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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Stromversorgung
einer zu einer linearen Sauerstoffsonde gehörenden
Sauerstoffpumpe, und insbesondere eine zur Messung der
Sauerstoffkonzentration im Abgas einer Brennkraftmaschine
benutzte Sonde.
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Bekanntlich ist ein bedeutsamer Parameter beim Betrieb
einer Brennkraftmaschine der Luftbeiwert Lambda (λ) für das
Luft/Brennstoff-Verhältnis des dem Motor zugeführten
Gemisches, geteilt durch das einer stöchiometrischen Mischung
entsprechende Verhältnis. Die Bedeutung dieses Parameters
beruht auf seiner Auswirkung auf die Motorleistung, auf
dessen spezifischen Verbrauch und vor allem auf die
Zusammensetzung des Motorabgases, insbesondere der giftigen
Gase. Immer strengere Umweltschutzgesetze verpflichten die
Ingenieure, für eine Regelung des Beiwerts Lambda zu
sorgen, um die Gemischverbrennung so vollständig wie möglich
zu machen.
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Hierfür wird die Gemischzusammensetzung indirekt durch
Messen des Sauerstoffgehaltes im Abgas gemessen. Unter der
Voraussetzung, daß diese Gase auch dann Sauerstoff
enthalten, wenn das Gemisch "reich" ist (λ < 1), so gestattet
diese Messung des Sauerstoffgehalts die Messung der
Gemischzusammensetzung, die der Motor erhält.
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Zu diesem Zweck wird ein Meßfühler benutzt, der unter dem
Namen Sauerstoffsonde oder Lambdasonde bekannt ist, die in
den Abgasstrom des Motors eingesetzt wird. In bekannter
Weise besteht eine solche Sonde aus einer Masse aus Zirkon-
oder Titanoxid zwischen zwei Elektroden, von denen eine im
Abgasstrom hinter einer Schutzschicht aus poröser Keramik
liegt, während die andere Elektrode der offenen Luft
ausgesetzt ist. Zwischen den Elektroden tritt eine Spannung
auf, die vom Unterschied der Sauerstoffionen-Konzentration
an den beiden Elektroden abhängig ist. Insbesondere wird
ein Spannungssprung bei etwa λ= 1 infolge der besonderen
Eigenschaften der verwendeten Materialien Zirkonoxid bzw.
Titanoxid beobachtet.
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Infolge dieses Spannungssprunges liefert die Sonde ein
Signal, das praktisch nur zwei Zustände besitzt, die für ein
Gemisch repräsentativ sind, das entweder λ< 1 oder λ > 1
ist. Es ist deshalb unmöglich, die wirkliche Abweichung des
Gemisches von seiner stöchiometrischen Zusammensetzung zu
messen.
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Um diesen Nachteil zu vermeiden, hat man sogenannte
"lineare" Sauerstoffsonden entwickelt, die ein Signal liefern
können, das im wesentlichen dem Beiwert Lambda sowohl
oberhalb als auch unterhalb der stöchiometrischen
Zusammensetzung linear proportional ist.
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Eine solche lineare Sauerstoffsonde umfaßt normalerweise,
wie Fig. 1 der Zeichnung zeigt, eine Meßzelle 1 und eine
von einer Meßkammer 3 getrennte Sauerstoffpumpe 2, wobei
die Meßzelle 1 selbst mit ihrer anderen Seite an eine
Referenzkammer 4 angrenzt. Die Meßzelle 1 besteht aus einer
Standard-Sauerstoffsonde mit einem Körper 5 aus
beispielsweise Zirkon- oder Titanoxid beispielsweise und zwei
Elektroden 6 und 7, die an diesen Körper an der Meßkammer 3
bzw. in der Referenzkammer 4 angelegt sind. Die Meßzelle
liefert an den Elektroden eine Spannung VS, die vom
Sauerstoffgehalt in der Meßkammer abhängig ist. Diese steht in
Verbindung mit dem Motorabgas, nämlich einem Raum 8, der
eine Elektrode 9 der Sauerstoffpumpe umgibt, deren andere
Elektrode 10 in der Meßkammer 3 liegt. Die Sauerstoffpumpe
2 weist wie die Meßzelle 1 eine Masse aus Zirkon- oder
Titanoxid auf, die zwischen den Elektroden 9 und 10
angeordnet ist. Fließt ein Strom Ip durch die Sauerstoffpumpe
2, so strömt Sauerstoff in die Meßkammer oder wird aus der
Meßkammer abgezogen, abhängig von der Richtung des Stromes.
Wird dieser Strom und sein Vorzeichen mit der von der
Meßzelle 1 gelieferten Spannung Vs gesteuert, so ergibt sich
eine geschlossene Schleife für die Regulierung der
Sauerstoffkonzentration in der Meßkammer infolge des Eintritts
oder Austritts von Sauerstoff abhängig von der
Sauerstoffkonzentration im Abgas, das in die Kammer eintritt. Der
Strom Ip ist dann eine im wesentlichen lineare Funktion des
Sauerstoffgehalts und damit des Beiwerts Lambda, der für
die Zusammensetzung des Luft-/Brennstoffgemisches
repräsentativ ist. Eine nach diesem Prinzip arbeitende Sonde
wird beispielsweise unter der Bezeichnung NTK UEGO von der
japanischen Firma NGK Spark Plug Co. Ltd. verkauft.
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Das Problem besteht dann darin, den Strom Ip für die Pumpe
abhängig von der von der Meßzelle gelieferten Spannung Vs
zu steuern. Zu diesem Zweck benutzt man üblicherweise eine
komplexe Analogschaltung vom PID-Typ, die aus vielen
Analogverstärkern und Präzisionsbauteilen besteht. Eine solche
Analogschaltung ist driftanfällig. Der Schaltungsaufwand
und die Präzisionsbauteile sind kostenfeindlich. Da das
Funktionieren der Rückführregelung durch die Struktur der
Schaltung festgelegt ist, läßt sich ferner das Verhalten
nicht durch im voraus programmierte unterschiedliche
Strategien verändern, wie es bei digitalen Systemen der Fall
ist, die beispielweise von einem Mikroprozessor gesteuert
werden.
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EP 0 079 085 betrifft keine Regelung mit Rückführung,
sondern stellt eine bestimmte Sauerstoffkonzentration in der
Referenzkammer ein, die vollständig entleert und dann
mittels eines gesteuerten Stroms auf die vorbestimmte
Konzentration
aufgefüllt wird. Die Spannung Vs liefert dann eine
Anzeige dafür, ob die tatsächliche zu messende
Gaskonzentration über oder unter der vorbestimmten Konzentration
liegt. Dieses System ist langsam und kann eine
Realzeitmessung der Sauerstoffkonzentration nicht liefern.
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EP 0 025 625 offenbart eine Vorrichtung zum Liefern eines
Konstantstroms für die Sauerstoffpumpe. Diese Vorrichtung
weist eine Umschaltung auf, mit der die Richtung des Stroms
durch die Pumpe jedesmal dann erfolgt, wenn die Spannung
durch einen bestimmten Wert geht. Bei dieser
Vorgehensweise, die in Fig. 2B dargestellt ist, ist eine Messung der
aufeinanderfolgenden Zeiten T1, T2 usw. nötig, um das
Umschalten der Spannung Vs abhängig von der
Sauerstoffkonzentration zu machen. Außerdem hat diese Vorgehensweise
mehrere Nachteile. Erstens ist die Trägheit der Sonde derart,
daß die gemessene Zeit T2 von einem Überschwingen der
vorhergehenden Zeit T1 in Mitleidenschaft gezogen wird.
Zweitens hängt die Messung von der Genauigkeit in der
Einstellung der Stromstärke ab. Schließlich werden bei Werten um
Lambda 1 die zu messenden Zeiten sehr kurz, so daß sich
gerade dann die Meßgenauigkeit verschlechtert, wenn sie am
meisten benötigt wird.
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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine
Vorrichtung zur Stromversorgung einer zu einer linearen
Sauerstoffsonde gehörenden Sauerstoffpumpe zu schaffen, die
diese Nachteile nicht aufweist.
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Insbesondere ist es die Aufgabe der Erfindung, die
Vorrichtung so zu schaffen, daß sie einen einfachen Aufbau mit
wenigen Bestandteilen besitzt, die zuverlässig und billig
herzustellen ist.
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Ferner liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, daß die
Vorrichtung die genaue Regelung des Stroms für die
Sauerstoffpumpe
ermöglicht, wobei Temperaturabweichungen
korrigiert werden.
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Außerdem hat sich die Erfindung zur Aufgabe gestellt, daß
die Vorrichtung Mittel aufweist, mit denen es möglich ist,
die Regelung in unterschiedlicher Weise vorzunehmen.
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Die genannten Aufgaben der Erfindung zusammen mit anderen,
die sich aus der weiteren Beschreibung ergeben, werden wie
folgt gelöst:
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Vorrichtung zur Stromversorgung einer zu einer linearen
Sauerstoffsonde gehörenden Sauerstoffpumpe zum Messen der
Sauerstoffkonzentration im Abgas einer Brennkraftmaschine,
wobei die Sonde zusätzlich eine Meßzelle aufweist, die auf
den in einer Meßkammer der Sonde in Verbindung mit dem
Abgas und der Sauerstoffpumpe vorhandenen Sauerstoffgehalt
anspricht, um ein entsprechendes Meßsignal zu liefern, das
die Stromversorgung zur Pumpe steuert, wobei die
Vorrichtung der Type nach eine elektrische Energiequelle und
Mittel zum Anschließen dieser Quelle an die Sauerstoffpumpe
aufweist, um diese mit Wechselstrom zu versorgen, dadurch
gekennzeichnet, daß diese Mittel zum Liefern eines
periodischen Wechselstroms mit fester Frequenz und
veränderlicher, von dem von der Meßzelle gelieferten Signal
gesteuerter zyklischer Einschaltdauer geeignet sind, wobei die
Größe der zyklischen Einschaltdauer eine Messung der
Sauerstoffkonzentration im Abgas ist.
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Die Erfindung weist eine weitere charakteristische
Eigenschaft auf, wonach diese Mittel eine "H"-Transistorenbrücke
mit zwei Transistorpaaren aufweisen, bei der die Emitter-
Kollektorpfade jedes Transistorpaares in Reihe geschaltet
sind, die Sauerstoffpumpe zwischen die den
Emitter-Kollektor-Pfaden jedes Transistorpaares gemeinsamen Anschlüsse
geschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die in Reihe
geschalteten Paare der Emitter-Kollektor-Pfade zwischen die
elektrische Energiequelle und Masse über einen gemeinsamen
Meßwiderstand geschaltet sind und daß die Basis jedes
Transistorpaares, dessen Emitter an einen gemeinsamen
Widerstand angeschlossen ist, an einen gemeinsamen
Referenzspannungsgenerator angeschlossen ist, um die Stromstärke durch
die Sauerstoffpumpe zu steuern.
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Diese Mittel weisen auch Mittel auf, um selektiv und
individuell die Leitfähigkeit der Transistoren in der Brücke
mit einer gegebenen Frequenz und einer zyklischen
Einschaltdauer derart zu steuern, daß das Vorzeichen des
Durchschnittstroms durch die Pumpe nach jedem Umschalten
des Meßsignals umgekehrt wird.
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In jedem Transistorpaar der Brücke sind die Transistoren
gegensätzlichen Typs, wobei die Mittel zum Steuern des
Leitzustandes der Transistoren gleichzeitig einen
Transistor in jedem Paar sperren und den anderen Transistor mit
Hilfe einer gemeinsamen Ansteuerung der Basen
durchschalten, wobei die Ansteuerung der beiden Transistorpaare von
dem Meßsignal bestimmt wird, um die Richtung und Dauer des
Stromdurchgangs der elektrischen Energie durch die
Sauerstoffpumpe zu steuern.
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Die Mittel zum selektiven Anschluß der elektrischen
Energiequelle an die Sauerstoffpumpe sind so aufgebaut, daß die
Stromversorgung der Sauerstoffpumpe nach mehreren
unterschiedlichen Strategien erfolgen kann.
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Andere Eigenschaften und Vorteile der Erfindung ergeben
sich aus der nachfolgenden Beschreibung anhand der
Zeichnung. Es zeigen:
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Fig. 1 ein Schaltbild der Vorrichtung zur Stromversorgung
einer zu einer linearen Sauerstoffsonde gehörenden
Sauerstoffpumpe des in der Beschreibungseinleitung
erläuterten Typs;
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Fig. 2A bis 2D verschiedene Kurvenformen zur Erläuterung mehrerer
Strategien zum Regulieren des Stroms durch die
Sauerstoffpumpe und
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Fig. 3 eine Darstellung einer anderen Strategie zum Regeln
des Stroms durch die Sauerstoffpumpe.
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In Fig. 1 der Zeichnung ist schematisch eine in der
Beschreibungseinleitung erläuterte lineare Sauerstoffsonde
dargestellt.
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Fig. 1 zeigt auch die Vorrichtung zur Stromversorgung der
Sauerstoffpumpe der Sonde gemäß der Erfindung. Die
Vorrichtung besteht im wesentlichen aus einer elektrischen
Energiequelle, die eine Spannung +V abgibt und aus Mitteln zum
selektiven Anschluß dieser Quelle in Reihe an die
Elektroden 9, 10 der Sauerstoffpumpe 2 derart, daß unter der
Steuerung des Meßsignals VS, das von der Meßzelle 1
geliefert wird, die Richtung und Dauer des Stromdurchgangs Ip
von bestimmter Stärke durch die Pumpe gesteuert wird.
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Diese Mittel bestehen im wesentlichen aus einer "H"-Brücke
von Transistoren T1, T2, T3, T4 und einem Mikroprozessor
uP, der selektiv das Durchschalten der Transistoren in der
Brücke mit Signalen steuert, die von den Ausgangspins C1
und C2 abgegeben werden. Der Mikroprozessor selbst wird mit
dem Ausgangssignal VS aus der Meßzelle 1 über einen A/D-
Wandler CAN gespeist.
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Der Mikroprozessor ist so programmiert, daß an den Pins C1
und C2 Signale abgegeben werden, mit denen es möglich ist,
den Durchschnittsstrom der Pumpe derart einzustellen, daß
die Sauerstoffkonzentration in der Meßkammer 3 und damit
die Größe der Ausgangsspannung VS der Meßzelle 1 geregelt
wird. Diese Regelung wird durch Entnahme von Sauerstoff aus
der Meßkammer 3 mittels der Sauerstoffpumpe 2 realisert.
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Wenn so die Sauerstoffkonzentration im Abgas des Motors
(füllt die Kammern 8 und 3 der Sonde) repräsentativ für das
Luft/Kraftstoff-Gemisch des Motors ist, und durch einen
Luftbeiwert λ> 1 charakterisiert ist, so entnimmt die Pumpe
Sauerstoff aus der Kammer 3 und Ip wird von der
erfindungsgemäßen Vorrichtung passend eingestellt, wie noch
ersichtlich ist, um die Sauerstoffkonzentration in der
Kammer 3 zurück auf einen Wert entsprechend λ= 1 zu
bringen. Umgekehrt, wenn die Sauerstoffkonzentration einem
Luftbeiwert λ< 1 entspricht, so wird Sauerstoff von der mit
einem Strom Ip umgekehrter Strömungsrichtung gegenüber der
Sauerstoffentnahme aus der Kammer erregten Sauerstoffpumpe
in die Kammer gepumpt. Auf diese Weise ist der die
Sauerstoffpumpe durchfließende Strom repräsentativ für die
Differenz zwischen der Zusammensetzung des Luft/Kraftstoff-
Gemisches und der Zusammensetzung entsprechend λ= 1, wobei
die Änderung von Ip abhängig von dieser Differenz im
wesentlichen linear ist.
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Nach dem Stand der Technik wird Ip von aufwendigen PID-
Analogschaltungen eingestellt. Die Erfindung schlägt eine
digitale Steuerung für diesen Strom vor, ist also einfacher
und anpassungsfähiger, wie noch erläutert wird.
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Hierfür dient die H-Brücke der Transistoren T1, T2, T3, T4,
welche die Stromrichtung Ip durch die Sauerstoffpumpe
abhängig von den an den Pins C1 und C2 des Mikroprozessors uP
anstehenden Signalen schaltet. Die Brücke besteht aus zwei
bipolaren Transistorpaaren T1, T3 einerseits und T2, T4
andererseits. Die Transistoren jedes Paares sind
gegensätzlichen Typs. Sind beispielsweise die Transistoren T1 und T2
vom PNP-Typ, so sind die Transistoren T3 und T4 vom NPN-
Typ. Die Emitter-Kollektor-Pfade der beiden Transistoren in
jedem Paar sind in Reihe zwischen eine Leitung mit der
Spannung +V und Masse angeschlossen. Die gemeinsamen
Anschlüsse der Emitter-Kollektor-Pfade der Transistoren T1,
T3 einerseits und T2, T4 andererseits sind jeweils an die
Elektroden 9 und 10 der Sauerstoffpumpe 2 angeschlossen.
Lastwiderstände R1 und R2 liegen an den Emittern der
Transistoren T1 und T2 zwischen den letzteren und der +
V-Leitung. Die Emitter der Transistoren T3 und T4 sind
miteinander verbunden und ihr Verbindungspunkt ist an Masse über
einen Erdwiderstand R7 angeschlossen. Die Basen der
Transistoren T1, T3, T2, T4 sind mit Widerständen R3, R5, R4, R6
jeweils belastet. Die den R4 und R6 gemeinsamen Anschlüsse
einerseits und R4 und R5 andererseits sind jeweils mit den
Pins C1 und C2 des Mikroprozessors uP verbunden.
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Die Vorrichtung besitzt auch einen
Referenzspannungsgenerator, der aus zwei Widerständen R8 und R9 besteht, die in
Reihe zwischen der +V-Leitung und Masse angeordnet sind.
Der Mittelanschluß des auf diese Weise gebildeten
Spannungsteils ist an die Basen der Transistoren T2 und T4
angeschlossen. In Vorwärtsrichtung vorgespannte Dioden D1 und
D2 zwischen den Basen der Transistoren T3 und T4 und dem
mittleren Anschluß des Spannungsteils R8, R9 sorgen für
eine Kompensation bei Änderungen der
Basis-Emitter-Spannungen Vbe der Transistoren T3 und T4 infolge von
Temperaturschwankungen, wie dies noch erläutert wird.
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Bei der gerade erläuterten Schaltung ist offensichtlich,
daß der Transistor T4 gesperrt und der Transistor T2
gesättigt wird, wenn der Mikroprozessor am Pin C1 eine
Nullspannung einstellt. Auf diese Weise liegt die Spannung +V über
den Widerstand R2 und den Emitter-Kollektor-Pfad des
Transistors 2 an der Elektrode 10 der Sauerstoffpumpe. Wenn
zusätzlich der Mikroprozessor gleichzeitig am Pin C2 eine
Spannung V1 passender Größe einstellt, so verursacht diese
Spannung die Sperrung des Transistors T1 im anderen
Transistorpaar T1, T3 und das Durchschalten des Transistors T3.
Die Elektrode 9 der Sauerstoffpumpe 2 ist dann über den
Kollektor-Emitter-Pfad des Transistors T3 und des
Erdwiderstandes R7 mit Masse verbunden. Auf diese Weise steht an
den Elektroden 9 und 10 der Sauerstoffpumpe ein
Potentialunterschied an und ein Strom Ip strömt durch die Pumpe in
einer Richtung, die der Pfeilrichtung zwischen den
Elektroden 9 und 10 entgegengesetzt ist, die eine Stromrichtung
angibt, die willkürlich als positiv angenommen wird. Der in
der Sonde hervorgerufene Strom ist dann der, der nach dem
Durchgang durch den Widerstand R2 in den Transistor T2 über
den Transistor T3 und den Festwiderstand R7 zur Masse
fließt. Es ist offensichtlich, daß die Stromstärke I dieser
Schaltung von der Vorspannung der Basis des Transistors T3
bestimmt ist, der dann als Stromgenerator fungiert, d.h.
von der Spannung am mittleren Anschluß der
Spannungsteilerbrücke R8, R9. In diesem Zusammenhang wird festgestellt,
daß die Diode D1 Temperaturänderungen für die Spannung Vbe
des Transistors T3 kompensiert, um auf diese Weise zu
vermeiden, daß sich die Vorspannung des Transistors
verschiebt, um so den Strom Ip vorbestimmter Größe
beizubehalten.
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Offensichtlich wird beim Umkehren der Spannungen an den
Pins C1 und C2 des Mikroprozessors die Stromrichtung in der
Sauerstoffpumpe 2 ebenfalls umgekehrt. Liegen an den Pins
C1 und C2 gleiche Spannung oder Nullspannung an, so ist der
Strom durch die Sauerstoffpumpe abgeschaltet. Untenstehende
Tabelle zeigt die verschiedenen Möglichkeiten.
Spannungen an Pins
Zustand der Brücke
Strom I durch die Pumpe 2
leitet gesperrt
gesperrt gesättigt
eingeprägt durch Stromgenerator
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Hieraus ist ersichtlich, daß erfindungsgemäß es möglich
ist, sowohl die Richtung als auch Dauer des Stromdurchgangs
von bestimmter Stärke I durch die
Pumpe 2 festzulegen.
Ferner ist erfindungsgemäß der Mikroprozessor so programmiert,
daß er auf die Pins C1 und C2 Steuersignale ausgibt, die
zur Folge haben, daß der Durchschnittsstrom durch die
Sauertoffpumpe 2 unter der Kontrolle des Meßsignals Vs
erfolgt, das vom Konverter CAN digitalisiert wird. Als
Ergebnis dieser Kontrolle ist der Durchschnittswert des Stroms
zu jedem Zeitpunkt für den Luftbeiwert λ des
Luft/Brennstoff-Gemisches für die Brennkraftmaschine repräsentativ.
Der Maximalwert Imax des Pumpenstroms wird vom
Spannungsteiler R8, R9, dem Meßwiderstand R7 und der Spannung +V der
Transistorenbrücke T1, T2, T3, T4 bestimmt. Da die Dioden
D1 und D2 genau die Temperaturänderungen in den Spannungen
Vbe der Transistoren T3 und T4 kompensieren, hat der Strom
1 durch die Sauerstoffpumpe 2 beinahe den gleichen
Absolutwert Imax in beiden Fließrichtungen des Stroms. Damit kann
bei Bereitstellen passender Signale an den Pins C1 und C2
der Mikroprozessor genau den Durchschnittstrom durch die
Pumpe zwischen den beiden Werten +Imax und -Imax
einstellen. Verschiedene Strategien sind dann möglich, um diesen
Strom abhängig vom Spannungssignal Vs zu steuern.
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Gemäß der in Fig. 2C dargestellten Strategie liefern die
zum selektiven Anschließen der Energiequelle an die
Sauerstoffpumpe 2 vorgesehenen Mittel einen periodischen Strom
von vorbestimmter Stromstärke Imax mit einer
veränderlichen zyklischen Einschaltdauer an die Pumpe, wobei die
Stromrichtung bei jedem Umschalten des Meßsignals Vs
umgekehrt wird. Für eine Steuerperiode T läßt sich der
Durchschnittsstrom für eine Periode, in der der Strom Imax
während einer Zeit t&sub3; fließt, wie folgt berechnen:
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Iaverage = t&sub3;/T x Imax, wenn Vs positiv ist
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Iaverage = t&sub3;/T x (-Imax), wenn Vs negativ ist.
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Diese Strategie hat den Nachteil, daß die Messung von
Iaverage von der Genauigkeit von +Imax und -Imax abhängt.
Ferner ist nahe λ = 1 die zyklische Einschaltdauer gering,
da die Zeit t&sub3; sehr viel kleiner als T ist. Es können sogar
Perioden auftreten, die insgesamt nur einen Nullstrom
führen, worunter die Geschwindigkeit und Genauigkeit der
Messungen leiden.
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Die Darstellung in Fig. 2D zeigt eine bevorzugte
Ansteuerung der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Dementsprechend
liefern die Mittel zum selektiven Anschließen der
Stromquelle an die Sauerstoffpumpe eine periodische
Wechselspannung von veränderlicher Einschaltdauer, wobei das
Vorzeichen des Durchschnittstroms nach jedem Umschalten des
Meßsignals Vs umgekehrt wird. Damit ergibt sich gemäß Fig.
2D für eine periode, während der ein Strom +Imax während
einer Zeit t&sub4; fließt, folgende Gleichung:
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Iaverage = Imax x t&sub4;/T -+Imax x (T-t&sub4;)/T, oder
bei einer zyklischen Einschaltdauer r = t&sub4;/T,
Iaverage = Imax x (2r - 1).
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Nahe λ = 1 muß
Iaverage klein sein, wobei die zyklische
Einschaltdauer r auf etwa 50% eingestellt werden muß. Da
Imax und -Imax vom gleichen Spannungsteiler R8, R9 bestimmt
sind, wird ein Fehler in Imax vom gleichen Fehler in -Imax
kompensiert und so ist letztlich die Messung des Wertes
nicht abhängig von der Genauigkeit der maximalen
Stromstärke der erfindungsgemäßen Vorrichtung, was ohne Zweifel
einen Vorteil der erläuterten Vorgehensweise ist.
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Alle bisher erwähnten Strategien arbeiten mit dem
Absolutwert nach festen Werten von Imax. Es ist auch möglich,
diesen Parameter zu verändern, beispielsweise abhängig von dem
Bereich, in dem die Anreicherung des
Luft/Brennstoff-Gemisches liegt, um den dynamischen Bereich der Messung zu
vergrößern. Es ist mit Hilfe des Mikroprozessors einfach zu
erreichen, daß sich Imax ändert, indem man beispielsweise
verschiedene Widerstände R7 oder verschiedene
Spannungsteiler R8, R9 einschaltet. Die Darstellung in Fig. 3 zeigt die
Änderung des Durchschnittsstroms durch die Sauerstoffpumpe,
abhängig vom Beiwert λ , wenn Imax auf einen größeren
Wert umgeschaltet wird, wenn λ den Wert a erreicht. In
dem Bereich a nahe λ = 1, ist es möglich, eine hohe
Auflösung zu erzielen, da das Verhältnis der Änderungen
Iaverage/Δr klein ist. Andererseits ist es möglich, im
Bereich b hinter dem Bereich a einen großen dynamischen
Bereich einzuhalten, da das Verhältnis ΔIaverage/ Δr groß
ist.
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Es ist auch offensichtlich, daß die Vorrichtung für die
Stromversorgung der Sauerstoffpumpe einer linearen
Sauerstoffsonde gemäß der Erfindung viele Vorteile aufweist.
Erstens ist die Vorrichtung sehr einfach und enthält wenige
Bauteile, was sich günstig auf die Herstellungskosten
auswirkt.
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Die Genauigkeit der erhaltenen Messungen ist hoch, weil nur
drei Widerstände R7, R8, R9 und die Spannung +V die
anfängliche Genauigkeit der Vorrichtung beeinflussen. Da diese
ferner von einem Mikroprozessor gesteuert wird, kann diese
Ungenauigkeit durch eine numerische Kalibrierung
kompensiert werden, indem man im Mikroprozessor
Korrekturparameter abhängig von einem anfänglichen beobachteten Driften
abspeichert.
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Das Temperaturdriften der Schaltung ist wegen der
Kompensation der Spannungen Vbe der Transistoren T3 und T4 von den
Dioden D1 und D2 sehr gering, wobei ein Temperaturdriften
nur mehr von dem unterschiedlichen Driften der Widerstände,
der Spannung V und einer unterschiedlichen Änderung der
Verstärkungsfaktoren der Transistoren abhängt.
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Die Vorrichtung arbeitet zuverlässig, da die Schaltung
gegen Kurzschlüsse gegen Nasse dank der von den Widerständen
R1 und R2 vermittelten Strombegrenzungen selbst geschützt
ist sowie gegen Kurzschlüsse der Stromversorgung, für
gewöhnlich der Fahrzeugbatterie.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung besitzt ferner eine große
Wandlungsfähigkeit im Betrieb, da ein Mikroprozessor
benutzt wird, um die Ansteuerung der Sonde vorzunehmen und da
dieser Mikroprozessor derart programmiert werden kann, daß
eine von mehreren Strategien unterschiedlicher Verfeinerung
auswählbar ist.
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Es ist bekannt, daß eine Sauerstoffsonde mit einer Heizung
versehen werden muß, da das Signal nur über einer
bestimmten Temperatur, beispielsweise in der Größenordnung von
200ºC, zuverlässig ist. Da der Mikroprozessor auch die
Heizung
der Sonde steuern kann sowie das von der Sonde
gelieferte Meßsignal Vs, kann somit der Mikroprozessor die
Steuerung des gesamten Systems übernehmen.
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Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf das
erläuterte und dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt, das
beispielhaft ist. Insbesondere ist die Erfindung nicht auf
eine Vorrichtung beschränkt, die sich einer bipolaren
Technologie bedient, und die in einfacher Weise gegen eine
MOSS-Technologie beispielsweise ausgewechselt werden kann.