DE69619432T2 - Verbrennungsmotor - Google Patents

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf einen Verbrennungsmotor und insbesondere auf einen Verbrennungsmotor mit einer Sauerstoffabtast- oder Lambdazelle in einer Abgasleitung des Motors.
• Der Verbrennungsmotor kann in einer kombinierten Wärme- und Kraftanlage oder zum Antrieb eines Fahrzeugs verwendet werden. Der Motor kann ein Kolbenmotor sein. Der den Motor betreibende Brennstoff kann ein Brenngas, z. B. Erdgas, sein.
• Zur Reduzierung schädlicher Abgasemissionen ist es bekannt, katalytische Wandler, z. B. einen Dreiwege-Katalysator in der Abgasleitung vorzusehen. Eine Sauerstoffabtast- oder Lambdazelle aus Zirkoniumoxid ist in der Leitung vorgesehen, um ein elektrisches Signal zu liefern, welches eine Funktion der Sauerstoffmenge in den Abgasen ist. Die Sauerstoffmenge in den Abgasen ist eine Funktion des Verhältnisses von Verbrennungsluft zu Brennstoff, der dem Motor zugeführt wird (nachfolgend das Luft/Brennstoff-Verhältnis genannt). Das Verhältnis von Verbrennungsluft (dem Motor zugeführt) zum stöchiometrischen Lufterfordernis wird als Lambdaverhältnis oder Lambda definiert. Es ist erwünscht, das Luft/Brennstoff-Verhältnis im wesentlichen auf einem vorbestimmten Wert zu halten, so daß der Lambda-Wert annähernd gleich 1 ist und die Beschaffenheit der Verbrennungsprodukte in der Abgasleitung für die Leistungsfähigkeit des katalytischen Konverters (Katalysators) nicht schädlich ist. Es ist somit bekannt, eine Steuereinrichtung vorzusehen, um die Brennstoffzufuhr zu ändern und das Luft/Brennstoff-Verhältnis auf im wesentlichen dem gewünschten Wert zu halten, und zwar als Folge der Variation im Ausgangssignal der Lambdazelle.
• Alternativ ist es zur Reduzierung von schädlichen Emissionen bekannt, den Verbrennungsmotor bei hohen Pegeln von Überschuß- Verbrennungsluft zu betreiben, bekannt als Magergemischbetrieb. Aber oberhalb eines bestimmten Pegels von Überschußluft ergibt sich eine schlechte Verbrennung, die zu einer Fehlzündung des Brennstoffgemisches, zur Leistungsminderung des Motors und zur möglichen Beschädigung des Motors und der durch ihn betriebenen Einrichtung führt. Somit ist es notwendig, das Luft/Brennstoff- Verhältnis im wesentlichen auf einem vorbestimmten Wert zu halten, um die erforderlichen Emissionspegel in den Abgasen ohne Fehlzündung sicherzustellen. Eine Lambdazelle (Lambdasonde) kann zu diesem Zweck eingesetzt werden, die an die das Luft/Brennstoff-Verhältnis steuernde Steuereinrichtung Signale liefert.
• Lambdazellen aus Zirkoniumoxid werden nicht bei Umgebungstemperatur betrieben. Sie sind mit einer Heizeinrichtung, z. B. einer Metall-Heizspule, versehen, die mit elektrischer Energie versorgt wird und einen Widerstand hat, der mit der Temperatur zunimmt. Das Metall kann Platin sein. Die Idee ist, die Lambdazelle bei einer Betriebstemperatur zu prüfen und zu halten, die, relativ ausgedrückt, hoch ist und nicht lediglich auf der Temperatur der ein Abtastelement der Zelle passierenden Abgase beruht. Somit kann die Zellentemperatur hoch gehalten werden, und zwar ungeachtet der Abgastemperatur. Dies wird durch elektrische Energieversorgung der Heizeinrichtung versucht.
• US-A-5214267 beschreibt ein Gerät zur Steuerung einer Heizeinrichtung zum Beheizen eines Sauerstoffsensors. Die Energie für die Heizeinrichtung wird so gesteuert, daß der Widerstandswert der Heizeinrichtung gleich einem Ziel- Widerstandwert wird, der festgelegt wird, während der Sauerstoffsensor den Abgasen ausgesetzt ist. Die US-A-5214267 ist auf die Steuerung einer Heizeinrichtung für einen Sauerstoffsensor gerichtet, selbst wenn der Lernwert zerstört wird, z. B. durch Ausbau der Fahrzeugbatterie.
• EP-A-0068321 beschreibt eine Vorrichtung zur Ermittlung von Sauerstoff-Konzentrationen in Gasen durch Verwendung eines Sauerstoff-Sensorelementes mit einem Substrat, das mit einer Heizeinrichtung versehen ist. Die Vorrichtung hat eine Energie- Zufuhrschaltung, um an die Heizeinrichtung eine kontrollierte Spannung anzulegen und sie auf einer konstanten Temperatur zu halten, und zwar indem deren Widerstand auf einen konstanten Wert eingeregelt wird.
• DE-A-38 02 051 beschreibt einen Sauerstoff- Konzentrationsdetektor mit einer Heizeinrichtung für ein Sauerstoff-Meßteil und einer Regeleinheit, um die der Heizeinrichtung zugeführte Energie zu regeln. Die Regeleinheit regelt die Energie oder Spannung, die der Heizeinrichtung zugeführt wird, entsprechend einer Änderung des elektrischen Widerstandes des Heizkörpers, so daß die Betriebstemperatur des Sauerstoff-Meßteils auf einer Solltemperatur gehalten wird.
• DE-A-37 15 461 beschreibt eine elektrische Schaltung zur Aufrechterhaltung des Innenwiderstandes einer abtastenden Zelle einer Luft/Brennstoff-Verhältnis-Ermittlungsvorrichtung auf einem konstanten Pegel.
• EP-A-0482366 beschreibt eine Heizeinrichtungs- Steuervorrichtung für einen Luft/Brennstoff-Verhältnis-Sensor, der ein Sensorelement, welches einen Luft/Brennstoff-Verhältnis- Zustand des Abgases eines Motors ermittelt, eine Heizeinrichtung, welche die Sensorelemente beheizt, und eine Heizeinrichtung-Stromfluß-Steuereinrichtung zur Steuerung des Widerstandes der Heizeinrichtung auf einen Sollwert hin aufweist.
• Leider bedeuten Herstellungstoleranzen, daß jede Lambdazelle leicht unterschiedlich sein kann, so daß eine unkontrollierte elektrische Energiezufuhr nicht geeignet sein wird, die angemessene Erwärmung aller Zellen zu erzeugen. Dies bringt Schwierigkeiten mit sich, wenn eine Massenproduktion der Verbrennungsmotoren vorliegt oder wenn eine Lambdazelle ersetzt werden muß. Dies ist deshalb so, weil das elektrische Ausgangssignal aus einer Zirkoniumoxid-Lambdazelle temperaturabhängig ist und außerdem von Zelle zu Zelle variiert (siehe hier Fig. 5). Schwankungen der Zellentemperatur verursachen Schwankungen des elektrischen Ausgangssignals in Millivolt, selbst wenn die Zelle exakt die gleiche Sauerstoffmenge "beobachtet". Wenn somit die Lambdazelle mit der falschen Temperatur betrieben wird oder wenn unterschiedliche Zellen mit der gleichen Temperatur betrieben werden, so empfängt die Steuereinrichtung das elektrische Ausgangssignal, welches einen Sauerstoffgehalt wiedergibt, der sich von demjenigen unterscheidet, dem die Zelle(n) tatsächlich ausgesetzt ist bzw. sind. Als Folge davon wird die Steuereinrichtung das Luft/Brennstoff-Verhältnis auf einen falschen Wert einregeln, der die Effektivität einer Einrichtung zur Reduzierung schädlicher Emissionen mindern kann, ob diese die katalytische Wandlereinrichtung aufweist oder bei Magergemisch-Betrieb. Im Fall des Magergemisches kann sich außerdem ein unannehmbarer Motorbetrieb ergeben.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Verbrennungsmotor zu schaffen, der so eingerichtet ist, daß jede Lambdazelle (mit elektrischer Heizeinrichtung, die einen elektrischen Heizwiderstand mit einem Widerstandswert aufweist, der sich als eine Funktion der Temperatur ändert), die in der Auspuff- bzw. Abgasleitung verwendet wird, automatisch auf eine korrigierte Temperatur für diese Zelle erhitzt werden kann, damit sie ein elektrisches Ausgangssignal mit einem Wert abgibt, der genau die von der Zelle untersuchte Sauerstoffmenge wiedergibt.
• Erfindungsgemäß ist ein Verbrennungsmotor nach Patentanspruch 1 vorgesehen.
• Das genannte Referenzgas ist die atmosphärische Umgebungsluft.
• Die Erfindung wird nunmehr beispielsweise mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Dabei zeigt
• Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Verbrennungsmotors nach der Erfindung,
• Fig. 2 schematisch ein Steuersystem, um die Lambdazelle auf einer vorbestimmten Temperatur zu halten, wobei dieses System im Motor nach Fig. 1 enthalten ist;
• Fig. 3 den Motor nach Fig. 1 mit visuell veranschaulichtem Steuersystem nach Fig. 2,
• Fig. 4 eine Anzahl Graphiken, die typische Änderungen eines Lambdazellen-Ausgangs in Millivolt zeigen, aufgezeichnet gegen Änderung im Lambdaverhältnis oder Lambda, wenn die Zelle bei Temperaturen 540, 563, 608, 665 und 715ºC betrieben wird und das Verbrennungsluft-Brennstoff-Gemisch, das dem Motor zugeführt wird, fett ist;
• Fig. 5 eine Anzahl Graphiken, die dieses für ein festgelegtes Luft/Brennstoff-Verhältnis im fetten Bereich zeigen (Lambda weniger als 1), wobei unterschiedliche Zirkoniumoxid-Lambdazellen (von ähnlicher Konstruktion), die das Abgas an der gleichen Stelle in einer Abgasleitung untersuchen, unterschiedliche Ausgangsspannungen über ähnliche Temperaturbereiche abgeben;
• Fig. 6 eine Anzahl Graphiken, die eine typische Änderung des Lambdazellen-Ausgangs in Millivolt zeigen, aufgezeichnet gegen Änderung in Lambda, wenn die Zelle mit den gleichen Temperaturen wie in Fig. 4 betrieben wird und das Verbrennungsluft-Brennstoff- Gemisch, das dem Motor zugeführt wird, mager ist;
• Fig. 7 eine Graphik, welche die Beziehung zeigt, die verwendet wird, um zu bestimmten, bei welchem Widerstandswert die Heizeinrichtung der Lambdazelle zu betreiben ist, wenn die Zelle den Sauerstoff in den Abgasen überprüft, nachdem der Widerstandswert der Heizeinrichtung gemessen worden ist, während die Lambdazelle den Sauerstoff in atmosphärischer Luft überprüfte und die Heizeinrichtung auf einer Temperatur war, bei der die Zelle einen vorbestimmten Bezugsspannungs-Ausgang abgibt;
• Fig. 8 schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel des Steuersystems, das anstelle des Steuersystems nach den Fig. 2 und 3 verwendet werden kann; und
• Fig. 9 eine Graphik ähnlich der Fig. 7, bei der die Beziehung darin durch das Steuersystem nach Fig. 8 verwendet wird.
• Bezugnehmend auf die Fig. 1 bis 3, und insbesondere auf Fig. 1, hat ein Verbrennungsmotor 2 eine Maschineneinheit 4 mit einer Abgasleitung oder einem Abgasrohr 6, das einen katalytischen Konverter (Katalysator) 8 aufweist. Ein Sauerstoffsensor oder eine Lambdazelle 10 ist im Abgasrohr 6 stromaufwärts vom Katalysator 8 installiert und sendet elektrische Spannungssignale auf einem Signalweg 12 zu einer Steuereinrichtung 14 mit Elektronik. Die Lambdazelle 10 kann von einem Zirkoniumoxidtyp sein und enthält eine elektrische Heizeinrichtung oder -wicklung 16, z. B. eine Wicklung aus Platin, mit einem elektrischen Widerstand, der zunimmt in dem Maße, wie dessen Temperatur ansteigt. Die Lambdazelle kann von der Bauart sein, wie sie von Bosch erhältlich ist. Elektrische Energie zum Erregen der Heizeinrichtung 16 wird über ein Kabel 18 zugeführt, das, wie Fig. 3 zeigt, Leitungswege 181 und 182 aufweist. Der Motor 2 enthält außerdem eine Verbrennungsluft- und Brennstoffmisch- und Regelvorrichtung oder einen Vergaser 20, dem Verbrennungsluft zugeführt wird, wie durch Pfeil 22 angedeutet, und dem Brenngas, z. B. Erdgas, aus einem entsprechenden Vorrat entlang einer Leitung 24 zugeführt wird, die ein Gasdruck-Regelventil 26 enthält, das auf Signale hin geöffnet und geschlossen werden kann, z. B. durch elektrische Signale auf einem Signalweg 28, die erzeugt werden in der Steuereinrichtung 14 auf Signale hin, die durch letztere über den Weg 12 von der Lambdazelle 10 her empfangen werden. In Übereinstimmung mit den Signalen von der Zelle 10 her betätigt die Steuereinrichtung in bekannter Weise das Ventil 26, um das der Maschineneinheit 4 zugeführte Verbrennungsluft-zu-Brenngas- Verhältnis im wesentlichen auf einem vorbestimmten erwünschten konstanten Wert zu halten.
• Mit besonderer Bezugnahme auf die Fig. 2 und 3 weist die Steuereinrichtung 14 ein Steuersystem 30 mit einer elektrischen Brückenschaltung 32 auf, in deren einem Arm die Zellen- Heizeinrichtung 16 angeordnet ist. Die Brückenschaltung 32 ist geerdet bzw. an Masse angeschlossen, indem sie beispielsweise bei 34 mit dem Abgasrohr 6 verbunden ist. In den anderen Armen der Brücke befinden sich Festwiderstände 36 und 38 und ein Regelwiderstand 40 mit einem Wert, der veränderbar ist und in bekannter Weise durch ein Mikro-Kontrollgerät 42 mit Computermitteln auf einen gegebenen Wert eingestellt wird.
• Wenn die Widerstandswerte der Festwiderstände 36 und 38 jeweils RA und RB sind, dann nullt die Brücke 32 bei
• RH1/RA = RC1/RB (1)
• wobei RC1 (Kontrollwert) der Widerstandswert des Regelwiderstandes 40 und RH1 der Betriebs-Widerstandswert der Heizeinrichtung 16 ist, wenn die Brücke nullt.
• Wenn Gleichung (1) umgestaltet wird, sieht man, daß die Brücke 32 nullt, wenn das Verhältnis
• RH1/RC1 dem festen Verhältnis RA/RB gleich wird.
• Eine Heizeinrichtung-Steuerschaltung 44 steht unter der Kontrolle des Mikro-Kontrollgerätes 42, das Steuersignale auf einem Signalweg 46 liefert. Die Heizeinrichtung-Steuerschaltung 44 liefert einen elektrischen Gleichstromausgang, um die Heizeinrichtung 16 zu betreiben, die einen Widerstandswert hat, der in dem Maße zunimmt, wie die Temperatur der Heizeinrichtung ansteigt, bis der Widerstandswert der Heizeinrichtung den Betriebswert RH&sub1; erreicht, so daß
• RH1/RC1 = RA/RB ist.
• Wenn das Mikro-Steuergerät 42 den Nullpunkt feststellt, wird der elektrische Leistungsausgang aus der Heizeinrichtung- Steuerschaltung 44 im wesentlichen konstant gehalten, um die Heizeinrichtung 16 auf einer erwünschten Betriebstemperatur T1 zu halten (die oberhalb der Temperatur der Abgase im Rohr 6 liegt, die das Abtastelement der Lambdazelle 10 passieren), bei welcher der Widerstand der Heizeinrichtung den Betriebswert RH1 annimmt. Sollte nun die Temperatur der Heizeinrichtung 16 variieren vom erwünschten Betriebswert T1, um den Widerstandswert der Heizeinrichtung 16 zu erhöhen oder zu vermindern, so wird die Abweichung vom Nullpunkt durch das Mikro-Steuergerät 42 festgestellt, das die Steuerschaltung 44 veranlaßt, ihren Leistungsausgang durch Minderung oder Erhöhung zu verändern, um den Widerstandswert der Heizeinrichtung 16 wieder auf den Betriebswert zu bringen (und somit den Nullpunkt wieder herzustellen), so daß die Temperatur der Zelle 10 zum erwünschten Betriebswert T1 zurückkehrt.
• Der Gleichstrom-Leistungsausgang von der Heizeinrichtung- Steuerschaltung 44 kann verändert werden durch Veränderung der Gleichspannung oder durch Vorsehen des Leistungsausgangs oder elektrischen Stromes in Rechteckwellenform und Veränderung des Impuls/Pausen-Verhältnisses derselben.
• Wenn die Lambdazelle 10 bei der erwünschten Betriebstemperatur T1 arbeitet, die dem Heizeinrichtungs- Widerstandswert RH1 entspricht, gibt die Zelle ein elektrisches Ausgangssignal ab, das ziemlich genau den Sauerstoffgehalt wiedergibt, der durch die Zelle festgestellt wird, und das somit als Grundlage dafür dienen kann, die Steuereinrichtung 14 zu veranlassen, das Ventil 26 zu betätigen, um das der Maschineneinheit 4 zugeführte Verbrennungsluft/Brennstoff- Verhältnis im wesentlichen auf dem erwünschten vorbestimmten konstanten Wert zu halten.
• Es ist festgestellt worden, daß Lambdazellen des vorgenannten Typs ohne weiteres in der vorgenannten Steuereinrichtung 14 verwendet oder gegeneinander ausgetauscht werden können, wenn das Steuersystem 30 entsprechend geeicht ist. Dies geschieht durch Betreiben der Lambdazelle 10 in der gewöhnlichen oder umgebenden atmosphärischen Luft außerhalb des Abgasrohres 6 und bei im Eichmodus operierendem Mikro- Kontrollgerät. Der Eichmodus kann aufgrund eines Signals zum Mikro-Kontrollgerät auf dem Signalweg 48 gewählt werden. Der Sauerstoffgehalt in gewöhnlicher Luft kann als konstant bei etwa 20,9 Vol.-% angenommen werden. Unter der Steuerung des Mikro- Kontrollgerätes 42 wird die Heizeinrichtung-Steuerschaltung 44 betätigt, um die Zellen-Heizeinrichtung 16 mit Energie zu versorgen und die Temperatur der Lambdazelle 10 zu erhöhen, bis die Spannung des Ausgangssignals aus der Lambdazelle einen vorbestimmten Bezugswert OV erreicht. Sobald das Mikro- Kontrollgerät 42 das Erscheinen der Spannung am Bezugswert OV feststellt, arbeitet das Mikro-Kontrollgerät 42 automatisch, um den Wert des Regelwiderstandes 40 und die der Brücke 32 durch die Heizeinrichtung-Steuerschaltung 44 zugeführte elektrische Energie zu ändern, bis bei weiterhin von der Lambdazelle abgegebenem Ausgangs-Spannungssignal beim Bezugswert OV das Mikro-Steuergerät den Nullpunkt der Brücke feststellt. An diesem Nullpunkt hat der Regelwiderstand 40 den Widerstandswert RC2 (Eichwert), und der Widerstand der Heizeinrichtung 16 hat den Wert RH2, der bestimmt, daß die Lambdazelle 10 bei einer Temperatur T2 in Luft arbeitet, um die Ausgangs-Bezugsspannung OV abzugeben. Das Mikro-Kontrollgerät 42 kann den Eichwert RC2 des Regelwiderstandes 40 notieren oder aufzeichnen. Das Mikro- Kontrollgerät 42 ist programmiert oder anderweitig mit Daten versorgt, die eine Betriebsfunktion oder Beziehung definieren, durch welche jeder besondere Eichwert RC2 des Regelwiderstandes 40 einem besonderen Regelwert RC1 des Regelwiderstandes in Beziehung gesetzt ist, wenn die Lambdazelle die Abgase observieren soll. Die Betriebsfunktion kann eine lineare Funktion des Typs
• RC2 = A · RC1 + C sein, (2)
• wobei A und C Konstanten sind. Ist einmal ein besonderer Eichwert RC2 vorhanden, leitet das Mikro-Kontrollgerät 42 den korrelierten Kontrollwert RC1 bei Empfang eines Signals auf den Weg 50 ab, um automatisch das Mikro-Kontrollgerät in den Betriebsmodus zu schalten, in welchem das Mikro-Kontrollgerät den Wert des Regelwiderstandes 40 in den Kontrollwert RC1 ändert, und das Mikro-Kontrollgerät ist dann bereit, Signale von der Lambdazelle 10 zu empfangen, wenn diese in Position ist, um die Abgase im Abgasrohr 6 zu überprüfen.
• Ein Beispiel für die vorgenannte Betriebsfunktion oder Beziehung ist durch die Graphik in Fig. 7 wiedergegeben, durch die Eich-Widerstandswerte für RC2 zu Regelwiderstandswerten für RC1 in Beziehung gebracht werden, so gibt es für jeden Eichwert für RC2 einen besonderen Wert für RC1. Das Mikro-Kontrollgerät 42 kann den Kontrollwert für RC1 für jeden Eichwert für RC2 in Übereinstimmung mit der Betriebsfunktion errechnen oder den Wert für RC1 aus vorher abgeleiteten Nachschlagetabellen erhalten. Mit Bezug auf die obige Gleichung (2) ist in der durch Fig. 7 wiedergegebenen Betriebsfunktion A etwa 0,926 und C etwa 1,221.
• Um die Betriebsfunktion oder Beziehung zu bestimmen, durch welche Eichwiderstandswerte RC2 zu jeweiligen Regelwiderstandswerten RC1 in Beziehung gesetzt werden, wird eine Anzahl Lambdazellen 10 im gleichen Abgasrohr 6 eingesetzt, und zwar in der gleichen Längsposition entlang dem Rohr, wobei jede Zelle mit ihrer eigenen jeweiligen Brückenschaltung 32 verbunden ist. Der Motor wird laufengelassen, um Abgase in das Abgasrohr zu schicken, und die elektrische Energie, die der Heizeinrichtung 16 jeder Zelle 10 zugeführt wird, wird durch Änderung des Wertes des Regelwiderstandes 40 geändert, um die Betriebstemperatur der Zelle so einzuregeln, daß die Ausgangsspannungen aus den Zellen alle im wesentlichen die gleichen sind, z. B. Spannung VI. Nun wird der Wert des Regelwiderstandes 40 in jeder Brücke 32 beobachtet. Dies ergibt den Kontrollwert RC1 für jede Zelle. Dann werden, bei allen Lambdazellen 10 in Luft befindlich, die Zellen erneut durch Anwendung von elektrischer Energie erhitzt, die durch Änderung des entsprechenden Regelwiderstandes 40 geändert wird, bis alle Zellen die gleiche vorbestimmte Ausgangsspannung OV abgeben. Nun wird der Wert des Regelwiderstandes 40 in jeder Brücke 32 beobachtet, um den Kontrollwert RC2 für jede Zelle zu ergeben, so daß jeder der Werte für RC2 gegen den entsprechenden Wert für RC1 aufgetragen (geplottet) werden kann, damit sich die Beziehung ergibt, die beispielsweise in Fig. 7 dargestellt ist, die unseres Erachtens für Lambdazellen, wie oben beschrieben, gilt.
• Der vorbestimmte Ausgangsspannungs-Bezugswert OV für die Zelle 10, die (zu Eichzwecken) in Luft operiert, kann wie folgt durch Versuch und Fehler bestimmt werden. Die im vorangehenden Absatz beschriebene Prozedur wurde durchgeführt, wobei ein willkürlich gewählter Wert für die Ausgangsspannung OV, z. B. -10 mV, verwendet wurde. Die Korrelationswerte für RC1 und RC2 wurden geplottet, und der Grad, bis zu welchem eine geradlinige Beziehung für die Korrelation verwendet werden konnte, wurde notiert. Weitere Spannungswerte für OV wurden gewählt und Tests ausgeführt, um alternative Werte für RC2 für jede Zelle zu bestimmten. Weitere Graphiken wurden geplottet von RC1 gegen RC2 für jeden gewählten Ausgangsspannungswert. Durch Prüfung des Grades von Wechselbeziehung und immer wieder Wiederholung des Ausgangsspannungswertes OV wird ein vorbestimmter Wert OV für die Ausgangsspannung abgeleitet, bei dem die geradlinige Wechselbeziehung der RC1- und RC2-Werte als akzeptabel erachtet wird. Unseres Erachtens ist ein bevorzugter Wert für den vorbestimmten Ausgangsspannungs-Bezugswert OV im wesentlichen -11,1 Millivolt (mV).
• Mit Bezug auf die Fig. 4 und 6 ist der Lambdazellen-Ausgang ein Maß für Sauerstoff in den Abgasen, wenn der Motor bei einem fetten Brennstoffgemisch (Lambda weniger als 1) und bei einem mageren Brennstoffgemisch (Lambda größer als 1) arbeitet. Wenn das Brennstoffgemisch fett ist, dann ist für höhere Betriebstemperaturen der Lambdazellen die Ausgangsspannung geringer für den gleichen Wert von Lambda. Aber die Situation kehrt sich oberhalb Lambda gleich 1 um, so daß, wenn das Brennstoffgemisch mager ist, dann für höhere Betriebstemperaturen der Lambdazelle der Spannungsausgang für den gleichen Wert von Lambda höher ist. Wir glauben, daß durch Verwendung der Ausgangs-Bezugsspannung OV, wie oben beschrieben, um die Brücke 32 für den Betrieb mit irgendeiner gegebenen Lambdazelle 10 des beschriebenen Typs zu eichen und den Sauerstoff in den Abgasen zu messen, die Betriebstemperatur irgendeiner Zelle bei der angemessenen erwünschten Temperatur T1 für diese Zelle liegt und der Spannungsausgang von der Zelle genau den im Abgas vorhandenen Sauerstoffgehalt wiedergibt, ob das Brennstoff- und Luftgemisch, das der Maschineneinheit zugeführt wird, fett oder mager ist.
• Wenn gewünscht, kann das Steuersystem 30 der Fig. 2 und 3 durch ein Steuersystem 52 nach Fig. 8 ersetzt werden. Der Heizeinrichtungs-Widerstand 1 hat einen besonderen Betriebswert RH1 bei der erwünschten Lambdazellen-Betriebstemperatur T1. Um die Lambdazelle auf der Betriebstemperatur T1 zu halten, wird der Widerstand der Heizeinrichtung auf dem Betriebs- Widerstandswert RH1 gehalten. Das Mikro-Kontrollgerät 42 steuert die Heizeinrichtungs-Steuerschaltung 44, um sicherzustellen, daß die der Heizeinrichtung 16 zugeführte elektrische Energie ausreichend ist, um den Heizeinrichtungs-Widerstand auf im wesentlichen dem Betriebswert RH1 zu halten. Die Heizeinrichtungs-Steuerschaltung 44 kann die Werte für die Gleichspannung an der Heizeinrichtung 16 und den dieser zugeführten elektrischen Strom überwachen und diese Werte dem Mikro-Kontrollgerät 42 durch Signale auf Signalwegen 54 und 56 melden, so daß das Mikro-Kontrollgerät den Widerstandswert der Heizeinrichtung 16 entsprechend dem ohmschen Gesetz errechnen kann. Sollte dieser Wert vom erwünschten Betriebswert RH1 abweichen, so wird die der Heizeinrichtung 16 zugeführte Energie geändert, um den Heizeinrichtungs-Widerstand auf den gewünschten Wert RH1 zurückzubringen.
• Wenn das Steuersystem 52 aufgrund eines Signals auf dem Weg 48 geeicht wird und die Lambdazelle sich in Luft befindet, steuert das Mikro-Kontrollgerät 42 den Betrieb der Heizeinrichtungs-Steuerschaltung 44, um die ihr zugeführte elektrische Gleichstromenergie zu ändern, bis das Spannungssignal mit dem vorbestimmten Bezugswert OV aus der Zelle durch das Mikro-Kontrollgerät als auf dem Signalweg 12 erscheinend festgestellt wird. An diesem Punkt errechnet das Mikro-Kontrollgerät 42 den Widerstandswert RH2 der Heizeinrichtung 16 unter Verwendung der Werte der Spannungs- und Stromsignale auf den Wegen 54 und 56 von der Heizeinrichtungs- Steuerschaltung 44 her. Das Mikro-Kontrollgerät 42 zeichnet auf oder notiert den eichenden Widerstandswert RH2, und, wenn in den Betriebsmodus geschaltet durch ein Signal auf dem Weg 50, das Mikro-Kontrollgerät nimmt Bezug auf die Betriebsfunktion oder Beziehung, wie beispielsweise in Fig. 9 wiedergegeben, mit der es versehen ist, um den besonderen Betriebs-Widerstandswert RH1 für den Heizeinrichtungs-Widerstand, in Beziehung gesetzt zu dem aufgezeichneten Eichwert RH2, zu bestimmen, so daß, wenn die Lambdazelle die Abgase überprüft, das Mikro-Kontrollgerät 42 den Widerstandswert der Heizeinrichtung 16 mit dem erwünschten Betriebswert RH1 vergleicht und die Heizeinrichtungs- Steuerschaltung 44 betätigt, um sicherzustellen, daß die Heizeinrichtung 16 den besonderen Betriebs-Widerstandswert RH1 hat. Wenn ein Steuersystem 52 in der Steuerung 14 (Fig. 1) verwendet werden soll, kann ein Steuersystem ähnlich dem Steuersystem 30 mit der Brücke 32 anfänglich verwendet werden, um den vorbestimmten Bezugsspannungswert OV zu entdecken, wie oben beschrieben. Das Steuersystem 30 mit der Brücke 32 wird außerdem dazu verwendet, um die in Fig. 9 wiedergegebene Betriebsfunktion oder Beziehung zu bestimmten, so daß, wenn die Beziehung in Fig. 7 wie oben bestimmt wird, man einfach die Eichwerte RH2 für RC2 einsetzen kann (da sie die gleichen sind) und auch die Betriebswerte RH1 für die Werte Rd einsetzen kann (da sie ebenfalls die gleichen sind) und somit die Betriebsbeziehung erhält, welche die Graphik in Fig. 9 wiedergibt.

Claims (14)

1. Verbrennungsmotor (2) mit einer Abgasleitung (6), einer Sauerstoffabtast- oder Lambdazelle (10) in der Leitung (6), wobei die Zelle (10) eine elektrische Heizeinrichtung (16) mit einem Widerstandswert aufweist, der sich als eine Funktion der Temperatur ändert, mit einer Steuereinrichtung (30; 52), um die Heizeinrichtung (1) mit elektrischer Energie zu versorgen und die Zelle (10) auf einer gewünschten konstanten Temperatur zu halten, bei der die Heizeinrichtung (16) einen Betriebs- Widerstandswert (RH1) hat, und wobei die Steuereinrichtung (30; 52) einen Vergleich des Widerstandswertes der Heizeinrichtung (16) mit mindestens einem Bezugskriterium (RC1; RH1) anstellt und die elektrische Energie als Folge dieses Vergleichs ändert, um die Zelle (10) auf der gewünschten Betriebstemperatur zu halten;

dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (30; 52) so eingerichtet ist, daß sie dieses Bezugskriterium (RC1; RH1) durch Betrieb der Zelle (10) bestimmt, während die Zelle (10) einem Referenzgas ausgesetzt ist, welches atmosphärische Luft ist, und während die Zelle (10) gleichzeitig ein elektrisches Ausgangssignal liefert, welches einen Wert hat, der ein vorbestimmter Bezugswert (OV) ist.

2. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, bei dem die Zelle (10) aus Zirkoniumoxid besteht und die Heizeinrichtung (16) einen Platin-Heizkörper aufweist.

3. Verbrennungsmotor nach Anspruch 2, bei dem der vorbestimmte Bezugswert (OV) -11,1 Millivolt ist.

4. Verbrennungsmotor nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Steuereinrichtung (30) einen elektrischen Regelwiderstand (40), der im einen Arm einer elektrischen Brückenschaltung (32) kontrollierbar variabel ist, und die Heizeinrichtung (16) im anderen Arm aufweist, wobei die Steuereinrichtung (30) einen Eich-Widerstandswert (RC2) des Regelwiderstandes (40) durch Betreiben der Zelle (10) mißt, während diese dem Referenzgas, welches umgebende atmosphärische Luft ist, ausgesetzt ist, und während die Zelle (10) gleichzeitig ein elektrisches Ausgangssignal auf dem vorbestimmten Bezugswert (OV) liefert, wobei die Steuereinrichtung (30) eine Betätigungsfunktion ausführt, um einen in Wechselbeziehung stehenden Regelwiderstandswert (RC1) abzuleiten, der das Bezugskriterium aus dem gemessenen Eich- Widerstandswert (RC2) vorsieht, und wobei die Steuereinrichtung (30) den elektrischen Regelwiderstand (40) dazu bringt, sich dem korrelierten Regelwiderstandswert (RC1) und am Nullpunkt der Brücke anzupassen

Betriebs-Widerstandswert der Heizeinrichtung(RH1)/korrelierter Regelwiderstandswert(RC1) = K,

wobei K eine Konstante ist.

5. Verbrennungsmotor nach Anspruch 4, bei dem die Steuereinrichtung-(30) den Regelwiderstand (40) automatisch ändert, um den genannten Nullpunkt der Brückenschaltung (32) zu erlangen, während die der Heizeinrichtung (16) zugeführte elektrische Energie variabel ist, um den Widerstand der Heizeinrichtung (16) dazu zu bringen, einen Wert anzunehmen, der dem Betriebs-Widerstandswert (RH1) gleich ist.

6. Verbrennungsmotor nach Anspruch 4 oder 5, bei dem die Steuereinrichtung (30) ein Mikrosteuerteil (42) umfaßt, das so ausgelegt ist, daß es die Änderung des Regelwiderstandes (40) und die Änderung der der Heizeinrichtung (16) zugeführten elektrischen Energie steuert.

7. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 4 bis 6, bei dem die Betriebsfunktion eine im wesentlichen lineare Funktion der Änderung des Regelwiderstandswertes (RC1) mit Bezug auf die Änderung des Eich-Widerstandswertes (RC2) ist.

8. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Steuereinrichtung einen Eich-Widerstandswert (RH2) durch Betrieb der Zelle (10) errechnet, die dem Referenzgas ausgesetzt ist, während die Zelle (10) das Ausgangssignal zum genannten Bezugswert liefert, und bei dem die Steuereinrichtung (52) eine Betriebsfunktion ausführt, durch welche der Betriebs- Widerstandswert (RH1) aus dem Eich-Widerstandswert (RH2) abgeleitet wird, und der Betriebs-Widerstandswert (RH1) das Bezugskriterium liefert.

9. Verbrennungsmotor nach Anspruch 8, bei dem die Steuereinrichtung (52) das genannte Bezugskriterium speichert, die Steuereinrichtung (52) automatisch die der Heizeinrichtung (16) zugeführte elektrische Energie ändert und in Ansprecherwiderung auf Daten, welche die Spannung an der Heizeinrichtung (16) und den der Heizeinrichtung (16) zugeführten Strom repräsentieren, die Steuereinrichtung (52) den Widerstand der Heizeinrichtung (16) errechnet und die elektrische Energie ändert, die aufgrund einer Differenz zwischen dem errechneten Wert und dem Bezugskriterium zugeführt wird, um den Widerstand der Heizeinrichtung (16) dazu zu bringen, einen Wert anzunehmen, der dem Betriebs-Widerstandswert (RH1) gleich ist.

10. Verbrennungsmotor nach Anspruch 8 oder 9, bei dem die Betriebsfunktion eine im wesentlichen lineare Funktion der Variation des Betriebs-Widerstandswertes (RH1) mit der Variation des Eich-Widerstandswertes (RH2) ist.

11. Verbrennungsmotor nach einem der vorangehenden Ansprüche, der durch Brenngas betrieben wird.

12. Verbrennungsmotor nach Anspruch 11, bei dem das Brenngas ein Erdgas ist.

13. Kombiniertes Wärme- und Kraftsystem, das einen Verbrennungsmotor nach einem der vorangehenden Ansprüche enthält.

14. Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 12.