DE3515588C2

DE3515588C2 -

Info

Publication number: DE3515588C2
Application number: DE3515588A
Authority: DE
Inventors: Tsuyoshi Ina Jp Kitahara
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1984-05-01
Filing date: 1985-04-30
Publication date: 1988-04-07
Also published as: DE3515588A1; US4658790A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Ermitteln des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses eines Luft/Kraftstoff-Gemischs durch Messung im Abgas, das durch die Verbrennung des Luft/Kraftstoff-Gemischs erzeugt wird und Sauerstoff und Verbrennungsprodukte enthält, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine solche Vorrichtung ist aus der älteren europäischen Patentanmeldung 8 51 01 778.0, die am 28. 08. 1985 unter der Nummer 01 52 942 veröffentlicht worden ist, beschrieben.

Die dort dargestellte Vorrichtung enthält eine sauersoffionenleitende Feststoffelektrolytplatte, die auf einer ersten Seite eine atmosphärische Luft aufnehmende Kammer und auf ihrer zweiten Seite eine Gasprobenaufnahmekammer begrenzt, die mit dem Abgas in Verbindung steht. Es ist eine Einrichtung vorgesehen, die die Gasdiffusion in und aus der Gasprobenaufnahmekammer begrenzt. Eine Sensorkathode ist an der Elektrolytplatte in der Luftaufnahmekammer angeordnet. Eine Sensoranode, die der Gasprobe ausgesetzt ist, befindet sich auf der ersten Seite der Elektrolytplatte. Es sind Einrichtungen vorgesehen, die eine elektrische Spannung zwischen der Sensoranode und der Sensorkathode mit einer Bezugsspannung vergleichen und ein eine Abweichung anzeigendes Signal erzeugen. Weiterhin ist eine Einrichtung vorgesehen, die die Zuführung und Abführung von Sauerstoff zu und von der Gasprobenaufnahmekammer beeinflußt, indem die Stärke und die Richtung eines elektrischen Pumpstroms in Abhängigkeit von dem Abweichungssignal so verändert wird, daß letztgenanntes Signal vermindert wird. Eine Einrichtung ermittelt die Stärke des Pumpstromes und erzeugt ein entsprechendes Signal.

Aus der US-PS 35 14 377 ist eine Vorrichtung zum Messen des Sauerstoffgehalts in einer Abgasmischung bekannt, bestehend aus einem festen Elektrolyten, der eine in einer Rohrleitung angeordnete zylindrische Kammer ausbildet, die an ihrer Innen- und ihrer Außenseite Anoden- und Kathodenelektroden trägt, von innen mit einem Vergleichsgas durchspült und von außen mit dem zu messenden Gas umspült ist. Mit Hilfe einer solchen Zelle kann, wie dort beschrieben, aufgrund der Sauerstoffionenwanderungsmöglichkeit durch den Feststoffelektrolyten der Sauerstoffgehalt in dem umgebenden Abgas beeinflußt werden, indem durch entsprechende Polarisierung der an die Elektroden angelegten Spannung durch den Feststoffelektrolyten hindurch Sauerstoff aus dem umgebenden Abgas entzogen oder in dieses eingeleitet werden kann.

Aus der hinsichtlich der Neuheit des Anmeldungsgegenstandes zum Stand der Technik zählenden DE 32 39 850 A1 ist eine Vorrichtung zur Feststellung eines nichtstöchiometrischen Kraftstoff/Luft-Verhältnisses bekannt, enthaltend ein sauerstoffempfindliches Element mit einer sauerstoffleitenden, für Gase undurchlässigen Festelektrolytschicht, auf diese aufgelegte erste und zweite Elektrodenschichten, eine erste, die erste Elektrodenschicht eng überdeckende Gasdiffusionsschicht mit einem relativ niedirgen Widerstand gegen Gasdurchtritt und eine zweite, die zweite Elektrodenschicht eng überdeckende Gasdiffusionsschicht mit relativ hohem Widerstand gegen Gasdurchtritt. Als Material für wenigstens die erste der beiden Elektrodenschichten wird ein Katalysatormetall, z. B. Platin, verwendet.

Aus der hinsichtlich der Neuheit des Anmeldungsgegenstandes ebenfalls zum Stand der Technik zählenden DE 34 45 727 A1 ist ein Luft/Kraftsoffverhältnis-Detektor bekannt, der ein eindeutiges Ausgangsmaterial für sowohl einen kraftstoffreichen als auch einen kraftstoffarmen Bereich liefern kann, bestehend aus einem elektrochemischen Zellen-Sensorelement, das durch eine Sauerstoffkonzentrationsdifferenz aktiviert wird. Dieses enthält einen Festelektrolyten, der auf beiden Seiten eine poröse Elektrode aufweist, ein Festelektrolyt-Sauerstoff-Pumpelement, auf dem ebenfalls auf beiden Seiten eine poröse Elektrode ausgebildet ist, und ein Sauerstoff-Bezugselement mit einer auf einer Seite eines aus einem Luftdurchlässigen Element gebildeten Substrats ausgebildeten Metalloxydhalbleiterschicht. Das Sensorelement und das Pumpelement stehen mit einem kleinen Spalt einander gegenüber, eine zur Atmospähre oder Außenluft hin offene Luftkammer ist zwischen der Seite des Pumpelements, die von der dem kleinen Spalt zugewandten Seite abgewandt ist, und der Seite des Bezugselements, die von der die Metalloxydhalbleiterschicht aufweisenden Seite abgewandt ist, ausgebildet. Das Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist sowohl mittels einer durch das Sauerstoffbezugselement herbeigeführten Änderung der elektrischen Eigenschaften als auch mittels eines Ausgangssignals, das durch mindestens die elektromotorische Kraft des Sensorelementes und/oder durch einen durch das Pumpelement fließenden Pumpstrom geliefert wird, meßbar.

Aus der JP-OS 56-89 051 ist ein Sauerstoffsensor bekannt, der in Fig. 1 der Zeichnungen dargestellt ist. Dieser besteht aus einem Träger 2 aus Tonerde, einer Bezugselektrode 3 auf dem Träger 2, einem sauerstoffionenleitenden festen Elektrolyten 4, der mit dem Träger 2 zusammenwirkt, um die Bezugselektrode 3 einzuschließen, und einer Meßelektrode 5, die den festen Elektrolyten 4 zusammen mit der Bezugselektrode 3 zwischen sich einschließt. Die oben beschriebenen Elemente sind von einer Schutzschicht 6 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 Is wird dem Sauerstoffsensor 1 zugeführt, um eine Wanderung von Sauerstoffionen durch den festen Elektrolyten 4 hervorzurufen, was zur Erzeugung eines Bezugssauerstoffpartialdrucks an der Bezugselektrode 3 und einen Sauerstoffpartialdruck Pb des Abgases an der Meßelektrode 5 führt. Infolge der Sauerstoffpartialdrücke Pa und Pb wird eine elektromotorische Kraft erzeugt, die sich bei einem vorbestimmten Luft/Kraftstoff-Verhältnis spontan ändert. Das Luft/Kraftstoff-Verhältnis, wo sich die elektromotorische Kraft schlagartig ändert, variiert allerdings mit der Stärke des elektrischen Stroms Is.

Die elektromotorische Kraft wird als Sensorausgangsspannung Vs vom Sensor abgenommen. Da die Charakteristik der Sensorausgangsspannung 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 der eingangs genannten Art 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, sich jedoch bei einem vorbestimmten Luft/Kraftstoff-Verhältnis schnell ändert, um einerseits das Ansprechverhalten einer entsprechenden Regelung zur Nachstellung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses zu erhöhen, ohne jedoch die Genauigkeit nachteilig zu beeinflussen.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung und ein Regelsystem 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;

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 _A/F über dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis, und

Fig. 12 einen Schnitt durch einen modifizierten Sauerstoffsensor.

Die Fig. 2 bis 7 zeigen eine erste Ausführungsform nach der vorliegenden Erfindung. Die Fig. 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 13 a, 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 13 a 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 Feststoffelektrolytplatte 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 Kraftstoffgemisches 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 Bezugsaufnahmekammer 15 ausgesetzt ist, und eine Sensorkathode 21 (oder Meßelektrode), die dem Abgas innerhalb der Testgasaufnahmekammer 18 ausgesetzt ist, angeordnet. Die Sensorkathode und -anode 20 bwz. 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 mti Leitungen 26 bzw. 27 verbunden. Die Pumpkathode 22 und die Pumpanode 23 sind mit Leitungen 28 bzw. 29 verbunden. Der Heizleiter 25 ist mit Leitungen 30 und 31 verbunden.

Die Grundplatte 12, die Bezugsaufnahmeplatte 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 C₂O, MgO, Y₂O₂, YB₂O₃ in einem Oxyd wie ZrO₂, HrO₂, ThO₂, Bi₂O₃ erhält. Die Elektroden, einschließlich der Sensnorkathode 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 Festoffelektrolyten bestehen, können sie doch auch nur teilweise aus einen Sauerstoffionen leitende Feststoffelektrolyten bestehen derart, daß jener Teil, der zwischen den zugehörigen 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.

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 Sesnorzelle SC hervorgebracht wird, mit einer Bezugsspannung Va mittels eines Abweichungsdetektorkreises 42 verglichen, der aus zwei Operationsverstärkern OP 4, OP 5 und Widerständen R 7 bis R 12 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 R 7 und R 8 erhalten. Die Ausgangsspannung Vs und die Bezugsspannung Va werden dem Operationsverstärker OP 5 zugeführt, wo die Bezugsspannung Va von der Ausgangsspannung Vs abgezogen wird, um ein eine Abweichung anzeigendes Signal Δ Vsa (Δ Vsa = K · (Vs-Va), worin K eine Konstante ist) zu erzeugen. Das die Abweichung anzeigende Signal Δ Vsa 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 Δ Vsa eine Abweichung der Sauerstoffkonzentration innerhalb der Testgasaufnahmekammer 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 Δ Vsa derart, daß die Abweichung Δ Vsa auf Null geregelt wird, um die Ausgangsspannung Vs der Sesnorzelle SC in Übereinstimmung mit dem Bezugssignal Va zu bringen. Der elektrische Stromversorgungskreis 44 enthält einen Operationsverstärker OP 3, einen Widerstand R 6, einen Kondensator C 2 und einen komplementären Phasenumkehrungskreis, der aus Transistoren Q 1, Q 2 und Dioden D 1, D 2 besteht.

Die Stärke und die Richtung des Pumpstromes Ip wird durch einen Pumpstromdetektorkreis 46 ermittelt, in welchem ein Spannungsabfall über einen Widerstand R 1 gemessen wird, um eine dem Pumpstrom entsprechende Spannung Vi zu erzeugen. Der Pumpstromdetektorkreis 46 besteht aus Operationsverstärkern OP 1, OP 2, einem Kondensator C 1 und Widerständen R 2, R 3, R 4 zusätzlich zu dem obenerwähnten Widerstand R 1.

Es wird noch einmal auf Fig. 4 Bezug benommen. 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 ermittel 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/Kraftfstoff-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 entsprechendes 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 _A/F erlaubt, wenn das Auswahlsignal Sc "H"-Pegel hat, und die Erzeugung der Pumpspannung 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 _A/F (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 Δ V (Δ V = Vp-Vf) zu erzeugen. Unter der Annahme, daß das Luft/Kraftstoff-Sollverhältnis auf ein fetteres oder magereres als das stöchiometrische 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 abgezogen wird, um ein Abweichungssignal Δ V zu erhalten ( Δ V = Vi-Vf). Das die Abweichung anzeigende Singal Δ V wird einer Kraftstoffmengenbestimmungseinheit 70 zugeführt, umfassend: eine eine Krafstoffeinspritzungsgrundmenge berechnende Einrichtung 72, die ein entsprechendes Grundmengensignal Tp erzeugt, eine Rückkopplungskorrekturkoeffizientenberechnungseinrichtung 74, wo das Abweichungssignal Δ V integriert wird, um einen Rückkopplungskorrekturkoeffizienten α zu erzeugen, und eine eine Kraftstoffeinspritzendmenge berechnende Einrichtung 76, in der das Grundmengensignal Tp mit verschiedenen Korrekturkoeffizienten, einschließlich dem Koeffizienten α 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 α wird durch arithmetische Berechnung auf der Grundlage des Abweichungssignals Δ V 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 herrschende Luft/Kraftstoff-Verhältnis dem Luft/Kraftstoff-Sollverhältnis mit einer Korrekturgeschwindigkeit an, die von der Größe des Abweichungssignals Δ V 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 elektrischen Pumpstrom Ip von der Pumpkathode 22 der Pumpzelle PC zur Pumpanode 23 in einer Richtung fließen, wie sie in Fig. 2 durch einen Pfeil I _R 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 Sauerstoffkonzentration 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 _L 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 Bezugspannung 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 Bezugsaufnahmekammer 15 und Pb der Sauerstoffpartialdruck in der Testgasaufnahmekammer 18 sind und daß die absolute Temperatur T des Abgases 1000°K betrage. Sauerstoffpartialdruckverhältnis Pb/Pa kann durch die Nernst-Gleichung errechnet werden, die Pb/Pa = 10^-10 ergibt. Da der Sauerstoffpartialdruck Pb ungefähr 21 000 Pa beträgt, läßt sich der Sauerstoffpartialdruck Pb errechnen als:

Pb = 21 × 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),

worin D der Diffusionskoeffizient ist.

Da Pb ungefähr Null ist, ist

Q ≈ 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 ausdrücken als

Ip ≈ K 1 · Pg, (2)

worin K 1 eine Konstante ist.

Die Stärke des Pumpstroms Ip ist daher proportional dem Sauerstoffpartialdruck Pg innerhalb des Abgases.

Wenn das zu ermittelnde Luft/Kraftstoff-Verhältnis mager ist (λ < 1), dann werden Sauerstoffmoleküle O₂ 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 Sauerstoffpartialdruck Pg fällt in einem Bereich zwischen 10^-20 bis 10^-25 (Gleichgewichtssauerstoffpartialdruck). Unter dieser Bedingung ist im Abgas sehr viel Kohlendioxyd CO₂ enthalten. Um die Sauerstoffpartialkonzentration innerhalb der Testgasaufnahmekammer 18 auf dem vorbestimmten Wert von 21 × 10^-7 Pa zu halten, darf der Pumpstrom Ip in einer Richtung fließen, die in Fig. 2 durch einen Pfeil I _R angegeben ist, damit sich Sauerstoffmoleküle O₂ 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 + O^2-.

Das Sauerstoffion O^2-, 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:

2CO + O₂ → 200₂.

Der Sauerstoff O₂, der sich durch Pumpen zur Pumpkathode 22 bewegt hat, wird daher durch diese Reaktion verbraucht. Dies bedeutet, daß die Stärke des elektrischen Pumpstromes Ip bei einem fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis die Menge des Sauerstoffs O₂ 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 ausdrücken 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 O₂ 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 fetten λ < 1) zu mageren λ < 1) Verhältnis.

Nachfolgend wird eine Erläuterung bezüglich der elektrischen Pumpspannung Vp zwischen der Pumpanode 23 und der Pumpkathode 22 gegeben. Die Spannung Vp läßt sich ausdrücken als:

Vp = Ep + Ip · Rp, (3)

worin

Ep die elektromotorische Kraft und PC und
Rp der Innenwiderstand von PC ist.

Die EMK Ep läßt isch durch die Nernst-Gleichung wie folgt ausdrücken:

Ep = Rt/4F · ln(Pg/Pb). (4)

Wenn, wie oben beschrieben, die Bezugspannung Va auf 500 mV eingestellt ist, dann wird der Sauerstoffpartialdruck Pb um den vorbestimmten Wert von 21 × 10^-7 Pa gehalten. Der Sauerstoffpartialdruck Pg innerhalb des umgebenden Abgases ist andererseits ungefähr 10^-15 Pa, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis fett ist (λ < 1) und beträgt etwa 1000 Pa, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis mager (λ < 1) ist.

Es sei angenommen, daß T = 1000°K. Die EMK Ep, die durch die Gleichung (4) angegeben wird, nimmt ungefähr die Größe - 400 mV bis -500 mV an, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis fett ist, und nimmt eine Größe von ungefähr 400 ml bis 500 mV an, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis mager ist. Die EMK Ep ändert sich daher mit dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis (Äquivalenzverhältnis: λ), 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 Pumpspannung Vp, die durch Addition von Ep zu (Ip · Rp) resultiert, wie durch die Gleichung (3) ausgedrückt, ändert sich daher unter 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 (λ = 1), während der Pumpstrom Ip die Charakteristik bei den anderen Luft/Kraftstoff-Verhältnissen bestimmt. Der stufenförmige Übergang der elektrischen Pumpspannung Vp nahe dem stöchiometrischen Punkt bewirkt eine gesteigerte Genauigkeit und ein besseres Ansprechen auf die Stöchiometrie (λ = 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 Auswahlssignalgeneratorkreis 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 stöchiometrischen Verhältnis eingestellt wird. Mit diesem Spannungssignal Vi wird die Genauigkeit der Ermittlung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses über einen weiten Bereich von fett zu mager mit Ausnahme der Stöchiometrie 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 Pumpspannung Vp als das Luft/Kraftstoff-Verhältnis angebende Signal dem Differenzverstärker 62 zuführt. Mit der stufenförmigen 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 Bereiches außerhalb der Stöchiometrie schafft und eine Rückkopplungsregelung gesteigerter Genauigkeit und verbesserten Ansprechverhalten bei Stöchiometrie schafft, wenn immer es verlangt wird, die Abgasemissionen durch Steigerung der Konversionsrate innerhalb eines katalytischen Dreifachkonverters der Maschine zu verringern.

Obgleich bei der ersten Ausführungsform 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 Pumpsapnnung 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 Fig. 2, 3 und 6 bis 11 erläutert.

In Fig. 9 ist eine Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Ermittlungsvorrichtung, die einen Sauerstoffsensor 11 nach den Fig. 2 und 3 enthält, dargestellt.

Gemäß Fig. 9 werden eine Ausgangsspannung Vs einer Sensorzelle SC eines Sauerstoffsensors 11 (siehe Fig. 3) und eine Bezugsspannung Va einem Differenzverstärker 90 zugeführt, wo Va von Vs abgezogen wird, um ein die Abweichung anzeigendes Signal Δ Vsa am Ausgang zu erzeugen.

Das die Abweichung anzeigende Signal Δ Vsa wird einem Pumpstromversorgungskreis 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 somit 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 einen 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 Versatzspannung +Vc. 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 _A/F abgegeben.

Der Aufbau des Pumpstromversorgungskreises 92 wird nun unter Bezugnahme auf Fig. 10 erläutert.

Der Pumpstromversorgungskreis 92 enthält einen Negativkoeffizient-Integrierkreis 110, der die Abweichung Δ Vsa 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 Integrationskreis 110 wird das Integral Vd durch Integrieren der Abweichung Δ Vsa erzeugt (Vd = -K ∫Δ Vsa · dt, wobei K eine positive Konstante ist). 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 die Ausgangssignal. Bei Empfang dieses Ausgangssignals des Differenzverstärkers 124 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.

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 Stöchiometrie (λ = 1), wo die Pumpspannung Vp sich stark ändert, nach Vergleich der Pumpspannung Vp mit der Bezugspannung Vb (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 diese Addition in Abhängigkeit von der schrittartigen Änderung der Pumpspannung Vp ausgeführt wird, ergibt das von der Addierstufe 106 abgegebene, das Luft/Kraftstoff-Verhältnis anzeigende Signal V _A/F eine gesteigerte Genauigkeit und ein verbessertes Ansprechverhalten bei der Ermittlung der Stöchiometrie.

Wie Fig. 11 zeigt, ändert sich der Ausgang V _A/F der Addierstufe 106 stufenförmig (in EIN/AUS-Art) am stöchiometrischen Punkt (λ = 1) und ändert sich kontinuierlich bei den anderen Luft/Kraftstoff-Verhältnissen.

Obgleich in der zweiten Ausführungsform die Bezugsspannung Vb auf 0 V gesetzt ist, ist noch 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 unterschiedlich Polaritäten zu haben, es können auch gleiche Polaritäten verwendet werden, wenn die Polarität am Eingangsanschluß der Addierstufe in bezug auf die eine der Spannungen umgekehrt wird, um eine Subtraktion dieser Spannung von der dem Pumpstrom entsprechenden Spannung Vi auszuführen.

Auch kann in den ersten und zweiten Ausführungsformen der in den Fig. 2 und 3 dargestellte Sauerstoffsensor durch einen modifizierten Sauerstoffsensor nach Fig. 12 ersetzt werden.

Dieser modifizierte Sauerstoffsensor 11 A wird nun unter Bezugnahme auf Fig. 12 erläutert. Dieser Sauerstoffsensor 11 A 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 130 a aufweist, und ein kleines Loch 132 sich durch die Pumpkathode 22 erstreckt und der zweite Feststoffeletkrolyt 17 und die Pumpanode 23 als Mittel zur Begrenzung der Gasdiffusion dienen. Die Feststoffelektrolytplatten 14 und 17 und der Abstandshalter 130 begrenzen zusammen innerhalb der fensterartigen Öffnung 130 a eine Testgasaufnahmekammer 18, die über das Loch 132 mit dem umgebenden Abgas in Verbindung steht. Die Betriebsweise dieses Sauerstoffsensors ist die gleiche wie die das vorausgehend beschriebenen Sauerstoffsensors 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.

Claims

1. Vorrichtung zum Ermitteln des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses eines Luft/Kraftstoff-Gemisches durch Messung im Abgas, das durch die Verbrennung des Luft/Kraftstoff-Gemisches erzeugt wird und Sauerstoff und Verbrennungsprodukte enthält, mit
einer ersten Sauerstoffionen leitenden Feststoffelektrolytplatte (14), deren erste Seite eine atmosphärische Luft aufnehmende Kammer (15) begrenzt, die mit der Umgebungsatmosphäre in Verbindung steht, wobei in der Kammer (15) eine Sensorkathode (20) auf der Platte (14) angeordnet ist, und deren andere Seite eine Gasprobenaufnahmekammer (18) begrenzt, die Abgas aufnimmt, wobei in der Kammer eine Sensoranode (21) auf der Platte (14) angeordnet ist,
einer Einrichtung (L, 132) zum Einschränken der Diffusion der Abgase aus der Gasprobenaufnahmekammer (18) und in diese hinein,
einer Einrichtung (42, 90) zum Vergleichen einer elektrischen Spannung (Vs) zwischen der Sensorkathode (20) und der Sensorsonde (21) mit einer Bezugspannung (Va) und zum Erzeugen eines eine Abweichung anzeigenden Signals (Δ Vsa), einer Einrichtung (PC, 44; PC, 92) zum Regeln der Zuführung und Abführung von Sauerstoff zu und von der Gasprobenaufnahmekammer (18) durch Beeinflussung der Stärke und Richtung eines elektrischen Pumpstroms (Ip) in Abhängigkeit von dem die Abweichung anzeigenden Signal (Δ Vsa) derart, daß dieses vermindert wird,
einer Einrichtung (46, 96) zum Ermitteln der Stärke des elektrischen Pumpstroms (Ip) und zum Erzeugen eines von der Pumpstromstärke abhängigen Signals (Vi), dadurch gekennzeichnet, daß
die Regeleinrichtung (PC, 44; PC, 92) eine zweite Sauerstoffionen leitende Feststoffelektrolytplatte (17) enthält, auf der eine Pumpkathode (22) angeordnet ist, die der Gasprobenaufnahmekammer (18) ausgesetzt ist, und weiterhin eine Pumpanode (23) trägt, die dem umgebenden Abgas außerhalb der Gasprobenaufnahmekammer (18) ausgesetzt ist,
der elektrische Pumpstrom durch die zweite Sauerstoffionen leitende Feststoffelektrolytplatte (17) zwischen deren Pumpkathode (22) und Pumpanode (23) fließt,
eine Einrichtung (50) zum Messen einer elektrischen Pumpspannung zwischen der Pumpanode (23) und der Pumpkathode (22) und zum Erzeugen eines die Pumpspannung anzeigenden Signals (Vp) vorgesehen ist, und
eine Einrichtung (52; 98, 106) vorgesehen ist, die das den Pumpstrom anzeigende Signal (Vi) und das die Pumpspannung anzeigende Signal (Vp) aufnimmt und ein das Luft/Kraftstoff-Verhältnis anzeigendes Signal (V _A/F) abgibt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die das Luft/Kraftstoff-Verhältnis anzeigende Signal (V _A/F) abgebende Einrichtung (52) enthält:
eine Einrichtung (54), die das die Pumpspannung anzeigende Signal (Vp) als das das Luft/Kraftstoff-Verhältnis anzeigende Signal abgibt, wenn Stöchiometrie ermittelt werden soll, und das den elektrischen Pumpstrom anzeigende Signal als die Luft/Kraftstoff-Verhältnis anzeigende Signal abgibt, wenn ein vom Stöchiometrischen abweichendes Luft/Kraftstoff-Verhältnis ermittelt werden soll.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (52) zur Erzeugung des das Luft/Kraftstoff-Verhältnis anzeigenden Signals enthält:
eine Einrichtung (98) zum Vergleich des die elektrische Pumpspannung anzeigenden Signals (Vp) mit einem zweiten Bezugswert (Vb) und zum Erzeugen eines das Vergleichsergebnis anzeigenden Signale (±Vc),
eine Einrichtung (100), die auf das das Vergleichsergebnis anzeigende Signal (±Vc) anspricht und ein einen Versatz anzeigendes Signal (±Vo) erzeugt, und
eine Einrichtung (106) zum Kombinieren des den Versatz anzeigenden Signals (±Vo) mit dem den Pumpstrom anzeigenden Signal (Vi) zum Erzeugen des das Luft/Kraftstoff-Verhältnis anzeigenden Signals (V _A/F) als Ergebnis.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kombinationseinrichtung eine Addierstufe (106) enthält.

5. System zum Regeln des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses eines einer Maschine zugeführten Kraftstoffgemischs, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche enthält und mit dem davon gelieferten, das Sauerstoffverhältnis anzeigenden Signal, eine Kraftstoffzuführungseinrichtung (80) geregelt wird.