DE3635624A1 - Vorrichtung zum messen eines bestandteils eines gasfoermigen gemisches - Google Patents

Vorrichtung zum messen eines bestandteils eines gasfoermigen gemisches

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Description

Die Erfindung befaßt sich mit einer Vorrichtung zum Detektieren des Anteils einer oder mehrerer spezifischer Gase in einem Gasgemisch und insbesondere befaßt sie sich mit einer Vorrichtung, mittels der im Gebrauchszustand die Sauerstoffkonzentration im Abgas einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs detektiert werden kann, obgleich die Vorrichtung auch für zahlreiche andere Verwendungszwecke, wie das Überwachen des Sauerstoffgehaltes der Luft eines Förderschachtes bzw. eines Bergwerksschachtes oder eines unerwünschten Gases in Gasen geeignet ist, die bei Industrieprozessen abgegeben werden. Da jedoch die Hauptverwendung dieser Vorrichtung gegenwärtig auf einen Sauerstoffkonzentrationssensor für das Abgas einer Fahrzeugbrennkraftmaschine gerichtet ist, wird die Vorrichtung nachstehend im Zusammenhang mit dieser Anwendung erläutert, wobei mit Hilfe der Vorrichtung das Luft/Kraftstoffverhältnis des Ansauggemisches geregelt wird, das den Brennkammern der Brennkraftmaschine zugeführt wird.
Es ist üblich, eine Brennkraftmaschine mit einer Luft/Kraftstoff (nachstehend als "A/F" bezeichnet) Verhältnisregeleinrichtung mit einem Sauerstoffkonzentrationssensor auszustatten, der die Sauerstoffkonzentration im Abgas der Brennkraftmaschine detektiert, sowie eine Regelungseinrichtung mit Rückkopplung vorzusehen, die versucht, das A/F-Verhältnis des der Brennkraftmaschine zuzuführenden Gasgemisches auf ein Soll-A/F-Verhältnis aufgrund der Ergebnisse der Sauerstoffkonzentrationsdetektierung zu regeln, wobei der Zweck verfolgt wird, die schädlichen Gase in den Abgasen der Brennkraftmaschine zu minimalisieren und den Kraftstoffverbrauch zu reduzieren. Es gibt übliche Sauerstoffkonzentrationsdetektoren, die bei A/F-Verhältnisregeleinrichtungen zur Anwendung kommen und die derart beschaffen und ausgelegt sind, daß sie einen Ausgang proportional zur Konzentration des Sauerstoffs im gemessenen Gas liefern, wie dies in der offengelegten Japanischen Patentanmeldung No. 52-72 286 und in ähnlicher Weise in der GB-PS 15 23 550 angegeben ist. Bei diesen beiden Druckschriften wird ein Sauerstoffkonzentrationsdetektor der Stromschwellwertbauart angewandt, der ein Paar Elektroden enthält, die auf beiden Flächen eines plattenähnlichen, Sauerstoffionen leitenden Feststoffelektrolytteils vorgesehen sind, und eine Gasverweilkammer wird von einem Teil einer Elektrodenfläche des Feststoffelektrolytteils gebildet, wobei die Kammer über eine Einströmöffnung mit dem gemessenen Gas in Verbindung steht. Bei dem üblichen Sauerstoffdetektionsdetektor arbeiten das Sauerstoffionen leitende Feststoffelektrolytteil und das Elektrodenpaar als ein Sauerstoffpumpelement. Wenn die Elektrode auf der Gasverweilkammerseite als eine Kathode definiert ist, und Strom beiden Elektroden zugeführt wird, wird das Sauerstoffgas in der Gasverweilkammer an der Kathode bzw. dem negativen Pol ionisiert, um sich unter Durchgang durch das Feststoffelektrolytteil zum positiven Pol bzw. der Anode zu bewegen, an der das Sauerstoffgas entladen wird. Der Wert des Stromschwellwertes, der zwischen beiden Elektroden fließen kann, ist unabhängig von der anliegenden Spannung etwa konstant und proportional zu der Sauerstoffkonzentration in dem Meßgas. Daher kann die Sauerstoffkonzentration im Meßgas dadurch gemessen werden, daß der Wert des Stromschwellenwertes detektiert wird. Bei der Regelung des A/F-Verhältnisses unter Verwendung des vorstehend angegebenen Sauerstoffkonzentrationsdetektors jedoch ist es unmöglich, einen Ausgang zu erhalten, der proportional zur Sauerstoffkonzentration im Abgas in einem A/F-Verhältnisbereich außer einem armen bzw. mageren Bereich ist, in dem das A/F-Verhältnis des Gasgemisches ärmer als der theoretische Soll-Wert des A/F-Verhältnisses ist. Wenn daher hierbei ein Soll-Wert für das A/F-Verhältnis im fetten Bereich angesiedelt wird, kann man die A/F-Verhältnisregelung bei dieser Bauart der Vorrichtung nicht durchführen.
Ein anderer Sensor ist in der US-PS 41 58 166 gezeigt, der eine Sauerstoffkonzentrationssensorzelle und eine Sauerstoffpumpzelle enthält. Auch dieser ist nur beim Detektieren der Sauerstoffkonzentration in einem fetten A/F-Verhältnisbereich wirksam.
In der Japanischen offengelegten Patentanmeldung No. 59-1 92 955 und der entsprechenden US-PS 45 68 443 ist eine weitere Bauart eines Sauerstoffkonzentrationsdetektors angegeben, der derart beschaffen und ausgelegt ist, daß man einen Ausgang proportional zur Sauerstoffkonzentration im Abgas sowohl im armen bzw. mageren als auch im fetten Bereich des A/F-Verhältnisses erhält. Dieser Sauerstoffkonzentrationsdetektor enthält zwei plattenähnliche Sauerstoffionen leitende Feststoffelektrolytteile, zwei Elektrodenpaare, die an den Feststoffelektrolytteilen angebracht sind, eine Gasverweilkammer, die von einem Teil einer Elektrodenfläche der Feststoffelektrolytelemente gebildet wird, und die über eine Einströmöffnung mit dem Meßgas in Verbindung steht, und eine Atmosphärenkammer, die von der anderen Elektrodenfläche eines der Feststoffelektrolytteile gebildet wird. Bei diesem üblichen Sauerstoffkonzentrationsdetektor dienen ein Teil der Sauerstoff leitenden Feststoffelektrolytteile und ein Elektrodenpaar als ein Sauerstoffkonzentrationsverhältnis- Detektierzellenelement, während das andere Sauerstoffionen leitende Feststoffelektrolytteil und das andere Elektrodenpaar als ein Sauerstoffpumpelement wirkt. Wenn zwischen den Elektroden des Sauerstoffkonzentrationsverhältnisdetektierzellenelements eine Spannung erzeugt wird, wird ein Strom zugeführt, um zu ermöglichen, daß die Sauerstoffionen in das Sauerstoffpumpelement in Richtung auf die Elektrode auf der Gasverweilkammerseite wandern. Wenn hingegen die zwischen den Elektroden des Sauerstoffkonzentrationsverhältnisdetektierzellenelements erzeugte Spannung kleiner als die Bezugsspannung ist, wird ein Strom zugeführt, um zu ermöglichen, daß die Sauerstoffionen in das Sauerstoffpumpelement in Richtung auf die Elektrode auf der gegenüberliegenden Seite der Gasverweilkammer wandern. Somit ist der Stromwert proportional zur Sauerstoffkonzentration in jedem der beiden Bereiche, d. h. im armen Bereich und im fetten Bereich des A/F-Verhältnisses. Bei diesem üblichen Sauerstoffkonzentrationsdetektor jedoch sind die Sauerstoffkonzentrationsdetektiercharakteristika im fetten Bereich zu jenen im mageren Bereich unterschiedlich und es ist unmöglich, einen Detektierausgang der Sauerstoffkonzentration mit guter Linearität in einem großen Bereich zu erhalten. Daher muß der Detektierausgang der Sauerstoffkonzentration im fetten oder mageren Bereich korrigiert werde, wodurch die A/F- Verhältnisregelung kompliziert wird.
Ferner ist bei dem vorstehend genannten Sauerstoffkonzentrationsdetektor der Bauart mit einem Sauerstoffkonzentrations proportionalen Ausgang der Sauerstoffkonzentrationsdetektierfehler geringer, wenn die Einströmöffnung klein wird, wodurch das A/F-Verhältnis des zugeführten Gasgemisches mit einer hohen Genauigkeit geregelt werden kann, um hierdurch das Reinigungsvermögen einer solchen Einrichtung für die Abgase zu verbessern. In umgekehrter Weise wird der Sauerstoffkonzentrationsdetektierfehler größer, wenn die Einströmöffnung größer wird, obgleich die Ansprechgeschwindigkeit auf eine Änderung der Sauerstoffkonzentration besser ist. Somit ergibt sich ein widersprechender Zusammenhang zwischen der Verbesserung des Sauerstoffkonzentrationsdetektierfehlers und der Verbesserung der Ansprechzeit des Sensors. Ferner trifft es auch zu, daß es manchmal wichtiger ist, ein gutes Fahrverhalten zu erhalten, indem die Regelung des A/F-Verhältnisses des zugeführten Gasgemisches nach einem Detektierausgang für die Sauerstoffkonzentration mit einer kurzen Ansprechzeit schnell geregelt wird, und diese Vorgehensweise einem äußerst genauen und zuverlässigen Reinigen der Abgase der Brennkraftmaschine vorzuziehen. In anderen Worten ausgedrückt bedeutet dies, wenn nur das Abgasreinigungsverhalten verbessert werden soll, das Fahrverhalten hierbei beeinträchtigt wird, so daß man andere Verhältnisse berücksichtigen muß, als wenn es überwiegend gewünscht wird, nur das Reinigungsverhalten zu verbessern.
Ferner sind die Sauerstoffkonzentrationsdetektoren der vorstehend beschriebenen Art in der Abgasleitung einer Brennkraftmaschine angeordnet und es hat sich gezeigt, daß über eine lange Zeitdauer hinweg die effektive Größe der Einströmöffnung sich durch die Ablagerung von Oxiden und Blei vermindern kann, wodurch sich der effektive Durchtrittsquerschnitt der Einströmöffnung verringert. Oder es hat sich gezeigt, daß abgelagerte Oxide von dem Detektormaterial mit Teilen desselben oder ohne Teile derselben abbrechen, wordurch sich eine Öffnung bildet, die plötzlich den effektiven Durchtrittsquerschnitt vergrößert. Durch diese Erscheinungen werden die Abgabecharakteristika des Detektors stark beeinflußt, da die Einströmöffnung bekannt sowie der genaue Durchmesser und die Länge derselben bekannt sein müssen, um zuverlässige Meßwerte für die Zelle zu erhalten. Ferner ist es normalerweise nicht möglich, zeitabhängig zu bestimmen, ob die effektive Größe der Einströmöffnung sich geändert hat, wodurch dann die Absolutsignale von dem Detektor fehlerhaft wären, obgleich die relativen Signaländerungen im wesentlichen genau bleiben.
Die Erfindung zielt daher darauf ab, einen neuartigen Gaskonzentrationsdetektor zur Bestimmung des Anteils eines gewählten Gases in einem Gasgemisch zu schaffen, bei dem man (1) ein im wesentlichen lineares Ansprechen über einen großen Konzentrationsbereich hinweg erhält, (2) abwechselnde Zellen vorgesehen sind und zur Detektierung der Konzentration unter unterschiedlichen Bedingungen gewählt werden können und/oder (3) Ansprechänderungen korrigiert werden können, ohne daß die Ursache dieser Änderungen behoben wird.
Insbesondere bezweckt die Erfindung die Schaffung eines Sauerstoffkonzentrationsdetektors, der einen Detektierausgang der Sauerstoffkonzentration in Abgasen mit einer guten Linearität sowohl in den armen als auch in den fetten Bereichen des A/F-Verhältnisses bei einer Brennkraftmaschine liefern kann.
Auch bezweckt die Erfindung die Schaffung eines Sauerstoffkonzentrationsdetektors, der zur Regelung des A/F-Verhältnisses einer Brennkraftmaschine verwendet werden kann, indem er eine schnelle Detektierung während einer Betriebszustandsänderung der Brennkraftmaschine ermöglicht, um eine schnelle Regelung des A/F-Verhältnisses vorzunehmen und indem eine sehr genaue jedoch langsamere Detektierung während des stationären Betriebszustands der Brennkraftmaschine ausgeführt wird, um eine genauere A/F-Verhältnisregelung zu ermöglichen.
Ferner bezweckt die Erfindung die Schaffung eines Sauerstoffkonzentrationsdetektors für eine A/F-Verhältnisregelung bei einer Brennkraftmaschine, der in der Abgasleitung derselben angeordnet ist, und bei dem Oxidablagerungen oder andere Beschädigungen auftreten können, die das Abgabesignal beeinflussen, wobei der Detektor gesonderte Detektierzellen hat, die periodisch Vergleichssignale liefern und eine automatische Korrektur in Abhängigkeit von durch Störungen und/oder Beschädigungen verursachte Änderungen ermöglichen.
Gemäß einem wesentlichen Aspekt nach der Erfindung ist ein Sauerstoffdetektor zum Messen eines Bestandteils eines zu analysierenden Gases ausgezeichnet durch eine Einrichtung zur Bildung einer ersten Kammer und einer ersten Diffusiondrosseleinrichtung, um die erste Kammer mit dem zu analysierenden Gas in Verbindung zu bringen, erste elektrochemische Zelleinrichtungen, die Elektroden haben, wobei eine Elektrode in der ersten Kammer und die andere in Verbindung mit dem Gas außerhalb der ersten Kammer ist, Einrichtungen zur Bildung einer zweiten Kammer und einer zweiten Diffusionsdrosseleinrichtung, um die zweite Kammer mit dem zu analysierenden Gas bei einer unterschiedlichen Diffusionsgeschwindigkeit im Vergleich zu jener zu bringen, die man mit der ersten Diffusionsdrosseleinrichtung erhält, zweite elektrochemische Zelleinrichtungen, die zwei Elektroden haben, wobei eine Elektrode in der zweiten Kammer und die andere Elektrode in Verbindung mit einem Gas außerhalb der zweiten Kammer ist, und Einrichtungen, die selektiv ein elektrisches Signal separat an die ersten und zweiten elektrochemischen Zelleinrichtungen anlegen und separat ein erhaltenes elektrisches Signal für die jeweilige Zelle messen, das einen dem in dem zu signalisierenden Gas zu messenden Bestandteil zugeordnet ist.
Der Sauerstoffkonzentrationsdetektor gemäß einer bevorzugten Ausbildungsform weist eine Basis auf, die erste und zweite Gasverweilkammern bildet, die jeweils Sauerstoffionen leitende Feststoffelektrolytwandteile haben. Zwei erste Elektrodenpaare sind auf der Innenfläche und der Außenfläche der Elektrolytwandteile der ersten Gasverweilkammer derart vorgesehen, daß jede Elektrode in gegenüberliegender Anordnung bezüglich der Elektrolytwandteile vorgesehen ist. Zwei zweite Elektrodenpaare sind auf den Innen- und Außenflächen der Elektrolytwandteile der zweiten Gasverweilkammer derart vorgesehen, daß jede Elektrode in gegenüberliegender Zuordnung bezüglich der Elektrolytwandteile vorgesehen ist. Eine Stromzufuhreinrichtung zum Zuführen von Strom zu einer der beiden ersten Elektrodenpaare nach Maßgabe einer Spannungsdifferenz zwischen der Spannung, die an dem anderen ersten Elektrodenpaar erzeugt wird und einer ersten Bezugsspannung ist vorgesehen, und es wird auch Strom einem der beiden zweiten Elektrodenpaare nach Maßgabe der Spannungsdifferenz zwischen der Spannung, die an dem anderen der beiden Elektrodenpaare erzeugt wird und einer zweiten Bezugsspannung zugeführt. Eine erste Gasdiffusionsdrosseleinrichtung, die die erste Gasverweilkammer mit dem zu analysierenden Gas verbindet, und eine zweite Gasdiffusionsdrosseleinrichtung sind vorgesehen, die die zweite Gasverweilkammer mit dem zu analysierenden Gas verbindet und die eine zu der ersten Gasdiffusionsdrosseleinrichtung verschiedene Diffusionsrate hat. Hierbei wird ein Detektierwert für die Sauerstoffkonzentration nach Maßgabe eines Stromwertes erhalten, der von der Stromzuführeinrichtung zugeführt wird. Gemäß einem weiteren Gedanken nach der Erfindung wird ein Sauerstoffdetektionsdetektor zum Messen eines Bestandteiles eines zu analysierenden Gases geschaffen, der sich auszeichnet durch eine erste Sensoreinrichtung zur Lieferung eines Ausgangs proportional zu der Konzentration des Bestandteils in dem zu analysierenden Gas, einen zweiten Sensor zur Lieferung eines Ausgangs proportional zu der Konzentration des Bestandteils in dem zu analysierenden Gas, der im Vergleich zu dem ersten Sensor unterschiedliche Charakteristika hat, und durch eine Detektiereinrichtung zum Detektieren einer Abnormalität des ersten Sensors oder des zweiten Sensors nach Maßgabe eines Detektionswertes der Konzentrationskomponente von dem ersten Sensor und eines Detektionswerts der Konzentrationskomponente von dem zweiten Sensor.
Zusammenfassend gibt die Erfindung eine Vorrichtung zum Detektieren und Messen der Konzentration eines Gases in einem Gasgemisch, wie Sauerstoff im Abgas einer Brennkraftmaschine und Schaltungen an, mittels denen die Meßergebnisse dazu genutzt werden, um das Luft/Kraftstoffverhältnis zu regeln, mit dem das Gemisch der Brennkraftmaschine zugeführt wird. Die Detektiereinrichtung hat zwei gesonderte Gasverweilkammern mit Öffnungen, die unterschiedliche Diffusionswiderstände für die jeweiligen Kammern haben und es sind gesonderte Paare von Elektroden für jede Kammer vorgesehen, so daß die Messungen in jeder Kammmer gesondert ausgeführt werden kann. Die spezielle Auswahl der für die Messung bestimmten Kammer kann mit Hilfe von Wähleinrichtungen auf der Basis erfolgen, ob das Luft/Kraftstoffverhältnis mager oder fett ist, wodurch man im wesentlichen lineare Meßergebnisse für alle Verhältnisse oder auf der Basis des Übergangszustandes oder des stationären Betriebszustandes der Brennkraftmaschine erhält, um entweder die Meßergebnisse schneller oder genauer zu erhalten. Wenn man ferner die Zellen beider Kammern nutzt, um ihre Meßergebnisse und ihre Nennwerte zu vergleichen, können die tatsächlichen Meßergebnisse zur Berücksichtigung von Abnormitäten korrigiert werden, die nach einer bestimmten Gebrauchsdauer auftreten können oder die dazu genutzt werden können, daß eine Anzeige erfolgt, daß der Detektor gestört bzw. fehlerhaft ist.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung. Darin zeigen:
Fig. 1 eine Draufsicht einer bevorzugten Ausführungsform eines Detektors nach der Erfindung, der für Sauerstoff oder ein anderes Gas bestimmt ist,
Fig. 2 eine Schnittansicht des Gasdetektors etwa längs der Linie 2-2 in Fig. 1,
Fig. 3 ein Schaltungsdiagramm der A/F-Verhältnisregeleinrichtung unter Anwendung des Sauersoffdetektors nach den Fig. 1 und 2,
Fig. 4 ein Diagramm zur Verdeutlichung der elektrischen Stromabgabekennwerte der Vorrichtung nach den Fig. 1 bis 3,
Fig. 5 ein Diagramm zur Verdeutlichung der elektrischen Stromabgabekennwerte der Vorrichtung nach den Fig. 1 bis 3, bezogen auf den Diffusionswiderstand,
Fig. 6 und 7 Flußdiagramme zur Verdeutlichung der Arbeitsweise der A/F-Verhältnisregelschaltung,
Fig. 8, 9 und 10 Diagramme zur Verdeutlichung der verschiedenen Zuordnungen unter Berücksichtigung des Diffusionswiderstands,
Fig. 11 und 12 Flußdiagramme zur Verdeutlichung der Arbeitsweise bei einer A/F-Verhältnisdetektierkorrektur und von Regelabläufen nach der Erfindung,
Fig. 13, 14, 15, 16, 17, 18 und 19 Fig. 2 ähnliche Schnittansichten von Ausführungsvarianten des Sauerstoffkonzentrationsdetektors nach der Erfindung,
Fig. 20 ein Fig. 3 ähnliches Schaltungsdiagramm einer modifizierten Form der A/F-Verhältnisregelschaltung nach der Erfindung, und
Fig. 21 und 22 den Fig. 3 und 20 ähnliche Schaltungsdiagramme von Ausführungsvarianten der A/F-Verhältnisregelschaltung und einer Ausführungsvariante der Sauerstoffkonzentrationsdetektors nach der Erfindung.
Unter Bezugnahme auf die Fig. 1, 2 und 3 wird die Erfindung nachstehend in Verbindung mit einer zweckmäßigen Anwendung, insbesondere in Verbindung mit einem Luft/Kraftstoffverhältnisregelsystem beschrieben, bei dem ein Sauerstoffkonzentrationsdetektor in einer Abgasleitung einer Brennkraftmaschine verwendet wird. Selbstverständlich ist zu erkennen, daß die Erfindung auch für zahlreiche andere Verwendungszwecke von Vorteil ist, bei denen es erforderlich ist, die Konzentration oder den Anteil eines gewünschten Gases oder von Gasen in einem Gasgemisch zu bestimmen. Gemäß einer Ausbildungsform nach der Erfindung ist ein im wesentlichen würfelähnliches Sauerstoffionen leitendes Feststoffelektrolytteil 1 vorgesehen. Erste und zweite Gasverweilkammern 2 und 3 sind in dem Sauerstoffionen leitenden Feststoffelektrolytteil 1 ausgebildet. Die erste Gasverweilkammer 2 ist mit einer Einströmöffnung 4 zum Einleiten eines Abgases als zu messendes Gas von der Außenseite des Feststoffelektrolytteils 1 vorgesehen. Die Einströmöffnung 4 befindet sich in einer Abgasleitung (nicht gezeigt) einer Brennkraftmaschine an einer Stelle, an der das Abgas leicht in die erste Gasverweilkammer 2 eingeleitet werden kann. Eine Verbindungsöffnung 5 ist in einem Wandabschnitt zwischen der ersten und der zweiten Gasverweilkammer 2 und 3 ausgebildet, so daß das Abgas über die Einströmöffnung 4 durch die erste Gasverweilkammer 2 und über die Verbindungsöffnung 5 in die zweite Gasverweilkammer 3 strömen kann. Eine Bezugsgaskammer 6 zur Aufnahme eines Bezugsgases, wie z. B. Umgebungsluft, wird in dem Sauerstoffionen leitenden Feststoffelektrolytteil 1 derart gebildet, daß sie durch einen Wandabschnitt von der ersten und der zweiten Gasverweilkammer 1 und 2 getrennt ist. Eine Elektrodenschutzkammer 7 wird in einem Wandabschnitt des Elektrolytteil 1 in der Nähe, jedoch getrennt, von der ersten und der zweiten Gasverweilkammer 2 und 3 auf der der Bezugsgaskammer 6 gegenüberliegenden Seite gebildet. Ein erstes Paar von Elektroden 11 a und 11 b ist an einem Wandabschnitt zwischen der ersten Gasverweilkammer 2 und der Elektrodenschutzkammer 7 vorgesehen, und ein zweites Paar Elektroden 12 a und 12 b ist auf einem Wandabschnitt zwischen der ersten Gasverweilkammer 2 und der Bezugsgaskammer 6 vorgesehen. In ähnlicher Weise ist ein drittes Paar von Elektroden 13 a und 13 b auf einem Wandabschnitt zwischen der zweiten Gasverweilkammer 3 und der Elektrodenschutzkammer 7 sowie ein viertes Paar von Elektroden 14 a und 14 b auf einem Wandabschnitt zwischen der zweiten Gasverweilkammer 3 und der Bezugsgaskammer 6 vorgesehen.
Jedes Elektrodenpaar 12, 13, 14 und 15 und die dazwischenliegende Feststoffelektrolytwand bilden eine gesonderte elektrochemische Zelle üblicher Bauart, die bei sehr hohen Temperaturen arbeitet, wie dies bei den eingangs genannten Druckschriften beschrieben ist. Die von jeder Zelle ausgeführte Funktion im Hinblick auf die Erfindung wird nachstehend beschrieben. Das Feststoffelektrolytteil 1 und das erste Paar von Elektroden 11 a und 11 b wirken als ein erstes Sauerstoffpumpelement 15, während das Feststoffelektrolytteil 1 und das zweite Elektrodenpaar 12 a und 12 b als ein erstes Zellenelement 16 wirken. In ähnlicher Weise wirken das Feststoffelektrolytteil 1 und das dritte Elektrodenpaar 13 a und 13 b als ein zweites Sauerstoffpumpelement 17, während das Feststoffelektrolytteil 1 und das vierte Paar von Elektroden 14 a und 14 b als ein zweites Zellenelement 18 wirken. Heizelemente 19 und 20 sind auf den zugeordneten Außenwandflächen der Elektrodenschutzkammer 7 und der Bezugsgaskammer 6 vorgesehen. Die Heizelemente 19 und 20 sind elektrisch miteinander parallel geschaltet und haben die Aufgabe, die ersten und zweiten Sauersoffpumpelemente 15 und 17 sowie die ersten und zweiten Zellenelemente 16 und 18 gleichmäßig aufzuwärmen, um hierdurch das Wärmespeichervermögen in dem Feststoffelektrolytteil 1 sowie das Leistungsverhalten der Zellen auf an sich übliche Art zu verbessern. Das Sauerstoffionen leitende Feststoffelektrolytteil 1 ist aus einer Mehrzahl von Stücken zu einem Teil zusammengefügt. Es ist nicht erforderlich, alle Wandabschnitte der ersten und der zweiten Gasverweilkammer aus einem Sauerstoffionen leitenden Feststoffelektrolyten auszubilden. Wenigstens ein Teil jeder Wand jedoch, an der die Elektroden vorgesehen sind, muß von dem Feststoffelektrolyten gebildet werden. Das Sauerstoffionen leitende Feststoffelektrolytteil 1 besteht vorzugsweise aus ZrO2 (Zirkondioxid), und die Elektroden 11 a bis 14 b sind aus Pt (Platin) hergestellt.
Eine Stromversorgungsschaltung 21 ist mit dem ersten und dem zweiten Sauerstoffpumpelement 15 und 17 sowie mit dem ersten und zweiten Zellenelemnt 16 und 18 verbunden. Wie in Fig. 3 gezeigt ist, weist die Stromversorgungsschaltung 21 Differentialverstärkerschaltungen 22 und 23, Stromdetektierwiderstände 24 und 25, Bezugsspannungsquellen 26 und 27 und Wählschaltungen 28 und 29 auf. Die Außenelektrode 11 a in der Elektrodenschutzkammer 7 des ersten Sauerstoffpumpelements 15 ist über einen Schalter 28 a in der Wählschaltung 28 angeschlossen und der Stromdetektierwiderstand 24 ist mit einem Ausgangsanschluß der Differentialverstärkerschaltung 22 verbunden, während die Innenelektrode 11 b in der ersten Gasverweilkammer 2 über einen Schalter 29 a in der Wählschaltung 29 mit Masse verbunden ist. Die Außenelektrode 12 a in der Bezugskammer 6 des ersten Zellenelements 16 ist mit einem invertierenden Eingangsanschluß der Differentialverstärkerschaltung 22 verbunden, während die Innenelektrode 12 b in der ersten Gasverweilkammer 2 über den Schalter 29 b in der Wählschaltung 29 mit Masse verbunden ist. In ähnlicher Weise ist die Außenelektrode 13 a des zweiten Sauerstoffpumpelements 17 über einen Schalter 28 b in der Wählschaltung 28 angeschlossen und der Stromdetektierwiderstand 25 ist mit einem Ausgangsanschluß der Differentialverstärkerschaltung 23 verbunden, während die Innenelektrode 13 b in der zweiten Gasverweilkammer 3 über den Schalter 29 a in der Wählschaltung 29 mit Masse verbunden ist. Die Außenelektrode 14 a des zweiten Zellenelements 18 ist mit einem invertierenden Eingangsanschluß der Differentialverstärkerschaltung 23 verbunden, während die Innenelektrode 14 b über den Schalter 29 b der Wählschaltung 29 mit Masse verbunden ist. Die Bezugsspannungsquelle 26 ist mit einem nicht invertierenden Eingangsanschluß der Differentialverstärkerschaltung 22 verbunden, während die Bezugsspannungsquelle 27 mit einem nicht invertierenden Eingangsanschluß mit der Differentialverstärkerschaltung 23 verbunden ist. Die Ausgangsspannung der Bezugsspannungsquellen 26 und 27 ist auf eine Spannung entsprechend einen theoretischen A/F- Verhältniswert eingestellt (beispielsweise 0,4 V). Der Ausgang eines ersten Sensors ergibt sich an dem Stromdetektierwiderstand 24 und der Ausgang eines zweiten Sensors ergibt sich an dem Stromdetektierwiderstand 25. Die Spannungsdifferenzen an den Stromdetektierwiderständen 24 und 25 werden gesondert über einen A/D (Analog/Digital)-Wandler 31 einer A/F-Verhältnisregelschaltung 32 zugeleitet und die Pumpstromwerte I p (1) und I p (2), die durch die Stromdetektierwiderstände 24 und 25 fließen, werden von der A/F- Verhältnisregelschaltung 32 gelesen.
Die A/F-Verhältnisregelschaltung 32 enthält einen Mikroprozessor. Eine Mehrzahl von Betriebsparameter-Detektiersensoren (nicht gezeigt) zum Detektieren der Brennkraftmaschinendrehzahl, des Absolutdruckes in der Ansaugleitung, der Kühlmitteltemperatur und weiterer Parameter sind mit der A/F-Verhältnisregelschaltung 32 verbunden und ein Elektromagnetventil 34 ist über eine Treiberschaltung 33 mit der A/F-Verhältnisregelschaltung 32 verbunden. Das elektromagnetische Ventil 34 ist in einem zweiten Luftversorgungskanal (nicht gezeigt) vorgesehen, der mit der Einlaßhauptleitung stromab einer Drosselklappe des Brennkraftmaschinenvergasers in Verbindung steht. Die A/F-Verhältnisregelschaltung 32 arbeitet so, daß ein Schalter für die zu wählende Arbeitsweise der Wählschaltungen 28 und 29 gesteuert wird und die Treiberschaltung 30 dient zum Betreiben der Wählschaltungen 28 und 29 nach Maßgabe eines Befehls von der A/F-Verhältnisregelschaltung 32. Die Differentialverstärkerschaltungen 22 und 23 werden mit positiven und negativen Versorgungsspannungen versorgt.
Die Heizelemente 19 und 20 werden mit Strom über eine Heizstromversorgungsschaltung 35 versorgt, um Wärme zu erzeugen, so daß hierdurch die Sauerstoffpumpelemente 15 und 17 und die Zellelemente 16 und 18 auf eine geeignete Temperatur aufgewärmt werden, die höher als jene des Abgases ist, wobei hierdurch übliche Zielsetzungen verfolgt werden.
Bei der vorstehend beschriebenen Auslegungsform wird das Abgas in der Abgasleitung bzw. Auspuffleitung über die Einströmöffnung 4 in die erste Gasverweilkammer 2 eingeleitet und diffundiert darin. Ferner wird das Abgas in der ersten Gasverweilkammer 2 über die Verbindungsöffnung 5 in die zweite Gasverweilkammer 3 eingeleitet und diffundiert in dieser.
Unter Bezugnahme auf Fig. 3 ist ein Wählzustand des ersten Sensors gezeigt, bei dem die Wählschaltungen 28 und 29 derart vorgesehen sind, daß der Schalter 28 a die Elektrode 11 a mit dem Stromdetektierwiderstand 24 verbindet und der Schalter 28 b die Verbindungsleitung von der Elektrode 13 a offen hält. Ferner koppelt der Schalter 29 a die Elektrode 11 b mit Masse und öffnet eine Verbindungsleitung von der Elektrode 13 b, während der Schalter 29 b die Elektrode 12 b mit Masse koppelt und eine Verbindungsleitung von der Elektrode 14 b unterbricht. Unter diesem gewählten Zustand des ersten Sensors, wenn das A/F-Verhältnis des der Brennkraftmaschine zugeführten Gasgemisches in einem armen Bereich ist, wie dies im Abgas ermittelt wird, wird ein Abgabepegel der Differentialverstärkerschaltung 22 zuerst ein positiver Pegel. Die positive Pegelspannung wird einer Serienschaltung zugeführt, die von dem Widerstand 24 und dem ersten Sauerstoffpumpelement 15 gebildet wird. Als Folge hiervon strömt der Pumpstrom zwischen den Elektroden 11 a und 11 b des ersten Sauerstoffpumpelements 15. Wenn der Pumpstrom von der Elektrode 11 a zur Elektrode 11 b strömt, wird Sauerstoff in der ersten Gasverweilkammer 12 an der Elektrode 11 b ionisiert und wandert in und durch das erste Sauerstoffpumpelement 15. Als Folge hiervon wird Sauerstoffgas an der Elektrode 11 a abgegeben, um den Sauerstoff in die erste Gasverweilkammer 2 zu pumpen.
Wenn der Sauerstoff in der ersten Gasverweilkammer 2 herausgepumpt ist, wird eine Sauerstoffkonzentrationsdifferenz zwischen dem Abgas in der ersten Gasverweilkammer 2 und dem Gas in der Bezugsgaskammer 6 erzeugt. Aufgrund der Sauerstoffkonzentrationsdifferenz wird eine Spannung V s zwischen den Elektroden 12 a und 12 b des Zellenelements 16 erzeugt. Die Spannung V s wird dem invertierenden Eingangsanschluß der Differenzialverstärkerschaltung 22 zugeführt. Wenn die Abgabespannung der Differenzialverstärkerschaltung 22 eine Spannung proportional zur Spannungsdifferenz zwischen der Spannung V s und der Abgabespannung V r1 der Bezugsspannungsquelle 26 ist, ist der Pumpstromwert proportional zur Sauerstoffkonzentration im Abgas.
Ist hingegen das A/F-Verhältnis in einem fetten Bereich angesiedelt, überschreitet die Spannung V s die Abgabespannung V r1 der Bezugsspannungsquelle 26. Als Folge hiervon wird der Abgabepegel der Differentialverstärkerschaltung 22 in einem positiven Pegel zu einem negativen Pegel invertiert. Aufgrund des niedrigen Pegels ändert sich der zwischen den Elektroden 11 a und 11 b des ersten Sauerstoffpumpelements 15 fließende Pumpstrom, um die Stromrichtung umzukehren. Da in anderen Worten ausgedrückt der Pumpstrom von der Elektrode 11 b zu der Elektrode 11 a fließt, wird externer Sauerstoff an der Elektrode 11 a ionisiert und wandert in das erste Sauerstoffpumpelement 15. Als Folge hiervon wird Sauerstoffgas an der Elektrode 11 b in die erste Gasverweilkammer 2 abgegeben, so daß Sauerstoff in die erste Gasverweilkammer 2 gepumpt wird. Dies bedeutet, daß, wenn Sauerstoff herausgepumpt wird und durch Zuführen des Pumpstromes eingepumpt wird, so daß die Sauerstoffkonzentration in der ersten Gasverweilkammer 2 zu jedem Zeitpunkt konstant bleibt, der Pumpstromwert I p und die Abgabespannung der Differentialverstärkerschaltung 22 proportional zur Sauerstoffkonzentration im Abgas im armen und fetten Bereich sind. Der Pumpstrom I p ist in einer durchgezogenen Linie a in Fig. 4 gezeigt.
Der Pumpstromwert I p ergibt sich aus folgender Gleichung:
wobei e eine Ladung ist; σ 0 ein Diffusionskoeffizient für das Abgas durch die Einströmöffnung 4 ist; P 0exh eine Sauerstoffkonzentration im Abgas ist; und P 0v eine Sauerstoffkonzentration in der ersten Gasverweilkammer 2 ist.
Ferner ergibt sich der Diffusionskoeffizient σ 0 durch die folgende Gleichung:
wobei A die Querschnittsfläche der Einströmöffnung 4 ist; k die Boltzmann Konstante ist; t eine Absoluttemperatur ist; ℓ eine Länge der Einströmöffnung 4 bezeichnet und D eine Diffusionskonstante ist.
In der nächsten Stufe wird ein Wählzustand des zweiten Sensors auf die folgende Weise erhalten. Hierbei ist zu erwähnen, daß der Schalter 28 a die Verbindungsleitung der Elektrode 11 a öffnet und der Schalter 28 b die Elektrode 13 a mit dem Stromdetektierwiderstand 25 verbindet. Ferner verbindet der Schalter 29 a die Elektrode 13 b mit Masse und öffnet die Verbindungsleitung mit der Elektrode 11 b, während der Schalter 29 b die Elektrode 14 b mit Masse verbindet und die Verbindungsleitung der Elektrode 12 b unterbricht. Unter diesem Wählzustand des zweiten Sensors wird Sauerstoff ausgepumpt und eingepumpt, und zwar auf dieselbe Weise wie bei dem Wählzustand des ersten Sensors, der vorstehend erörtert worden ist, indem der Pumpstrom zwischen den Elektroden 13 a und 13 b des zweiten Sauerstoffpumpelements 17 zugeführt wird, um die Sauerstoffkonzentration in der zweiten Gasverweilkammer 13 zu jedem Zeitpunkt konstant zu halten. Der Pumpstromwert I p und die Abgabespannung der Differenzialverstärkerschaltung 23 sind daher proportional zur Sauerstoffkonzentration im Abgas im armen und fetten Bereich. Der Pumpstromwert I p in diesem Wählzustand des zweiten Sensors kann durch die Gleichung (1) gegeben sein, wobei der Diffusionskoeffizient σ 0 durch die Kombination der Einströmöffnung 4 und der Verbindungsöffnung 5 definiert wird und P 0v als eine Sauerstoffkonzentration in der zweiten Gasverweilkammer 3 definiert wird. Wie sich aus Fig. 5 ergibt, nimmt der Pumpstromwert I p mit einer Zunahme des Diffusionswiderstandes ab, der umgekehrt proportional zum Diffusionskoeffizienten σ 0 sowohl im armen als auch im fetten Bereich des A/F-Verhältnisses ist. Da somit der Diffusionswiderstand in dem Wählzustand des zweiten Sensors größer als in dem Wählzustand des ersten Sensors ist, wird der Pumpstromwert I p sowohl im mageren als auch im fetten Bereich kleiner, wie dies mit einer gebrochenen Linie b in Fig. 4 dargestellt is. Wie in Fig. 4 gezeigt ist, sind die Kennwerte des Pumpstromwertes im fetten Bereich und unter dem zweiten Sensorwählzustand etwa linear konstant bei I p = 0 zu den Kennwerten des Pumpstromwertes im mageren Bereich im Wählzustand des ersten Sensors, was dadurch erreicht wird, daß eine entsprechende Größe und Länge für die Verbindungsöffnung 5 gewählt wird. Weitere Kenngrößen der Abgabespannung der Differentialverstärkerschaltungen 22 und 23 sind etwa linear konstant bei einer Spannung von Null.
Beim Arbeiten der A/F-Verhältnisregelschaltung 32 zur Lieferung von linear konstanten Abgabekennwerten, wie dies vorstehend erwähnt ist, wird auf Fig. 6 Bezug genommen und es wird ermittelt, ob ein Merker F s zur Darstellung des ersten und zweiten gewählten Sensorzustandes gleich "1" ist (Schritt 51). Wenn F s = 0 ist, ist der erste Sensor im Wählzustand und daher wird der Pumpstromwert I p (1) des ersten Sensors, der vom A/D-Wandler 31 geliefert wird, gelesen. Dann wird ermittelt, ob ein Sauerstoffkonzentrationsdetektierabgabewert L o2, der dem Sauerstoffpumpzellenstromwert I p (1) entspricht gleich oder größer als ein Bezugswert L ref0 ist oder nicht, der der Nullspannung der Abgabespannung V s1 der Differentialverstärkerschaltung 22 entspricht (Schritt 52). Wenn L o2 ≧ L ref0 (V s1 ≧ 0) ist, ist das A/F-Verhältnis im mageren Bereich und daher wird der erste Sensorwählzustand aufrechterhalten. Wenn L 02 ≦ωτ L ref0(V s1 ≦ωτ 0) ist, ist das A/F-Verhältnis im fetten Bereich und daher wird ein Wählbefehl für den zweiten Sensor der Treiberschaltung 30 geliefert (Schritt 53). Dann wird der Merker F s auf "1" gesetzt, um zu zeigen, daß der zweite Sensor gewählt worden ist (Schritt 54). Wenn andererseits zu Beginn F s = 1 ist, ist der zweite Sensor im gewählten Zustand und daher wird der Pumpstromwert I p (2) des zweiten Sensors, der vom A/D- Wandler 31 geliefert wird, gelesen. Dann wird ermittelt, ob der Sauerstoffkonzentrationsdetektierausgabewert L 02, der dem Pumpstromwert I p (2) entspricht, gleich oder kleiner als der Bezugswert L ref0 ist oder nicht, der der Nullspannung der Abgabespannung V s2 der Differentialverstärkerschaltung 23 entspricht (Schritt 55). Wenn L 02 ≦ L ref0( s2 ≦ -0) ist, ist das A/F-Verhältnis im fetten Bereich und daher wird der Wählzustand für den zweiten Sensor aufrechterhalten. Wenn L 02 ≦λτ L ref0 (V s2 ≦λτ 0) ist, ist das A/F-Verhältnis im mageren Bereich und daher wird ein Wählbefehl für den ersten Sensor der Treiberschaltung 30 geliefert (Schritt 56). Dann wird der Merker F s auf "0" gesetzt, so daß zu erkennen ist, daß der erste Sensor gewählt ist (Schritt 57). Die Treiberschaltung 30 betätigt die Schalter 28 a, 28 b, 29 a und 29 b und bringt diese in die erste Sensorwählstellung aufgrund des Wählbefehls für den ersten Sensor und ein solcher Treibzustand wird aufrechterhalten, bis der zweite Sensorwählbefehl von der A/F-Verhältnissteuerschaltung 32 kommt. In ähnlicher Weise bringt die Treiberschaltung 30 die Schalter 28 a, 28 b, 29 a und 29 b in die zweite Sensorwahlstellung aufgrund des zweiten Sensorwählbefehls und dieser Zustand wird aufrechterhalten, bis der erste Sensorwählbefehl von der A/F-Verhältnisregelschaltung 32 geliefert wird. Wenn der erste oder zweite Sensor auf diese Weise gewählt ist, bestimmt die A/F-Verhältnisregelschaltung 32, ob der Sauerstoffdetektionsausgangswert L 02, der vom ersten oder zweiten Sensor über den A/D-Wandler 31 geliefert wird, größer als ein Sollwert L ref ist, der einem Soll-Wert des A/F-Verhältnisses entspricht (Schritt 58). Wenn L 02 ≦ L ref ist, ist das Verhältnis A/F des zugeführten Gasgemisches im fetten Bereich und daher wird ein Treiberbefehl zum Öffnen des elektromagnetischen Ventils 34 von der Treiberschaltung 36 erzeugt (Schritt 59). Wenn L 02 ≦λτ L ref ist, ist das A/F- Verhältnis des zugeführten Gasgemisches im mageren Bereich und daher kommt ein Stoppbefehl zum Stoppen der Öffnungsbewegung des elektromagnetischen Ventils 34 von der Treiberschaltung 33 (Schritt 60). Die Treiberschaltung 33 ermöglicht einen solchen Antrieb, daß das elektromagnetische Ventil 34 entsprechend dem Antriebsbefehl geöffnet wird, um Sekundärluft der Brennkraftmaschinenhaupteinlaßleitung zuzuführen, um hierdurch das A/F-Verhältnis mager zu machen. Ferner stoppt die Treiberschaltung 33 die Antriebsbewegung für die Öffnung des elektromagnetischen Ventils 34 entsprechend dem Stoppbefehl, um das A/F-Verhältnis fett zu machen. Diese Arbeitsweise wird wiederholt vor jeweils vorbestimmter Zeitperiode durchgeführt, um das A/F-Verhältnis des zugeführten Gasgemisches auf dem Soll-Wert des A/F-Verhältnisses zu regeln. Obgleich der Bezugswert L ref0, d. h. die Bestimmung der Bezugsspannungen der Spannungen V s1 und V s2 auf Null eingestellt sind, kann die Bestimmungsbezugsspannung der Spannung V s1 auf einen Wert eingestellt werden, der geringfügig kleiner als Null ist und der Wert der Spannung V s1 kann auf einen Wert eingestellt werden, der geringfügig größer als Null ist, so daß man eine Hystereseerscheinung erhält.
Fig. 7 zeigt ein weiteres Ablaufdiagramm der A/F-Verhältnissteuerschaltung 32, die man bei dem Sauerstoffkonzentrationsdetektor nach der Erfindung anwenden kann, der in den Fig. 1, 2 und 3 gezeigt ist. In diesem Fall wird zuerst bestimmt, ob die Brennkraftmaschine sich in einem Übergangszustand nach Maßgabe eines Abgabepegels einer Mehrzahl von Betriebsparameterdetektiersensoren befindet oder nicht (Schritt 61). Im Übergangszustand, wie z. B. bei Beschleunigung, der durch die Betriebsparameterdetektiersensoren (nicht gezeigt) ermittelt wird, wird der erste Sensorwählbefehl der Treiberschaltung 30 geliefert, um die Ansprechgeschwindigkeit (Schritt 62) zu verbessern und der Merker F s wird auf "0" gesetzt, so daß zu erkennen ist, daß der erste Sensor gewählt worden ist (Schritt 63). Dann wird der Pumpstromwert I p (1) des ersten Sensors geliefert von dem A/D-Wandler 31 gelesen und es wird ermittelt, ob der Sauerstoffkonzentrationsselektierabgabewert L 02, der dem Pumpstromwert I p (i) entspricht, größer als ein oberer Grenzwert L H oder kleiner als ein unterer Grenzwert L L ist oder nicht (Schritt 64 und 65). Wenn L L ≦ L o2 ≦ L H ist, ist das A/F-Verhältnis des zugeführten Gasgemisches weder zu mager noch zu fett und daher wird ermittelt, ob der Sauerstoffkonzentrationsdetektorabgabewert L o2 des ersten Sensors größer als ein Soll-Wert L ref1 ist oder nicht, der einem Soll-Wert für das fette A/F-Verhältnis entspricht, der kleiner als ein theoretischer A/F-Verhältniswert ist (Schritt 66). Wenn L o2 ≦ L ref1 ist, ist das A/F-Verhältnis des zugeführten Gasgemisches fetter als der fette Soll-Wert für das A/F-Verhältnis und daher wird ein Treiberbefehl zum Öffnen des elektromagnetischen Ventils 34 in der Treiberschaltung 33 erzeugt (Schritt 67). Wenn L o2 ≦λτ L ref1 ist, ist das A/F-Verhältnis des zugeführten Gasgemisches ärmer bzw. magerer als der Sollwert für das fette A/F-Verhältnis und daher erfolgt ein Stoppbefehl zum Stoppen des Antriebs für die Öffnungsbewegung des elektromagnetischen Ventils 34, der von der Treiberschaltung 33 geliefert wird (Schritt 68). Wenn sich andererseits die Brennkraftmaschine nicht in einem Übergangszustand befinde, wird ermittelt, ob die Brennkraftmaschine sich in einem üblichen stationären Betriebszustand entsprechend dem Abgabepegel der Mehrzahl von Betriebsparameterdetektiersensoren befindet oder nicht (Schritt 69). Wenn eine genaue Regelung des A/F-Verhältnisses im stationären Zustand zum Zwecke der Verbesserung der Abgasreinigungsleistung gewünscht wird, wird der zweite Sensorwählbefehl der Treiberschaltung 30 (Schritt 70) geliefert und der Merker F s wird auf "1" gesetzt, so daß zu erkennen ist, daß der zweite Sensor gewählt ist (Schritt 71). Wenn L o2 ≦ωτ L L oder L o2 ≦λτ L H in den Schritten 64 und 65 ist, ist das A/F-Verhältnis zu mager oder zu fett jeweils und daher wird der Schritt 70 ausgeführt, um den zweiten Sensor zu wählen, so daß verhindert wird, daß ein "Schwarzwerden" auftritt, was dadurch verursacht wird, daß zu großer Strom über den Elektrolyten zugeführt wird, so daß eine Schwarzfärbung und Beschädigung auftritt. Dann wird der Pumpstromwert I p (2) des zweiten Sensors geliefert von dem A/D- Wandler 31 gelesen und es wird ermittelt, ob der Sauerstoffkonzentrationsdetektierabgabewert L o2, der dem Pumpstromwert I p (2) entspricht, größer als ein Soll-Wert L ref2 ist oder nicht, der einem Soll-Wert für das magere A/F-Verhältnis entspricht, der größer als das theoretische A/F-Verhältnis ist (Schritt 72). Wenn L o2 ≦ L ref2 ist, ist das A/F-Verhältnis des zugeführten Gasgemisches fetter als der Soll-Wert für das magere A/F-Verhältnis und daher wird ein Treiberbefehl zum Öffnen des elektromagnetischen Ventils 34 über die Treiberschaltung 33 angelegt (Schritt 67). Wenn L o2 ≦λτ L ref2 ist, ist das A/F-Verhältnis des zugeführten Gasgemisches magerer als der Soll-Wert des mageren A/F-Verhältnisses und daher wird ein Stoppbefehl zum Stoppen der Antriebseinrichtung für die Öffnungsbewegung des elektromagnetischen Ventils 34 von der Treiberschaltung 33 geliefert (Schritt 68).
Wenn sich die Brennkraftmaschine nicht im Übergangszustand oder im stationären Zustand befindet, wird ermittelt, ob der Merker F s auf "0" gesetzt ist oder nicht (Schritt 73). Wenn F s = 0 ist, wird der Schritt 64 ausgeführt, während im Falle von F s = 1 der Schritt 72 ausgeführt wird. Dieser Arbeitsablauf wird vor jeweils vorbestimmter Zeitperiode wiederholt ausgeführt, wie z. B. einmal pro Sekunde, um das A/F-Verhältnis auf den Null-Wert für das fette A/F-Verhältnis im Übergangszustand oder auf den Zustand des mageren A/F-Verhältnisses im üblichen Zustand zu regeln.
Bei dem Sauerstoffkonzentrationsdetektor nach der Erfindung wird die Ansprechgeschwindigkeit sowohl in den fetten als auch in den mageren Bereichen des A/F-Verhältnisses entsprechend dem Diffusionswiderstand durch die Einströmöffnung 4 und die Verbindungsöffnung 5 verbessert, wenn diese kleiner werden, wie dies in Fig. 8 gezeigt ist. Somit läßt sich ein gutes Fahrvermögen im Übergangszustand sicherstellen, wenn man den ersten Sensor so wählt, daß dieser einen kleinen Diffusionswiderstand hat.
Wenn andererseits entsprechend Fig. 9 der Sauerstoffkonzentrationsdetektorfehler sowohl im fetten als auch im mageren Bereich des A/F-Verhältnisses vermindert werden soll, so sollte der Diffusionswiderstand größer werden. Dies ist auf die Tatsache zurückzuführen, daß der Einfluß auf die Sauerstoffkonzentrationsdetektierung durch die Abgastemperatur, die Abgaspulsation und die Abgasströmungsgeschwindigkeit dann vermindert wird, wenn der Diffusionswiderstand größer wird. Daher kann das A/F-Verhältnis des zugeführten Gasgemisches auf den Soll-Wert des A/F-Verhältnisses mit hoher Genauigkeit geregelt werden, um das Abgasreinigungsleistungsvermögen zu verbessern, indem man den zweiten Sensor so wählt, daß er einen großen Diffusionswiderstand im Grundzustand hat.
Wenn wie in Fig. 10 gezeigt ist das A/F-Verhältnis unter einem bestimmten Betriebszustand zu mager ist und der Diffusionswiderstand klein ist, fällt der Pumpstromwert in einen Bereich, bei dem ein Schwarzwerden auftreten kann. Dies trifft auch für den Fall zu, wenn das A/F-Verhältnis zu fett ist. Daher kann die Erscheinung des Schwarzwerdens dadurch vermieden werden, daß der zweite Sensor so gewählt wird, daß er einen großen Diffusionswiderstand hat, der zu einem niedrigeren Strom bei den zu armen oder zu fetten A/F-Verhältnisbereichen führt, wodurch verhindert wird, daß das Sauerstoffpumpelement und das Zellelement schnell ein schlechteres Verhalten annehmen.
Der Sauerstoffkonzentrationsdetektor nach der Erfindung gestattet eine weitere Verbesserung des Detektiervermögens und der Genauigkeit unter Verwendung des Abnormalitätendetektier- und Korrektursystems, um bei gewissen Abnormalitäten eine Korrektur durchzuführen, die im Detektor auftreten können. Insbesondere hat sich gezeigt, daß nach einem längeren Gebrauch in einem Abgassystem einer Brennkraftmaschine die Einströmöffnung 4 durch die Ablagerung von Oxiden und in geringerem Maße durch die Ablagerung von Blei kleiner wird. In manchen Fällen ferner kann die Einströmöffnung 4 auch abrupt um einen Teil der abgelagerten Oxide oder anderer ausbrechender Materialien vergrößert werden, wodurch die effektive Dissusionsdrosselung der Öffnung 4 abrupt abnimmt. Das Auftreten entweder einer Vergrößerung oder einer Verkleinerung der Diffusionsdrosselung mit der Öffnung 4 bewirkt effektiv eine Veränderung des Diffusionskoeffizienten und daher, wie in der vorstehend genannten Formel (1) gezeigt ist, eine Änderung des erzeugten Stromes, so daß man eine ungenauere Anzeige des A/F-Verhältnisses erhält. Da jedoch bei der Erfindung ein A/F-Verhältnisdetektierkorrekturprogramm vorgesehen ist, das in Fig. 11 gezeigt ist und ein A/F-Verhältnisregelprogramm, das in Fig. 12 gezeigt ist und die für die A/F-Verhältnisregelschaltung 32 bestimmt ist, können diese nach Maßgabe eines Taktimpulses sequentiell ausgeführt werden. Bei dem A/F-Verhältnisdetektierkorrekturprogramm bestimmt die A/F-Verhältnisregelschaltung 32 zuerst, ob die Brennkraftmaschine in einem vorbestimmten Betriebszustand nach Maßgabe eines Ausgabepegels einer Mehrzahl von Betriebsparameterdetektiersensoren ist oder nicht (Schritt 61). Der vorbestimmte Betriebszustand ist ein stabiler Betriebszustand, d. h. es handelt sich um einen Leerlauf- oder einen Grundbetriebszustand. Wenn ein solches vorbestimmter Betriebszustand detektiert wird, dann wird ermittelt, ob das A/F-Verhältnis auf einen Soll-Wert des A/F-Verhältnisses geregelt wird oder nicht und hierdurch eine Stabilisierung stattfindet (Schritt 62). Wenn das A/F-Verhältnis auf den Soll-Wert des A/F-Verhältnisses geregelt ist und auf diesem stabilisiert ist, werden Schwankungen bei den Detektionswerten für die Sauerstoffkonzentration durch den ersten Sensor oder den zweiten Sensor herabgesetzt und die Stärke der Schwankungen fällt in einen vorbestimmten Bereich. Wenn daher der Schwankungsbereich der Detektionswerte der Sauerstoffkonzentration erfaßt mittels des gewählten Sensors gleich oder kleiner als ein vorbestimmter Wert ist, und eine vorbestimmte Zeitdauer verstrichen ist, so wird angenommen, daß sich das A/F-Verhältnis stabilisiert hat. Wenn sich das A/F-Verhältnis in einem stabilisierten Zustand befindet, wird die A/F-Verhältnisregelung (F/B)-Regelung nach Maßgabe des detektierten Ausganges der Sauerstoffkonzentration unter Verwendung des ersten oder des zweiten Sensors gestoppt (d. h. die Ausführung des üblichen A/F-Verhältnisregelprogramms wird gestoppt) und anstelle hiervon werden ein vorbestimmter Ventilöffnungstreibbefehl und ein Ventilöffnungsstopffbefehl erzeugt, so daß das elektromagnetische Ventil 34 mit einem vorbestimmten Tastverhältnis pro vorbestimmter Zeitdauer geöffnet wird, um hierdurch das A/F-Verhältnis konstand zu machen (Schritt 63). Wenn das System in diesem Zustand arbeitet, wird ermittelt, ob ein Merker F s , der den Wählzustand des ersten und zweiten Sensors anzeigt, "1" ist oder nicht (Schritt 64). Wenn F s = 0 ist, befindet sich der erste Sensor im gewählten Zustand und daher wird der Pumpstromwert I p (1) des ersten Sensors geliefert von dem A/D- Wandler 31 gelesen, um in einer Speicherstellung A 1 eines inneren Speichers (nicht gezeigt) zu speichern (Schritt 65). Dann wird ein zweiter Sensorwählbefehl von der Treiberschaltung 30 geliefert, um einen zweiten Sensor in den Wählzustand zu bringen (Schritt 66) und der Pumpstromwert I p (2) des zweiten Sensors, geliefert über den A/D-Wandler 31 wird gelesen und in einer Speicherposition A 2 des inneren Speichers abgelegt (Schritt 67). Um anschließend den Wählzustand für den ersten Sensor wiederum zu erreichen, wird ein Wählbefehl für den ersten Sensor von der Treiberschaltung 30 (Schritt 68) geliefert und der Pumpstromwert I p (1) des ersten Sensors geliefert über den A/D-Wandler wird gelesen und in einer Speicherposition A 3 des inneren Speichers abgelegt. (Schritt 69). Wenn andererseits F s = 1 ist, ist der zweite Sensor in dem gewählten Zustand und daher wird der Pumpstromwert I p (2) des zweiten Sensors, geliefert über den A/D-Wandler 31, gelesen, um diesen in der Speicherposition A 1 des inneren Speichers abzulegen (Schritt 70). Dann wird ein Wählbefehl für den ersten Sensor von der Treiberschaltung 30 geliefert, um den ersten Sensor in den Wählzustand zu bringen (Schritt 71) und der Pumpstromwert I p (1) des ersten Sensors geliefert über den A/D-Wandler 31 wird gelesen und in der Speicherposition A 2 des Innenspeichers abgelegt (Schritt 72). Um anschließend zu erreichen, daß der zweite Sensor wiederum in den gewählten Zustand gebracht wird, wird von der Treiberschaltung 30 im Schritt 73 ein Wählbefehl für den zweiten Sensor erzeugt und der Pumpstromwert I p (2) des zweiten Sensors geliefert über den A/D-Wandler 31 wird gelesen und in der Speicherposition A 3 des inneren Speichers abgelegt (Schritt 73). Im nächsten Schritt wird wiederum ermittelt, ob Schwankungen bei dem Detektionswert der Sauerstoffkonzentration klein ist oder nicht. Hierzu werden die Pumpstomwerte I p (1) oder I p (2) aus der Speicherposition A 1 und A 3 des inneren Speichers ausgelesen, um einen Absolutwert Δ I p der Differenz zwischen den Pumpstromwerten I p (1) oder der Pumpstromwerte I p (2) (Schritt 75) zu ermitteln und dann wird bestimmt, ob der Absolutwert Δ I p gleich oder kleiner als ein vorbestimmter Wert Δ I pr ist (Schritt 76). Wenn Δ I p ≦ Δ I pr ist, werden Korrekturverfaktoren K COR 1 und K COR 2 gemäß den nachstehend angegebenen Gleichungen ermittelt, die später näher erläutert werden (Schritt 77). Wenn jedoch Δ I p ≦λτ Δ I pr ist, wodurch angezeigt wird, daß der Brennkraftmaschinenbetrieb nicht stabil ist, wird die A/F- Verhältnisregelung nach Maßgabe des Detektierausganges für die Sauerstoffkonzentration unter Verwendung des gewählten Sensors nochmals ausgeführt (d. h. Ausführung des normalen A/F-Verhältnisregelprogramms) (Schritt 78).
Der Korrekturfaktor K COR 1 zur Korrektur des Sauerstoffkonzentrationsdetektionswertes L o 2(1) des ersten Sensors wird aus der folgenden Gleichung ermittelt.
Der Korrekturfaktor K COR 2 für die Korrektur des Sauerstoffkonzentrationsdetektionswertes L o 2(2) des zweiten Sensors wird aus der folgenden Gleichung ermittelt.
wobei C darstellt I p (1)/I p (2) - 1 vor einer Änderung der Abgabekennwerte.
Dann wird ermittelt, ob die Korrekturfakturen K COR 1 und K COR 2, die ermittelt worden sind, gleich oder größer als ein vorbestimmter Wert K 1 und gleich oder kleiner als ein vorbestimmter Wert K 2 sind oder nicht (Schritt 79). Wenn K 1 ≦ K COR 1 ≦ K 2 oder K 1 ≦ K COR 2 ≦ K 2 ist, wird die A/F- Verhältnisregelung nach Maßgabe des Sauerstoffkonzentrationsdetektionswertes des gewählten Sensors nochmals ausgeführt (Schritt 78). Wenn K COR 1 ≦ωτ K 1, K COR 1 ≦λτ K 2, K COR 2 ≦ωτ K 1, K COR 2 ≦λτ K 2 ist, wird ein Alarm erzeugt, um den Fahrer beispielsweise durch Aufleuchten einer Lampe zu warnen, da die Änderung der Abgabekennwerte groß ist und eine gute A/F-Verhältnisrückführungsregelung selbst dann nicht erwartet werden kann, wenn man die Korrektur nach der Erfindung vornimmt (Schritt 80).
Unter Bezugnahme auf Fig. 12, die das A/F-Verhältnisregelprogramm zeigt, wird zuerst ermittelt, welcher der beiden Sensoren gewählt werden sollte (Schritt 81). Die Wahl des ersten Sensors oder des zweiten Sensors erfolgt nach Maßgabe des Betriebszustandes der Brennkraftmaschine oder des Regelbereiches des A/F-Verhältnisses. Wenn bestimmt werden sollte, daß der erste Sensor zu wählen ist, wird der Wählbefehl für den ersten Sensor von der Treiberschaltung 30 (Schritt 82) geliefert und der Marker F s wird auf "0" gesetzt, so daß zu erkennen ist, daß der erste Sensor gewählt ist. (Schritt 83). Wenn andererseits der zweite Sensor gewählt werden sollte, wird der Wählbefehl für den zweiten Sensor von der Treiberschaltung 30 (Schritt 84) geliefert, und der Merker F s wird auf "1" gesetzt, um zu zeigen, daß der zweite Sensor gewählt ist (Schritt 85). Die Treiberschaltung 30 bringt die Schalter 28 a, 28 b, 29 a, 29 b in die Stellungen für den ersten gewählten Sensor infolge des Wählbefehls für den ersten Sensor und dieser Arbeitszustand wird aufrechterhalten, bis der Wählbefehl für den zweiten Sensor von der A/F-Verhältnisregelschaltung 32 geliefert wird.
Ferner bringt die Treiberschaltung 30 die Schalter 28 a, 28 b, 29 a und 29 b in die Wählstellung für den zweiten Sensor nach Maßgabe des Wählbefehls für den zweiten Sensor und dieser Arbeitszustand wird aufrechterhalten, bis der Wählbefehl für den ersten Sensor von der A/F-Verhältnisregelschaltung 32 geliefert wird.
Dann wird der Pumpstromwert I p (1) oder I p (2), den man vom A/D-Wandler 31 erhält, im Schritt 86 gelesen und es wird ermittelt, ob der Merker F 2 auf "0" gesetzt ist oder nicht (Schritt 87). Wenn F s = 0 ist, befindet sich der erste Sensor im Wählzustand und daher wird der Pumpstromwert I p (1) in der ausgelesenen Form mit dem Korrekturfaktor K COR 1 (Schritt 88) multipliziert, um den entsprechenden Sauerstoffkonzentrationsdetektionswert L o 2 zu erhalten (Schritt 89). Wenn F s = 1 ist, befindet sich der zweite Sensor im Wählzustand und daher wird der Pumpstromwert I p (2) in der ausgelesenen Form mit dem Korrekturfaktor K COR 2 (Schritt 90) multipliziert, um den entsprechenden Sauerstoffkonzentrationsdetektionswert L o 2 zu erhalten (Schritt 89). Dann wird ermittelt, ober der Sauerstoffkonzentrationsdetektionswert L o 2 größer als ein Sollwert L ref ist oder nicht, der dem Sollwert des A/F-Verhältnisses entspricht (Schritt 91). Wenn L o 2 ≦ L ref ist, ist das A/F-Verhältnis des zugeführten Gasgemsiches fett und daher wird ein Treiberbefehl zum Öffnen des elektromagnetischen Ventils 34 von der Treiberschaltung 33 erzeugt (Schritt 92). Wenn L o 2 ≦λτ L ref ist, ist das A/F- Verhältnis des zugeführten Gasgemisches mager und daher wird ein Stoppbefehl zum Stoppen des Antriebs der Öffnungsbewegung des elektromagnetischen Ventils 34 von der Treiberschaltung 33 geliefert (Schritt 93). Die Treiberschaltung 33 öffnet das elektromagnetische Ventil 34 nach Maßgabe des Antriebsbefehls, um Sekundärluft einer Brennkraftmaschineneinlaßsammelleitung zuzuführen, so daß das A/F-Verhältnis magerer wird. Ferner stoppt die Treiberschaltung 33 die Antriebsbewegung des elektromagnetischen Ventils 34 zu seiner Öffnung nach Maßgabe des Stoppbefehls, um das A/F- Verhältnis fetter zu machen. Dieser Arbeitsablauf wird pro vorbestimmter Zeitperiode wiederholt ausgefühlt, um das A/F-Verhältnis des zugeführten Gasgemisches auf den Soll- Wert für das A/F-Verhältnis zu regeln.
Somit ermöglicht die Zweizellenkammersauerstoffkonzentrationsdetektiervorrichtung nach der Erfindung, daß das A/F-Verhältnisdetektionskorrekturprogramm und das Regelprogramm nach den Fig. 11 und 12 jeweils ausgeführt werden, um periodisch die Ergebnisse zu korrigieren, die man von den Zellen erhält, die ansonsten ungenau wären, da die Meßwerte der Zellen der beiden Kammern nicht miteinander in einem stabilen Betriebszustand verglichen werden können. Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 werden normalerweise die zweite Kammer 3 und die Zellen 17 und 18 genauere Meßwerte über eine längere Zeitdauer hinweg liefern, da die Durchtrittsöffnung 5 im Hinblick auf ein Verstopfen oder eine Beschädigung nicht so empfindlich ist wie die Einströmöffnung 4. Die Zellen 17 und 18 arbeiten bei wesentlich niedrigeren Strompegeln und resultieren aus dem Koeffizienten, wodurch sie nicht durch Änderungen hinsichtlich der Einströmöffnung 4 im Vergleich zu dem ersten Paar von Zellen 15 und 16 beeinflußt werden.
Obgleich die gesamte Beschreibung der Erfindung bisher in Verbindung mit einem Sauerstoffkonzentrationsdetektor erläutert wurde, der in den Fig. 1 und 2 gezeigt ist, sowie im Zusammenhang mit der in Fig. 3 gezeigten Schaltung, sind natürlich im Rahmen der Erfindung verschiedene Abwandlungen der Detektoren und der Schaltungen möglich und man erhält die funktionellen Vorteile, die vorstehend angegeben sind.
Nachstehend werden weitere Detektorausbildungsformen und ferner weitere Schaltungen erläutert. Insoweit diese Ausbildungsformen mit den voran gehenden im Zusammenhang mit den Fig. 1-3 erläuterten Ausführungsformen übereinstimmen, wird eine Beschreibung nicht nochmals vorgenommen, sondern die Beschreibung beschränkt sich auf die Unterschiede.
Obgleich die Einströmöffnung 4 als eine erste Gasdiffusionsdrosseleinrichtung und die Verbindungsöffnung 5 als eine zweite Gasdiffusionsdrosseleinrichtung bei der bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung gemäß Fig. 2 verwendet wird, kann als Alternative ein Spalt bzw. ein Zwischenraum zwischen den beiden ersten und zweiten Paaren von Elektroden in der ersten Gasverweilkammer 2 gebildet werden, wie dies in Fig. 13 gezeigt ist. Dieser Zwischenraum dient als Einströmöffnung 4 und die Verbindungsöffnung 5 zu der zweiten Gasverweilkammer 3 wird lediglich von dem Zwischenraum zwischen den Wänden gebildet. Ferner ist in Fig. 14 eine weitere Alternative gezeigt, bei der die Einströmöffnung 4 und die Verbindungsöffnung 5 größere Abmessungen haben können und mit einem porösen Material 38 und 40, wie Aluminiumoxid (Al2O3) ausgefüllt sind, um eine poröse Diffusionsschicht zu bilden. Hierdurch werden die Zellen weniger durch Temperaturänderungen und andere Einflußgrößen beeinflußt.
Unter Bezugnahme auf die Fig. 15, 16 und 17 sind alternative Ausbildungsformen der ersten und zweiten Gasverweilkammern 2 und 3 und der Diffusionsdrosselöffnungen 4 und 5 gezeigt, bei denen die ersten und zweiten Gasverweilkammern 2 und 3 in einer "parallelen" Gasstromanordnung vorgesehen sind, d. h. die Öffnungen 4 und 5 stehen gesondert mit dem zu analysierenden Gas, wie dem Abgas, in Verbindung, und zwar in Gegensatz zu der Auslegungsform, bei der die Öffnung 5 nur mit der zweiten Kammer 3 und über diese mit der ersten Kammer 2 verbunden ist, wodurch man einen "seriellen" Strömungsweg erhält. Die Öffnungen 4 und 5 bei den Ausbildungsformen nach den Fig. 15, 16 und 17 haben zwei unterschiedliche Diffusionskoeffizienten, so daß die Zellen in den beiden Kammern unterschiedlich ansprechen, d. h. die Zelle in der ersten Kammer spricht mit einer größeren Geschwindigkeit an und die Zelle in der zweiten Kammer arbeitet genauer. Somit ist die Öffnung 4 in der Einrichtung nach Fig. 15 größer als die Öffnung 5, um einen geringeren Diffusionswiderstand zu erhalten. In ähnlicher Weise ist der Zwischenraum und die Öffnung 4 bei der Vorrichtung nach Fig. 16 größer oder es wird eine weniger starke Drosselung als im Spalt oder der Öffnung 5 erzielt und das poröse Material 38 und die Öffnung 4 bei der Vorrichtung 17 bilden eine weniger starke Diffusionsdrosselung als der poröse Material 40 und die Öffnung 5. Hinsichtlich aller weiteren Einzelheiten stimmen die Vorrichtungen nach den Fig. 15, 16 und 17 hinsichtlich ihres Aufbaus und ihrer Funktionsweise mit jenen überein, die in Zusammenhang mit den Detektoren nach den Fig. 2, 13 und 14 jeweils erläutert worden sind.
In ähnlicher Weise sind zwei weitere alternative Ausbildungsformen des Sauerstoffkonzentrationsdetektors in den Fig. 18 und 19 gezeigt, bei denen man eine Kombination eines "seriellen" und eines "parallelen" Gasströmungsflusses vorgesehen ist. Wie in den Figuren gezeigt ist, wird das zu analysierende Gas, wie das Abgas, in eine erste Gasverweilkammer 2 über eine erste Diffusionsöffnung 4 a, eine Einströmkammer 4 b und eine zweite Diffusionsdrosselöffnung 4 eingeleitet und das Gas wird in die zweite Gasverweilkammer 3 über dieselbe Öffnung 4 a und die Einströmkammer 4 b und dann über eine dritte Diffusionsdrosselöffnung 5 b eingeleitet. Wiederum liefert die Öffnung 4 eine schwächere Diffusionsdrosselung zu der ersten Kammer 2 als die Öffnung 5 zu der zweiten Kammer 3. Jede der Elektroden 11 a, 11 b, 13 a und 13 b ist mit einer Öffnung in der Mitte versehen, um die Öffnungen 4 und 5 freizulegen. Die Öffnungen 4, 4 a und 5 der Vorrichtung nach Fig. 19 sind mit einem porösen Material 38, 39 und 40 jeweils versehen. Bezüglich aller weiteren Einzelheiten der Vorrichtungen nach den Fig. 18 und 19 sind Übereinstimmungen oder Ähnliches wie bei den Einrichtungen nach den Fig. 2, 14, 15 und 17 vorhanden, daher sind diese Bauteile mit den gleichen Bezugsziffern versehen.
Unter Bezugnahme auf Fig. 20 ist eine alternative Schaltung gezeigt, die gewisse Ähnlichkeiten hat, aber einfacher als die Schaltung nach Fig. 3 ist. Insoweit die Bauteile und ihre Funktion bei beiden Schaltungen gleich sind, wurden die gleichen Bezugszeichen verwendet und eine Beschreibung hiervon kann dann entfallen. Wiederum sind Wählschaltungen 28 und 29 vorgesehen, die über eine Treiberschaltung 30 versorgt werden, um eine Umschaltung zwischen den Zellen in der ersten Kammer 2 und der zweiten Kammer 3 vorzunehmen. Eine Quelle 100, die einen konstanten elektrischen Strom liefert, ist mit der Wählschaltung 28 verbunden, um selektiv einen vorbestimmten konstanten elektrischen Strom an die eine oder die andere der Sauerstoffpumpzellen 15 und 17 anzulegen, wobei die Auswahl über die A/F-Verhältnisregelschaltung 32 erfolgt. Komparatoren 101 und 102 sind mit den Zellenelementen 16 und 18 verbunden und Bezugsspannungsquellen 26 und 27 sind ebenfalls angeschlossen, um periodisch zu ermitteln, ob das A/F-Verhältnis fett oder mager ist. Der konstante Strom bei dem gewählten Pumpelement 15 oder 17 führt zu einer Spannung, die sich mit dem A/F-Verhältnis ändert, und diese Spannung wird mittels den Komparatoren 101 und 102 mit der Bezugsspannung 26 und 27 und mit einer Sollspannung verglichen, wodurch ermittelt werden kann, ob das A/F-Verhältnis fett oder mager ist. Hinsichtlich aller weiteren Einzelheiten arbeitet das System nach Fig. 20 auf dieselbe Weise wie das System nach Fig. 3 und es sind im wesentlichen nahezu dieselben Merkmale vorgesehen, obgleich diese Schaltung nicht ganz so präzise Meßergebnisse liefert. Ein wesentliches Merkmal der Vereinfachung ist darin zu sehen, daß das System nach Fig. 20 keine Justierung des elektrischen Rückkopplungssystems erforderlich macht.
Unter Bezugnahme auf Fig. 21 ist eine weitere Steuerschaltung ähnlich jener nach Fig. 3 gezeigt, die jedoch in mancherlei Hinsicht einfacher ist und bei der ein vereinfachter Sauerstoffkonzentrationsdetektor 1 vorgesehen ist. Das System nach Fig. 21 verwendet das Konzept der sogenannten "Time-Sharing", bei dem die Zellen unterschiedliche Funktionen zu verschiedenen Zeiten ausführen. Im Speziellen hat der Detektor 1 zwei gesonderte Gasverweilkammern 2 und 3. Jede Kammer hat jedoch nur eine Zelle, nämlich jeweils die Zellen 15 und 17. Die äußeren Elektroden 11 a und 13 a sind einer Kammer 6 ausgesetzt, das mit einer Bezugsgasquelle, wie für Luft verbunden ist, und zwar anstelle des Abgases. Durch entsprechende Schaltungen der jeweiligen Zelle 15 und 17 arbeiten diese einerseits als eine Sauerstoffpumpzelle (gleich wie bei den vorangehenden Ausführungen unter Bezugnahme auf die Zellen 15 und 17) und andererseits als ein Sensorzellenelement (ähnliche Funktionsweise wie bei den voranstehenden beschriebenen Zellen 16 und 18). Dies wird mittels der Time-Sharing-Treiberschaltung 110 und den Schaltern 111 und 112 erreicht. Spitzenhalteschaltungen 113 und 114 sind zwischen den Zellen 15 und 17 und den Differntialverstärkerschaltungen 22 und 23 jeweils vorgesehen. Eine der Zellen 15 oder 17 detektiert die Spannung der erzeugten elektromotorischen Kraft ähnlich wie die Zellen 16 und 18 und dann wird der Strom der gleichen Zelle zugeführt, um als eine Sauerstoffpumpe zu arbeiten, wobei die Polarität des Stroms nach Maßgabe der Spannungspegeldifferenz zwischen der Bezugsspannung und der Spitenhaltespannung bestimmt wird. Der Wert des der Sauerstoffpumpenzelte zugeführten Stromes wird gemessen und dem A/F-Verhältnis zugeordnet und dieser wird dann bei der A/F-Verhältnissteuerschaltung 325471 00070 552 001000280000000200012000285910536000040 0002003635624 00004 05352< genutzt, um das Sekundärluftregelventil 34 mit Hilfe der Treiberschaltung 33 auf dieselbe wie zuvor beschriebene Weise zu betreiben. Die Spitzenhalteschaltungen 113 und 114 dienen dazu, die spezielle Betriebsart der Zelle aufrechtzuerhalten, die gewählt worden ist, und zwar während einer kurzen Zeitdauer relativ zu einer neuen Betriebsart, wie z. B. etwa ein Fünftel der Zeit.
Unter Bezugnahme auf Fig. 22 ist eine alternative Ausführungsform einer Steuerschaltung ähnlich Fig. 3 gezeigt, die aber in vielerlei Hinsicht einfacher ist. Das System nach Fig. 21, verwendet auch den vereinfachten Detektor 1 nach Fig. 21, der nur ein Paar von Elektroden für jede Kammer 2 und 3 aus denselben Gründen und auf dieselbe Art und Weise angeordnet hat. Die Schaltung nach Fig. 22 unterscheidet sich von jener nach Fig. 21 dadurch, daß übliche Sensoreinrichtungen 120 verwendet werden, um zu detektieren, ob das A/F-Verhältnis fett oder mager ist, wobei diese Einrichtungen 12 beispielsweise ein Sensor der Titanbauart, ein Lambdasensor oder auch eine Einrichtung sein können, die unterschiedliche Betriebsparameter der Brennkraftmaschine ermittelt, um die Bestimmung auf fett/mager vorzunehmen. Die entsprechende Zelle 15 oder 17 wird von der A/F-Verhältnisregelschaltung 32 gewählt, die die Treiberschaltung 30 steuert, um die Schaltkreise 28 und 29 auf dieselbe Weise und aus denselben Gründen zu aktivieren, wie dies vorstehend erläutert worden ist. Die Konstantspannungserzeugungsschaltung 121 und 122 wird jeweils mit den Zellen 15 und 17 versehen und dienen dazu, eine vorbestimmte konstante Spannung an die gewählte Zelle 15 oder 17 anzulegen, so daß diese als eine Sauerstoffpumpe arbeitet. Die Polarität der angelegten Spannung wird auf der Basis der Ermittlung gewählt, ob das A/F-Verhältnis fett oder mager ist, was mit Hilfe des Sensors 120 bestimmt wird und dieses Signal für die gewünschte Polarität wird von der Regelschaltung 32 den Schaltungen 121 und 122 über Leiter 123 und 124 jeweils zugeführt. Der so in der gewählten Zelle 15 oder 17 erhaltene Strom wird dann gemessen und in einen Wert für das A/F-Verhältnis umgewandelt, der dann durch die A/F-Verhältnisregelschaltung verarbeitet wird, um die Treiberschaltung 33 und das Ventil 34 des Sekundärluftsystems zu betreiben, die alle im Zusammenhang mit Fig. 3 erläutert worden sind. Obgleich das A/F-Verhältnis des zugeführten Gasgemisches auf den Soll-Wert des A/F-Verhältnisses dadurch geregelt wird, daß Sekundärluft nach Maßgabe eines Ausganges für den ersten oder den zweiten Sensor bei den jeweils beschriebenen Ausbildungsformen nach der Erfindung zugeführt wird, kann das A/F-Verhältnis dadurch geregelt werden, daß die entsprechend dem Ausgang von dem ersten oder dem zweiten Sensor die zugeführte Kraftstoffmenge geregelt wird.
Wie vorstehend bereits angegeben worden ist, weist der Sauerstoffkonzentrationsdetektor nach der Erfindung erste und zweite Gasverweilkammern auf, die unterschiedliche Diffusionswiderstände für das zu analysierende Gas, wie das Abgas, haben, das diesen zugeleitet wird, wobei beide Kammern mit dem zu analysierenden Gas über Gasdiffusionsdrosseleinrichtungen mit unterschiedlichen Diffusionskoeffizienten in Verbindung gebracht werden und ferner sind normalerweise jeweils ein erstes und ein zweites Paar von Elektroden vorgesehen, die an der inneren und der äußeren Fläche der Elektrolytwandteile der ersten und der zweiten Gasverweilkammern derart angebracht sind, daß jede Elektrode den Elektrolytwandabschnitten jeweils gegenüberliegend angeordnet ist, obgleich es möglich ist, nur ein Paar von Elektroden für die Kammer vorzusehen, wenn man andere Schaltungen und Sensoreinrichtungen vorsieht. Bei dieser Auslegung ist es möglich, Sauerstoffkonzentrationsdetektionsabgabekennwerte mit guter Linearität zu erhalten, die proportional zur Sauerstoffkonzentration in dem Meßgas innerhalb eines großen mageren und fetten Bereiches sind, indem der Diffusionswiderstand geregelt wird, wobei es normalerweise nicht erforderlich ist, den Sauerstoffkonzentrationsdetektionsausgang zu korrigieren, wodurch die A/F-Verhältnisregelung vereinfacht und die Genauigkeit der A/F-Verhältnisregelung verbessert wird. Ferner kann die Sauerstoffkonzentration entweder in der ersten oder der zweiten Gasverweilkammer in Abhängigkeit von den Brennkraftmaschinenbetriebsbedingungen detektiert werden, um entweder die Ansprechgeschwindigkeit oder die Genauigkeit der Detektion zu optimieren.
Ferner ist es möglich, die Zellen in den beiden Gasverweilkammern zu verwenden, um die in den jeweiligen Kammern erzeugten Signale und angenommene Ausgangswerte zu vergleichen, um Korrekturwerte für die Signale zur Kompensation von Abnormalitäten abzuleiten, die plötzlich oder über eine längere Gebrauchsdauer hinweg auftreten.

Claims (39)

1. Vorrichtung zum Messen eines Bestandteils eines zu analysierenden Gases, gekennzeichnet durch: eine Einrichtung zur Bildung einer ersten Kammer (2) und einer ersten Diffusionsdrosseleinrichtung (4), um die erste Kammer (2) mit dem zu analysierenden Gas in Verbindung zu bringen,
erste elektrochemische Zelleneinrichtungen (12, 13, 1), die Elektroden (12 a, 12 b, 13 a, 13 b) haben, wobei eine Elektrode in der ersten Kammer (2) und die andere in Verbindung mit dem Gas außerhalb der ersten Kammer (2) ist,
Einrichtungen zur Bildung einer zweiten Kammer (3) und einer zweiten Diffusionsdrosseleinrichtung (5), um die zweite Kammer (3) mit dem zu analysierenden Gas bei einer unterschiedlichen Diffusionsgeschwindigkeit im Vergleich zu jener zu bringen, die man mit der ersten Diffusionsdrosseleinrichtung (4) erhält,
zweite elektrochemische Zelleinrichtungen (14, 15, 1), die zwei Elektroden (14 a, 14 b, 15 a, 15 b) haben, wobei eine Elektrode in der zweiten Kammer (3) und die andere Elektrode in Verbindung mit einem Gas außerhalb der zweiten Kammer (3) ist, und
Einrichtungen (22, 23), die selektiv ein elektrisches Signal separat an die ersten und zweiten elektrochemischen Zelleinrichtungen (12, 13, 1; 14, 15, 1) anlegen und separat ein erhaltenes elektrisches Signal für die jeweilige Zelle messen, das einem in dem zu analysierenden Gas zu messenden Bestandteil zugeordnet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das angelegte elektrische Signal eine elektrische Spannung und das erhaltene elektrische Signal ein Strom ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das angelegte elektrische Signal eine konstante Spannung ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das angelegte elektrische Signal ein elektrischer Strom und das erhaltene elektrische Signal eine Spannung ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das angelegte elektrische Signal ein konstanter Strom ist.
6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zum selektiven Anlegen eines elektrischen Signals Einrichtungen (120) enthalten, um einen Kennwert des zu analysierenden Gases zu bestimmen und um die Polarität des angelegten elektrischen Signals basierend auf diesem Kennwort zu wählen.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Bestimmung eines Kennwertes des zu analysierenden Gases eine elektrochemische Zelle (12, 13, 1; 14, 15, 1) aufweist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Bestimmen einer Kenngröße des zu analysierenden Gases eine Einrichtung enthält, die selektiv das angelegte elektrische Signal von der ersten und der zweiten elektrochemischen Zelle (12, 13, 1; 14, 15, 1) unterbricht und separat die Spannung mißt, die von der ersten und der zweiten elektrochemischen Zelle (12, 13, 14, 15, 1) erzeugt wird.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Polarität des angelegten elektrischen Signales auf der Basis der Meßspannung in Abhängigkeit davon gewählt wird, ob sie größer oder kleiner als ein vorbestimmter Wert ist.
10. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die andere Elektrode (13 b, 14 b) jeder elektrochemischen Zelle mit einem Gas außerhalb der ersten und der zweiten Kammer (2, 3) in Verbindung steht, das sich von dem zu analysierenden Gas unterscheidet.
11. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine dritte elektrochemische Zelle (14, 1) vorgesehen ist, die zwei Elektroden (14 a, 14 b) hat, wobei eine Elektrode in der ersten Kammer (2) und die andere Elektrode in Verbindung mit einem Bezugsgas außerhalb der ersten Kammer (2) ist, und daß eine Einrichtung (24, 25) zum Messen der an der dritten elektrochemischen Zelle (14, 1) erzeugten Spannung vorgesehen ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Polarität des an die erste elektrochemische Zelle (12, 1) angelegten Signals auf der Basis der Spannung gewählt wird, die mit der dritten elektrochemischen Zelle (14, 1) gemessen wird.
13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine vierte elektrochemische Zelle (15, 1) vorgesehen ist, die zwei Elektroden (15 a, 15 b) hat, wobei eine Elektrode in der zweiten Kammer (3) und die andere Elektrode in Verbindung mit einem Bezugsgas außerhalb der ersten Kammer (2) ist, und daß eine Einrichtung (24, 25) zum Messen der an der vierten elektrochemischen Zelle erzeugten Spannung vorgesehen ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Polarität des an die zweite elektrochemische Zelle (13, 1) angelegten elektrischen Signales auf der Basis der Spannung gewählt wird, die mit der vierten elektrochemischen Zelle (15, 1) gemessen wird.
15. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zu analysierende Gas das Abgas einer Brennkraftmaschine ist und daß die Vorrichtung (10) in den ersten und zweiten Kammern (2, 3) in Verbindung mit dem Abgas über die erste und die zweite Diffusionsdrosseleinrichtung (4, 5) steht.
16. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung mit dem zu analysierenden Gas mit der zweiten Kammer (3) in Serie mit der ersten Kammer (2) geschaltet ist, wobei die zweite Diffusionsdrosseleinrichtung (5) in Verbindung mit der ersten Kammer (2) und die erste Diffusionsdrosseleinrichtung (4) in direkter Verbindung mit dem zu analysierenden Gas steht.
17. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung des zu analysierenden Gases mit der ersten und der zweiten Kammer (2, 3) in Parallelschaltung erfolgt, wobei die erste und die zweite Diffusionsdrosseleinrichtung (4, 5) gesondert direkt in Verbindung mit dem zu ananlysierenden Gas stehen.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß eine dritte Kammer (26) vorgesehen ist und eine dritte Diffusionsddrosseleinrichtung (38, 40) hat, um die dritte Kammer (26) direkt mit dem zu analysierenden Gas in Verbindung zu bringen, und daß die erste und die zweite Kammer (2, 3) über die ersten und die zweiten Diffusionsdrosseleinrichtungen (4, 5) jeweils in Verbindung mit der dritten Kammer (26) sind.
19. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und die zweiten Diffusionsdrosseleinrichtungen erste und zweite Öffnungen (4, 5) in einer Wand der ersten und der zweiten Kammer (2, 3) jeweils aufweisen und daß die erste und die zweite Öffnung (4, 5) eine vorbestimmte Länge und einen kleinen Durchmesser hat, um zu erreichen, daß die durch die jeweilige Öffnung (4, 5) bewirkte Gasdiffusion nach vorbestimmten Geschwindigkeiten abläuft.
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Diffusionsdrosseleinrichtung (4, 5) erste und zweite Öffnungen in einer Wand der ersten und der zweiten Kammer (2, 3) jeweils aufweisen und daß eine poröse Filtereinrichtung in wenigstens einer der Öffnungen (4, 5) angeordnet ist, um zu bewirken, daß die Gasdiffusion durch diese mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit abläuft.
21. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen vorgesehen sind, um wenigstens einen der beiden erhaltenen elektrischen Signalwerte mit vorbestimmten elektrischen Signalwerten zu vergleichen, um die Größe des im zu analysierenden Gas enthaltenen Bestandteils zu analysieren.
22. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen zum Vergleichen der beiden erhaltenen elektrischen Signalwerten mit vorbestimmten Signalwerten vorgesehen ist, um die Größe des im zu analysierenden Gas enthaltenen Bestandteils zu bestimmen und daß eine Einrichtung vorgesehen ist, die periodisch die so bestimmten Größenwerte des Bestandteils im Hinblick auf irgendeine Differenz zwischen denselben vergleicht und den Wert anschließend unter Berücksichtigung und auf der Basis einer der erhaltenen elektrischen Signalwerte korrigiert, um irgendeinen durch die Differenz erfaßten Fehler zu korrigieren.
23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung vorgesehen ist, die einen periodischen Vergleich der beiden so bestimmten Werte während eines im wesentlichen stationären Betriebszustandes vergleicht, in dem die Menge des zu analysierenden Gas enthaltenen Bestandteils relativ konstant ist.
24. Vorrichtung nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Diffusionsgeschwindigkeit für die erste Kammer (2) größer als für die zweite Kammer (3) ist und daß der korrigierte Wert für die Komponente bezüglich des erhaltenen elektrischen Signalwertes von der ersten elektrochemischen Zelle (12, 1) erhalten wird.
25. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie zum Bestimmen des Luft/ Kraftstoffverhältnisses während des Arbeitens einer Brennkraftmaschine verwendet wird, daß das zu analysierende Gas das Abgas der Brennkraftmaschine ist, und daß der zu messende Bestandteil sich auf das Luft/Kraftstoffverhältnis bezieht.
26. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen vorgesehen sind, die bewirken, daß der erhaltene elektrische Signalwert von der ersten elektrochemischen Zelle (12, 1) verwendet wird, um das Luft/Kraftstoffverhältnis während den Übergangszuständen der Brennkraftmaschine zu bestimmen, und daß der erhaltene elektrische Signalwert von der zweiten elektrochemischen Zelle (14, 1) verwendet wird, um das Luft/Kraftstoffverhältnis während des stationären Betriebszustands der Brennkraftmaschine zu bestimmen.
27. Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Diffusionsgeschwindigkeit für die erste Kammer (2) größer als für die zweite Kammer (3) ist, um ein schnelleres Ansprechen auf Änderungen in dem Luft/Kraftstoffverhältnis während der Übergangszustände im Betriebsverhalten der Brennkraftmaschine und ein genaueres Ansprechen auf Änderungen im Luft/Kraftstoffverhältnis während des stationären Betriebszustandes der Brennkraftmaschine zu bewirken.
28. Vorrichtung nach Anspruch 25, 26 oder 27, dadurch gekennzeichnet, daß das erhaltene elektrische Signal ein elektrischer Strom ist und dieser bei einem vorbestimmten Luft/Kraftstoffverhältnis einen Ampèrewert von etwa Null hat.
29. Vorrichtung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Polarität des erhaltenen Signales über oder unter dem vorbestimmten Luft/Kraftstoffverhältnis umgekehrt wird.
30. Vorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß ein Anfangsverhältnis des erhaltenen elektrischen Stromsignalwertes zu dem Luft/Kraftstoffverhältnis für jede elektrochemische Zelle sich abrupt beim Nullpunkt des elektrischen Stromes ändert und daß das Anfangsverhältnis für die erste elektrochemische Zelle oberhalb des vorbestimmten Luft/Kraftstoffverhältnisses in etwa dasselbe wie das Anfangsverhältnis für die zweite elektrochemische Zelle unterhalb des vorbestimmten Luft/Kraftstoffverhältnisses ist.
31. Vorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß das erhaltene elektrische Signal ein elektrischer Strom ist, daß in einem Diagramm der Werte der erhaltenen elektrischen Signale aufgetragen über den Luft/Kraftstoffverhältnis für die erste und die zweite elektrochemische Zelle (12, 1; 13, 1) gesonderte Linien vorhanden sind, die eine Neigung haben, die sich abrupt beim Nullpunkt des elektrischen Stromes ändert, und daß die Neigung der Linie für die erste elektrochemische Zelle (12, 1) für Luft/Kraftstoffverhältnisse oberhalb des Punktes etwa die gleiche wie die Neigung der Linie für die zweite elektrochemische Zelle für Luft/Kraftstoffverhältnisse unterhalb dieses Punktes ist.
32. Vorrichtung nach Anspruch 30 oder 31, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen vorgesehen sind, die das Luft/ Kraftstoffverhältnis von dem erhaltenen elektrischen Signal der ersten elektrochemischen Zelle (12, 1) für Verhältnisse oberhalb des vorbestimmten Luft/Kraftstoffverhältnisses und aus dem erhaltenen elektrischen Signal in der zweiten elektrochemischen Zelle (13, 1) bei Verhältnissen unterhalb des vorbestimmten Luft/Kraftstoffverhältnisses bestimmen, um ein etwa lineares Anfangsverhältnis von allen Luft/Kraftstoffverhältnissen zu erhalten.
33. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 25 bis 32, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen vorgesehen sind, mittels denen die zweite elektrochemische Zelle (13, 1) wählbar ist, um das erhaltene elektrische Signal zu messen, wenn der elektrische Strom in der ersten elektrochemischen Zelle (12, 1) für das gleiche Luft/Kraftstoffverhältnis einen unerwünschten hohen Pegelwert hat.
34. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste elektrochemische Zelle (12, 1) eine Wand der ersten Kammer (2) aufweist, die aus einem Feststoffelektrolyten ausgebildet ist, wobei eine Elektrode (12) auf der Wand der ersten Kammer (2) angebracht ist und die andere Elektrode (12 b) auf der Wand außerhalb der ersten Kammer (2) angebracht ist, daß die zweite elektrochemische Zelle (13, 1) eine Wand der zweiten Kammer (3) aufweist, die aus einem Feststoffelektrolyten ausgebildet ist, wobei die eine Elektrode (13 a) an der Wand der zweiten Kammer (3) und die andere Elektrode (13 b) auf der Wand außerhalb der zweiten Kammer (3) angebracht ist.
35. Vorrichtung nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Paare von Elektroden (12 a, 12 b, 13 a, 13 b) vorgesehen sind, wobei eine erste Elektrode jedes Paars an der Wand in der ersten Kammer (2) und eine zweite Elektrode jedes Paars an der Wand außerhalb der ersten Kammer (2) angebracht ist, und daß zwei Paare von Elektroden (14 a, 14 b, 15 a, 15 b) vorgesehen sind, wobei eine erste Elektrode jedes Paars auf der Wand in der zweiten Kammer (3) und eine zweite Elektrode jedes Paars an der Wand außerhalb der zweiten Kammer (3) angebracht ist,
daß Einrichtungen zum selektiven Messen eines elektrischen Signals vorgesehen sind, das an dem ersten Elektrodenpaar gemessen wird, das an der Wand jeder Kammer (2, 3) angebracht ist, und
daß eine Einrichtung vorgesehen ist, die selektiv ein elektrisches Signal an ein zweites Paar von Elektroden (13, 14) anlegt, die an der Wand der jeweiligen Kammer (2, 3) angebracht sind, und daß separat ein erhaltenes elektrisches Signal gemessen wird, um zwei Werte proportional zu dem Bestandteil des zu messenden Gases bilden.
36. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ferner Einrichtungen vorgesehen sind, die von den gemessenen Signalen zwei Werte porportional für den zu messenden Bestandteil des zu analysierenden Gases liefern, und daß Einrichtungen zum Vergleichen der beiden Werte mit Bezugswerten vorgesehen sind, um irgendwelche Abnormalitäten bei den beiden Werten zu bestimmen und eine Korrektur für solche Abnormalitäten vorzunehmen.
37. Vorrichtung nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen zur Bestimmung eines etwa stationären Zustandes der Bestandteile des zu analysierenden Gases vorgesehen sind, um das Arbeiten dieser Einrichtungen für das Vergleichen der beiden Werte einzuleiten.
38. Vorrichtung zum Messen eines Bestandteiles eines zu analysierenden Gases, gekennzeichnet durch eine erste Sensoreinrichtung (10) zur Lieferung eines Ausgangs proportional zu der Konzentration des Bestandteils in dem zu analysierenden Gas, einen zweiten Sensor zur Lieferung eines Ausgangs proportional zu der Konzentration des Bestandteils in dem zu analysierenden Gas, der im Vergleich zu dem ersten Sensor unterschiedliche Charakteristika hat, und durch eine Detektiereinrichtung zum Detektieren einer Abnormalität des ersten Sensors oder des zweiten Sensors nach Maßgabe eines Detektionswertes der Konzentrationskomponente von dem ersten Sensor und eines Detektionswerts der Konzentrationskomponente von dem zweiten Sensor.
39. Vorrichtung nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, daß von einem Grundteil erste und zweite Gasverweilkammern (2, 3) gebildet werden, die jeweils Sauerstoffionen leitende Feststoffelektrolytwandteile (1) haben, daß die erste Gasverweilkammer (2) über eine erste Gasdiffusiondrosseleinrichtung (4) mit dem zu analysierenden Gas in Verbindung steht, daß die zweite Gasverweilkammer (3) über eine zweite Gasdiffusionsdrosseleinrichtung (5) mit der ersten Gasverweilkammer (2) in Verbindung steht, daß der erste Sensor zwei erste Paare von Elektroden (12 a, 12 b) aufweist, die auf der Innenseiten- und Außenseitenfläche der Elektrolytwandteile (1) der ersten Gasverweilkammer (2) derart angeordnet sind, daß jede Elektrode in gegenüberliegender Anordnung an den Elektrolytwandteilen (1) liegt, und daß der zweite Sensor zwei zweite Paare von Elektroden (14, 15) aufweist, die auf den Innenseiten- und Außenseitenflächen der Elektrolytwandteile (1) der zweiten Gasverweilkammer (3) derart angeordnet sind, daß jede Elektrode gegenüberliegender Anordnung zu den Elektrolytwandteilen (1) vorgesehen ist.
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