JPS5810644A - 酸素ゾンデを有する装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 技術水準 本発明は、酸素ゾンデを有する装置に関する。

ドイツ連邦共和国特許第２４４２２２９号明細書から既
に内燃機関の燃焼室内の燃料−空気混合気の組成を調整
する装置が公知であシ、その際、調整可能な持続時間だ
け出力信号を延長できる酸素ゾンデが使われている。こ
れによって、排気ガスの組成をλ＝０．９５〜１．０５
の範囲で調・ 整できる。しかし、この装置は任意の温度のもとで、λ
値を変えずに酸素ゾンデを使うのには測定することによ
って測定することが公知である。例えば、゛そのような
装置によって、酸素ゾンデを加熱し、または酸素ゾンデ
が所定の温度に達してから初めてスイッチングすること
かでき、そ゛の結果、測定装置の作動をより確実にす（ ・ることかできる。

発明の効果 それに対して、本発明の装置は、従来慣用の温度範囲の
外側でも同じ調整精度で酸素ゾンデを使用でき、従って
内燃機関ま、たけ暖房装置の温度が低い場合にも最適な
燃焼に調整できるという利点を有している。酸素ゾンデ
を高い温度範囲、でも同じ装置の調整装７数で使用でき
る。内燃機関または暖房装置の温度に依存して混合比を
変えることによって内燃機関または暖房装置をいずれの
温度の場合でも良好な作動領域で作動させるようにでき
るという利点がある。

酸素ゾンデの燃料濃度稀薄／燃料濃度濃厚への急激変化
を遅延して調整装置に伝送する、調整可能な時限素ｔを
使うと有利である。これによって、低い温度範囲におい
て燃料濃度稀薄の方にシフトしたゾンデ電圧特性曲線を
調整装置によって補償できる。更に、酸素ゾンデの燃料
濃度濃厚／燃料濃度稀薄への急激変化を遅延して調整装
置に伝送する、別の調整可能な時限素Ｆを設けると有利
である。ゾンデ信号を遅延することによって、ゾンデ温
度が非常に高い場合、燃料濃度の濃厚な方にシフトした
ゾンデ特性曲線を調整装置によって補償できる。両方の
手段を利用するために、所定の温度限界値に依存して一
方の時限素子または他方の時限素子のパルスを供給する
評価論理回路を設けると有利である。それによって、非
常に広い温度範囲でゾンデを使うことができ、温度補償
した出力信号を供給できる。時限素子を単安定マルチノ
々イプレー、夕として構成すると特に簡単になる。

酸素ゾンデの温度は有利には酸素ゾンデの交流抵抗を測
定することによって測定される。その際、交流抵抗に比
例する電圧は有利には直流電圧に変換され、時限素子を
温度に依存して調整するのに使われる。・酸素ゾンデの
温度に比例する交流電圧信号と直流電圧信号とは、簡単
には高域フィルタと低域フィルタを用いて分離される。

温度に依存する直流電圧を得るために、出力信号が時限
素その時定数を決める整流器を交流電圧路に接続する。

この手段によって、ゾンデを交換せずに、温度に依存し
て調整されるスイッチング装置を交換する′ことによっ
て既に使われている酸素ゾンデを補足すること°ができ
る。信号の処理時間を短くするために、酸素ゾンデの温
度に依存する信号の所定値を越えた場合には降Ｆ縁でト
リガされる単安定マルチ・々イブレータを接続し、ド回
る場合にはＥ昇級でトリガされる単安定マルチノ々イゾ
レ―りを接続し、従って、ゾンデの出力信号を燃料濃度
稀薄／燃料濃度濃厚への急激な変化ないし燃料濃度濃厚
／燃料濃度稀薄への急激な変化の際相応に遅延する別の
比較器を設けると有利である。この構成によって、出力
信号が簡単に得られ、既に公知の積分方式に従って作動
する内燃機関用燃料噴射装置に供給できる。交流抵抗を
求めるための交流電圧源を有利にはコンデンサを介して
酸素ゾンデと接続し、酸素ゾンデの直流負荷は僅かであ
る。

実施例の説明 第１図は、温度が異なっている場合の酸素ゾンデのλ特
性曲線を示す。温度がＥ昇した際の、特性曲線は矢印の
方向に移動して示されている特性曲線となる。温度が低
い場合、ゾンデ電圧の特性曲線はλが１より大きい領域
で変化し、温度の１昇につれて燃料濃度の濃厚な方向に
移行することがわかる。極端に温度が高い場合、酸素ゾ
ンデは燃料濃度の濃厚領域、即ちλが１よシ小さい値で
変化する。本発明の装置によると、酸素ゾンデの温度特
性は、調整装置のλ特性曲線を装置の出力側で常時λ＝
１のところに位置するように補償できる。

第２図のλゾンデ１は、直流電圧源２と内部抵抗３とか
ら成る等価回路で示されている。酸素ゾンデｌの一方の
端子はアースに接続され、他力の端ｆ−は抵抗４を介し
てコンデンサ５に接続され、コンデンサ５にはアースに
接続されている交流電圧源６が接続されている。λゾン
デｌと抵抗４との接続点から、出力側力！シュミットト
リガ８に接続されている低域フィルタフの入力端に接線
されている。シュミツトドＩ）ｆｒＳは電圧制御可能な
単安定マルチ・セイブレータ９と接続されている。更に
、λゾンデ１には、出力側が増幅器１２に接続されてい
る高域フィルタ１０が接続されている。増幅器１２の出
力側には、出力側が単安定マルチ・セイブレータの匍制
御入力端に接続されている整流器回路１１力（接続され
ている。幣安定マルチ・セイブレータ９の出力側とシュ
ミットトリガ８の出力側とはそれぞれオアゲー）１３の
入力側に接続されている。

オアゲート１３の出力側には測定信号力；出力され、例
えば暖房装置または燃料噴射装置における排気ガス調整
に使われる。

次に、本発明の回路装置の動作を第３図を用いて詳細に
説明する。電位が排気ガス中の酸素成分の尺度となる電
圧がλゾンデ１から取出される。この直流電圧信号は、
例えば８〜１ＱＨｚの遮断周波数を有する低域フィルタ
フに供給される。例えば、排気ガスに依存して制御され
る燃料噴射装置が設けられている内燃機関の排気ガス通
路のλゾンデ１を調整回路に接続する場合、低域フィル
タフの出力側に第３図ａに示す信号が取出せる。調整過
程の間、混合気の組成紘連続的に燃料濃度の濃厚から稀
薄に変化し、そしてまた逆に稀薄から濃厚に変化し、ゾ
ンデ電圧は調整された電圧限界値を中心に振動する。

低域フィルタフの出力側のこの信号は、シュミットトリ
ガ８によって第３図すに示されている矩形信号に変換さ
れる。この矩形信号の降丁縁によって単安定マルチ、？
イブレータ９がセットされる４）学安定マルチノ々イブ
レータ９は、持続時間が単安定マルチ・々イブレータの
制御入力側の電圧によって決定される矩形信号を送出す
る。

シュミットトリガ８の出力信号と単安定マルチノイデレ
ータ９の出力信号とはオア／−ト１３によって合成され
、第３図ｄに相応する出力信号を形成する。

単安定マルチ・Ｓイブレータから送出されるノぐルスの
持続時間は、λゾンデの温ｉに依存している。このだめ
、酸素ゾンデ１は交流電圧源６から交流電流が供給され
ている。コンデンサ５は交流電圧を阻止せずに通過せさ
るが、直流電圧を阻止するので、酸素ゾンデ１が直流的
に負荷されることはない。温度に依存して酸素ゾンデｌ
の交流抵抗が変わるので、λゾンデ１から、高域フィル
タ１０を介して増幅器１２に印加される温度に依存する
交流電圧が取出せる。整流器１１の出力側の直流電圧は
単安定マルチ・Ｓイブレータ９の遅延時間を制御する゛
。酸素ゾンデの温度が低い場合、λ値が１よりも大きい
所でゾンデ電圧は急激に変化する。このことは、内燃機
関において混合気を調整する場合、作動点を燃料濃度の
稀薄方向にシフトすることになる。

付加的なノξルスを加えることによって、このシフトを
調整装置内で動的に補償することにより、出力側に元の
、ｏルスに比べて延長された信号を取出して調整装置に
使用し、信号のモ均値を市確にλ＝１に相応させるっ オアゲート１３の出力側には例えば公知排気ガス調整装
置の積分器を接続することができる。

この回路装置は殊に２００℃〜５００℃の温度範囲に適
している。２００℃の範囲において、午安定マルチノ々
イブレータによって送出されるパルスが最大であるが、
ノξルスの長さは温度のＬ昇と共に短かくなり、約５０
０℃の温度の際・ξルスの長さは最も短かくなる。それ
故、酸素ゾンデの調整特性は温度が低い際にも使用でき
る。

と言うのは、低い進度範囲における酸素ゾンデの燃料濃
度の稀薄な特性曲線の位置をそのゾンデ温度のままで単
安定マルチ・Ｓイブレータを用いて調整装置において補
償できるからである。

その際、ゾンデ温度を既存のゾンデケーブルを介して高
周波交流電圧を用いることによって、酸素ゾンデの低い
周波数の排気ガス調整信号に影響を与えずに検出できる
ので好都合である。。

本発明の装置の場合、燃料濃度の稀薄の方にシフトした
特性曲線を調整装置において燃料濃度濃厚に動的にシフ
トすることによって補償する際、温度が低い場合の温度
補償だけが可能である。しかし、比較的高い温度範囲で
は、酸素ゾンデの特性曲線の急激な変化部分は燃料濃度
の濃厚な方にシフトする、即ちλが１よシ小さい範囲で
変化する。しかし、内燃機関の場合、λ＝１に保持する
ために所定の温度から燃料濃度を稀薄に調整する必要が
あることもしばしばある。このための装置を第４図に示
す。

酸素ゾンデ１は等価回路として直流電源２と内部抵抗３
とを有している。酸素ゾンデ１の一方の端Ｆはアースに
接続され、他方の端子は抵抗４とコンデンサ５とを介し
て交流電圧源６の一方の端子と接続され、交流電圧源の
他方の端ｆはアースに接続されている。酸素ゾンデ１か
ら取出された信号は低域フィルタ７に供給される。低域
フィルタフの出力側はシュミットトリガ８と接続されて
いる。シュミットトリガ８の出力側は一方では単安定マ
ルチ、２イゾレータ９と接続され、他方では別の単安定
マルチ・Ｓイブレータ１４と接続されている。酸素ゾン
デ１の出力側は、更に出力側が整流器１１と接続されて
いる高域フィルタ１０と接続されている。感度を高める
ために整流器１１に増幅器を前置接続することができる
。整流器１１の出力側は一方では単安定マルチ・ぐイブ
レータ９の制御入力側と接続され、他方では反転器１５
を介して単安定マルチ・Ｓイブレータ１４の制御入力側
に接続されている。単安定マルチ・Ｓイブレータ９の出
力側とシュミットトリガ８の出力側とはそれぞれオアゲ
ート１６０入力側と接続されている。

同じく、シュミットトリガ８の出力側と単安定マルチノ
々イＩレータ１４の否定出力側とは、それぞれアン−ゲ
ート１７の入力側と接続されている。オア’７−１−１
６の出力側はアンドゲート１９の一方の入力側に接続さ
れ、アンドゲート１７の出力ＩＱＩ＋はアンドゲート２
１の一方の入力側に接続されている。整流器１１の出力
信号は比較器１８の一方の入力側に供給され、比較器１
８の他方の入力側には、外部比較電圧が印加されている
。比較器１８の出力側は一方ではアンドゲート１９の他
方の入力側と接続され、他方では反転器２０を介して別
のアンドゲート２１と接続されている。アンドゲート１
９と２１の両出力側はそれぞれオアゲルト２２の入力側
に接続されている。オアゲート２２の出力側から調整装
置用制御信号を取出すことができる。

次に、この第４図の回路装置の動作について第５図を用
いて詳細に説明する。既述の様に、酸素ゾンデｌの交流
抵抗を介して温度を測定する。温度が低く、酸素ゾンデ
１のλ特性曲線の急激な変化部分が燃料濃度の稀薄の方
にシフトしている場合、シュミットトリガ８の出力信号
は降Ｆ縁で制御される単安定マルチ・々イブレータ９に
よって延長される。シュミットトリガ８と単安定マルチ
・々イブレータ９０両出力信号はオアゲート１６によっ
て合成される。比較器１８の入力端に印加されている所
定の基準電圧をＦ回った時、比較器１８は論理値１の信
号を送出する。この信号は温度が低い場合中ずる。

それ故、アンドゲート１９の別の入力側には論理値１の
信号が供給されているので、オアゲート１６の出力側が
オアゲート２２に導通接続される。その際、回路装置は
第２図を用いて説明した装置とちょうど同じように作動
する。比較的高い温度範囲で、ゾンデ電圧に対するλ特
性曲線の急激な変化部分が燃料濃度の濃厚の方に、即ち
λが１より小さい値にシフトすると、比較器１８は所定
の温度値に相応する所定の電圧で切換り、その結果、ア
ンドゲート１９が阻止され、反転器２０を介してアンド
ゲート２１はアンドゲート１７の出力側からの信号をオ
アゲート２２に対して導湧接続する。この場合、ト昇級
でトリガされる単安定マルチノ々イブレータ１４の時間
特性が重要である。

第５図ａに示されている、燃料噴射装置用調整回路にお
ける酸素ゾンデ１の出力信号、が低域フィルタ７の出力
側に現われる。それから、シュミットトリガ８の出力側
から第５図すに示す信号を取出すことができる。シュミ
ットトリガ８の出力信号のＦ外縁で始動する単安定マル
チ・ζイブレータ１４は、第５図Ｃに示す出力信号を送
出する。単安定マルチノ々イブレータ１４のパルス持続
時間は測定された温度によって決定される。反転器１５
を接続することによって、温度が低い場合、単安定マル
チノ々イブレータ１４の出力信号は短く、温度の増大と
共に出力信号の持続時間が長くなる。アンドゲート１７
によって第５図ｄに示すパルスが形成され、アンドゲー
ト２１が導通接続されている場合にオアゲート２２の出
力側から地出せる。この短縮された出力信号によって、
例えば燃料噴射電ｆ装置の後置接続された積分器が燃料
濃度濃厚／燃料濃度稀薄への急激な変化に応じて比較的
長く燃料濃度稀薄の方向にいくようにすることができる
。その結果、燃料濃度の稀薄への動的なシフトによって
排気ガスの燃料濃度をさらに薄くでき、従って調整装置
のλ特性曲線位置は再び正確にλ＝１の所になり、その
結果、車両の排気ガスを適正にすることができる。そう
するこまによって、過度に燃料濃度が濃厚な排気ガスを
調整する酸素ゾンデの濃厚すぎる特性曲線位置が補償さ
れる。比較器１８に対する調整可能な限界値電圧として
、約３００℃〜４００ｔｌ：の酸素ゾンデの温度に相応
する電圧値が適している。

この温度のＦ側では、酸素ゾンデ１の信号は燃料濃度稀
薄／燃料濃度濃厚への急激な変化の際単安定マルチノ々
イブレータ段９によって延長され、この温度のＬ側では
燃料濃度濃厚／燃料濃度稀薄への急激な変化の際単安定
マルチノ々イブレータ段１４によって信号が遅延される
。その際、単安定マルチ・々イゾレータ段９，１４は時
定数が切換温度限界値の場合零であるように調整されて
いるので、一方の単安定マルチ４イブレータ段から他方
の単安定マルチ・々イゾレータ段に連続的に移行できる
。

図示の回路装置では、ゾンデの燃料濃度稀薄／燃料濃度
濃厚への急激な変化の遅延された大きさに相応するスイ
ッチングパルスを付加的に加えることによって、例えば
内燃機関または暖房装置の排気ガスの燃料を濃厚にする
ことができ、その結果、ゾンデの稀薄な燃料濃度特性曲
線位置は調整装置によってＦ方の温度範囲において補償
され、またはエンジンに制約された必要な濃厚な燃料濃
度に適合できる。調整可能な温度限界値から、シュミッ
トトリガ８から送出された、ゾンデの燃料濃厚／燃料濃
度稀薄への急激な変化の遅延された大きさに相応するパ
ルスの遅延を用いて排気ガスの燃料濃度を薄くできる。

その結果、必要に応じて調整装置を用いて、内燃機関ま
たは暖房装置を温度に依存して動的に燃料濃厚または燃
料稀薄に適合させることができ、またはゾンデの過度な
燃料濃厚または燃料稀薄の特性曲線位置を補償できる。

両方の単安定マルチ・々イブソー２段が同時に能動シフ
ト時間で作動することはなく、温度限界値が選択できる
スイッチング論理回路によって単安定マルチ・セイブレ
ータ段９，１４のうち片方だけ作動するので、高速の調
整装置において調整の質を低丁させる付加的に加算され
る不感時間は生じない。図示の回路装置は殊に内燃機関
の場合、または暖房装置の場合排気ガス調整に使用でき
る。排気ガス中の燃料濃度が過度に濃厚な混合気とは、
排気ガス中のλ値が１よシも小さい混合気であシ、燃料
濃度が過度に稀薄な混合気とは、排気ガス中のλ値が１
よりも大きい混合気のことである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の説明に供する、異なった温度の場合
の酸素ゾンデの特性曲線を示す図、第２図は、本発明の
第１の実施例のブロック図、第３図ａ−ｄは、第２図の
実施例を説明するためのパルス線図、第４図は、本発明
の第２の実施例のブロック図、第５図＆　／％−ｄは、
第４図の実施例を説明するための別の、Ｒルス線図であ
る。 １・・・酸素ゾンデ、６・・・交流電圧発生器、７・・
・低域フィルタ、８・・・シュミットトリガ”、　　９
，１４・・・時限素子、ｌＯ−・・高域フィルタ、１１
・・・整流器、１２・・・増幅器、ｉ５・・・反転器、
１８・・・比較器

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　酸素ゾンデを有する装置において、酸素ゾンデ（
   １）に後置接続されたシュミットトリガ（８）に少なく
   とも１つの調整可能な時限素Ｆ（９）を後置接続し、前
   記時限素ｆ−（９）によって出力信号を前記酸素ゾンデ
   （１）の温度に依存して変えることができるようにした
   ことを特徴とする、酸素ゾンデを有する装置。 ２、　シュミットトリガから成る比較器（８）から送出
   した・ξルスを延長するだめの調整可能な時限素ト（９
   ）を、酸素ゾンデの燃料濃度稀薄／燃料濃度濃厚への急
   激な変化を調整装置に遅延して導くために使う特許請求
   の範囲第１項記載の、酸素ゾンデを有する装置。 ３、　シュミットトリガ（８）から送出したノξルスを
   短縮するだめの調整可能な別の時限素子（１４）を、酸
   素ゾンデの燃料濃度濃厚／燃料濃度稀薄への急激変化を
   調整装置に遅延して導くために使う特許請求の範囲第１
   項記載の、酸素ゾンデを有する装置。 ４、評価論理回路（１６ｅ　１７　ｔ　１８　＃　１９
   　ｅ２０．２１，２２）を設け、該評価論理回路（１６
   ，１７，１８，１９，２０，２１゜２２）は、所定の温
   度限界値に依存して、・ソルスの延長用時限床ｆ−（９
   ）またはパルスの短縮用時限素′ｆ−（１５）を接続す
   る特許請求の範門第１項記載の、酸素ゾンデを有する装
   置。 ５、時限素Ｆ　（９−＃　１４　）を学安定マルチ・々
   イブレータとして構成した特許請求の範囲第１項記載の
   、酸素ゾンデを有する装置。 ６、交流電圧発生器（６）を設け、該交流電圧発生器（
   ６）は抵抗（４）を介して酸素ゾンデ（１）に交流電流
   を給電し、前記酸素ゾンデ（１）の交流抵抗を求めるた
   めに評価回路（１０，＋　１）を接続し、前記交流抵抗
   の値を時限素Ｆ　（９＃　ｔ　４　）を温度に依存して
   調整するために使う特許請求の範囲第１項記載の、酸素
   ゾンデを有する装置。 ７、高域フィルタ（１０）と低域フィルタ（７）を用い
   て交流電圧信号と酸素ゾンデ（１）の信号とを分離する
   特許請求の範囲第６項記載の、酸素ゾンデを有゛する装
   置。 ８、交流電圧路に整流器（１１）を接続し、該整流器（
   １１）の出力信号が時限素ト（９゜１４）の時定数を決
   める特許請求の範囲第６項記載の、酸素ゾンデを有する
   装置。 ９、別の比較器（１８）を設け、該比較器（１８）は酸
   素ゾンデ（１）の温度依存信号の所定値を越えた際、降
   丁縁でトリガされる単安定マルチバイブレータ（９）を
   接続し、温度依存信号の所定値をド回る際、と昇級でト
   リガされる単安定マルチノ々イブレータ（１４）ヲＪ！
   続し、前記単安定マルチノイブレータ（９）または前記
   単安定マルチノ々イブレータ（１４）を用いて前記酸素
   ゾンデ（１）の出力信号を燃料濃度稀薄／燃料濃度濃厚
   への急激な変化または燃料濃度濃厚／燃料濃度稀薄への
   急激な変化の場合に遅延する特許請求の範囲第、１項記
   載の、酸素ゾンデを有する装置。 １０、交流電圧源（６）をコンデンサ（５）を介して酸
   素ゾンデ（１）と接続した特許請求の範囲第６項記載の
   、酸、素ゾンデを有する装置。