DE3780604T2

DE3780604T2 - Vorrichtung zur auswertung eines sauerstoffuehlers.

Info

Publication number: DE3780604T2
Application number: DE8787311499T
Authority: DE
Inventors: C O Ngk Spark Plug Co Lt Kondo; C O Ngk Spark Plug Co Matsuura; C O Ngk Spark Plug Co L Minoha; C O Ngk Spark Plug Co Mizutani; C O Ngk Spark Plug Co Ltd Nasu; C O Ngk Spark Plug Co L Sekiya; C O Ngk Spark Plug Co L Takami
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 1986-12-29
Filing date: 1987-12-19
Publication date: 1992-12-10
Anticipated expiration: 2007-12-20
Also published as: EP0273765B1; DE3780604T3; EP0273765B2; EP0273765A3; DE3780604D1; JPH0713600B2; JPS63314450A; US4825683A; EP0273765A2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Auswertung eines Sauerstoffühlers. Insbesondere handelt es sich um eine Vorrichtung, die einen Brenner aufweist.

Beschreibung des Standes der Technik

Es sind mehrere Arten einer Vorrichtung zur Auswertung eines Sauerstoffühlers bekannt. Dazu gehören folgende:
(1) Eine Vorrichtung der Art, bei der der auszuwertende Sauerstoffühler mit dem Abgas eines Motors in Kontakt kommt;
(2) Eine Vorrichtung der Art, bei der der auszuwertende Sauerstoffühler mit einem Modellgas in Kontakt kommt, beispielsweise einer Mischung von H&sub2;, CO, HC, O&sub2; und N&sub2;, wie es in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 42224/1986 offenbart ist.
(3) Eine Vorrichtung der Art, bei der der auszuwertende Sauerstoffühler mit dem gasförmigen Verbrennungsprodukt eines Brennstoffes wie zum Beispiel Propan oder Butan in Kontakt kommt, wie es in der SAE-Veröffentlichung Nr. 790143 (SAE = Society of Automotive Engineers of the United States) und in der Japanischen Patentanmeldung Nr. 93057/1981 offenbart ist.
Diese drei Arten von Vorrichtung haben jedoch jeweils die folgenden Nachteile:
(1) Obwohl die Vorrichtung, die das Abgas eines Motors verwendet, genauer ist als die beiden anderen Arten, ist es schwierig, die gewünschten Bedingungen für die Auswertung genau herzustellen, wie zum Beispiel ein Luftüberschußverhältnis (Brennstoff-Luft-Verhältnis) und die Temperatur. Die Vorrichtung benötigt übermäßig viel Zeit für die Auswertung und ist daher teuer.
(2) Obwohl es bei Verwendung einer Mischung verschiedener Arten von reinem Gas möglich ist, ein Luftüberschußverhältnis von hoher Stabilität herzustellen, verglichen damit, was mit der Vorrichtung erreicht werden kann, die das Abgas eines Motors oder eines Propangasbrenners verwendet, wird eine große Menge Gas benötigt, um eine Strömungsgeschwindigkeit zu erreichen, die vergleichbar ist mit der von dem Abgas einer Brennkraftmaschine. Es ist schwierig, die Temperatur des Gases, das in großer Menge verwendet wird, genau einzustellen. Das Gas ist teuer, da es eine Mischung verschiedenartiger Gase ist.
(3) Diese Art von Vorrichtung verwendet das Gas, das als Verbrennungsprodukt erhalten wird, wenn eine Mischung aus brennbarem Gas und Luft durch einen Brenner verbrannt wird, so daß eine Gasheizvorrichtung nicht erforderlich ist. Außerdem kann man ein großes Gasvolumen erhalten, so daß leicht eine hohe Strömungsgeschwindigkeit erzielt werden kann. Diese Vorrichtung wird daher für vielerlei Prüfungen in verschiedenen Industriezweigen verwendet. Das Verbrennungsgas ist jedoch ein Produkt einer nahezu vollkommenen Verbrennung und enthält nur eine geringe Menge nicht verbrannter Stoffe, im Gegensatz zum Abgas des Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs. Es ist daher oft der Fall, daß die Kennwerte eines Fühlers, die durch die frühere Brennervorrichtung ermittelt wurden, sich von denen unterscheiden, die man erhält, wenn der Fühler tatsächlich in Verbindung mit dem Verbrennungsmotor verwendet wird.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung anzugeben, die die obengenannten Nachteile des Standes der Technik beseitigen kann und einen Sauerstoffühler unter den gewünschten Bedingungen schnell, genau und wirtschaftlich auswerten kann, indem sie ein Verbrennungsprodukt verwendet, das eine geeignete Menge nicht verbrannter Stoffe enthält.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gelöst, die im wesentlichen umfaßt:
eine Vorrichtung zum Mischen eines Brennstoffes und eines sauerstoffhaltigen Gases in einem geeigneten Verhältnis zur Herstellung eines Brennstoffgemisches;
einen Brenner, der mit der Mischvorrichtung verbunden ist, um das Brennstoffgemisch zu verbrennen, so daß ein gasförmiges Verbrennungsprodukt entsteht;
ein rohrförmiges Element, welches von dem Brenner ausgeht, um das Verbrennungsprodukt weiterzuleiten;
eine Düse, die mit dem rohrförmigen Element verbunden ist, um einen Brennstoff und ein sauerstoffhaltiges Gas in das rohrförmige Element einzuleiten, so daß das Verbrennungsprodukt ein gewünschtes Luftüberschußverhältnis aufweist; und
eine Vorrichtung zum Befestigen des auszuwertenden Fühlers, die an einem Punkt stromab von der Düse an dem rohrförmigen Element angeordnet ist.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann bei verschiedenen Arten von Sauerstoffühlern verwendet werden. Dazu gehört beispielsweise ein Fühler, der einen Sauerstoffionen leitenden Feststoffelektrolyt verwendet, wie zum Beispiel Zirkondioxid, und einen Unterschied im Partialdruck des Sauerstoffgases zwischen den gegenüberliegenden Seiten des Elektrolyten feststellt, um die Menge des in einer bestimmten Umgebund vorhandenen Sauerstoffgases zu ermitteln, ein Fühler, der einen Halbleiter verwendet, wie zum Beispiel Titandioxid, dessen elektrische Leitfähigkeit mit dem Partialdruck des umgebenden Sauerstoffgases schwankt, und ein Fühler, der ein Kombination aus einem Element, welches Sauerstoff pumpt, und einem Element, welches Sauerstoffgas feststellt, verwendet.
Jedes brennbare Gas kann als Brennstoff verwendet werden. Vorzugsweise sollte jedoch Propan, Butan oder jedes andere, leicht zu transportierende Gas verwendet werden. Außerdem ist es auch möglich, CO, H&sub2;, etc. als Brennstoff zu verwenden, der in das rohrförmige Element stromab von dem Brenner eingeleitet wird.
Sauerstoffgas oder Luft kann als das sauerstoffhaltige Gas verwendet werden. Die Verwendung von Luft wird aus Gründen der Sicherheit und Wirtschaftlichkeit bevorzugt.
Die Vorrichtung, die mit dem rohrförmigen Element stromab von dem Brenner verbunden ist, kann auch so damit verbunden sein, daß eine Mischung aus einem Brennstoff und einem sauerstoffhaltigen Gas nicht nur an einer einzigen Stelle eingeleitet werden kann, sondern an einer Vielzahl von Stellen. Im letzteren Fall ist es möglich, verschiedene Gase von verschiwedenen Stellen aus einzuleiten, beispielsweise eine Mischung aus einem Brennstoff und einem sauerstoffhaltigen Gas an einer Stelle, und nur ein sauerstoffhaltiges Gas an einer anderen Stelle.
Das Verbrennungsprodukt muß eine Strömungsgeschwindigkeit von mindestens 5m/Sek. besitzen, um die genaue Auswertung eines Sauerstoffühlers zu gewährleisten.
Die gasförmige Mischung, die stromab von dem Brenner in das rohrförmige Element eingeleitet wird, ohne verbrannt zu werden, vereinigt sich mit dem Verbrennungsprodukt des Brenners, um in der Auswertungskammer eine entsprechend gesteuerte Atmosphäre zu erzeugen, die immer noch einen bestimmten Anteil nicht verbrannter Stoffe enthält, und daher von ähnlicher Zusammensetzung ist wie das Abgas eines Verbrennungsmotors. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann daher die Leistung eines Sauerstoffühlers genau ermitteln.
Das Verhältnis des Brennstoffes und des sauerstoffhaltigen Gases, die dem Brenner zugeführt werden, und das Verhältnis des Brennstoffes und des sauerstoffhaltigen Gases, die stromab von dem Brenner eingeleitet werden, kann beides bequem und unabhängig voneinander verändert werden.
Es ist daher einfach, in der Auswertungskammer eine Atmosphäre zu erzeugen, die von ähnlicher Zusammensetzung ist wie das Abgas von jeder der verschiedenen Arten von Verbrennungsmotoren, die jeweils unter verschiedenen Bedingungen arbeiten. Dadurch ist es möglich, das Luftüberschußverhältnis der Atmosphäre, den Anteil der darin enthaltenen nicht verbrannten Stoffe, die Temperatur der Atmosphäre, und andere Bedingungen genau zu steuern.
Außerdem kann die erfindungsgemäße Vorrichtung einen Sauerstoffühler bei minimalen Kosten auswerten aufgrund der Tatsache, daß er ein kostengünstiges Gas als Brennstoff verwendet.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Fig. 1 ist ein Diagramm, in dem das Prinzip der Erfindung dargestellt ist;
Fig. 2 ist eine schematische Darstellung der wesentlichen Merkmale einer Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 3 zeigt eine Kurve, die die Ausgangskennwerte eines Fühlers darstellt, der mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung getestet wurde (Luftüberschußverhältnis zur Motorsteuerung), im Vergleich zum Verhältnis eines Signals für eine reiche Mischung;
Fig. 4 zeigt eine Kurve, die die Ausgangskennwerte eines Fühlers darstellt, der mit einer herkömmlichen Vorrichtung getestet wurde, im Vergleich zum Verhältnis eines Signals für eine reiche Mischung;
Fig. 5 zeigt eine Kurve, die die Ausgangskennwerte des Fühlers darstellt, der mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung getestet wurde, im Vergleich zum Verhältnis der Reaktionszeit;
Fig. 6 zeigt eine Kurve ähnlich der in Fig. 5, in der jedoch die Ergebnisse dargestellt sind, die bei Verwendung der herkömmlichen Vorrichtung erzielt wurden;
Fig. 7 zeigt eine Kurve, die die Ausgangskennwerte des Fühlers darstellt, der mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung getestet wurde, im Vergleich zu seinem Widerstand;
Fig. 8 zeigt eine Kurve ähnlich der in Fig. 7, in der jedoch die Ergebnisse dargestellt sind, die bei Verwendung der herkömmlichen Vorrichtung erzielt wurden;
Fig. 9 zeigt eine Kurve, die die Ausgangskennwerte des Fühlers darstellt, der mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung getestet wurde bei einer Strömungsgeschwindigkeit von 9 m/Sek., im Vergleich zu dem Verhältnis eines Signals für eine reiche Mischung;
Fig. 10 zeigt eine Kurve ähnlich der in Fig. 9, in der aber die bei einer Strömungsgeschwindigkeit von 1 m/Sek. erzielten Ergebnisse dargestellt sind;
Fig. 11 zeigt eine Kurve, in der die Ausgangskennwerte der Fühler dargestellt sind, die unter Verwendung der herkömmlichen Vorrichtung getestet wurden, im Vergleich zum Verhältnis eines Signals für eine reiche Mischung;
Fig. 12 ist eine schematische Darstellung einer modifizierten Form der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
Fig. 13 zeigt eine Kurve, in der die Ausgangskennwerte der Fühler dargestellt sind, die mit der zweiten Ausführungsform der Erfindung getestet wurden, im Vergleich zu dem Verhältnis der Reaktionszeit;
Fig. 14 zeigt eine Kurve ähnlich der in Fig. 13, in der aber die Ergebnisse dargestellt sind, die bei Verwendung der herkömmlichen Vorrichtung erzielt wurden;
Fig. 15 zeigt eine Kurve, die die Ausgangskennwerte der Fühler darstellt, die mit der modifizierten Vorrichtung getestet wurden, im Vergleich zu dem durch die zweite Ausführungsform gesteuerten Luftüberschußverhältnis.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Gemäß Fig. 1 der Zeichnung umfaßt die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung im wesentlichen ein Gehäuse, das eine Auswertungskammer M2 bildet, in der ein Sauerstoffühler M1 positioniert ist, eine Vorrichtung M3 zum Mischen eines Brennstoffes und eines sauerstoffhaltigen Gases in einem geeigneten Verhältnis, um ein Brennstoffgemisch herzustellen, einen mit der Mischvorrichtung M3 verbundenen Brenner M4, der das Brennstoffgemisch verbrennt, um ein gasförmiges Verbrennungsprodukt herzustellen, ein rohrförmiges Element M5, das sich von dem Brenner M4 zu der Auswertungskammer M2 erstreckt, um das Verbrennungsprodukt in die Kammer M2 zu leiten, und eine Vorrichtung M6, die mit dem rohrförmigen Element M5 zwischen dem Brenner und der Auswertungskammer verbunden ist, um einen Brennstoff, ein sauerstoffhaltiges Gas in das rohrförmige Element M5 einzuleiten, so daß das Verbrennungsprodukt ein geeignetes Luftüberschußverhältnis aufweisen kann, wenn es in die Auswertungskammer M2 geleitet wird. Ein auszuwertender Sauerstoffühler M8 (nicht dargestellt) ist auf einer Befestigungsvorrichtung M7 angebracht, die an einem Abschnitt stromab von der Vorrichtung M6 auf dem rohrförmigen Element 5 angeordnet ist.
Die Auswertungskammer M2 kann integraler Bestandteil des rohrförmigen Elementes M5 sein oder nicht. Die Mischvorrichtung M3 kann beispielsweise ein Ventil zum Regulieren der zugeführten Brennstoffmenge aufweisen, und ein Ventil zum Regulieren der Menge des sauerstoffhaltigen Gases. Die Einleitungsvorrichtung M6 kann auch mit einem Brennstoffventil versehen sein und mit einem Ventil für das sauerstoffhaltige Gas. Das Verhältnis von Brennstoff und sauerstoffhaltigem Gas, die durch die Vorrichtung M6 eingeleitet werden, kann unabhängig vom Verhältnis des durch die Vorrichtung M3 gemischten Brennstoffes und Gases verändert werden.
Gemäß Fig. 2 ist eine Vorrichtung 100 schematisch dargestellt, die eine Ausführungsform der Erfindung ist. Sie umfaßt einen Brenner 110, der die Steuerung eines variablen Luftüberschußverhältnisses ermöglicht, ein Verbrennungsrohr 120, an dessen einem Ende der Brenner 110 vorgesehen ist, und das sowohl ein rohrförmiges Element zum Weiterleiten des Verbrennungsproduktes als auch eine Auswertungskammer bildet, eine Vorrichtung 130, die auf dem Verbrennungsrohr 120 stromab von dem Brenner 110 angeordnet ist, um eine geeignete Mischung von Gas und Luft in das Verbrennungsrohr 120 zu leiten, eine Vorrichtung 141, die stromab von der Einleitungsvorrichtung 130 vorgesehen ist, um einen zu testenden Fühler 140 in dem Verbrennungsrohr 120 zu befestigen, einen Standard-Sauerstoffühler 150, der stromab von der Befestigungsvorrichtung 141 vorgesehen ist, und ein Gessammelgerät 161, das stromab von dem Standard-Sauerstoffühler 150 vorgesehen ist und mit einem Gasanalysegerät 160 verbunden ist.
Ein Hauptluftzuleitungsrohr 111, ein Hilfsluftzuleitungsrohr 113, ein Hauptgaszuleitungsrohr 114 und ein Hilfsgaszuleitungsrohr 116 sind mit dem Brenner 110 verbunden. Das Hilfsluftzuleitungsrohr 113 ist mit einem Ventil 112 versehen, und das Hilfsgaszuleitungsrohr 116 ebenfalls mit einem Ventil 115. Luft wird von einem Kompressor (nicht dargestellt) zu den Luftzuleitungsrohren 111 und 113 geleitet, während Propangas von einer Gasflasche (nicht dargestellt) zu den Gaszuleitungsrohren 114 und 116 geleitet wird.
Die Einleitungsvorrichtung 130 umfaßt eine Düse 133, die mit einem Luftzuleitungsrohr 132 mit einem Ventil 131 verbunden ist, und eine Düse 138, an die ein Luftzuleitungsrohr 135 mit einem Magnetventil 134 und ein Gaszuleitungsrohr 137 mit einem Magnetventil 136 angeschlossen sind. Luft wird von dem Kompressor zu den Luftzuleitungsrohren 132 und 135 geleitet, während Propangas zu dem Gaszuleitungsrohr 137 geleitet wird.
Die Signale von den Fühlern 140 und 150 und das Ausgangssignal des Gasanalysegerätes 160 werden von einer Stromregelvorrichtung 170 verarbeitet. Die Stromregelvorrichtung 170 regelt die Mengen von Gas und Luft, die in das Verbrennungsrohr 120 eingeleitet werden, und leitet die Ergebnisse dieser Verarbeitung an eine Aufzeichnungsvorrichtung 180 weiter.
Der Fühler 140 veranlaßt die Regelung durch die Stromregelvorrichtung 170, so daß die den Fühler 140 umgebende Atmosphäre ein Luftüberschußverhältnis aufweisen kann, das gleich 1 ist bei einem theoretischen Luft-Brennstoff-Verhältnis (λ = 1), und λ = 1 entspricht einem Ausgangswert des Fühlers 140 von 450-500 mV. Das durch eine solche Regelung oder durch den Ausgangswert des Standard-Fühlers 150 gegenüber dem Fühler 140 erhaltene Luftüberschußverhältnis wird zur Bestimmung der Kennwerte des Fühlers 140 verwendet. Das Luftüberschußverhältnis ist gleich der Menge Luft, die zum Verbrennen des Brennstoffes zugeführt wird, geteilt durch die Menge Luft, die zur vollkommenen Verbrennung des Brennstoffes benötigt wird Wenn λ = 1 (d.h. wenn die Mischung ein theoretisches Luft-Brennstoff-Verhältnis besitzt), ist der Brennstoff vollkommen verbrannt. Wenn λ größer ist als 1, ist die Mischung ein armes Gas mit einem Überschuß an Luft, und wenn λ kleiner ist als 1, ist es ein reiches Gas mit einem Mangel an Luft, und bei der Verbrennung bleiben nichtverbrannte Stoffe zurück.
Die Ausgangsspannung eines normalen Sauerstoffühlers beträgt im höchsten Fall 300 mV, wenn die ihn umgebende Atmosphäre ein armes Gas ist, und beträgt mindestens 700 mV, wenn es ein reiches Gas ist. Wenn die Ausgangsspannung des Sensors einen Wert von 450 bis 500 mV übersteigt, ist die ihn umgebende Atmosphäre ein reiches Gas, und wenn sie niedriger ist als 450 bis 500 mV, ist es ein armes Gas. Die Atmosphäre hat daher ein theoretisches Luft-Brennstoff-Verhältnis (λ = 1), wenn die Stromregelvorrichtung 170 die Magnetventile 134 und 136 gemäß der Ausgangsspannung des Fühlers 140 so steuert, daß im ersteren Fall eine geringere Menge Gas und eine größere Menge Luft der Düse 138 zugeführt wird, während ihr im zweiten Fall eine größere Menge Gas und eine geringere Menge Luft zugeführt wird.
Wenn sich jedoch die Ausgangskennwerte des Fühlers 140 von dem oben Beschriebenen unterscheiden, zeigt die ihn umgebende Atmosphäre kein theoretisches Luft-Brennstoff-Verhältnis infolge einer solchen Regelung, sondern zeigt ein Verhältnis, das von seinen Ausgangskennwerten abhängt.
Eine Vielzahl von Sauerstoffühlern 140, die aus Titandioxid gebildet sind und verschiedene Ausgangskennwerte besitzen, wurden daher nacheinander getestet. Das Luftüberschußverhältnis des Verbrennungsproduktes, das durch die Regelung jedes Fühlers 140 gebildet worden war, wurde als Ausgangswert des Gasanalysegerätes 160 oder des Standard-Fühlers 150 ermittelt. Jeder Fühler 140 enthielt denselben Zusatz und besaß eine Schutzvorrichtung der gleichen Form.
Die Ausgangskennwerte jedes Fühlers 140 waren genau bestimmt worden, indem er im Abgasstrom eines Motors positioniert wurde, wie es in Punkt (1) auf Seite 1 dieser Bescreibung angegeben ist. Diese Kennwerte und die Ergebnisse der Auswertung durch die Vorrichtung 100 wurden zur Beurteilung der Vorrichtung verglichen. Die nachfolgend beschriebenen Tests wurden durchgeführt, indem der Fühler am Verbrennungsmotor des Kraftfahrzeugs montiert wurde, die Regelung des Motors gemäß dem Ausgangssignal des Fühlers veranlaßt wurde, und das Luftüberschußverhältnis des geregelten Motors als Ausgangskennwert des Fühlers ermittelt wurde.
Vor der Regelung durch den Fühler 140 waren die Ventile 112 und 115 so eingestellt worden, daß die dem Brenner 110 zuzuführende Mischung aus Luft und Propangas ein Verhältnis λ von 0,9 haben könnte, und das Ventil 131 war so eingestellt worden, daß so viel Luft durch die Düse 133 strömt, daß das Verbrennungsprodukt des Brenners 110 ein Verhältnis λ von 0,95 haben könnte.
Die Magnetventile 134 und 136 wurden durch die Stromregelvorrichtung 170 entsprechend dem Ausgangssignal des Fühlers 140 so eingestellt, daß das Luftüberschußverhältnis und die Menge der durch die Düse 138 zuzuführenden Mischung aus Luft und Propangas so verändert wird, daß das Verbrennungsprodukt ein Luftüberschußverhältnis λ im Bereich von 0,90 bis 1,05 haben könnte.

TEST 1-1

Fig. 3 zeigt eine Kurve, die die Ausgangskennwerte der getesteten Fühler 140 darstellt (Luftüberschußverhältnis erhalten durch Motorsteuerung) im Vergleich zum Verhältnis der Dauer des Signals für die reiche Mischung, das durch den Standard-Fühler 150 angegeben ist, gegenüber der gesamten Meßdauer (nachfolgend bezeichnet als das Verhältnis der Signale für die reiche Mischung), wenn die Vorrichtung gemäß der Ausführungsform der Erfindung durch die Fühler 140 gesteuert wurde. Das Signal des Standard-Fühlers 150 für die reiche Mischung ist das Signal, das von der Stromregelvorrichtung 170 erzeugt wurde, als der Ausgangswert des Standard-Fühlers 150 eine Spannung von 450 bis 500 mV überstieg. Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, zeigte die Vorrichtung 100, die eine Ausführungsform der Erfindung darstellt, eine sehr hohe Korrelation zwischen dem Verhältnis der Zeit, in der das Signal des Standard-Fühlers 150 für die reiche Mischung erzeugt wurde, und der Testzeit und dem Ausgangskennwert des Fühlers 140. Das Verhältnis des Signals für die reiche Mischung erlaubte daher die Auswertung der Kennwerte des Fühlers 140 für die Steuerung eines Verbrennungsmotors.
Fig. 4 zeigt eine Kurve ähnlich wie in Fig. 3, aber hier sind die Ergebnisse dargestellt, die erhalten wurden, wenn die herkömmliche Vorrichtung, die gemäß Punkt (3) auf Seite 1 mit einem Brenner arbeitete, durch die Fühler gesteuert wurde. Die Vorrichtung hatte dieselbe Konstruktion wie die Vorrichtung, die eine Ausführungsform der Erfindung darstellt, außer daß sie keine Einleitungsvorrichtung 130 besaß, sondern daß nur die dem Brenner 110 zuzuführenden Mengen von Gas und Luft zur Regelung des Verhältnisses λ des Verbrennungsproduktes gesteuert wurden. Wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, zeigte die herkömmliche Vorrichtung kaum eine Korrelation zwischen dem Verhältnis der Zeit, für die das Signal des Standard-Fühlers für die reiche Mischung erzeugt wurde, und der Testdauer und den Ausgangskennwerten des getesteten Fühlers. Durch Berücksichtigung des Zeitverhältnisses des Signals für die reiche Mischung konnte die herkömmliche, mit einem Brenner arbeitende Vorrichtung daher nicht zur Auswertung der Kennwerte des Fühlers für die Steuerung eines Verbrennungsmotors verwendet werden.

TEST 1-2

Fig. 5 zeigt eine Kurve, die die Ausgangskennwerte (λ) des Fühlers 140 im Vergleich zu dem Verhältnis der Reaktionszeit des Fühlers 140 darstellt, die gemäß nachfolgender Beschreibung ermittelt wurden. Das Verbrennungsprodukt der Vorrichtung 100, die eine Ausführungsform der Erfindung darstellt, und auf der der zu testende Fühler 140 angeordnet ist, wurde abwechselnd von einem reichen Gas mit einem Verhältnis λ von 0,90 in ein armes Gas mit einem Verhältnis λ von 1,05 umgewandelt. Diese Umwandlung wurde bewirkt durch Ändern der Zusammensetzung des durch die Vorrichtung 130 eingeleiteten Brennstoffgemisches mit Hilfe eines in der Stromregelvorrichtung 170 vorgesehenen Zeitgebers. Es wurde die Zeit gemessen, die der Fühler 140 benötigte, um nach jeder Umwandlung eine Standardspannung von 450 bis 500 mV zu erzeugen. Das Verhältnis der Reaktionszeit wird folgendermaßen ausgedrückt:
TRS/(TRS + TLS)
wobei "TRS" die Länge der Zeit darstellt, die der Fühler benötigte, um die Standardspannung zu erzeugen, nachdem das Verbrennungsprodukt in ein reiches Gasgemisch umgewandelt wurde, und "TLS" stellt die Länge der Zeit dar, die der Fühler benötigte, um die Standardspannung zu erzeugen, nachdem das Verbrennungsprodukt in ein armes Gasgemisch umgewandelt wurde. Wie aus Fig. 5 ersichtlich ist, zeigte die Vorrichtung 100 der vorliegenden Erfindung eine sehr hohe Korrelation zwischen dem Verhältnis der Reaktionszeit des Fühlers 140 und seinen Ausgangskennwerten (λ). Das Verhältnis der Reaktionszeit erlaubte daher die Auswertung der Kennwerte des Fühlers 140 für die Steuerung eines Verbrennungsmotors. Mit anderen Worten, die erfindungsgemäße Vorrichtung paßt sich rasch der Umwandlung von einem reichen Gasgemisch in ein armes Gasgemisch und umgekehrt an.
Fig. 6 zeigt eine Kurve ähnlich der in Fig. 5, aber hier sind die Ergebnisse dargestellt, die erhalten wurden, wenn die herkömmliche Vorrichtung, die gemäß Punkt (3) auf Seite 1 mit einem Brenner arbeitet, durch den Fühler gesteuert wurde. Wie aus Fig. 6 ersichtlich ist, zeigte die herkömmliche Vorrichtung kaum eine Korrelation zwischen dem Verhältnis der Reaktionszeit des Fühlers und seinen Ausgangskennwerten (λ). Durch Berücksichtigung des Verhältnisses der Reaktionszeit konnte die mit einem Brenner arbeitende herkömmliche Vorrichtung daher nicht zur Auswertung der Kennwerte des Fühlers für die Steuerung des Verbrennungsmotors verwendet werden.

TEST 1-3

Fig. 7 zeigt eine Kurve, die die Ausgangskennwerte (λ) der Fühler 140 im Vergleich zu ihrem Widerstand darstellt, wenn das Verbrennungsprodukt ein Verhältnis λ von 0,90 besaß. Dieser Widerstand wurde gemäß der nachfolgenden Beschreibung ermittelt. Die Ventile 112 und 115 wurden so gesteuert, daß das Verbrennungsprodukt des Brenners 110 ein Verhältnis von 1,02 haben könnte, und Propangas wurde durch die Düse 138 eingeleitet, bis das Verbrennungsprodukt ein Verhältnis von 0,90 hatte. Als es ein Verhältnis λ von 0,90 hatte, wurde der Widerstand des Fühlers 140 gemessen. Wie aus Fig. 7 ersichtlich ist, zeigte die Vorrichtung 100 der vorliegenden Erfindung eine sehr hohe Korrelation zwischen dem Widerstand, den der Fühler 140 zeigte, als das Verbrennungsprodukt ein Verhältnis λ von 0,90 hatte, und seinen Ausgangskennwerten (λ). Aufgrund des Widerstandes war es also möglich, die Kennwerte des Fühlers 140 zur Steuerung des Verbrennungsmotors auszuwerten.
Fig. 8 zeigt eine Kurve ähnlich der in Fig. 7, aber hier sind die Ergebnisse dargestellt, die erhalten wurden, wenn die herkömmliche, mit einem Brenner arbeitende Vorrichtung verwendet wurde. Der Widerstand des Fühlers wurde gemessen, wenn das Verbrennungsprodukt des Brenners ein Verhältnis λ von 0,90 hatte, da das Verhältnis λ der Atmosphäre in der Nähe des Fühlers gleich dem Verhältnis des Verbrennungsproduktes des Brenners war. Wie aus Fig. 8 ersichtlich ist, zeigte die Vorrichtung kaum eine Korrelation zwischen dem Widerstand, den der Fühler zeigte, wenn das Verbrennungsprodukt ein Verhältnis λ von 0,90 hatte, und seinen Ausgangskennwerten (λ). Die herkömmliche, mit einem Brenner arbeitende Vorrichtung konnte daher nicht verwendet werden, um die Kennwerte des Fühlers für die Steuerung des Verbrennungsmotors auszuwerten.

TEST 1-4

Die Fig. 9 und 10 zeigen Kurven, die den Zusammenhang zwischen den Ausgangskennwerten (λ) der Fühler 140 und dem Zeitverhältnis der Signale für die reiche Mischung darstellen, die durch den Standard-Fühler 150 angezeigt wurden, wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung durch die Fühler 140 gesteuert wurde. Fig. 9 zeigt die Ergebnisse, die erhalten wurden, wenn das Verbrennungsprodukt eine Strömungsgeschwindigkeit von 9 m/Sek. hatte, während Fig. 10 die Ergebnisse zeigt, die erhalten wurden, wenn es eine Strömungsgeschwindigkeit von 1 m/Sek. hatte. Dieser Test wurde mit drei Arten von Fühlern 140 durchgeführt, im Gegensatz zu den Tests 1 bis 3. Die Fühler vom Typ A und B waren beide aus Titandioxid und hatten dieselbe Form, enthielten aber unterschiedliche Zusätze. Die Fühler vom Typ C enthielten denselben Zusatz wie die Fühler vom Typ A, aber ihre Schutzvorrichtungen hatten eine andere Form.
In den Figuren 9 und 10 stehen Kreis, Dreieck und Quadrat jeweils für die Fühler vom Typ A, B und C. Das Verfahren von Test 1 wurde wiederholt, um das Verhältnis der Signale für die reiche Mischung zu bestimmen, die von dem Standard-Fühler 150 erzeugt worden waren. Wie aus den Figuren 9 und 10 ersichtlich ist, zeigte die Vorrichtung 100 der vorliegenden Erfindung eine hohe Korrelation zwischen dem Verhältnis der Zeit, für die die Signale für die reiche Mischung durch den Standard-Fühler 150 erzeugt wurden, und der Testzeit und den Ausgangskennwerten (λ) des Fühlers 140, unabhängig von der Strömungsgeschwindigkeit des Verbrennungsproduktes, wenn die Fühler vom gleichen Typ waren. Das Verhältnis der Signale für die reiche Mischung konnte also verwendet werden, um die Kennwerte der Fühler 140 für die Steuerung eines Verbrennungsmotors auszuwerten. Ihre Korrelation war unabhängig vom Typ der Fühler 140 sehr hoch, wenn das Verbrennungsprodukt eine hohe Strömungsgeschwindigkeit hatte, wie aus Fig. 9 ersichtlich ist. Die Ergebnisse, die den in Fig. 9 dargestellten ähnlich waren, konnten erzielt werden, wenn das Verbrennungsprodukt eine Strömungsgeschwindigkeit von mindestens 5 m/Sek. hatte.
Fig. 11 zeigt eine Kurve ähnlich der in Fig. 9 oder 10, aber hier sind die Ergebnisse dargestellt, die erhalten wurden, wenn die herkömmliche Vorrichtung mit einem Brenner verwendet wurde. Wie daraus ersichtlich ist, zeigte die herkömmliche Vorrichtung kaum eine Korrelation zwischen dem Verhältnis der Zeit, für die die Signale für die reiche Mischung durch den Standard-Fühler erzeugt werden, und der Testzeit und den Ausgangskennwerten (λ) der Fühler, auch wenn Fühler des gleichen Typs verglichen wurden. Durch Berücksichtigung des Zeitverhältnisses der Signale für die reiche Mischung konnte die herkömmliche, mit einem Brenner arbeitende Vorrichtung daher nicht zur Auswertung der Fühler für die Steuerung eines Verbrennungsmotors verwendet werden.
Die Ergebnisse der Tests 1 bis 4 bestätigten, daß die Vorrichtung 100 der vorliegenden Erfindung die Sauerstoffühler genau auswerten konnte. Obwohl die vorstehenden Ergebnisse durch einen Vergleich der zuvor ermittelten Ausgangskennwerte der Fühler 140 mit dem Verhältnis der Ausgangskennwerte des Standard-Fühlers, dem Verhältnis der Reaktionszeit oder dem Widerstand der Fühler erhalten wurden, erhielt man ähnliche Ergebnisse, wenn das Luftüberschußverhältnis, das man aus der mit Hilfe des Gasanalysegerätes 160 durchgeführten Analyse des Verbrennungsproduktes der durch den Fühler 140 gesteuerten Vorrichtung erhielt, oder das Luftüberschußverhältnis, das man mit Hilfe eines auf dem Verbrennungsrohr 120 angeordneten Fühlers zur Ermittlung des Luft-Brennstoff- Verhältnisses erhielt, anstelle der Ausgangskennwerte des Fühlers 140 verwendet wurde.
Fig. 12 zeigt eine erläuternde Darstellung der Konstruktion einer weiteren Vorrichtung zur Auswertung eines Sauerstoffühlers gemäß der vorliegenden Erfindung. Diese Vorrichtung 200 umfaßt in erster Linie eine Abgaserzeugungsvorrichtung 210, die Abgas erzeugt, welches CO etc. enthält, eine Kompensationsvorrichtung 220, die ein Basis-Luftüberschußverhältnis mit CO, O&sub2; durch Zufuhr von Luft zu dem Abgas ermöglicht, und eine Vorrichtung 230 zum Einstellen von reich/arm, die einen Luftüberschußzustand herstellt durch Zufuhr von Abgas oder Luft zu dem Basis-Luftüberschußverhältnis (nachfolgend bezeichnet als "arm"), oder die ein Brennstoffüberschußverhältnis bildet (nachfolgend bezeichnet als "reich"). Ein auszuwertender Sauerstoffgas-Fühler 240 ist gegenüber dem Verbrennungsrohr 216 freiliegend angeordnet, das an der Vorrichtung 230 zum Einstellen von reich/arm vorgesehen ist. Das Verbrennungsrohr 216 ist durch einen Flansch 272 angeschlossen.
Die Abgaserzeugungsvorrichtung 210 erzeugt das Abgas, das ein ausreichendes Strömungsvolumen und eine geeignete Temperatur für die Auswertung des Fühlers 240 besitzt. Das Luftüberschußverhältnis dieses Abgases ist beispielsweise auf λ = = 0,95 eingestellt. Die Kompensationsvorrichtung 220 dient der Kompensation des Luftüberschußverhältnisses auf λ = 1,0, indem sie beispielsweise diesem Abgas Luft zuführt. Das in dieser Kompensationsvorrichtung 220 kompensierte Abgas enthält gleichzeitig sowohl arme Bestandteile wie O&sub2; und reiche Bestandteile wie CO, die im allgemeinen dieselbe Zusammensetzung haben wie diejenigen, die im Abgas eines Verbrennungsmotors enthalten sind.
Die Vorrichtung 230 zum Einstellen von reich/arm dient der Umwandlung des so kompensierten Abgases in die reiche Phase durch Zufuhr von Brennstoff bis zu einem Wert (beispielsweise λ = 0,95) oder in die arme Phase durch Zufuhr von Luft bis zu einem Wert (beispielsweise λ = 1,05), jeweils basierend auf dem an der Kompensationsvorrichtung 220 eingestellten Luftüberschußverhältnis (1,0). Wenn man den auszuwertenden Fühler 240 auf diese Weise dem Abgas aussetzt, wird der Fühler 240 denselben Bedingungen ausgesetzt wird sie tatsächlich in einem Fahrzeug herrschen.
Die Konstruction der Kompensationsvorrichtung 220 wird nachfolgend erläutert. Zunächst wird die Abgaserzeugungsvorrichtung 210 erklärkt. Die Abgaserzeugungsvorrichtung 210 ist versehen mit Propangas (nachfolgend bezeichnet als "Gas") als Brennstoff, der von einem Brennstofftank (nicht dargestellt) zugeführt wird, mit einer Stromregelvorrichtung 261, die die von einem nicht dargestellten Kompressor zugeführte Luft mischt, einem Brenner 211, der die so gemischte Luft zur Erzeugung von Abgas verbrennt, und einem A/F-Fühler 251, der an einem Verbrennungsrohr 214 stromab von dem Brenner 211 befestigt ist.
Die zuvorgenannte Stromregelvorrichtung 261 dient der Einstellung des Mischungsverhältnisses von Luft oder Gas, so daß das von dem A/F-Fühler 251 ermittelte Luftüberschußverhältnis beispielsweise mit dem bereits ermittelten Luftüberschußverhältnis (λ = 0,95) übereinstimmt. Diese Einstellung erfolgt durch Regulieren des Öffnungsgrades eines Massenstromreglers (nicht dargestellt), der aus der mit dem Thermostatventil (nicht dargestellt) versehenen Stromregelvorrichtung 261 besteht. Die Verbrennungskammer 212 des Brenners 211 besteht aus einem adiabatischen Material 213. Das Verbrennungsrohr 214 wird durch einen Wasserkühlmantel 215 gekühlt und ist mit dem Verbrennungsrohr 216 durch einen Flansch 271 verbunden.
Der A/F-Fühler 251 kann ein Fühler sein, der ein Sauerstoffpumpenelement, das einen sauerstoffionisierten Feststoffelektrolyt wie zum Beispiel Zirkondioxid enthält, mit einem Sauerstoffbatterieelement kombiniert. Dieser A/F-Fühler 251 kann das Luftüberschußverhältnis von der mageren Phase (λ > 1) bis zur reichen Phase (λ < 1) messen.
Als nächstens wird die Kompensationsvorrichtung 220 erläutert. Die Kompensationsvorrichtung 220 umfaßt eine Düse 255, die dem Abgas aus der Abgaserzeugungsvorrichtung 210 Luft zuführt, eine Stromregelvorrichtung 262, die die der Düse 255 zugeführte Luftmenge einstellt, einen A/F-Fühler, der stromab von der Düse 255 befestigt ist.
Die Stromregelvorrichtung 262 stellt die Luftmenge in der gleichen Weise ein wie die Stromregelvorrichtung 261, so daß das von dem A/F-Fühler 252 festgestellte Luftüberschußverhältnis mit dem vorbestimmten Luftüberschußverhältnis (λ = 1,0 beispielsweise) übereinstimmt. Das Verbrennungsrohr 214 ist wassergekült durch den Wasserkühlmantel 217. Durch dieses Rohr wird das Abgas auf beinahe dieselbe Temperatur eingestellt wie die Temperatur des Abgases aus dem Wagen. Der verwendete A/F-Fühler 252 ist vom selben Typ wie der A/F-Fühler 251.
Ferner wird die Vorrichtung 230 zum Einstellen von reich/arm erklärt. Die Vorrichtung 230 zum Einstellen von reich/arm umfaßt eine Düse 256, die dem an der Kompensationsvorrichtung 220 eingestellten Abgas Gas oder Luft zuführt, eine Stromregelvorrichtung 263, die die Luftmenge oder Brenngasmenge einstellt, die dieser Düse zugeführt wird, und den A/F-Fühler 253, der stromab von der Düse 256 befestigt ist.
Die Stromregelvorrichtung 263 dient genauso wie die Stromregelvorrichtung 261 der Zufuhr von Luft oder Brenngas, damit das durch den A/F-Fühlers 253 festgestellte Luftüberschußverhältnis des Abgases mit dem vorbestimmten Luftüberschußverhältnis (z.B. λ = 1,05 oder λ = 0,95) übereinstimmt. Außerdem ist der verwendete A/F-Fühler 253 vom selben Typ wie der A/F-Fühler 251. Andererseits kann die Stromregelvorrichtung 263 mit Hilfe des auszuwertenden Fühlers 240 gesteuert werden in Abhängigkeit von einem ausgewerteten Wert des Fühlers 240, der durch die punktierte Linie in Fig. 12 dargestellt ist.
Das Ausgangssignal des auszuwertenden Fühlers 240 wird in einer Aufzeichnungsvorrichtung 264 aufgezeichnet. Für eine genaue Stromregulierung werden die A/F-Fühler 251, 252, 253 nach Bedarf korreliert mit Hilfe von Standardgas (ein Gas mit vorbestimmtem Luft-Brennstoff-Verhältnis). Außerdem ist es bei Bedarf auch möglich, einen Standard-A/F-Fühler oder ein Gasanalysegerät, welches des Luftüberschußverhältnis des Abgases mißft, dem der auszuwertende Fühler 240 ausgesetzt ist, in dessen Nähe oder stromabwärts davon anzuordnen. Ferner kann die Steuerung der Stromregelvorrichtungen 261, 262, 263 und die Aufzeichnung des Ausgangssignals des auszuwertenden Fühlers 240 durch eine einzige elektronische Steuereinheit vorgenommen werden.

TEST 2-1

Das Luftüberschußverhältnis der Abgaserzeugungsvorrichtung 210 und der Kompensationsvorrichtung 220 sind in der nachstehenden Tabelle dargestellt, in der das Luftüberschußverhältnis der Vorrichtung 230 zum Einstellen von reich/arm zwischen den in der nachstehenden Tabelle dargestellten reichen und armen Phasen mit Hilfe eines Zeitgebers (nicht dargestellt) in Intervallen von 0,5 Sekunden gewechselt wird. Gleichzeitig ist auch die Gaszusammensetzung des von den jeweiligen Vorrichtungen ausströmenden Abgases angegeben. TABELLE GASZUSAMMENSETZUNG BRENNERABSCHNITT KOMPENSATIONSVORRICHTUNG VORRICHTUNG ZUM EINSTELLEN VON REICH/ARM ARM REICH
Durch Messen des Zeitraums "TLS" von dem Punkt, wo das Abgas des auszuwertenden Fühlers 240 auf arm geändert wird, bis zu dem Punkt, wo er die Standardspannung (450-500 mV) erreicht, und des Zeitraums "TRS" von dem Punkt, wo das Abgas auf reich geändert wird, bis zu dem Punkt, wo er die Standardspannung erreicht hat, wird der auszuwertende Fühler 240 ausgewertet in Abhängigkeit von dem Zeitverhältnis TRS/(TRS + TLS), das durch die Reaktion des Fühlers 240 erhalten wurde.
Fig. 13 zeigt eine schematische Darstellung des Zusammenhangs zwischen dem Luftüberschußverhältnis für die Motorsteuerung und dem Verhältnis der Reaktionszeiten für verschiedene Arten von auszuwertenden Fühlern.
In der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Vorrichtung 200 zur Auswertung des Sauerstoffühlers ausgewertet durch den Vergleich der festgestellten Kennwerte des Fühlers 240, die nach dem herkömmlichen Verfahren 1, bei dem der Fühler in das zuvor beschriebene Abgas eingeführt wird, genau vorgemessen wurden, mit den nach dem vorliegenden Auswertungsverfahren gemessenen Werten.
Der auszuwertende Fühler wird auf einem Fahrzeug montiert, und der Motor wird durch das Ausgangssignal des Fühlers geregelt. Dabei werden die festgestellten Kennwerte in dem Luftüberschußverhältnis ausgedrückt, um den Motor auf diese Weise zu steuern. Wie aus Fig. 13 klar ersichtlich ist, besteht eine strenge Wechselbeziehung zwischen dem Verhältnis der Reaktionszeit des Fühlers 240 und den festgestellten Kennwerten (Überschußverhältnis für die Motorsteuerung) des Fühlers 240. Demzufolge erwies sich die Vorrichtung 200 der vorliegenden Erfindung als recht nützlich bei der Auswertung des Sauerstoffühlers mit hoher Genauigkeit.
Zu Vergleichszwecken wird eine weitere Schemadarstellung in Fig. 14 erstellt, die den Zusammenhang zwischen dem Verhältnis der Reaktionszeit und dem Luftüberschußverhältnis für eine Motorsteuerung darstellt, und den Fall, wo die herkömmliche Vorrichtung mit einem Brenner (Stand der Technik) für die Auswertung des Sauerstoffühlers verwendet wird. Wie in Fig. 14 dargestellt ist, besteht nicht viel Wechselbeziehung, was auch weitgehend bestätigt wird, mit dem beachtlichen tangentialen Anstieg entlang der Koordinatenachse, obwohl eine gewisse Tendenz besteht zur Wechselbeziehung zwischen dem Verhältnis der Reaktionszeit und dem Luftüberschußverhältnis für die Motorsteuerung, wenn die herkömmliche Vorrichtung mit Brenner für die Auswertung des Sauerstoffühlers verwendet wird.
Wenn man das Verhältnis der Reaktionszeit betrachtet, so zeigt sich, daß die herkömmliche, mit einem Brenner arbeitende Vorrichtung zur Auswertung des Sauerstoffühlers ungeeignet ist, die Kennwerte des Fühlers auszuwerten.

TEST 2-2

Zunächst wird das Luftüberschußverhältnis der Abgaserzeugungsvorrichtung 210 und der Kompensationsvorrichtung 220 in der gleichen Weise eingestellt wie in dem obengenannten Auswertungsverfahren 1. Als zweites wird die Vorrichtung 230 zum Einstellen von reich/arm auf λ = 1 geregelt unter Verwendung des auszuwertenden Fühlers 240 der Vorrichtung zum Einstellen von reich/arm. Dann erhält man das Luftüberschußverhältnis (Luftüberschußverhältnis zum Steuern der Vorrichtung). Ausgehend von diesem Wert wird der auszuwertende Fühler 240 ausgewertet. Wenn der Motor geregelt ist, wird das Luftüberschußverhältnis durch den A/F-Fühler 230 oder das getrennt installierte Gasanalysegerät (nicht dargestellt) gemessen.
Fig. 15 zeigt eine schematische Darstellung des Zusammenhangs zwischen dem Luftüberschußverhältnis für die Motorsteuerung und dem durch die Vorrichtung 200 gesteuerten Luftüberschußverhältnis für verschiedene auszuwertende Fühler 240, wenn die Vorrichtung 200 zur Auswertung des Sauerstoffühlers gemäß der vorliegenden Ausführungsform verwendet wird.
In dieser Ausführungsform wird durch Vergleichen der festgestellten Kennwerte des auszuwertenden Fühlers 240, der genau gemessen wird anhand des Verfahrens, bei dem der Fühler zuvor in das aus dem zuvor beschriebenen Motor ausströmende Abgas in gleicher Weise eingeführt wird wie bei dem Auswertungstest 1, mit Meßwerten gemäß dem vorliegenden Auswertungsverfahren die erfindungsgemäße Vorrichtung 200 zur Auswertung des Sauerstoffühlers gemäß der vorliegenden Ausführungsform ausgewertet.
Wie in Fig. 15 dargestellt, besteht eine klare und deutliche Wechselbeziehung zwischen dem Luftüberschußverhältnis, das erhalten wird, wenn die Vorrichtung 200 zur Auswertung des Sauerstoffühlers geregelt wird mit Hilfe des Fühlers 240, der in dem vorliegenden Auswertungsverfahren auszuwerten ist mit Hilfe der Vorrichtung zur Auswertung des Sauerstoffühlers gemäß der vorliegenden Ausführungsform, und den festgestellten Kennwerten des Fühlers 240. Demzufolge kann der durch die Vorrichtung 200 auszuwertende Fühler 240 des Luftüberschußverhältnis eines Motors mit hoher Präzision auswerten, wenn er tatsächlich auf dem Motor montiert ist.
Mit Hilfe des oben beschriebenen Auswertungsverfahrens 2 wird der auszuwertende Fühler 240 anhand des durch die Auswertungsvorrichtung gesteuerten Luftüberschußverhältnisses ausgewertet.
Anstelle dieses durch die Vorrichtung gesteuerten Luftüberschußverhältnisses kann das Verhältnis verwendet werden, bei dem der A/F-Fühler 253 zum Messen des Luftüberschußverhältnisses ein Signal für eine reiche Mischung erzeugt, wenn ein Motor geregelt ist. Dieses Signal für eine reiche Mischung wird erzeugt, wenn der Ausgang des A/F-Fühlers die Nennspannung (450-500 mV) übersteigt, wie zuvor erläutert wurde.
Außerdem kann die Vorrichtung 200 zur Auswertung des Sauerstoffühlers auch den auszuwertenden Fühler 240 auswerten mit Hilfe des Widerstandswertes des Fühlers 240 bei dem Luftüberschußverhältnis von λ = 0,90.
Wie bereits erwähnt, wurde bestätigt, daß die Vorrichtung zur Auswertung des Sauerstoffühlers der vorliegenden Erfindung den Sauerstoffühler nach verschiedenen Verfahren auswerten kann. Die Vorrichtung zur Auswertung des Sauerstoffühlers gemäß der vorliegenden Ausführungsform verwendet die Auswertungsart, bei der die Motorregelung in der Abgaserzeugungsvorrichtung 210, der Kompensationsvorrichtung 220 und der Vorrichtung 230 zum Einstellen von reich/arm erfolgt. Daher kann das Luftüberschußverhältnis des Abgases, in das der auszuwertende Fühler 240 eingeführt wird, mit hoher Präzision gesteuert werden.
Bei der Vorrichtung zur Auswertung des Sauerstoffühlers, die mit dem herkömmlichen Brenner arbeitet, wurde beispielsweise das Luftüberschußverhältnis mit einer Genauigkeit von ± 0,01 λ gesteuert, während die Vorrichtung 200 zur Auswertung des Sauerstoffühlers mit einer Genauigkeit unter ± 0,001 λ gemäß der vorliegenden Ausführungsform gesteuert werden kann.
Ferner wird in dieser Ausführungsform das kostengünstigere Gas verwendet im Vergleich zu der Sauerstoffgasauswertung, bei der der Sauerstoffühler unter Verwendung von Modellgas oder mit einem Verbrennungsmotor ausgewertet wird. Auf diese Weise kann der Sauerstoffühler wirtschaftlich ausgewertet werden.

Claims

1. Vorrichtung zur Auswertung eines Sauerstoffühlers, umfassend:

eine Vorrichtung zum Mischen eines Brennstoffes und eines sauerstoffhaltigen Gases in einem geeigneten Verhältnis zur Herstellung eines Brennstoffgemisches;

einen Brenner, der mit der Mischvorrichtung verbunden ist, um das Gemisch zu verbrennen, so daß ein gasförmiges Verbrennungsprodukt entsteht;

ein rohrförmiges Element, welches von dem Brenner ausgeht, um das Verbrennungsprodukt weiterzuleiten;

eine Düse, die mit dem rohrförmigen Element verbunden ist, um einen Brennstoff und ein sauerstoffhaltiges Gas in das rohrförmige Element einzuleiten, so daß das Verbrennungsprodukt ein gewünschtes Luftüberschußverhältnis aufweist; und

eine Vorrichtung zum Befestigen des Fühlers, der auszuwerten ist und an einem Punkt stromab von der Düse an dem rohrförmigen Element anzubringen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung ferner eine Strombegrenzungseinrichtung aufweist, die das Luftüberschußverhältnis an der Düse so steuert, daß das Luftüberschußverhältnis im wesentlichen dem gewünschten Luftüberschußverhältnis entspricht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung ferner einen Standard-Sauerstoffühler umfaßt, der im Bereich des Befestigungsabschnitts des auszuwertenden Sauerstoffühlers auf dem rohrförmigen Element angeordnet ist, wobei der Standard-Sauerstoffühler im wesentlichen das Luftüberschußverhältnis an der Düse mit dem gewünschten Luftüberschußverhältnis in Zusammenarbeit mit der Strombegrenzungseinrichtung ausgleicht.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung ferner ein Gasanalysegerät umfaßt, welches stromab von der Befestigungseinrichtung für den auszuwertenden Sauerstoffühler angeordnet ist, wobei das Gasanalysegerät im wesentlichen das Luftüberschußverhältnis an einem Abschnitt der Düse mit dem gewünschten Luftüberschußverhältnis in Zusammenarbeit mit der Strombegrenzungseinrichtung ausgleicht.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung ferner umfaßt:

eine zweite Düse, die Luft in das rohrförmige Element leitet und zwischen dem Brenner und der Düse auf dem rohrförmigen Element angeordnet ist;

eine zweite Strombegrenzungseinrichtung, die im wesentlichen einen Wert für ein Luftüberschußverhältnis an der zweiten Düse mit einem vorbestimmten Wert ausgleicht durch Erfassen eines Luftüberschußverhältnisses an einem Punkt stromab von der zweiten Düse; und

eine dritte Strombegrenzungseinrichtung, die im wesentlichen ein Luftüberschußverhältnis des Gemisches ausgleicht, das dem Brenner mit einem vorbestimmten Luftüberschußverhältnis zugeführt wird.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Strombegrenzungseinrichtung einen Sauerstoffühler aufweist in einem stromauf gelegenen Abschnitt der zweiten Düse auf dem rohrförmigen Element.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Strombegrenzungseinrichtung einen Sauerstoffühler zwischen der Düse und der zweiten Düse auf dem rohrförmigen Element aufweist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit des gasförmigen Verbrennungsproduktes in dem rohrförmigen Element größer ist als 5 m/sek.