DE2735434C2 - Meßvorrichtung zur Feststellung eines Schad- oder Abnutzungszustandes eines in einer Abgasleitung einer Brennkraftmaschine als Teil einer Gemisch-Regelstrecke angeordneten Sauerstoffmeßfühlers - Google Patents
Meßvorrichtung zur Feststellung eines Schad- oder Abnutzungszustandes eines in einer Abgasleitung einer Brennkraftmaschine als Teil einer Gemisch-Regelstrecke angeordneten SauerstoffmeßfühlersInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Meßvorrichtung zur Feststellung eines Schad- oder Abnutzungszustandes
eines in einer Abgasleitung einer Brennkraftmaschine als Teil einer Gemisch-Regelstrecke angeordneten
Sauerstoffmeßfühlers gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Bekanntermaßen läßt sich zur Reinigung der von der Brennkraftmaschine zum Beispiel eines Kraftfahrzeugs
ausgestoßenen Abgase ein katalytischer Reaktor in Form eines Dreifach-Katalysators verwenden, mit
dessen Hilfe ein hoher Reinigungsfaktor bei den wesentlichen Abgas-Schadstoffanteilen CO, HC und
NOx erzielbar ist, wenn das Luft/Brennstoff-Verhältnis
des Ansauggemisches der Brennkraftmaschine im engeren Bereich des stöchiometrischen Verhältniswertes
(Luftzahl A=I) liegt. Wird daher ein solcher Dreifach-Katalysator zur Abgasreiniung bei einer
Brennkraftmaschine verwendet, muß das Luft/Brennstoff-Verhältnis
möglichst genau auf den stöchiometrischen Verhältniswert eingeregelt werden, was meist in
Abhängigkeit von den Ausgangssignalen eines den Abgasen der Brennkraftmaschine ausgesetzten Sauerstoffmeßfühlers
erfolgt (US-PS 37.*5 768).
Ein solcher Sauerstoffmeßfühler besteht zum Beispiel aus einem Sauerstoffionen leitenden Metalloxid wie
etwa Zirkondioxid und gibt bei Ermittlung von Sauerstoff in den Abgasen aufgrund eines überstöchiometrischen
Luft/Brennstoff-Verhältnisses ein Spannungssignal niedrigen Wertes ab. das sich im Bereich
des stöchiometrischen Verhältnisses (λ = 1) sprungartig
ändert. Da der Sauerstoffmeßfühler den Abgasen ständig ausgesetzt ist, verschlechtert sich seine Leistung
im Laufe der Zeit aufgrund des Niederschlags von Abgas-Schadstoffen wie Blei und dergleichen, der im
wesentlichen einen Anstieg des Innenwiderstandes in Verbindung mit einer Abnahme der erzeugbaren EMK
und einer Vergrößerung der Ansprechzeit des Sauerstoffmeßfühlers zur Folge hat. Wenn der Sauerstoffmeßfühler
auf diese Weise Schaden genommen hat, ist eine genaue Regelung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses
auch in einem geschlossenen Regelkreis nicht mehr möglich, so daß starke Abweichungen vom Luft/Brennstoff-Verhältnissollwert
auftreten können, durch die sich die Betriebsbedingungen für die Brennkraftmaschine
und damit auch die Abgasreinigung erheblich verschlechtern.
Aus der DE-OS 25 41 823 ist bereits eine Meßvorrichtung
der eingangs genannten Art zur Feststellung des Ausfalls eines solchen Abgasmeßfühlers bei einer
Brennkraftmaschine bekannt, bei der beim Überfahren des stöchiometrischen Luft/Brennstoff-Verhältniswertes
erhaltene Ausgangssignale eines den Abgasen der
Brennkraftmaschine ausgesetzten Sauerstoffmeßfuhlers nach Formung und Verstärkung zur Triggerung einer
monostabilen Kippstufe dienen, die hierbei einen Richtimpuls mit einer von der Dauer des geformten
Meßfühlerausgangsimpulses abhängigen Impulsdauer erzeugt Dieser Richtimpuls wird einem asymmetrischen
Integrator zugeführt, dessen Integrationskapazität eine unterschiedliche Zeitkonstanten aufweisende
Lade- und Entladestrecke zugeordnet ist Zum Zwecke der Fehlerfeststellung wird eine obere Grenzspannung
für die an der Integrationskapazität anliegende Ladespannung vorgegeben, bei deren Überschreitung
ein Transistor-Schweilenwertschalter anspricht und
eine Warneinrichtung ansteuert, die dann ein den Ausfall des Sauerstoffmeßfühlers bezeichnendes Signal
abgibt Die Überwachung des Sauerstoffmeßfühlers erfolg* hierbei nicht ständig, sondern nur in Abhängigkeit
von bestimmten Betriebszuständen der Brennkraftmaschine, die an vorgegebene Werte von Betriebstemperatur,
Betriebsdauer und Drehzahl sowie einen stationären Betrieb, wie den Leerlauf, gekoppelt sind
und von einer mit dem asymmetrischen Integrator verbundenen Teststeuereinrichtung erfaßt werden. Die
Überwachung des Sauerstoffmeßfühlers wird somit im wesentlichen dadurch erzielt, daß sein Ausgangssignal
in bestimmter Weise integriert wird und beim Überschreiten eines vorgegebenen Grenzwertes im
Rahmen eines speziellen Testvorgangs über einen Schwellenwertschalter einen Signalgeber ansteuert. Auf
diese Weise ist lediglich eine relativ grobe und nicht sehr flexible Überwachung des Sauerstoffmeßfühlers möglich,
die im wesentlichen in der alleinigen Feststellung eines annähernden Totalausfalls besteht, der sich durch
Überschreiten eines starren Grenzwertes und darüber hinaus nur bei Vorliegen bestimmter Testbedingungen
ermitteln läßt
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei einer Meßvorrichtung der eingangs genannten Art
einen Sclrd- oder Abnutzungszustand eines in einer Abgasleitung einer Brennkraftmaschine als Teil einer
Gemisch-Regelstrecke angeordneten Sauerstoffmeßfühlers derart flexibel und genau zu überwachen, daß
unabhängig vom jeweiligen Betriebszustand der Brennkraftmaschine auch bereits allmählich auftretende
Abnutzuiigserschcinungen kontinuierlich mit hoher
Genauigkeit feststellbar sind.
Diese Aufgabe wird mit den im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Mitteln gelöst
Erfindungsgemäß ist somit zusätzlich zu dem der
Gemisch-Regelstrecke zugeordneten und die eigentlichen Mcßsignale liefernden Sauerstoffmeßfühler ein
weiterer Bezugs-Sauerstoffmeßfühler vorgesehen, der nur den bereits gereinigten Abgasen ausgesetzt ist und
demzufolge im Vergleich zu dem im Regelkreis befindlichen Sauerstoffmeßfühler bei weitem geringere
Abnutzungserscheinungen zeigt Da der Bezugs-Sauerstoffmeßfühler hinter der Gemisch-Regelstrecke angeordnet
ist und insbesondere das Tastverhältnis seines impulsartigen Ausgangssignals überwacht wird, läßt
sich mit Hilfe der von ihm abgegebenen Bezugssignale das für die Brennkraftmaschine eingeregelte Luft/
Brennstoff-Verhältnis überprüfen, das wiederum sehr genau den Zustand des im Regelkreis angeordneten,
überwachten Ssuerstoffmeßfühlers widerspiegelt, da
von dessen Ausgangssignalen das Regelergebnis abhängt. Durch die Überwachung des Signal-Tastverhältnisses
des Bezugs-Sauerstoffmeßfühlers innerhalb eines festlegbaren Bereichs durch kontinuierliche Vergleichs
messungen läßt sich eine äußerst genaue, sämtliche Betriebszustände der Brennkraftmaschine und das
Auftreten auch allmählicher Abnutzungserscheinungen einbeziehende Dauerüberwachung des Regel-Sauer-Stoffmeßfühlers
erzielen, die aufgrund ihrer hohen Flexibilität den Anforderungen der Praxis in vollem
Umfang Rechnung trägt
In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen
der Erfindung angegeben.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die
Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt
Fig. i Kennlinien von Reinigungsfaktoren eines zur Abgasreinigung bei einer Brennkraftmaschine eingesetzten
Dreifach-Katalysators in Abhängigkeit vom Luft/Brennstoff-Verhältnis,
F i g. 2 Ausgangssignale eines Sauerstoffmeßfühlers in Abhängigkeit vom Luft/Brennstoff-Verhältnis,
F i g. J und 4 die Wirkungsweise eines Sauerstoffmeßfühlers veranschaulichende Ersatzschaltbilder,
Fig.5 die Änderung des Luft/Brei.nstoff-Verhältnisses
in Abhängigkeit vom Ansprechzeitverhältnis eines Sauerstoffmeßfühlers,
Fig.6 zeitabhängige Ausgangssignalverläufe eines
Saud Stoffmeßfühlers,
F i g. 7 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispieis einer Meßvorrichtung zur Feststellung
eines Schad- oder Abnutzungszustandes eines in einer Abgasleitung einer Brennkraftmaschine als Teil einer
Gemisch-Regelstrecke angeordneten Sauerstoffmeßfühlers,
Fig.8 ein elektrisches Schaltbild der Detektoreinrichtung
gemäß F i g. 7.
F i g. 9 eine die Wirkungsweise der Integrationsschaltungen gemäß F i g. 8 veranschaulichende Kennlinie,
F i g. 10 eine schematische Darstellung eines weiteren
Ausführungsbeispiels einer Meßvorrichtung /tür Feststellung
eines Schad- oder Abnutzungszustandes eines in einer Abgasleitung einer Brennkraftmaschine als Teil
eber Gemisch-Regelstrecke angeordneten Sauerstoffmeßfühlers,
F i g. 11 die Änderung des elektrischen Widerstandes
eines ein Übergangsmetalloxid aufweisenden Sauerstoffmeßfühlers in Abhängigkeit vom Luft/Brennstoff-Verhältnis
und
Fig. 12 ein elektrisches Schaltbild einer zur Ermittlung
des Schad- oder Abnutzungszustandes des Sauerstoffmeßfühlers gemäß F i g. 11 geeigneten Schaltungsanordnung.
In F i g. I ist der hohe Wirkungsgrad eines Dreifach-Katalysators
hinsichtlich der wesentlichsten Abgas-Schadstoffe CO, HC und NOx in der Nähe des
stöchiometrischen Luft/Brennstoff-Verhältniswertes
(Luftzahl A= 1) des Ansauggemisches einrr Bremikraftmaschine
durch einen schraffierten Bereich veranschaulicht. Aus Fig. 1 ist ersichtlich, daß bei Verwendung
eines solchen Dreifach-Katalysators zur Abgasreinigung eine mög,':chst genaue Einregelung des Luft/
Brennstoff-Verhältnisses auf diesen Bereich erforderlieh
ist
Für eine derartige Regelung des Luf{/Brennstoff-Verhältnisses
wird meist ein aus einem Sauerstoffionen leitenden Metalloxid wie etwa Zirkondioxid bestehender
SauerstoffmeLiühler verwendet, der gemäß der
Kennlinie A nach F i g. 2 bei Erfassung von Sauerstoff in den Abgasen aufgrund eines überstöchiometrischen
Luft/Brennstoff-Verhältnisses ein Spannungssignal niedriger Wertes abgibt, das sich im Bereich des
IO
stöchiometrischen Verhältniswertes (λ = I) sprungartig
ändert Da der Sauerstoffmeßfühler jedoch ständig den Abgasen ausgesetzt ist, verschlechtert sich seine
Leistung insbesondere aufgrund des Niederschlags von Abgas-Schadstoffen wie zum Beispiel Blei, was im
wesentlichen zu einem Anstieg seines Innenwiderstands in Verbindung mit einer Abnahme der erzeugten EMK
und einer Verlängerung der Ansprechzeit führt, worauf nachstehend näher eingegangen wird.
1. Anstieg des Innenwiderstandes:
Wenn gemäß dem in Fig.3 dargestellten Ersatzschaltbild ein Strom /Ί vom Sauerstoffmeßfühler zu einer
Steuerschaltung fließt, ist die Ausgangsscheinspannung E'des Sauerstoffmeßfühlers durch £'- E- RJ (R0 + RJ
gegeben, wobei R0 der Innenwiderstand des Sauerstoffmeßfühlers, Eseine EMK und /?, die Eingangsimpedanz
der die Ausgangsspannung des Sauerstoffmeßfühlers verarbeitenden Steuerschaltung sind. Wenn umgekehrt
gemäß dem in F i g. 4 dargestellten Ersatzschaltbild ein Strom h von der Steuerschaltung zum Sauerstoffmeßfühler fließt, ist die Ausgangsscheinspannung E' des
Sauerstoffmeßfühlers durch £'=· E+Ro ■ h gegeben.
Wenn der Strom /Ί vom Sauerstoffmeßfühler abgegeben
wird, nimmt daher die Ausgangsspannung £' mit steigendem Innenwiderstand R0 ab. wie dies durch die in
F i g. 2 dargestellte Kennlinie B veranschaulicht ist, und das Luft/Brennstoff-Verhältnis weicht in den unteren
Bereich (λ < 1; unterstöchiometrisch) ab. Fließt dagegen der Strom h durch den Sauerstoffmeßfühler, steigt
die Ausgangsspannung E' mit steigendem Innenwiderstand Ro an, wie dies durch die in F i g. 2 dargestellte
Kennlinie C veranschaulicht ist, und das Luft/Brennstoff-Verhältnis weicht in den oberen Bereich (λ>1:
überstöchiometrisch) ab.
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2. Abnahme der EMK:
Wenn die fcMK E des Sauerstoffmeßfühlers kleiner
wird, nimmt seine Alisgangsspannung E'sowohl bei der in Fig.3 als auch bei der in Fig.4 dargestellten -*o
Schaltungsanordnung in der durch die Kennlinie B in F i g. 2 veranschaulichten Weise ab, so daß das
Luft/Brennstoff-Verhältnis in den unteren Bereich (unterstöchiometrischer Bereich) abweicht
3. Vergrößerung der Ansprechzeit:
Die Vergrößerung der Ansprechzeit des Sauerstoffmeßfühlers umfaßt die Vergrößerung einer Ansprechzeit Tlr vom überstöchiometrischen Bereich (Ausgangsspannung niedrigen Wertes) zum unterstöchiometri- so
sehen Bereich (A»sgangsspannung hohen Wertes) und die Vergrößerung einer Ansprechzeit Trl vom unterstöchiometrischen zum überstöchiometrischen Bereich. Bei
Vergrößerung der Ansprechzeit Tlr zeigt das Luft/ Brennstoff-Verhältnis eine Abweichung zur unterstöchiometrischen Seite (R), während es bei einer
Vergrößerung der Ansprechzeit Trl eine Abweichung
zur überstöchiometrischen Seite (L) zeigt Wie in F i g. 5 dargestellt ist, weicht das Luft/Brennstoff-Verhältnis
zur ünterstöchiometrischen Seite hin ab, wenn sich das Verhältnis der Ansprechzeit Tlr zur Ansprechzeit Trl,
d. h. der Wert TlrITrl, vergrößert Wenn sich sowohl
die Ansprechzeit Tut als auch die Ansprechzeit Trl
vergrößern, vergrößert sich der Änderungsbereich des Luft/Brennstoff-Verhältnisses, das dann Abweichungen
über den in F i g. 1 gestrichelt dargestellten Bereich des stöchiometrischen Luft/Brennstoff-Verhältnisses hinaus
zeigt, in welchem ein hoher Reinigungsfaktor bzw.
Aus den vorstehend genannten drei Faktoren läßt sich die Abnutzung bzw. der Schad- oder Verschlechterungszustand des Sauerstoffmeßfühlers bestimmen,
wobei der Verlauf der Ausgangsspannung des Sauer-Stoffmeßfühlers zur Bestimmung des Abnutzungsgrades
bzw. Schadzustandes dienen kann. Das heißt, das in Fig.6 durch eine gestrichelte Linie dargestellte
Ausgangssignal eines normalen Sauerstoffmeßfühlers weist ein Tastverhältnis dj von T2ZT1 auf, während das
Ausgangssignal eines Sauerstoffmeßfühlers, der die Tendenz zeigt, eine Abweichung des geregelten
Luft/Brennstoff-Verhältnisses zur überstöchiometrischen Seite hin verursachen, ein Tastverhältnis d\ von
τ\ΙΤ\ aufweist. Wenn Ti — Ti ist, ist das Tastverhältnis
d, größer als das Tastverhältnis d\, d. h., es gilt d\ > dj.
Umgekehrt weist das Ausgangssignal eines Sauerstoffmeßfühlers, der die Tendenz zeigt. Abweichungen des
geregelten Luft/Brennstoff-Verhältnisses 7ur unterstftchiometrischen Seite hin zu verursachen, ein Tastverhältnis d\ auf, das kleiner als das Tastverhältnis dj ist
wenn Γι = Tj ist. Die Beziehung zwischen der
Ausgangsspannung des Sauerstoffmeßfühlers und dem Tastverhältnis ist somit derart, daß sich das Tastverhältnis vergrößert, wenn die Ausgangsspannung ansteigt
Der Abnutzungs- oder Schadzustand des Sauerstoffmeßfühlers läßt sich daher durch Messung des
TastverSältnisses d des Ausgangssignals des Sauerstoffmeßfühlers bestimmen. Wenn sich das Ansprechverhalten des Sauerstoffmeßfühlers im Ganzen verschlechtert,
wird die Periode T des Ausgangssignals größer. Dementsprechend läßt sich der Abnutzungsgrad bzw.
Schadzustand des Sauerstoffmeßfühlers auch durch Messung der Periode 7"bestimmen.
Die nachstehende Beschreibung vorzugsweise verwendeter Ausführungsbeispiele einer Meßvorrichtung
erfolgt unter Bezugnahme auf die Fig.7 bis 12. In
Fig.7 ist ein Ausführungsbeispiel der Meßvorrichtung veranschaulicht, bei der ein Sauerstoffmeßfühler zur
Regelung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses einer Brennkraftmaschine dient. Bei der Meßvorrichtung
gemäß F i g. 7 bezeichnen die Bezugszahl 1 die Brennkraftmaschine, die Bezugszahl 2 eine Abgassammelleitung, die Bezugszahl 3 ein Abgasrohr, die
Bezugszahlen 3a und 3b einen eingangsseitigen Abgasdurchlaß bzw. einen ausgangsseitigen Abgasdurchlaß für einen katalytischen Dreifach-Umsetzer 6,
die Bezugszahl 4 einen nicht abgenutzten bzw. unbeschädigten Bezugs-Sauerstoffmeßfühler, die Bezugszahl 5 einen zu überwachenden bzw. im Prüfzustand befindlichen Sauerstoffmeßfühler, die Bezubizahl
7 eine das Ausgangssignal des überwachten Sauerstoffmeßfühlers 5 verarbeitende Regeleinrichtung zur
Regelung des Luft/Brennstoff-Gemischverhältnisses im Ansaugsystem oder Auslaßsystem und die Bezugszahl 8
eine Detektoreinrichtung zur Bestimmung des Abnutzungsgrades bzw. Schadzustandes des überwachten
Sauerstoffmeßfühlers 5 mittels des Ausgangssignals des Bezugs-Sauerstoffmeßfühlers 4. Bei der Meßvorrichtung gemäß Fig.7 findet ein den überwachten
Sauerstoffmeßfühler 5 einbeziehendes Regelsystem bekannter Bauart Verwendung, so dat., falls der
Sauerstoffmeßfühler 5 Schaden genommen hat das von dem katalytischen Umsetzer 6 abgegebene Abgas das
den Abnutzungsgrad bzw. Schadzustand widerspiegelnde Ergebnis der Regelung anzeigt Durch Anbringen des
Bezugs-Sauerstoffmeßfühlers am Auslaß des katalytischen Umsetzers 6 und Unterscheidung bzw. Bestim-
mung des über den geprüften Sauerstoffmeßfühler S erhaltenen Regelergebnisses des Luft/Brennstoff-Verhältnisses läßr sich somit der Abnutzungsgrad'bzw.
Schad- oder Verschlechterungszustand des Sauerstoffmeßfühlers 5 ermitteln. Da die Abgase der Brennkraft-
maschine I vom katalytischen Umsetzer 6 gereinigt werien, wird der Bezugs-Sauerstoffmeßfühler 4 von
den Abgasen kaum geschädigt.
In Fig.8 sind Einzelheiten des Bezugs-Sauerstoffmeßfühlers 4 und der Detektoreinrichtung 8 zur
Feststellung des Schad- oder Abnutzungszustandes dargestellt, die nachstehend näher beschrieben werden.
Fine erste Vergleicherschaltung 8a besteht aus Widerständen 10, 11 und 12 sowie einem Vergleicher 13 und
gibt in Abhängigkeit von dem Ergebnis des Vergleichs der Ausgangsspannung des Bezugs-Sauerstoffmeßfühlers 4 mit einer dem stöchiometrischen Luft/Brennstoff-Verhältnis entsprechenden Bezugsspannung Va ein
Spannungssignal des Wertes »1« oder des Wertes »0« ab. Das heißt, die erste Vergleicherschaltung Sa gibj ein
Ausgangssignal des Wertes »1«\ab, wenn das Luft/ Brennstoff- Verhältnis im unterstöchiometrischen Bereich liegt (in den Abgasen ist kein Sauerstoff
vorhanden) während es ein Ausgangssignal des Werte »0« abgibt, wenn das Luft/Brennstoff-Verhältnis im
überstöchiometrischen Bereich liegt (in den Abgasen ist Sauerstoff vorhanden).
Eine Integrationsschaltung Sb besteht aus einer Diode 14, Widerständen IS, 17 und 18 sowie Kondensatoren 16
unr* 19 und integriert das von der ersten Vergleicherschaltung Sa abgegebenen Spannungssignal des Wertes
»1« während dessen Dauer zur Bildung einer der Integrationszeitdauer proportionalen Spannung, d. h.
zur Bildung eines Tastverhältnisses d
Eine zweite Vergleicherschaltung 8c besteht aus Widerständen 20,21 und 22 sowie einem Vergleicher 23,
Widerständen 24,25 und 26 sowie einem Vergieicher 27, und einem UN D-Verknüpfungsglied 50 und nimmt eine
Unterscheidung des auf der integrierten Ausgangsspannung der Integrationsschaltung Sb beruhenden Tastver- *°
hältnisses dvor. Durch entsprechende Einstellung einer von den Widerständen 21 und 22 geteilten Spannung V1
gibt der Vergleicher 23 ein Spannungssignal des Wertes »0« ab, wenn das Tastverhältnis s(xl T) kleiner als der
Wert 0,5 ist, während er ein Spannungsignal des Wertes *5
»1« abgibt, wenn das Tastverhältnis d größer als der Wert 0,5 ist. Durch entsprechende Einstellung einer von
den Widerständen 25 und 26 geteilten Spannung V2 gibt
der Vergleicher 27 ein Spannungssignal des Wertes.»!«
ab, wenn das Tastverhältnis t/kleiner als der Wert 0,9 ist, x
während er ein Spannungssignal des Wertes »0« abgibt, wenn das Tastverhältnis größer als der Wert .03 ist Das
Ausgangssignal des UND-Verknüpfungsgliedes 50 weist daher den Wert »1« auf, wenn das Tastverhältnis d
der Beziehung 03 < d< 09 genügt, und weist den K
Wert »0« auf, wenn das Tastverhältnis über diesem
Bereich liegt
Wenn das Tastverhältnis d die Bedingung 04
< d < 0,9 erfüllt, wird somit festgestellt, daß die
über den SauerstoffmeSfühler 5 durchgeführte Rege- «>
lung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses zufriedenstellend erfolgt und der Sauerstoffmeßfühler 5 keinen
Schaden genommen hat Ist das Tastverhältnis t/kleiner
ais der Wert 03 (d < 0,5),wird festgestellt daß das
Lurt/Brennstorrgeinisch zu mager ist. während bei s5
einem den Wert OJ? übersteigenden Tastverhältnis tfdie
Feststellung erfolgt, daß das Luft/Brennstoff-Gemisch
zu fett bzw. zu angereichert ist In beiden Fällen erfolgt
die Feststellung, daß der überwachte Sauerstoffmeßfühler 5 abgenutzt ist bzw. Schaden genommen hat. Das
Tastverhältnis d wird hierbei entsprechend den spezifischen Eigenschaften und Kennwerten der Brennkraftmaschine festgelegt.
Eine Perioden-Unterscheidungsschaltung Sd bildet mittels eines Widerstandes 28, eines Kondensators 29
und eines Transistors 30 zunächst einen differenzierten Impuls, wenn das Ausgangssignal der ersten Vergleicherschaltung 8a vom Spannungswert »1« auf den
Spannungswert >0« übergeht, und integriert den differenzierten Impuls mittels einer aus Widerständen
31, 33 und 34 sowie Kondensatoren 32 und 35 bestehenden weiteren Integrationsschaltung zur UmSetzung des Ausgangssignals der ersten Vergleicherschaltung Sa. d. h. der Ausgangssignalperiode T des
Bezugs-Sauerstoffmeßfühlers 4, in eine Analogspannung. Wenn die Periode T kürzer wird» steigt daher der
integrierte Wert an, während er bei langer werdender Periode T abfällt. Die Perioden-Unterscheidungsschaltung Sd vergleicht außerdem das integrierte Ausgangssignal mittels einer aus Widerständen 36 und 37 sowie
einem Vergleicher 38 bestehenden dritten Vergleicherschaltung mit einer Bezugsspannung V3 und gibt ein
Spannungssignal des Wertes »0« ab, wenn die Periode T länger als die von der Spannung K3 festgelegte Periode
ist, während ein Spannungssignal des Wertes »I« abgegeben wird, wenn die Periode Tkürzer ist.
Eine logische Verknüpfungsschaltung 8e besteht aus UND-Verknüpfungsgliedern 39,41 und 42 sowie einem
Inverter 40, wobei die UND-Verknüpfungsglieder 41 und 42 mit einem Zustandserfassungsschalter 9 verbunden sind, der derart aufgebaut ist, daß er ein
Spannungssignal des Wertes »1« abgibt, wenn er zur Bestimmung des Verschlechterungszustandes des
Sauerstoffmeßfühlers 5 bereit ist, wobei er auf die Drehzahl der Brennkraftmaschine, die Abgäsicrnpcfatür oder den Druck in der Ansaugleitung ansprechen
kann. Der Zustandserfassungsschalter 9 ist vorgesehen, weil bei der Regelung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses,
auch eine Einregelung eines anderes Verhältnisses als des stöchiometrischen Luft/Brennstoff-Verhältnisses
erforderlich sein kann. Das UND-Verknüpfungsglied 42 gibt nur dann ein Spannungssignal des Wertes »1« ab.
wenn sowohl die zweite Vergleicherschaltung 8c als auch die Perioden-Unterscheidungsschaltung Sd Spannungssignaie des Wertes »1« abgeben, die anzeigen, daß
der Sauerstoffmeßfühler 5 keinen Schaden genommen hat, und auch der Zustandserfassungsschalter 9 ein
Spannungssignal des Wertes »1« abgibt. Das UND-Verknüpfungsglied 41 gibt dagegen nur dann ein Spannungssignal des Wertes »1« ab, wenn zumindest
entweder die zweite Vergleicherschaltung 8c oder die Perioden-Unterscheidungsschaltung Sd ein den Schad-
oder Abnutzungszustand des Sauerstoffmeßfühlers 5 bezeichnendes Spannungssignal des Wertes »0« angibt,
und auch der Zustandserfassungsschalter 9 ein Ausgangssignal des Wertes >1<' erzeugt
Eine Warnschaltung Sf besteht aus Widerständen 43 und 44, Transistoren 45 und 46 sowie Lampen 47 und 48
Wenn ein Spannungssignal des Wertes »1« am Transistor 45 anliegt und ihn durchschaltet leuchtet die
Lampe 48 auf, während bei Anliegen eines Spannungssignals des Wertes »1« am Transistor 46 und
Durchschallen desselben die Lampe 47 aufleuchtet
Wenn die logische Verknüpfungsschaltung 8e den Abnutzungs- oder Schadzustand des Sauerstoffmeßfühlers 5 feststellt leuchtet daher die Lampe 48 auf.
während die Lampe 47 aufleuchtet, wenn die logische Verknüpfungsschaltung 8e feststellt, daß der Sauerstoffmeßfühler 5 keinen Schaden genommen hat.
Anstelle der bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel erfolgenden Anbringung des Bezugs-Sauerstoffmsßfühlers 4 am Auslaß des katalytischer! Umsetzers 6 können der Sauerstoffmeßfühler 4
und ein katal>tischer Umsetzer 51 auch über ein Ableitrohr 50 und ein Verbindungsrohr 52 in der in
Fig. 10 dargestellten Weise mit dem Abgasrohr 3 verbunden sein.
Anstelle des vorstehend beschriebenen Sauerstoffmeßfühlers, dessen Wirkung auf der Verwendung eines
Sauerstoffionen leitenden Metalloxids wie etwa Zirkondioxid beruht, kann zur Feststellung des Abnutzungszustandes bzw. Schadzustandes in ähnlicher Weise auch
ein Meßfühler eingesetzt werden, bei dem ein
Übergangsmetalloxid wie etwa Titandioxid Verwendung findet, dessen elektrischer Widerstand sich mit der
Zusammensetzung der Abgase in der in F i g. 11 dargestellten Weise ändert. Da nunmehr der elektrische
Widerstand die elektrische Kennlinie des Meßfühlers
ic repräsentiert, wird in diesem Falle ein Widerstand 51
mit einem Meßfühler 4a verbunden und die hierdurch geteilte Spannung der ersten Vergleicherschaltung 8a in
der in F i g. 12 dargestellten Weise zugeführt.
Claims (5)
1. Meßvorrichtung zur Feststellung eines Schadoder Abnutzungszustandes eines in einer Abgasleitung
einer Brennkraftmaschine als Teil einer Gemisch-Regelstrecke angeordneten Sauerstoffmeßfühlers,
dessen Ausgangssignalwert sich in Abhängigkeit von einem dem stöchiomctrischen Verhältniswert des der Brennkraftmaschine zugeführten
Luft/Brennstoff-Gemischverhältnisses entsprechenden Betrag der Abgas-Sauerstoffkonzentration
ändert, wobei ein Schad- oder Abnutzungszustand des Sauerstoffmeßfühlers durch Integration
und Vergleich seiner Ausgangssignale mit einem vorgegebenen Grenzwert feststellbar und durch
Ansteuerung einer Warneinrichtung anzeigbar ist, gekennzeichnet durch einen in der Abgasleitung
(3) angebrachten und ebenfalls auf die Abgas-Sauerstoffkonzentration ansprechenden weiteren
Bez<jgs-Sauerstoffmeßfühler (4), der ein als
Bezugss'igiral dienendes Ausgangssignal in der
gleichen Weise wie der der Gemisch-Regelstrecke zugeordnete Sauerstoffmeßfühler (5) erzeugt, durch
eine mit dem Bezugs-Sauerstoffmeßfühler (4) verbundene
erste Vergleicherschaltung (8a) zur Erzeugung eines ersten Vergleichssignals, das sich in
Abhängigkeit von Änderungen des Bezugssignals abwechselnd zwischen einem vorgegebenen hohen
und einem niedrigen konstanten Signalwert ändert, durch eine mit der ersten Vergleicherschaltung (8a)
verbundene .Integrationsschaltung (8b) zur Erzeugung eines sich proportional zum Tastverhältnis des
ersten Vergleichssig^als äiü/ernden Integrationssignals
und durch einet.iit der Integrationsschaltung
(8b) und der Warneinrichts.g (8f) verbundene zweite Vergleicherschaltung (8c/ die ein zweites
Vergleichssignal zur Ansteuerung der Warneinrichtung erzeugt, wenn das Integrationssignal größer
oder kleiner als ein jeweils vorgegebener oberer (V2)
und unterer (V\) Grenzwert wird.
2. Meßvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine mit der ersten Vergleicherschaltung
(8a) verbundene weitere Integrationsschaltung (31—35) zur Erzeugung eines sich in Abhängigkeit
von der Periode des ersten Vergleichssignals ändernden zweiten Integrationssignals, durch eine
mit der weiteren Integrationsschaltung verbundene dritte Vergleicherschaltung (36—38), die ein drittes
Vergleichssignal erzeugt, wenn das zweite Integrationssignal einen weiteren vorgegebenen Grenzwert
(Vj) erreicht, und durch eine mit der zweiten und der dritten Vergleicherschaltung verbundene logische
Verknüpfungsschaltung (8e), die die Warneinrichtung (8f) ansteuert, wenn zumindest entweder das
zweite oder das dritte Vergleichssignal erzeugt wird.
3. Meßvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Vergleicherschaltung
(8c) zwei Vergleicher (20—23; 24—27) zum Vergleich des ersten Integrationssignals
mit dem vorgegebenen oberen und unteren Grenzwert aufweist.
4. Meßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Warneinrichtung
(8f) eine erste (47) und eine zweite (48) Warnanzeige aufweist, die in Abhängigkeit vom
Anliegen bzw. Nichtanliegen des zweiten Ver gleichssignals betätigbar sind.
5. Meßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1
bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Bezugs-Sauerstoffmeßfühler
(4) stromab eines in der Abgasleitung (3) zur Reinigung der hindurchströmenden Abgase angebrachten katalytischer! Umsetzers
(6) angeordnet ist
S. Meßvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Bezugs-Sauerstoffmeßfühler
(4) stromab eines weiteren zur Abgasreinigung vorgesehenen katalytischen Umsetzers (5\j in einem
mit der Abgasleitung (3) zur Entnahme eines Teils der Abgase verbundenen Ableitrohr (50) angeordnet
ist
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