DE2735434C2 - Meßvorrichtung zur Feststellung eines Schad- oder Abnutzungszustandes eines in einer Abgasleitung einer Brennkraftmaschine als Teil einer Gemisch-Regelstrecke angeordneten Sauerstoffmeßfühlers - Google Patents

Meßvorrichtung zur Feststellung eines Schad- oder Abnutzungszustandes eines in einer Abgasleitung einer Brennkraftmaschine als Teil einer Gemisch-Regelstrecke angeordneten Sauerstoffmeßfühlers

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DE2735434C2 DE2735434A DE2735434A DE2735434C2 DE 2735434 C2 DE2735434 C2 DE 2735434C2 DE 2735434 A DE2735434 A DE 2735434A DE 2735434 A DE2735434 A DE 2735434A DE 2735434 C2 DE2735434 C2 DE 2735434C2
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Description

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

Claims (5)

Patentansprüche:
1. Meßvorrichtung zur Feststellung eines Schadoder Abnutzungszustandes eines in einer Abgasleitung einer Brennkraftmaschine als Teil einer Gemisch-Regelstrecke angeordneten Sauerstoffmeßfühlers, dessen Ausgangssignalwert sich in Abhängigkeit von einem dem stöchiomctrischen Verhältniswert des der Brennkraftmaschine zugeführten Luft/Brennstoff-Gemischverhältnisses entsprechenden Betrag der Abgas-Sauerstoffkonzentration ändert, wobei ein Schad- oder Abnutzungszustand des Sauerstoffmeßfühlers durch Integration und Vergleich seiner Ausgangssignale mit einem vorgegebenen Grenzwert feststellbar und durch Ansteuerung einer Warneinrichtung anzeigbar ist, gekennzeichnet durch einen in der Abgasleitung (3) angebrachten und ebenfalls auf die Abgas-Sauerstoffkonzentration ansprechenden weiteren Bez<jgs-Sauerstoffmeßfühler (4), der ein als Bezugss'igiral dienendes Ausgangssignal in der gleichen Weise wie der der Gemisch-Regelstrecke zugeordnete Sauerstoffmeßfühler (5) erzeugt, durch eine mit dem Bezugs-Sauerstoffmeßfühler (4) verbundene erste Vergleicherschaltung (8a) zur Erzeugung eines ersten Vergleichssignals, das sich in Abhängigkeit von Änderungen des Bezugssignals abwechselnd zwischen einem vorgegebenen hohen und einem niedrigen konstanten Signalwert ändert, durch eine mit der ersten Vergleicherschaltung (8a) verbundene .Integrationsschaltung (8b) zur Erzeugung eines sich proportional zum Tastverhältnis des ersten Vergleichssig^als äiü/ernden Integrationssignals und durch einet.iit der Integrationsschaltung (8b) und der Warneinrichts.g (8f) verbundene zweite Vergleicherschaltung (8c/ die ein zweites Vergleichssignal zur Ansteuerung der Warneinrichtung erzeugt, wenn das Integrationssignal größer oder kleiner als ein jeweils vorgegebener oberer (V2) und unterer (V\) Grenzwert wird.
2. Meßvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine mit der ersten Vergleicherschaltung (8a) verbundene weitere Integrationsschaltung (31—35) zur Erzeugung eines sich in Abhängigkeit von der Periode des ersten Vergleichssignals ändernden zweiten Integrationssignals, durch eine mit der weiteren Integrationsschaltung verbundene dritte Vergleicherschaltung (36—38), die ein drittes Vergleichssignal erzeugt, wenn das zweite Integrationssignal einen weiteren vorgegebenen Grenzwert (Vj) erreicht, und durch eine mit der zweiten und der dritten Vergleicherschaltung verbundene logische Verknüpfungsschaltung (8e), die die Warneinrichtung (8f) ansteuert, wenn zumindest entweder das zweite oder das dritte Vergleichssignal erzeugt wird.
3. Meßvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Vergleicherschaltung (8c) zwei Vergleicher (20—23; 24—27) zum Vergleich des ersten Integrationssignals mit dem vorgegebenen oberen und unteren Grenzwert aufweist.
4. Meßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Warneinrichtung (8f) eine erste (47) und eine zweite (48) Warnanzeige aufweist, die in Abhängigkeit vom Anliegen bzw. Nichtanliegen des zweiten Ver gleichssignals betätigbar sind.
5. Meßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1
bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Bezugs-Sauerstoffmeßfühler (4) stromab eines in der Abgasleitung (3) zur Reinigung der hindurchströmenden Abgase angebrachten katalytischer! Umsetzers (6) angeordnet ist
S. Meßvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Bezugs-Sauerstoffmeßfühler (4) stromab eines weiteren zur Abgasreinigung vorgesehenen katalytischen Umsetzers (5\j in einem mit der Abgasleitung (3) zur Entnahme eines Teils der Abgase verbundenen Ableitrohr (50) angeordnet ist
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