DE3515588A1 - Luft/kraftstoff-verhaeltnis-detektor und diesen enthaldendes regelsystem - Google Patents

Luft/kraftstoff-verhaeltnis-detektor und diesen enthaldendes regelsystem

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DE3515588A1
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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
    • F02D41/1438—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor
    • F02D41/1473—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the regulation method
    • F02D41/1475—Regulating the air fuel ratio at a value other than stoichiometry
    • F02D41/1476—Biasing of the sensor
    • G—PHYSICS
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    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
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    • G01N27/419—Measuring voltages or currents with a combination of oxygen pumping cells and oxygen concentration cells

Description

Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Detektor und diesen enthaltendes Regelsystem
5Beschreibun
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Ermitteln eines Luft/Kraftstoff-Verhältnisses eines Kraftstoffgemischs durch Untersuchen des aus der Verbrennung des Kraftstoffgemischs resultierenden Abgases, und speziell auf eine Vorrichtung zum Ermitteln eines Luft/Kraftstoff-Verhältnisses eines in einer Brennkraftmaschine verbrannten Kraftstoffgemischs. Die vorliegende Erfindung bezieht sich weiterhin auf ein Regelsystem für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in einem Kraftstoffgemisch, das in einer Brennkraftmaschine verbrannt wird, unter Verwendung des genannten Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Detektors.
Es sind bislang verschiedene Arten von Abgassensoren oder Sauerstoffsensoren für die Messung der Sauerstoffkonzentration in Abgasen, die aus der Verbrennung eines Kraftstoffgemischs in einer Maschine resultieren, bekannt geworden, mit denen das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Kraftstoffgemischs ermittelt werden kann.
Die JP-OS 56-89051 offenbart einen Sauerstoffsensor. Dieser Sauerstoffsensor ist in Fig. 1 zur Vereinfachung der Erläuterung dargestellt. Dieser bekannte Sauerstoffsensor 1 arbeitet auf dem Prinzip einer Sauerstoffkonzentrationszelle, die eine elektromotorische Kraft in Abhängigkeit vom Verhältnis der Sauerstoffkonzentration auf der einen Seite eines festen Elektrolyten zu jener auf der gegenüberliegenden Seite desselben erzeugt. Dieser Sensor besteht aus einem Träger 2 aus Tonerde, einer Bezugselektrode 3 auf dem Träger 2, einem Sauerstoffionen leitenden festen Elektrolyten 4, der mit dem Träger 2 zusammenwirkt, um die Be-
zugselektrode 3 einzuschließen, und einer Meßelektrode 5, die den festen Elektrolyten 4 zusammen mit der Bezugselektrode 3 zwischen sich einschließt. Die obenbeschriebenen Elemente sind von einer Schutzschicht aus einem porösen Material umschlossen. Zur Aktivierung des festen Elektrolyten ist ein Heizelement 7 in den Träger 2 eingebettet. Die Meßelektrode 5 wird dem Abgas ausgesetzt und ein elektrischer Strom Ip wird dem Sauerstoffsensor 1 zugeführt, um eine Wanderung von Sauerstoffionen durch den festen Elektrolyten Ü hervorzurufen, was zur Erzeugung eines Bezugssauerstoffpartialdrucks Pa an der Bezugselektrode 3 und einen Sauerstoffpartialdruck Pb des Abgases an der Meßelektrode 5 hervorruft. Die Erzeugung der Sauerstoffpartialdrücke Pa und Pb erzeugt eine elektromotorische Kraft E, die sich durch die Nernst-Gleichung wie folgt ausdrücken läßt:
E = (RTMF) . ln(Pa/Pb) ... (1),
worin R = Gaskonstante
T= absolute Temperatur
F = Faraday'sche Konstante.
Bei gleicher Intensität des elektrischen Stromes Is ändert sich die elektromotorische Kraft E spontan bei einem vorbestimmten Luft/Kraftstoff-Verhältnis. Das Luft/Kraftstoff-Verhältnis, wo E sich schlagartig ändert, variiert mit Änderungen in der Intensität des elektrischen Stroms Is.
Ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Regelsystem, das den obenbeschriebenen Sauerstoffsensor 1 enthält, ist in der erwähnten japanischen Offenlegungsschrift beschrieben. Gemäß diesem bekannten Regelsystem wird die Stärke des elektrischen Stromes Is so variiert, daß die sprunghafte Änderung der elektromotorischen Kraft E bei einem vorgegebenen SoIlwert für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis stattfindet. Die elektromotorische Kraft E wird als Sensorausgangsspannung Vs von diesem abgenommen. Da die Charakteristik der Sensor-
ausgangsspannung Vs derart ist, daß sie ohne Rücksicht auf Änderungen des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses konstant bleibt, nachdem dieses um einen kleinen Betrag von einem Sollwert abgewichen ist, ist es unmöglich, die Geschwindigkeit, mit der das herrschende Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf den Sollwert zu bringen ist, zu beeinflussen, weil die Abweichung durch die Sensorausgangsspannung Vs der obenbeschriebenen Charakteristik nicht ermittelt werden kann. Die Genauigkeit und das Ansprechverhalten bei der Ermittlung und Regelung eines Luft/Kraftstoff-Verhältnisses sind daher Grenzen unterworfen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Detektor anzugeben, der ein ein Luft/ Kraftstoff-Verhältnis anzeigendes Signal erzeugt, das sich mit dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis über einen weiten Bereich von fett zu mager kontinuierlich ändert und das sich bei einem vorbestimmten Luft/Kraftstoff-Verhältnis schnell ändert, um die Genauigkeit der Ermittlung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses über einen weiten Bereich und die Genauigkeit und das Ansprechverhalten einer entsprechenden Regelung zur Nachstellung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses zu erhöhen.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung und eine Regeleinrichtung zur Regelung des Luft/ Kraftstoff-Verhältnisses eines einer Brennkraftmaschine zugeführten Kraftstoffgemischs unter Verwendung des erfindungsgemäßen Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Detektors sind Gegenstand weiterer Ansprüche.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 einen Querschnitt durch einen bekannten Sauerstoffsensor, wie oben beschrieben;
Fig. 2 einen Schnitt durch einen Sauerstoffsensor
nach der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3 eine Explosionsdarstellung des Sauerstoffsensors nach Fig. 2;
Fig. 4 ein Blockschaltbild einer ersten Ausführungsform einer Regelvorrichtung nach der Erfindung;
Fig. 5 ein Blockschaltbild einer Pumpstromversorgung und einer Detektoreinheit;
Fig. 6 die Charakteristik des Pumpstroms (Vi) über
dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis;
15
Fig. 7 den Verlauf der Pump-EMK (Ep) über dem Luft/
Kraftstoff-Verhältnis;
Fig. 8 den Verlauf der Pumpspannung (Vp) über dem
Luft/Kraftstoff-Verhältnis;
Fig. 9 ein Blockschaltbild einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 10 ein Schaltbild eines Pumpstromversorgungskreises ;
Fig. 11 den Verlauf der Ausgangsspannung V..„ über dem
Luft/Kraftstoff-Verhältnis, und
30
Fig. 12 einen Schnitt durch einen modifizierten Sauerstof fsensor.
Die Figuren 2 bis 7 zeigen eine erste Ausführungsform nach der vorliegenden Erfindung. Die Figuren 2 und 3 zeigen einen Schnitt durch einen Sauerstoffsensor 11 und eine Explosionsdarstellung davon. Der Sauerstoffsensor 11 besteht
aus einer Grundplatte 12 aus einem isolierenden Material, wie beispielsweise Tonerde, einer auf der Grundplatte 12 aufliegenden kalibrierten Bezugsgasbegrenzungsplatte 13 mit einer Rinne 13a, und einer ersten, Sauerstoffionen leitenden Feststoffelektrolytplatte 14, die auf der Platte 13 liegt. Die Platte 13 und die Feststoffelektrolytplatte 14 wirken zusammen, um innerhalb der Rinne 13a eine Bezugsgasaufnahmekammer 15 zur Aufnahme eines Bezugsgases, das eine vorbestimmte Sauerstoffkonzentration aufweist, wie beispielsweise Luft bei dieser Ausführungsform, aufzunehmen. Auf der ersten Feststoffelektrolytplatte 14 ist ein Abstandshalter 16 einer Dicke L angeordnet. L beträgt ungefähr 0,1 mm bei dieser Ausführungsform. Auf dem Abstandshalter 16 liegt eine zweite, Sauerstoffionen leitende Fest-Stoffelektrolytplatte 17. Diese zweite Feststoffelektrolytplatte 17, der Abstandshalter 16 und die erste Feststoffelektrolytplatte 14 wirken zusammen, um eine Testgasaufnahmekammer 18 zur Aufnahme des Abgases, das aus der Verbrennung eines Kraftstoff gemische resultiert, aufzunehmen.
Die Diffusion von Gas von und zu der Kammer 18 wird durch die sehr enge Distanz L zwischen erster und zweiter Feststoffelektrolytplatte 14 bzw. 17 begrenzt.
Auf den einander gegenüberliegenden Seiten der ersten Feststoffelektrolytplatte 14 sind eine Sensoranode 20 (oder eine Bezugselektrode), die der atmosphärischen Luft innerhalb der Bezugsgasaufnahmekammer 15 ausgesetzt ist, und eine Sensorkathode 21 (oder Meßelektrode), die dem Abgas innerhalb der Testgasaufnahmekammer 18 ausgesetzt ist, angeordnet. Die Sensorkathode und -anode 20 bzw. 21 und die erste Feststoffelektrolytplatte 14 dienen als eine Sensorzelle SC, die eine elektrische Spannung Vs erzeugt, die das Verhältnis der Sauerstoffkonzentration innerhalb des Testgases in der Kammer 18 zu jener des Bezugsgases in der Kammer 15 angibt.
Auf den einander gegenüberliegenden Seiten der zweiten
Feststoffelektrolytplatte 17 sind eine Pumpkathode 22, die dem Abgas innerhalb der Testgasaufnahmekammer 18 ausgesetzt ist, und eine Pumpanode 23, die direkt der umgebenden Abgasatmosphäre ausgesetzt ist, angeordnet. Die Pumpkathode und -anode 22 bzw. 23 und die zweite Feststoffelektrolytplatte 17 dienen als eine Pumpzelle PC, die die Zuführung und Abführung von Sauerstoff zu und von der Testgasaufnahmekammer 18 in Abhängigkeit von einem elektrischen Pumpstrom Ip beeinflußt, der zwischen der Pumpkathode und -anode 22 bzw. 23 durch die zweite Feststoffelektrolytplatte 17 fließt. Auf die Seite der Grundplatte 12, die der Platte 13 benachbart ist, ist ein Heizleiter 25 (siehe Fig. 3) aufgedruckt, der dazu bestimmt ist, die erste und die zweite Feststoffelektrolytplatte 14 bzw. 17 aufzuheizen und zu aktivieren.
Wie Fig. 3 zeigt, sind die Sensoranode 20 und die Sensorkathode 21 mit Leitungen 26 bzw. 27 verbunden. Die Pumpkathode 22 und die Pumpanode 23 sind mit Leitungen 28 bzw. 29 verbunder. Der Heizleiter 25 ist mit Leitungen 30 und 31 verbunden.
Die Grundplatte 12, die Bezugsgasaufnahmeplatte 13 und der Abstandshalter 16 bestehen aus einem wärmebeständigen isolierenden Material, wie beispielsweise Tonerde, Mullit usw. Die Feststoffelektrolytplatten 14 und 17 bestehen aus einem Sintermaterial, das man durch Verfestigung von CpO, MgO, Y2°2' YB2°3 in einern Oxvd wie Zr02> Hr02> Tn02> Bi2°3 erhält. Die Elektroden, einschließlich der Sensorkathode und -anode 20, 21 und der Pumpkathode und -anode 22 bzw. 23 enthalten Platin oder Gold als Hauptbestandteil.
Obgleich bei dieser Ausführungsform die Platten 14 und 17 nur aus einem Sauerstoffionen leitenden Feststoffelektrolyten bestehen, können sie doch auch nur teilweise aus einem Sauerstoffionen leitenden Feststoffelektrolyten bestehen derart, daß jener Teil, der zwischen den zugehöri-
gen Elektroden 20 und 21 oder 22 und 23 liegt, aus dem Sauerstoffionen leitenden Feststoffelektrolyten besteht und der übrige Teil von einem anderen hitzebeständigen Material gebildet ist.
5
Wie Fig. 4 zeigt, ist der Sauerstoffsensor 11 an seiner Sensoranode und -kathode 20 bzw. 21 mit einer elektrischen Pumpstromquellen- und Detektoreinheit 40 über die Leitungen 26 und 27 und an seiner Pumpkathode und -anode 22 bzw. 23 mit der Einheit 40 über die Leitungen 28 und 29 verbunden. Der detaillierte Aufbau der Einheit 40 ist in Fig. 5 dargestellt.
Gemäß Fig. 5 wird die elektrische Spannung Vs, die von der Sensorzelle SC hervorgebracht wird, mit einer Bezugsspannung Va mittels eines Abweichungsdetektorkreises 42 verglichen, der aus zwei Operationsverstärkern 0P4, 0P5 und Widerständen R7 bis R12 besteht. Die Bezugsspannung Va sollte auf einen Mittelwert zwischen den oberen und unteren Grenzen des Spannungssprungs der Ausgangsspannung Vs der Sensorzelle SC eingestellt sein, der stattfindet, wenn die Sauerstoffkonzentration in der Testgasaufnahmekammer 18 auf einem vorbestimmten Wert liegt. Bei dieser Ausführungsform wird die Bezugsspannung Va durch Teilen der Stromquellenspannung von 15 V durch die Widerstände R7 und R8 erhalten. Die Ausgangsspannung Vs und die Bezugsspannung Va werden dem Operationsverstärker 0P5 zugeführt, wo die Bezugsspannung Va von der Ausgangsspannung Vs abgezogen wird, um ein eine Abweichung anzeigendes Signal AVsa (AVsa = K . (Vs - Va), worin K eine Konstante ist) zu erzeugen. Das die Abweichung anzeigende Signal AVsa wird einem elektrischen Pumpstromversorgungskreis 44 zugeführt. Da die Ausgangsspannung Vs die Sauerstoffkonzentration innerhalb der Testgasaufnahmekammer 18 angibt und die Bezugsspannung Va den obenbeschriebenen vorbestimmten Wert hat, zeigt das Abweichungssignal AVsa eine Abweichung der Sauerstoffkonzentration innerhalb der Testgasaufnahmekam-
mer 18 von dem vorbestimmten Wert an.
Der elektrische Pumpstromversorgungskreis 44 regelt die Stärke und die Richtung des Pumpstromes Ip, der der Pumpzelle PC zugeführt wird, in Abhängigkeit von dem Abweichungssignal AVsa derart, daß die Abweichung ^Vsa auf Null geregelt wird, um die Ausgangsspannung Vs der Sensorzelle SC in Übereinstimmung mit dem Bezugssignal Va zu bringen. Der elektrische Stromversorgungskreis UU enthält einen Operationsverstärker 0P3, einen Widerstand R6, einen Kondensator C2 und einen komplementären Phasenumkehrungskreis, der aus Transistoren Q1, Q2 und Dioden D1, D2 besteht.
Die Stärke und die Richtung des Pumpstromes Ip wird durch einen Pumpstromdetektorkreis US ermittelt, in welchem ein Spannungsabfall über einen Widerstand R1 gemessen wird, um eine dem Pumpstrom entsprechende Spannung Vi zu erzeugen. Der Pumpstromdetektorkreis 46 besteht aus Operationsverstärkern 0P1 , 0P2, einem Kondensator C1 und Widerständen R2, R3, R4 zusätzlich zu dem obenerwähnten Widerstand R1 .
Es wird noch einmal auf Fig. U Bezug genommen. Eine elektrische Pumpspannung Vp, d.h. eine elektrische Spannung zwischen der Pumpkathode und -anode 22 bzw. 23 wird durch eine Pumpspannungsdetektoreinheit in Form eines Differenzverstärkers 50 ermittelt. Die Ausgangsspannungen Vi und Vp, die von der Pumpstromdetektoreinheit 40 und der Pumpspannungsdetektoreinheit 50 ermittelt werden, werden einer Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Signalerzeugereinheit 52 zugeführt, die einen Analogschalter 54 und einen Auswahlsignalgeneratorkreis 56 enthält. Der Auswahlsignalgeneratorkreis 56 erhält eine einem Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sollwert entsprechende Spannung Vf, die von einer Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sollwerteinstelleinheit 58 erzeugt wird, die entsprechend dem Betriebszustand der Maschine einen Luft/ Kraftstoff-Verhältnis-Sollwert ermittelt und als entspre-
chendes Spannungssignal Vf vorgibt. Der Auswahlsignalgeneratorkreis 56 erzeugt ein Auswahlsignal Sc, das "H"-Pegel (Hoch-Pegel) oder "L"-Pegel (Niedrigpegel) in Abhängigkeit von dem Sollwertsignal Vf hat. Bei dieser Ausführungsform nimmt das Sc-Signal "L"-Pegel an, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sollwertsignal Vf das stöchiometrische Verhältnis anzeigt, und nimmt "H"-Pegel an, wenn das Luft/ Kraftstoff-Verhältnis-Sollwertsignal Vf ein anderes Luft/ Kraftstoff-Verhältnis angibt. Dieses Signal Sc wird dem Analogschalter 54 zugeführt, worauf dieser die Erzeugung des den Pumpstrom angebenden Spannungssignals Vi als einem herrschenden Luft/Kraftstoff-Verhältnis entsprechenden Signal V..p erlaubt, wenn das Auswahlsignal Sc "H"-Pegel hat, und die Erzeugung der Puispspannung Vp als dem herrschenden Luft/Kraftstoff-Verhältnis entsprechenden Signal gestattet, wenn das Auswahlsignal Sc "L"-Pegel hat. Das das herrschende Luft/Kraftstoff-Verhältnis anzeigende Signal V. ,„ (Vi oder Vf) wird einer Abweichungsberechnungseinheit 60 zugeführt, die einen Differenzverstärker 62 und einen Wandler 64 enthält, der das den Sollwert anzeigende Signal Vf in eine Spannung umsetzt, die einen den zuvor erwähnten Spannungen Vi und Vp vergleichbaren Pegel hat. Dem Differenzverstärker 62 werden das das herrschende Luft/Kraftstoff-Verhältnis anzeigende Signal Vi oder Vp und das das Luft/ Kraftstoff-Sollverhältnis anzeigende Signal Vf zugeführt. Wenn nun angenommen wird, daß das Luft/Kraftstoff-Sollverhältnis auf das stöchiometrische Verhältnis eingestellt ist, dann wird Pumpspannung Vp dem Differenzverstärker 62 zugeführt, wo das das Luft/Kraftstoff-Sollverhältnis anzeigende Signal Vf von der Pumpspannung Vp abgezogen wird, um ein Abweichungssignal £V (AV = Vp - Vf) zu erzeugen. Unter der Annahme, daß das Luft/Kraftstoff-Sollverhältnis auf ein fetteres oder magereres als das stöchiomet-rische Verhältnis eingestellt ist, wird die dem Pumpstrom entsprechende Spannung Vi dem Differenzverstärker 62 zugeführt, wo das das Luft/Kraftstoff-Sollverhältnis angebende Signal Vf von der dem Pumpstrom entsprechenden Spannung Vi abgezo-
gen wird, um ein Abweichungssignal AV zu erhalten (AV = Vi - Vf). Das die Abweichung anzeigende Signal wird einer Kraftstoffmengenbestimraungseinheit 70 zugeführt, umfassend: eine eine Kraftstoffeinspritzungsgrundmenge berechnende Einrichtung 72, die ein entsprechendes Grundmengensignal Tp erzeugt, eine Rückkopplungskorrekturkoeffizientenberechnungseinrichtung 71J, wo das Abweichungssignal AV integriert wird, um einen Rückkopplungskorrekturkoeffizienten oC zu erzeugen, und eine eine Kraftstoffeinspritzendmenge berechnende Einrichtung 76, in der das Grundmengensignal Tp mit verschiedenen Korrekturkoeffizienten, einschließlich dem Koeffizienten oc zur Erzeugung eines Endmengensignals Ti korrigiert wird. Dieses Endmengensignal Ti wird einer KraftstoffZuführungseinrichtung 80, beispielsweise einer Einspritzeinrichtung zugeführt, die in der Maschinenansaugverzweigungsleitung angeordnet ist. Der Rückkopplungskorrekturkoeffizient oc wird durch arithmetische Berechnung auf der Grundlage des Abweichungssignals AV für die integrale Regelung erzeugt. Sofern gewünscht, kann der Rückkopplungskorrekturkoeffizient den Term verwenden, der durch arithmetische Operation für die Differenzregelung zur Verfügung gestellt wird, und den Term, der durch die arithmetische Operation für die Proportionalregelung zur Verfügung gestellt wird. Wie man leicht versteht, nähert sich das herrsehende Luft/Kraftstoff-Verhältnis dem Luft/Kraftstoff-Sollverhältnis mit einer Korrekturgeschwindigkeit an, die von der Größe des Abweichungssignals AV abhängig ist.
Die obige Ausführungsform wird nachfolgend unter Bezugnahme auf ihre Betriebsweise näher erläutert.
Im Betrieb führt der Pumpstromversorgungskreis 44 den elektrischen Pumpstrom Ip der Pumpzelle PC zu, um die Spannung Vs in Übereinstimmung mit der Bezugsspannung Va zu bringen. Wenn die Sauerstoffkonzentration innerhalb der Testgasaufnahmekammer 18 unter den obenerwähnten vorbestimmten Wert fällt, dann kann der elektrische Pumpstrom Ip von der Pump-
kathode 22 der Pumpzelle PC zur Pumpanode 23 in einer Richtung fließen, wie sie in Fig. 2 durch einen Pfeil IR angegeben ist, was eine Wanderung von Sauerstoffionen von der Pumpanode 23 zur Pumpkathode 22 zur Folge hat, um die Sauerstoffkonzentration innerhalb der Testgasaufnahmekammer 18 zu steigern, während, wenn die Sauerstoffkonzenträ^ tion in der Testgasaufnahmekammer 18 höher als der vorbestimmte Wert ist, der elektrische Pumpstrom Ip in Richtung von der Pumpanode 23 zur Pumpkathode 22 in einer Richtung fließt, die in Fig. 2 durch einen Pfeil I. dargestellt ist, was eine Wanderung von Sauerstoffionen von der Pumpkathode 22 zur Pumpanode 23 zur Folge hat, um die Sauerstoffkonzentration innerhalb der Testgasaufnahmekammer 18 herabzusetzen.
In dieser Ausführungsform wird die Bezugsspannung Va auf 500 mV eingestellt, um die Sauerstoffkonzentration innerhalb der Testgasaufnahmekammer 18 auf einem vorbestimmten Wert, der dem stöchiometrischen Verhältnis entspricht, zu halten. Es sei angenommen, daß Pa der Sauerstoffpartialdruck in der Bezugsgasaufnahmekammer 15 und Pb der Sauerstoffpartialdruck in der Testgasaufnahmekammer 18 sind und daß die absolute Temperatur T des Abgases 10000K betrage. Sauerstoffpartialdruckverhältnis Pb/Pa kann durch die Nernst-Gleichung errechnet werden, die Pb/Pa = 10" ergibt. Da der Sauerstoffpartialdruck Pb ungefähr 21000 Pa beträgt, läßt sich der Sauerstoffpartialdruck Pb errechnen als:
Pb = 21 χ 10"7 Pa.
Es sei nun angenommen, daß Pg der Sauerstoffpartialdruck innerhalb des umgebenden Abgases ist. Die Menge Q der Sauerstoffmoleküle O2, die in die Testgasaufnahmekammer 18 eintreten, läßt sich ausdrücken als:
Q = D (Pg - Pb),
4f
worin D der Diffusionskoeffizient ist
Da Pb ungefähr Null ist, ist
Q fti D . Pg.
Mit Hilfe des elektrischen Pumpstromes Ip wird die Menge der Sauerstoffmoleküle entsprechend der Größe von Q veranlaßt, sich in die zweite Feststoffelektrolytplatte 17 zu bewegen, um die Sauerstoffkonzentration in der Testgasaufnahmekammer 18 auf dem vorbestimmten Wert zu halten. Da Ip proportional der Menge Q ist, die als Q«D . Pg ausgedrückt werden kann, läßt sich die Stärke des Pumpstroms ausdrucken als
Ip » K1 . Pg ... (2),
worin K1 eine Konstante ist.
Die Stärke des Pumpstromes Ip ist daher proportional dem Sauerstoffpartialdruck Pg innerhalb des Abgases.
Wenn das zu ermittelnde Luft/Kraftstoff-Verhältnis mager ist (λ>1), dann werden Sauerstoffmoleküle Op aus der Testgasaufnahmekammer 18 durch Pumpen nach außen in das umgebende Abgas gefördert. Die obige Gleichung (2) bleibt daher wie sie ist.
Andererseits, wenn das zu messende Luft/Kraftstoff-Verhältnis fett ist (λ<1), dann ist die Menge der im Abgas enthaltenen Sauerstoffmoleküle sehr klein und der Sauerstoff-
-20 partialdruck Pg fällt in einen Bereich zwischen 10 bis 10" (Gleichgewichtssauerstoffpartialdruck). Unter dieser Bedingung ist im Abgas sehr viel Kohlendioxyd COp enthalten. Um die Sauerstoffpartialkonzentration innerhalb der Testgasaufnahmekammer 18 auf dem vorbestimmten Wert von 21 χ 10 Pa zu halten, darf der Pumpstrom Ip in einer Rieh-
tung fließen, die in Fig. 2 durch einen Pfeil IR angegeben ist, damit sich Sauerstoffmoleküle 0~ aus dem umgebenden Abgas in die Testgasaufnahmekammer 18 bewegen, d.h. von der Pumpanode 23 zur Pumpkathode 22. Auf der Oberfläche der Pumpanode 23, die dem umgebenden Abgas ausgesetzt ist, findet die folgende Reaktion statt:
CO2 + 2e > CO + O2".
Das Sauerstoffion 0 , das durch die obige Reaktion erzeugt wird, wird veranlaßt, durch den zweiten Feststoffelektrolyten 17 in die Testgasaufnahmekammer 18 einzutreten. Unter dieser Bedingung findet auf der Oberfläche der Pumpkathode 22 eine Reaktion wie folgt statt:
2C0 + O2 >
Der Sauerstoff Op, der sich durch Pumpen zur Pumpkathode bewegt hat, wird daher durch diese Reaktion verbraucht.
Dies bedeutet, daß die Stärke des elektrischen Pumpstrcmes Ip bei einem fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis die Menge des Sauerstoffs Op angibt, die durch diese Reaktion an der Pumpkathode 22 verbraucht wird. Die Rate der obigen Reaktion ist proportional zur Menge des in die Testgasaufnahmekammer 18 diffundierten CO. Durch die obige Reaktion wird CO ebenso verbraucht, bis der CO-Partialdruck Null wird. Die Menge Qco des CO läßt sich ausdrucken als:
Qco = D' . (Pco - 0)
= D' . Pco,
worin Pco der CO-Partialdruck im Abgas und D' ein Korrekturkoeffizient ist.
Die Menge des aus dem umgebenden Abgas gegen die Testgasaufnahmekammer 18 aufgrund des Pumpstromes Ip gepumpten
1 Op ist daher proportional der Konzentration des CO innerhalb des umgebenden Abgases.
Die Konzentration von CO (oder CO + HC) hängt eng mit dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis zusammen, wenn dieses fett ist, Die Stärke des elektrischen Pumpstromes Ip wechselt daher mit dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis und ist ein Maß dafür.
Die Spannung Vi, die von dem Pumpstromdetektorkreis 46 (siehe Fig. 5) erzeugt wird, ändert sich daher über dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis über einen weiten Bereich von fettem (X<-1) zu magerem (^>-1) Verhältnis.
Nachfolgend wird eine Erläuterung bezüglich der elektrisehen Pumpspannung Vp zwischen der Pumpanode 23 und der Pumpkathode 22 gegeben. Die Spannung Vp läßt sich ausdrucken als:
Vp = Ep + Ip . Rp . . . (3),
worin Ep die elektromotorische Kraft von PC und
Rp der Innenwiderstand von PC ist.
Die EMK Ep läßt sich durch die Nernst-Gleichung wie folgt ausdrücken:
Ep = ETMF . ln(Pg/Pb) ... (4).
Wenn, wie oben beschrieben, die Bezugsspannung Va auf 500 mV eingestellt ist, dann wird der Sauerstoffpartial-
_7
druck Pb um den vorbestimmten Wert von 21 χ 10 Pa gehalten. Der Sauerstoffpartialdruck Pg innerhalb des umgeben-
-15 den Abgases ist andererseits ungefähr 10 Pa, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis fett ist (j\< 1) und beträgt etwa 1000 Pa, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis mager Q>1) ist.
Es sei angenommen, daß T = 10000K. Die EMK Ep, die durch die Gleichung (4) angegeben wird, nimmt ungefähr die Größe - UOO mV bis - 500 mV an, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis fett ist, und nimmt eine Größe von ungefähr 400 mV bis 500 mV an, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis mager ist. Die EMK Ep ändert sich daher mit dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis (Ä'quivalenzverhältnis: X), wie in Fig. 7 gezeigt,
Der Innenwiderstand Rp ist bei gleichbleibender Temperatur unabhängig davon, ob das Luft/Kraftstoff-Verhältnis fett oder mager ist, im wesentlichen konstant. Der elektrische Pumpstrom Ip ist proportional dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis über einen weiten Bereich von der fetten Seite zur mageren Seite. Der Term Ip . Rp der Gleichung (3) variiert daher mit dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis (λ) in der gleichen Weise, wie der elektrische Pumpstrom variiert, wie Fig. 6 zeigt.
Die elektrische Fumpspannung Vp, die durch Addition von Ep zu (Ip . Rp) resultiert, wie durch die Gleichung (3) ausgedrückt, ändert sich daher über λ in der Weise, wie in Fig. 8 gezeigt. Wie man aus dem Kurvenverlauf der elektrischen Pumpspannung Vp in Fig. 8 gut erkennt, bestimmt die EMK Ep die Charakteristik in der Umgebung des stöchiometrischen Punktes (X - 1), während der Pumpstrom Ip die Charakteristik bei den anderen Luft/Kraftstoff-Verhältnissen bestimmt. Der stufenförmige Übergang der elektrischen Pumpspannung Vp nahe dem stöchiometrisehen Punkt bewirkt eine gesteigerte Genauigkeit und ein besseres Ansprechen auf die Stöchiometrie Ck- 1), weil die EMK Ep durch den Sauerstoffpartialdruck nahe der Pumpanode 23 erzeugt wird, die direkt dem Umgebungsabgas ausgesetzt ist.
Aufgrund der Tatsache, daß der Innenwiderstand Rp sich mit der Temperatur ändert, könnte die elektrische Pumpspannung Vp nicht dazu verwendet werden, das Luft/Kraftstoff-Verhältnis außerhalb der Stöchiometrie anzuzeigen, es sei
denn, man würde durch eine genaue Regelung der Temperatur diese konstant halten.
Gemäß Fig. 4 bewirkt der Auswahlsignalgeneratorkreis 56, daß der Analogschalter 54 die den elektrischen Pumpstrom anzeigende Spannung Vi als das Luft/Kraftstoff-Verhältnis anzeigende Signal dem Differenzverstärker 62 zuführt, wenn das Luft/Kraftstoff-Sollverhältnis abweichend vom stöchiometrischerj Verhältnis eingestellt wird. Mit diesem Spannung3Signal Vi wird die Genauigkeit der Ermittlung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses über einen weiten Bereich von fett zu mager mit Ausnahme der Stcchiometrie gesteigert, wodurch die Genauigkeit verbessert wird, mit der das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in Übereinstimmung mit einem Sollverhältnis gebracht wird.
Wenn das Luft/Kraftstoff-Sollverhältnis auf Stöchiometrie eingestellt wird, dann bewirkt der Auswahlsignalgeneratorkreis 56, daß der Analogschalter 54 die elektrische Pump-Spannung Vp als das das Luft/Kraftstoff-Verhältnis angebende Signal cem Differenzverstärker 62 zuführt. Mit der stufenförmiger. Charakteristik der elektrischen Pumpspannung nahe dem stöchiometrischen Punkt wird die Genauigkeit und das Ansprechen beim Hinführen des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses auf das stöchiometrische Verhältnis verbessert.
Man sieht hieraus, daß die vorliegende Erfindung eine Rückkopplungsregelung verbesserter Genauigkeit beim Hinführen des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses auf ein Sollverhältnis innerhalb eines weiten Eereiches außerhalb der Stöchiometrie schafft und eine Rückkopplungsregelung gesteigerter Genauigkeit und verbesserten Ansprechverhaltens bei Stöchiometrie schafft, wenn immer es verlangt wird, die Abgasemissionen durch Steigerung der Konversionsrate innerhalb eines katalytischen Dreifachkonverters der Maschine zu verringern.
1 Obgleich bei der ersten Ausführungsforrn die den elektrischen Pumpstrom anzeigende Spannung Vi durch die Pumpspannung Vp ersetzt wird, wenn das Luft/Kraftstoff-Sollverhältnis auf das stöchiometrische Verhältnis gesetzt wird, kann doch ein das Luft/Kraftstoff-Verhältnis anzeigendes Signal durch einen Versatz zu der den Pumpstrom anzeigenden Spannung Vi in Abhängigkeit von dem Ergebnis eines Vergleiches der Pumpspannung Vp mit einem vorbestimmten Wert gegeben werden. Dies wird nachfolgend unter Bezugnahme auf das zweite Ausführungsbeispiel erläutert.
Das zweite Ausführungsbeispiel wird in Verbindung mit den Figuren 2, 3 und 6 bis 11 erläutert.
In Fig. 9 ist eine Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Ermittlungsvorrichtung, die einen Sauerstoffsensor 11 nach den Figuren 2 und 3 enthält, dargestellt.
Gemäß Fig. 9 werden eine Ausgangsspannung Vs einer Sensorzelle SC eines Sauerstoff sensors 11 (siehe Fig. 3-1 und eine Bezugsspannung Va einem Differenzverstärker 90 zugeführt, wo Va von Vs abgezogen wird, um ein die Abweichung anzeigendes Signal AVsa am Ausgang zu erzeugen.
Das die Abweichung anzeigende Signal AVsa wird einem Punpstromversorgungskreis 92 zugeführt, der die Stärke und die Richtung eines elektrischen Pumpstromes Ip regelt, der einer Pumpzelle PC des Sauerstoffsensors 11 so zugeführt wird, daß die Abweichung auf Null verringert wird und scmit die Spannung Vs in Übereinstimmung mit der Bezugsspannung Va gebracht wird (Vs = Va). Der detaillierte Aufbau wird später unter Bezugnahme auf Fig. 10 erläutert.
Der elektrische Pumpstrom Ip, der von dem Pumpstromversorgungskreis 92 der Pumpanode 23 zugeführt wird, wird als Spannung über einem Widerstand 94 mittels eines Differenzverstärkers 96 gemessen, der diese Spannung als ein einen
elektrischen Pumpstrom anzeigendes Spannungssignal Vi erzeugt.
Um eine elektrische Pumpspannung Vp mit einer Bezugsspannung Vb (Vb = 0 V bei dieser Ausführungsform) zu vergleichen, ist ein Komparator 98 vorgesehen. Der Komparator 98 ermittelt, ob die Pumpspannung Vp größer oder kleiner als die Bezugsspannung Vb ist. Da bei dieser Ausführungsform Vb = 0 ist, erzeugt der Komparator 98 eine vorbestimmte positive Spannung +Vc, wenn Vp größer als Null ist, während er eine vorbestimmte negative Spannung -Vc erzeugt, wenn Vp kleiner als Null ist.
Ein Signalerzeugungskreis 100, der eine einen Versatz anzeigende Spannung erzeugt, wird durch die Serienschaltung von Widerständen 102, 104 gebildet, die einen Spannungsteiler bilden. Wenn +Vc von dem Kreis 98 erzeugt wird, dann teilt der Kreis 100 diese Spannung +Vc und erzeugt eine erste Versetzspannung +Vo. Wenn -Vc von dem Kreis 98 erzeugt wird, dann "teilt der Kreis 100 diese Spannung -Vc und erzeugt, eine zweite Versatzspannung -Vo.
Weiterhin ist eine Addierstufe 106 vorgesehen, wo die erste oder die zweite Versatzspannung +Vo bzw. -Vo zu der Spannung Vi addiert wird, die von dem Differenzverstärker 37 erzeugt wird, und das Ergebnis wird als ein das Luft/ Kraftstoff-Verhältnis anzeigendes Signal V. .p abgegeben.
Der Aufbaj des Pumpstromversorgungskreises 92 wird nun unter Bezugnahme auf Fig. 10 erläutert.
Der Pumpstromversorgungskreis 92 enthält einen Negativkoeffizient-Integrierkreis 110, der die Abweichung /iVsa integriert, um ein Integral Vd zu erzeugen, und einen Spannungs/ Strom-Wandlerkreis 112. Der Integrierkreis 110 enthält einen Widerstand 114, einen Kondensator 116 und einen Operationsverstärker 118. In dem Integrierkreis 110 wird das
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Integral Vd durch Integrieren der Abweichung ^Vsa erzeugt (Vd = -KjAVsa . dt, wobei K eine positive Konstante ist1. Der Spannungs/Strom-Wandlerkreis 112 enthält einen Operationsverstärker 120, einen Widerstand 122 und einen Differenzverstärker 124. Der Differenzverstärker 124 ermittelt die der Stärke des Pumpstroms Ip entsprechende Spannung über dem Widerstand 122 und erzeugt ein Ausgangssignal. Bei Empfang dieses Ausgangssignals des Differenzverstärkers und des Integrals Vd regelt der Operationsverstärker 120 die Stärke und die Richtung des Pumpstromes Ip in Abhängigkeit der Eingangssignale.
Die Wirkungsweise dieser zweiten Ausführungsform versteht man sehr leicht aus der folgenden Beschreibung. 15
Die elektrische Pumpspannung Vp ändert sich sehr stark am stöchiometrischen Punkt, wie in Fig. 8 gezeigt. Der Komparator 98 nach Fig. 9 ermittelt daher die Stöchiotnetrie (A= 1), wo die Pumpspannung Vp sich stark ändert, nach Vergleich der Pumpspannung Vp mit der Bezugsspannung Vt (Vb = 0). Der Generatorkreis 100, der die den Versatz anzeigende Spannung erzeugt, gibt die positive Spannung +Vo ab, die in der Addierstufe 106 zu der den elektrischen Pumpstrom entsprechenden Spannung Vi hinzuaddiert wird, wenn die Pumpspannung Vp größer als Null ist, während er die negative Spannung -Vo an die Addierstufe 106 abgibt, wenn die Pumpspannung Vp kleiner als Null ist. Da iiese Addition in Abhängigkeit von der schrittartigen Änderung der Pumpspannung Vp ausgeführt wird, ergibt das von der Addierstufe 106 abgegebene, das Luft/Kraftstoff-Vehältnis anzeigende Signal V.,p eine gesteigerte Genauigkeit und ein verbessertes Ansprechverhalten bei der Ermittlung der Stöchiometrie.
Wie Fig. 11 zeigt, ändert sich der Ausgang V.,„ der Addierstufe 106 stufenförmig (in EIN/AUS-Art) am stöchiometrischen Punkt (λ= 1) und ändert sich kontinuierlich bei den
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anderen Luft/Kraftstoff-Verhältnissen.
Obgleich in der zweiten Ausführungsform die Bezugsspannung Vb auf 0 V gesetzt ist, ist doch diese Vorgabe nicht auf 0 V beschränkt. Im Falle, wo die Pumpspannung Vp ohne jegliche Modifikation verwendet wird, kann jeder Wert zwischen - 300 mV und + 300 mV als Bezugsspannung Vb verwendet werden. Im Falle, wo die Pumpspannung Vp verstärkt oder einer Vorspannung überlagert wird, sollte der Bezugswert, der die Modifikation oder Vorspannung enthält, als Bezugsspannung Vb vorgegeben werden.
Obgleich in der zweiten Ausführungsform die ersten und zweiten Spannungen +Vo und -Vo die gleiche Größe haben, können sie auch unterschiedlich sein, auch kann eine von ihnen auf 0 V gesetzt sein. Auch brauchen die beiden ersten und zweiten Spannungen nicht unterschiedliche Polaritäter, zu haben, es können auch gleiche Polaritäten verwendet werden, wenn die Polarität am Eingangsanschluß der Addierstufe in bezug auf die eine der Spannungen ungekehrt wird, um eine Subtraktion dieser Spannung von der dem Pumpstroir entsprechenden Spannung Vi auszuführen.
Auch kann in den ersten und zweiten Ausführungsformen der in den Figuren 2 und 3 dargestellte Sauerstoffsensor durch einen modifizierten Sauerstoffsensor nach Fig. 12 ersetzt werden.
Dieser modifizierte Sauerstoffsensor 11A wird nun unter Bezugnahme auf Fig. 12 erläutert. Dieser Sauerstoffsensor 11A hat im wesentlichen denselben Aufbau wie der vorangehend beschriebene Sauerstoffsensor 11 mit der Ausnahme, daß zwischen die erste Feststoffelektrolytplatte 14 und die zweite Feststoffelektrolytplatte 17 ein Abstandshalter 130 eingefügt ist, der eine fensterartige Öffnung 130a aufweist, und ein kleines Loch 132 sich durch die Pumpkathode 22 erstreckt und der zweite Feststoffelektrolyt 17 und die
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35155B8
Purapanode 23 als Mittel zur Begrenzung der Gasdiffusion dienen. Die Feststoffelektrolytplatten 1^ und 17 und der Abstandshalter 130 begrenzen zusammen innerhalb der fensterartigen Öffnung 130a eine Testgasaufnahmekammer 18, die über das Loch 132 mit dem umgebenden Abgas in Verbindung steht. Die Betriebsweise dieses Sauerstoffsensors ist die gleiche wie die des vorausgehend beschriebenen Sauerstoff sensors 11 .
Als Mittel zur Begrenzung der Gasdiffusion kann ein poröses Material verwendet werden. Obgleich in den beschriebenen Ausführungsformen die atmosphärische Luft als Bezugsgas verwendet wird, kann auch ein anderes kalibriertes Gas, das eine vorbestimmte Sauerstoffkonzentration enthält, eingesetzt werden.
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Claims (1)

  1. GRÜNECKER. KINKELDEY. STOCKMAIR & fARTN£*R - . . PATENTANWÄLTE V-
    PATENT ANWAL DC Λ STOC. i-MA'K f>K κ SC", F-H Λ-ΟΕ- L'F» O BEZ- -^I ' - ■ Λ ME JT'Ef· ntT^t^F R-PLA-M Dr, M BOf BODEN··; .1JSE
    P 19 548-514/tc
    Nissan Motor Co., Ltd.
    No. 2, Takara-cho, Kanagawa-ku, Yokohama City, Japan
    Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Detektor und diesen enthaltendes Regelsystem
    Patentansprüche
    1. Vorrichtung zum Ermitteln des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses eines Kraftstoffgemischs durch Messung im Abgas, nr- das durch die Verbrennung des Kraf tstof fgemischs erzeugt wird, gekennzeichnet durch
    Einrichtungen (14, 16, 17) zum Ausbilden einer Testgasaufnahmekammer (18), die zur Aufnahme des Abgases bestimmt
    30 iSt'
    eine Einrichtung (L) zum Begrenzen der Diffusion von Gas von der und in die Testgasaufnahmekammer (18),
    Einrichtungen (13, 13a, 14) zum Ausbilden einer Bezugsgasaufnahmekammer (15), die zur Aufnahme eines Bezugsgases bestimmt ist,
    ORIGINAL INSPECTED
    eine Einrichtung (SC) zum Erzeugen eines ein Sauerstoffverhältnis anzeigenden Signals (Vs), das das Verhältnis der Sauerstoffkonzentration in der Testgasaufnahmekammer (18) zu jener in der Bezugsgasaufnahmekammer (15) angibt,
    eine auf das jenes Sauerstoffverhältnis angebende Signal (Vs) ansprechende Einrichtung (0P5) zum Errechnen einer Abweichung des das Sauerstoffverhältnis angebenden Signals (Vs) von einem Bezugswert (Va) und zum Erzeugen eines die Abweichung anzeigenden Signals
    eine Einrichtung (PC), enthaltend einen Sauerstoffionen leitenden Feststoffelektrolyten (17) mit einer Pumpkathode (22) und einer Pumpanode (23) darauf zum Regeln der Zufuhr und Abfuhr von Sauerstoff zu und von der Testgasaufnahmekammer (18) in Abhängigkeit von einem elektrischen Pumpstrom (Ip), der zwischen der Pumpkathode (22) und der Pumpanode (23) durch den Sauerstoffionen leitenden Feststoffelektrolyten (17) fließt,
    eine Einrichtung (44) zum Regeln der Stärke und des Vorzeichens des elektrischen Pumpstromes (Ip) in Abhängigkeit von dem die Abweichung anzeigenden Signal (ZkVsa) derart, daß die Abweichung auf Null verringert wird,
    eine Einrichtung (46) zum Messen der Stärke des Pumpstromes (Ip) und zum Erzeugen eines den Pumpstrom anzeigenden Signals (Vi),
    eine Einrichtung (50) zum Messen einer elektrischen Pumpspannung, die an Pumpkathode (22) und Pumpanode (23) angelegt ist und zum Erzeugen eines die Pumpspannung anzeigenden Signals (Vp), und
    eine Einrichtung (52) zur Aufnahme des den Pumpstrom anzeigenden Signals (Vi) und des die Pumpspannung anzeigenden Signals (Vp) zum Erzeugen eines ein Luft/Kraftstoff-
    Verhältnis anzeigenden Signals (V. ,p), das das Luft/Kraftstoff-Verhältnis anzeigt.
    2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die das Luft/Kraftstoff-Verhältnis anzeigende Signal (V.,p) erzeugende Einrichtung (52) enthält:
    eine Einrichtung (54), die es erlaubt, daß das die Pumpspannung anzeigende Signal (Vp) als das das Luft/Kraftstoff-Verhältnis anzeigende Signal erzeugt wird, wenn Stöchiometrie ermittelt werden soll, und das den elektrischen Pumpstrom anzeigende Signal als das Luft/Kraftstoff-Verhältnis anzeigende Signal erzeugt wird, wenn ein vom Stöchiometrischen abweichendes Luft/Kraftstoff-Verhältnis ermittelt werden soll.
    3. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Einrichtung zur Erzeugung des das Luft/Kraftstoff-Verhältnis anzeigenden Signals enthält:
    eine Einrichtung zum Vergleich des die elektrische Pumpspannung anzeigenden Signals (Vi) mit einem zweiten Bezugswert und zum Erzeugen eines das Vergleichsergebnis anzeigenden Signals,
    eine Einrichtung, die auf das das Vergleichsergebnis anzeigende Signal anspricht und ein einen Versatz anzeigendes Signal erzeugt, und
    eine Einrichtung zum Kombinieren des den Versatz anzeigenden Signals mit dem den Pumpstrom anzeigenden Signal zum Erzeugen des das Luft/Kraftstoff-Verhältnis anzeigenden Signals als Ergebnis.
    H. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch g e k e η η zed chnet , daß die Kombinationseinrichtung eine Addierstufe (106) enthält.
    5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß eine Einrichtung zum Erzeugen eines ein Luft/Kraftstoff-Sollverhältnis anzeigenden Signals vorgesehen ist, und daß die Einrichtung, die das das Luft/ Kraftstoff-Verhältnis anzeigende Signal erzeugt, eine Einrichtung enthält, die es zuläßt, daß das die Pumpspannung anzeigende Signal als das das Luft/Kraftstoff-Verhältnis anzeigende Signal erzeugt wird, wenn das das Luft/Kraftstoff-Sollverhältnis anzeigende Signal Stöchiometrie angibt, und es erlaubt, daß das den elektrischen Pumpstrom anzeigende Signal als das das Luft/Kraftstoff-Verhältnis anzeigende Signal erzeugt wird, wenn ein anderes als das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis angegeben ist.
    6. System zum Regeln des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses eines einer Maschine zugeführten Kraftstoffgemischs, gekennzeichnet durch
    eine Einrichtung zum Ermitteln eines Luft/Kraftstoff-SoIl-Verhältnisses entsprechend der Maschinenbetriebsbedingung und zum Erzeugen eines das Luft/Kraftstoff-Sollverhältnis anzeigenden Signals,
    eine Einrichtung zum Ausbilden einer Testgasaufnahmekammer zur Aufnahme des Abgases, das aus der Verbrennung des Luft/ Kraftstoff-Verhältnisses in der Maschine entsteht,
    eine Einrichtung zum Begrenzen der Diffusion von Gas aus der und in die Testgasaufnahmekammer, 30
    eine Einrichtung zum Ausbilden einer Bezugsgasaufnahmekammer zur Aufnahme von Umgebungsluft,
    eine Einrichtung zum Erzeugen eines ein Sauerstoffverhältnis anzeigenden Signals, das das Verhältnis der Sauerstoffkonzentration innerhalb der Testgasaufnahmekammer zu jener in der Bezugsgasaufnahmekammer angibt,
    eine auf das das Sauerstoffverhältnis anzeigende Signal ansprechende Einrichtung zum Errechnen einer Abweichung des das Sauerstoffverhältnis anzeigenden Signals von einem Bezugswert und zum Erzeugen eines eine Abweichung anzeigenden Signals,
    eine Einrichtung, enthaltend einen Sauerstoffionen leitenden Feststoffelektrolyten, der eine Pumpkathode und eine Pumpanode darauf enthält, zum Regulieren der Zuführung und Abführung von Sauerstoff zu und von der Testgasaufnahmekammer in Abhängigkeit von einem elektrischen Pumpstrom, der von der Pumpkathode zur Pumpanode durch den Sauerstoffionen leitenden Feststoffelektrolyten fließt,
    eine Einrichtung zum Regeln der Stärke und der Richtung des elektrischen Pumpstromes in Abhängigkeit von dem die Abweichung anzeigenden Signal derart, daß die Abweichung auf Null reduziert wird,
    eine Einrichtung zum Ermitteln der Stärke des Pumpstrorces und zum Erzeugen eines den Pumpstrom anzeigenden Signals,
    eine Einrichtung zum Messen einer elektrischen Pumpspannung, die an die Pumpkathode und Pumpanode angelegt ist und zum Erzeugen eines die Pumpspannung anzeigenden Signals, und
    eine Einrichtung zur Entgegennahme der den Pumpstrom und die Pumpspannung anzeigenden Signale zur Erzeugung eines ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis anzeigenden Signals. 30
    7. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Erzeugung eines ein Luft/ Kraftstoff-Verhältnis anzeigenden Signals enthält:
    eine Einrichtung, die es gestattet, daß das die Pumpspannung anzeigende Signal als das das Luft/Kraftstoff-Verhältnis anzeigende Signal erzeugt wird, wenn das Luft/Kraft-
    INSPECTED
    stoff-Sollverhältnis anzeigende Signal Stöchiometrie anzeigt, und es erlaubt, daß das den Pumpstrom anzeigende Signal als das das Luft/Kraftstoff-Verhältnis anzeigende Signal erzeugt wird, wenn das das Luft/Kraftstoff-Sollverhältnis anzeigende Signal ein anderes als das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis anzeigende Signal anzeigt.
    8. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich η e t , daß die Einrichtung, die das das Luft/Kraftstoff-Verhältnis anzeigende Signal erzeugt, enthält:
    eine Einrichtung zum Vergleich des die Pumpspannung anzeigenden Signals mit einem zweiten Bezugswert und zum Erzeugen eines das Vergleichsergebnis anzeigenden Signals,
    eine auf das das Vergleichsergebnis anzeigende Signal ansprechende Einrichtung zum Erzeugen eines einen Versatz anzeigenden Signals, und
    eine Einrichtung zum Kombinieren des den Versatz anzeigenden Signals mit dem den Pumpstrom anzeigenden Signal und zum Erzeugen des Ergebnisses als das das Luft/Kraftstoff-Verhältnis anzeigende Signal.
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