ausgang des Integrators (OPl) und dem Kondensa- tor (C2) einerseits und dem Widerstand (R4) andererseits ein Schalter (S3) angeordnet ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem ersten Sondenanschluß (Vs+) und dem zweiten Sondenanschluß (Vp-/Vs-) ein Schalter (S4) angeordnet ist.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein externer Rechner vorgesehen ist, welcher am Fertigungsende der Auswerteschaltung die Prüf- und Kalibriervorgänge steuert und das Verhalten der Auswerteschaltung unter verschiedenen Betriebsbedingungen überprüft (Automatisiertes Testsystem) .
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Betrieb der Sauerstoffsonde (S) während deren Aufheizphase bei einer Sondentemperatur kleiner als 200°C, die Sondenersatzschaltung (SES) parallel zur Sauerstoffsonde (S) geschaltet ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zur Überprüfung der Meßgenauigkeit und zum Ausgleich alterungsbedingter Toleranzabweichungen der Auswerteschaltung in der Aufheizphase der Sauerstoffsonde (S) mittels der Sondenersatzschaltung (SES) verschiedene Arbeitspunkte angesteu- ert und die dabei gemessenen Pumpstrom-Meßwerte Ip der
Auswerteschaltung zur Weiterverarbeitung gespeichert werden.
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