DE2736445A1

DE2736445A1 - Motorauspuffanalyse-vorrichtung

Info

Publication number: DE2736445A1
Application number: DE19772736445
Authority: DE
Inventors: John David Blanke; Norman Eliot Brunell
Original assignee: Beckman Instruments Inc
Current assignee: Beckman Coulter Inc
Priority date: 1976-08-16
Filing date: 1977-08-12
Publication date: 1978-03-23
Also published as: GB1529547A; JPS5328301U; NL7708163A; FR2362392B1; JPS5628515Y2; FR2362392A1

Description

Patentanwälte D i ρ I.-! r. g. Curt Wallach «7'ipl.~^;ng. Günther Koch (j. Dipl.-Phys. Dr.Tino Haibach

Dipl.-Ing. Rainer Feldkamp

D-8000 München 2 Kaufingerstraße 8 · Telefon (0 89) 24 02 75 ■ Telex 5 29 513 wakai d

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Datum: '

Unser Zeichen: 15955 H/Bu

Bezeichnung:

Motorauspuffanalyse-Vorrichtung

Anmelder:

Beckman Instruments Inc. Pullerton, Calif. 9263¹* USA

Vertreter:

Dipl.-Ing. C. Wallach Dipl.-Ing. G. Koch Dipl.-Phys. Dr. T. Haibach Dipl.-Ing. R. Feldkamp

Erfinder:

John David Blanke Pullerton, Calif. 9263¹» USA

Norman Eliot BruneIl Marina Del Rey, Calif. 90921 USA

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Motorauspuffanalyse-Vorrichtung

In der ganzen Welt bildet heute die Emissionskontrolle einen allgemein akzeptierten und notwendigen Bestandteil der Automobilkonstruktion. Seit 1965 und schon früher im Staat Kalifornien weisen alle verkauften Motorfahrzeuge eine Emissionskontrolle in irgendeiner Form auf. In letzter Zeit ist auch ein größerer Anteil der in anderen Ländern verkauften Fahrzeuge derart konstruiert worden, daß ihre Schadstoffabgabe vermindert wird. Mit außerordentlicher Geschwindigkeit sind die Motorkonstruktionen geändert worden, um den Vorschriften für die Schadetoffverminderung zu entsprechen. Es war nicht nur nötig, daß die Motoren-und Fahrzeughersteller große Ausgaben für Einrichtungen, Ausrüstungen und die beschleunigte technische Fertigstellung zu machen hatten. In ähnlicher Weise erfuhr die Automobilwartungsindustrie eine große Umwälaung bei dem Bestreben, fortlaufend qualifizierte Motorstördiagnose und Wartungseinrichtungen zur Verfügung zu stellen.

Die Abgasemissionsvorschriften in den Vereinigten Staaten sind immer strenger geworden. Parallel mit der Betonung der Reduktion der Timissionen begann die Automobilwartungsindustrie in der ganzen Welt Abgasanalysatoren zu erwerben für die Messung van Kohlenwasserstoffen und/oder Kohlenmonozid. Heutzutage verwenden die meisten qualifizierten Automobilwartungsdienste, insbesondere in den Vereinigten Staaten, Kohlenwasserstoff/Kohlenmonozidanalysatoren routinemäßig als eine wichtige Diagnosehilfe und auch zur Untersuchung oder Einstellung der Leerlaufdaten gemäß den Herstellervorschriften. In verschiedenen Bereichen der Vereinigten Staaten verlangt die Rechtssprechung, daß Wartungsdienste einen geprüften Kohlenwasserstoff/Kohlenmonozidanalysator besitzen. Kohlenmonoxidanalysatoren sind auch ein Pflichtbestandteil des Emissionskontrollprogramms einer Reihe von Staaten außerhalb der

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Vereinigten Staaten geworden.

Pur die Wartungsdienste sind Emissionsanalysatoren ein nützliches Diagnose- bzw. Wartungshilfsmittel für die Routinewartungsinspektion geworden. Beispielsweise ist es heute üblich, einen Kohlenmonoxidanalysator zur Vergasereinstellung und zur Einstellung des Luft-Treibstoffgemisches zu verwenden. Sie Kohlenwasserstoffmessung wird in wet tem Umfang auch als ein schnelles Verfahren zur Anzeige von Zündproblemen,einem schlecht funktionierenden Auspuff oder eines Einlaßventils verwendet oder zur Vorauswahl von Fahrzeugen für eine weitergehende Diagnose mit Hilfe konventioneller Oszillografenprüfgeräte.

Die strengen Vorschriften in den Vereinigten Staaten für 1975 haben die meisten Automobilhersteller gezwungen, katalytische Konverter für ihre Fahrzeuge aus der laufenden Produktion zu verwenden, um eine ausreichende Steuerung der Auspuffemissionen an Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxid zu erzielen. Unglücklicherweise ist die wirkungsvolle Benützung von Kohlenwasserstoff/Kohlenmonoxid-Auspuffgasenanalysatoren als Hilfe für eine Fahrzeugdiagnose, die mit

katalystischen Konvertern ausgerüstet sind, komplizierter als für solche Fahrzeuge ohne Konverter. Tatsächlich ist eine Motordiagnose mit einem Kohlenwasserstoff/Kohlenmonoxid-Analysator bei richtig arbeitendem Konverter außerordentlich schwierig, falls der Motor keine Auspuffprobenöffnung vor dem Konverter aufweist. Wenn der

katalytische Konverter richtig arbeitet, oxidiert er im wesentlichen die gesamten Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid zu Kohlendioxid und Wasserdampf. Demgemäß sind die Konzentrationen in den Abgas so niedrig, daß sie mit bestehenden Wartungsdienstinstrumenten nicht genau gemessen werden können. Die Änderungen der Kohlenwasserstoffkonzentrationen in dem unverarbeiteten Auspuffgas, wie sie beispielsweise aufgrund einer aussetzenden Fehlzündung oder eines lean-roll-Zustandes auftreten, treten in dem durch den Konverter umgewandelten Auspuffgas nicht mehr auf, so daß ein übliches Auspuffgas-Analysegerät seinen Wert als Diagnosewerkzeug verliert.

Die Feststellung eines lean-roll-Zustandes ist nicht nur für die Wartungsdiensteigener von großer Bedeutung, die die an die Kunden

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verkauften Fahrzeuge warten, sondern auch für die Automobilhersteller und deren Händler, um so magerer die Gemischeinstellung ist, auf die der Vergaser eingestellt ist, um so höher ist die Wirtschaftlichkeit , wenn der Motor in der Weise arbeitet, für die er vorgesehen ist. Jedoch kann eine geringfügige Abweichung den Motor in einen lean-roll-Zustand bringen, der gleichzeitig den Treibstoffverbrauch und die Schadstoffemission im Auspuffgas erhöht. Das lean-roll-Phänomen kann am besten anhand der Figur 1 erklärt werden. In einem typischen Motor 10 mit Zylindern 12 verbindet eine übliche Einlaßsammelleitung 14 den Vergaser 16 mit den Einlaßöffnungen 18 der Zylinder 12. Offensichtlich ist die Entfernung von den beiden äußeren Zylindern 12 größer als die Entfernung von den beiden inneren Zylindern 12. Die unterschiedliche Entfernung, die das Treibstoffluftgemisch in der Sammelleitung H überwinden muß, um die verschiedenen Zylinder 12 zu erreichen, führt zu Unterschieden in der Mischung an den verschiedenen Zylindern 12, obwohl diese durch einen gemeinsamen Vergaser 16 erzeugt ist. An den inneren Zylindern 12 neigt die Mischung dazu, fetter zu sein, als die Mischung an den äußeren Zylindern 12. Für eine richtige Zündung und Verbrennung in den Zylindern 12 muß das Treibstoffluftverhältnis der Treibstoffmischung innerhalb bestimmter oberer und unterer Grenzen liegen. Stellt man die Mischung magerer ein (d.h. weniger Treibstoff auf ein festes Luftvolumen), so erreicht man einen Punkt, bei der die Mischung nicht zündet.

Da, wie oben gesagt, die Mischung an den äußeren Zylindern 12 dazu neigt, magerer zu sein, erreichen die äußeren Zylinder 12, wenn die Mischung an dem Vergaser 16 nagerer eingestellt wird, einen Punkt, bei dem sie zyklisch anfangen, Fehlzündungen zu liefern. Diesen Zustand bezeichnet man als den lean-roll-Zustand-Wenn die aufgenommene Mischung unter den kritischen Pegel fällt, treten an den äußeren Zylindern 12, Fehlzündungen auf . Dieser Zustand kann einzeln oder gleichzeitig auftreten, da das genaue Mischungsverhältnis in jedem ZjüaAer 12 in jedem Augenblick eine Funktion vieler Faktoren darstellt, einschließlich das Mischungsverhältnis an dem Vergaser in diesem Augenblick (das sich ändern kann)₍ die Temperatur der Sammelleitung H, davon, ob der Zylinder während des letzten Lastzyklus gezündet hat und -von der Menge des

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beim Ansaugen von dem Entleerungszyklus zurückgegebenen Verdünnungsmittels. Eine magere Mischung kann natürlich an allen Zylindern 12 auftreten. Wir beschäftigen uns hier jedoch mit dem langsamen Roll-Phänomen, das in jedem Motor mehr mit dem äußeren Zylindern (den weitest von dem Vergaser entfernten) in Beziehung zu setzen ist.

Ein Sauerstoffüberschuß in den Abgasen von Fahrzeugen mit katalytischen Konvertern ist kürzlich als Hauptgrund für die gestiegenen Sulfatemissionen nachgewiesen worden. Es ist bekannt, daß ausreichend hohe Sulfatkonzentrationen gesundheitsschädlich sind. Vorschriften für ihre Kontrolle in Fahrzeugabgasen werden in den Vereinigten Staaten vorbereitet. Die Auswirkungen dieser Aktion werden für die AutomobilwartungsIndustrie Bedeutung erlangen. Die Sauerstoffkonzentrationen und die Quellen des Sauerstoffs in den Auspuffgasen (d.h. aus Sekundärluftpumpen oder durch modulierte Belüftungsvorrichtungen in das Einlaßsystem) werden in späteren Jahren einen wichtigen Steuer- und Einstellparameter sowohl für die Konstruktion, wie für die richtige F_ahrzeugwartung bilden. Man erwartet, daß Automobilingenieure, insbesondere wegen des Sulfats keine Luftpumpen mehr vorsehen werden können, um mehr Luft als für eine wirkungsvolle kat^alytische Umwandlung erforderlich ist, zu liefern. Es wird nötig sein, daß der Wartungs-

er

mechanik genaue Einstellungen der Luftsteuervorrichtungen vornehmen wird auf der Basis der Sauerstoffkonzentratinnen des Auspuffgases. Natürlich wird die Kohlenwasserstoff/Kohlenmonoxidmessung weiterhin ein wichtiges Werkzeug für die vollständige Diagnose von Motoren und Emissionssteuersystemen bilden.

Neben den mit Reaktoren oder Konvertern ausgerüsteten Motoren sah das Jahr 1975 die Einführung der Schichtladungsmotoren als wirkungsvollen Versuch, den derzeitigen strengen Abgasemissionsvorschriften zu genügen. Einige Hersteller nahmen magere Einstellungen (lean-burn, der vorhandene Sauerstoff übertrifft den stöchiometrisch erforderlichen) während mindestens einiger Motorbetriebsarten auf. Insbesondere vom Gesichtspunkt der Fahrbarkeit benötigen diese Motoren eine kritische Lufttreibstoffverhältniseinstellung.

In Anbetracht der Umgebung, in der die vorliegende Erfindung ver-

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wendet wird, wird die Bezeichnung Reaktor in einem allgemeinen Sinn angewandt. In der Tat kann es sich bei mit Reaktoren ausgerüsteten Fahrzeugen um solche handeln mit thermischen Reaktoren, mit kat^alytischen Konvertern, mit Sammelleitungsreaktoren oder Kombinationen von diesen. Im weitesten Sinn sind sie in-so--weit ähnlich als sie, um wirkungsvoll zu arbeiten) Sauerstoff im Überschuß brauchen im Vergleich zu dem im Motor für die normale Verbrennung benötigten.

Thermische Reaktoren sind einfache isolierte Nachverbrennungskammern, die in den FahrzeugauspuffSammelleitungen augeordnet sind. Sie verbrennen Treibstoffe unter relativ niedrigem Druck. Sie müssen heiß gehalten werden, damit sie wirkungsvoll arbeiten. Eine wirkungsvolle Verbrennung verlangt eine genaue Steuerung der Sekundärluftmenge, darüberhinaus muß üblicherweise der Grundmotor zur Erzielung angemessener Treibstoffwerte auf der fetten Seite eingestellt sein. Die meisten thermischen Reaktoren verwenden eine getrennte Zündquelle (Zündkerze) für die Auslösung und Fortführung der Verbrennung.

Auch kat-aly tische Konverter massen bei relativ hohen Temperaturen (450 - 700⁰C) arbeiten, um Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid wirkungsvoll in Kohlendioxid.und Wasser umzuwandlen. Man erwartet für 1977, daß alle katalytischen Konverterfahrzeuge oxidierende Katalysatoren verwenden werden (anstelle von reduzierenden Katalysatoren), die freien Sauerstoff für ihre Funktion benötigen. Der Katalysator entweder in Form von Kugeln oder in monolitischer Form, besteht üblicherweise aus einem Substrat aus Aluminiumoxid oder ähnlichem Material, das mit einer kleinen Menge aus Platin und/oder Palladium überzogen ist. Das Edelmetall katalysiert eine Oxidationsreaktion in Anwesenheit von Kohlenwasserstoff, Kohlenmonoxid und Sauerstoff, um diese in ungiftige Produkte einer vollständigen Verbrennung umzuwandeln. Die Reaktionen lauten:

2CO + O₂ -~ 2CO₂ und
2H₂ + O₂-*. 2H₂O.

Falls nicht genügend Sauerstoff verfügbar ist, so leidet darunter die Vollständigkeit der Umwandlung, während bei Vorhandensein über-

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sohüssigen Sauerstoffs der Katalysator die Umwandlung des Treibstoff schwefels in unerwünschtes Schwefeldioxid fördert, das im Endergebnis Schwefelsäure und andere Sulfate bildet. Das Problem der Erzeugung von Schwefelsäure durch mit katalytischen Konvertern ausgerüstete Autos ist eines der schwerwiegendsten derzeit untersuchten Anliegen.

Die Sammelleitungsreaktoren ähneln in vielen Beziehungen den thermischen Reaktoren mit der Ausnahme, daß sie keine getrennte Zündquelle verwenden. Es wird Luft in den Auspuffventilöffnungsbereich gepumpt und beim Zusammentreffen mit den auf hohen Temperaturen befindlichen Auspuffgasen wirkt in dem Auspuffsystem eine fortgesetzte Oxidation. Natürlich hat überschüssige Luft die Tendenz, die Verbrennungsraten zu drücken und die Wirksamkeit der Umwandlung zu vermindern. Mit steigender Kompliziertheit der Motoren ist die Notwendigkeit für eine regelmäßige Wartung gestiegen. Um eine regelmäßige Wartung sicherzustellen, verlangt die amerikanische Regierung von verschiedenen Gebieten, daß periodische Fahrzeuginspektionsprogramme aufgestellt werden. Das primäre Ziel dieser Probleme besteht darin, den Verschmutzungsgrad der Umgebungsluft auf einen bundesweit vorgeschreibenen Wert zu bringen. Da nicht eingestellte Fahrzeuge eine Hauptursache der Verschmutzung aus beweglichen Quellen darstellt, sollen diese Programme die Eigner von schlecht eingestellten Fahrzeugen zwingen, die Motoren einzustellen oder die defVekten Fahrzeuge aus dem Verkehr zu ziehen. Die Verwendung geeigneter Kohlenwasserstoff/Kohlenmonoxid-Analysatoren sowohl durch die Regierungsbehörden wie durch autorisierte Wartungsdienste gehört zu den Mußvorschriften einer großen Anzahl dieser Inspektionsprogramme.

Die gegenwärtige Betonung des Treibstoffsparens in den Vereinigten Staaten hat auf die Verbreitung dieser Programme für periodische Inspektionen auslösend gewirkt. Jedoch ist wie vorher erwähnt, die Verwendung eines Kohlenwannorstoff/Kohlenmonoxid-Testgeräts als Untersuchungswerkzeug für Reaktor ausgerüstete Fahrzeuge nur beschränkt möglich. Diese Reaktoren sind, wenn sie richtig arbeiten, so wirkungsvoll, daß 90 bis 95 $> des Kohlenmonoxids und Kohlenwasserstoffs der Motoren oxidiert werden und nun als Kohlendioxid und Wasserdampf ausgestoßen werden. Die Anzeigen, auf die 3ich zu verlassen die Einstelltgtjh^jker aufgrund von reaktorlo.sen Fahr-

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zeugen gelernt haben, liegen nun nicht mehr vor. Pali der Techniker Zugang hat zu dem Auspuffsystern vor dem katalytischen Reaktor, kann er noch diese Indikatoren messen. Die meisten 1975 und später gebauten Automobile haben jedoch keinen Zugang vor dem Reaktor. Solch« Zugänge können zwar in Zukunft angebracht werden, sie sind jedoch schwer zu errexchen und äußerst heiß zu handhaben.

Das Knnstruktionsziel, den gasamten Treibstoff in der Verbrennungekammer zu verbrennen, ist in modernen Motoren zu einem erstaunliche] Grad gelungen. Jeaoch liefert eine 1#ige unvollständige Verbrennung ungefähr 200 ppm unverbrannte Kohlenwasserstoffe im Auspuffgas und 10% unvollständige Verbrennung oder 10% aussetzende Fehlzündungen liefern ungefähr 2000 ppm unverbrannte Kohlenwasserstoffe. Falls nichtausreichende Mengen an Luft zur Verfugung stehen, treten unvollständige Verbrennungsprodukte, wie Kohlenmonoxid und Wasserstoff auf und falls überschüssige Luft vorhanden ist, findet man in dem Auspuffgas Sauerstoff. Eine ungleichmäßige Treibstoffverteilung auf jedem Zylinder und Mischungsverhältnisänderungen von Zyklus zu Zyklus innerhalb des gleichen Zylinders führen zu erheblichen Mengen unverbrannter Produkte in den Auspuffgasen.

Die Steuerung des Lufttreibstoffverhältnisses innerhalb enger Toleranzen für alle Betriebsarten ist von wachsender Wichtigkeit je strenger die Emissionsvorschriften werden. Glücklicherweise ist das optimale Lufttreibstoffverhältnis für ein Schadstoffemissionsminimum ,ungefähr gleich dem für maximale Treibstoffwirtschaftlichkeit, nämlich ungefähr 15,0 bis 16,0 Gewichtsteile Luft auf 1 Gewichtsteil Treibstoff. Die Aufrechterhaltung der Kontrolle des Lufttreibstoffgemisches und dementsprechend der Optimierung der Verbrennungswirtschaftlichkeit ist unbedingt erforderlich, um den Schadstoffemissionsvorschriften zu genügen und gleichzeitig eine gute Treibstoffwirtschaftlichkeit zu erzielen. Es ist nötig, genaue Messungen des Verbrennungswirkungsgrades in irgendeiner Form in der Wartungsebene durchzuführen.

Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Motorauspuffanalyse-Vorrichtung anzugeben, die nicht nur in der Lage ist, den Sauerstoffanteil in dem Auspuffgas festzustellen, sondern auch ein Fehlzündungsverhalten oder einen lean-roll

Zustand zu ermitteln.

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Die Erfindung löst diese Aufgabe durch eine Motorauspuffanalyse-Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist eine

um

Rückstellvorrichtung vorgesehen, die Eigenschaften der verschiedenen Motortypen zu kompensieren. Zu diesem Zweck werden die in der Vergleichsvorrichtung zu vergleichenden Werte auf den Bereich eines Standardmotors normalisiert. In dieser bevorzugten Ausführungsform wird der Sauerstoffgehalt in dem Auspuffgas als Eingangssignal einer Maßstabsänderungsvorrichtung zugeführt. Die Maßstabsänderungsvorrichtung ändert automatisch entweder den Grenzwert oder dO/dt als Punktion des Sauerstoffgehalts in dessen Maßstab. Gemäß einer alternativen Ausführungsform wird automatisch Luft mit den Auspuffgasen gemischt, bevor diese zu dem Sensor gelangen, um die Auspuffgase an dem Sensor derart zu normalisieren, daß sie von einem Standardmotor zu kommen scheinen. Fftier werden Möglichkeiten zur manuellen oder halbautomatischen Maßstabsänderung oder Normalisierung beschrieben.

Ferner schlägt die Erfindung ein Verfahren zur Feststellung eines lean-roll Zustandes in einer Verbrennungsmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 vor.

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Figur 1 ist eine vereinfachte Draufsicht des Motors und zeigt die unterschiedlichen Entfernungen, die das Brennstoff-Luft-Gemisch zwischen dem Vergaser und den verschiedenen Zylindern zu überwinden hat,

Figur 2 zeigt einen Aufriß im Querschnitt eines Sauerstoffsensors, der bei der vorliegenden Erfindung Anwendung findet,

Figur 3 zeigt ein Blockdiagramm der erfindungsgemäßen Vorrichtung, Figur 4 zeigt eine Sarstellung des Sauerstoffpegelwechsels im Auspuff eines nicht luftgepumpten Motors im lean-roll" Zustand, Figur 5 zeigt die Darstellung des Sauerstoffpegelwechsels im

Auspuff eines luftgepumpten Motors im "lean-roll" Zustand, Figur 6 zeigt ein Blockdiagramm einer alternativen Ausführungsform der Erfindung, bei der der Maßstab für dO/dt auto matisch entsprechend den verschiedenen Motortypen angepaßt wird,

Figur 7 zeigt ein Blockdiagramm einer alternativen Ausführungsform der Erfindung, bei der der Grenzwert automatisch den verschiedenen Motortypen angepaßt wird,

Figur 8 zeigt eine vereinfachte Zeichnung einer veränderten Sonde zum Prüfen der Auspuffgase, die eine Belüftungsöffnung aufweist, um den Sensoreingang automatisch auf einen Standardbereich zu normalisieren. 25

Es wurde festgestellt, daß ein Sauerstoffanalysator mit einem Kohlenwasserstoff/Kohlenmonoxidanalysator kombiniert werden kann, um den Wert der Abgasanalyse für Motordiagnosezwecke wt der herzustellen, da die Sauerstoffmenge durch den katalytischen Konverter nicht beeinflußt wird. Eine Sauerstoffana lyse 1st daher möglich, unabhängig davon, ob das Fahrzeug mit einem katalytischen Konverter ausgerüstet ist und ob das Fahrzeug eine Sekundärluftpumpe verwendet. Zur Erreichung der Ziele der vorliegenden Erfindung ist es erforderlich, einen schnell ansprechenden Sauerstoffanalysator zu verwenden (mindestens 90%

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in 5 Sekunden). Man kann unter Anwendung bekannter Techniken einen Sensor vorsehen in Verbindung mit der dazugehörigen Elektronik, der eine derart schnelle Sauerstoffmessung erlaubt. Grundsätzlich ist eine solche Analysevorrichtung einfach. Figur 2 zeigt einen typischen Sauerstoffsensor 20 mit zwei Elektroden 22 und 24, die voneinander getrennt montiert und elektrisch durch einen Elektrolyten 26 verbunden sind. An den beiden Elektroden 22 und 24 liegt ein konstantes Potential. Eine gasdurchlässige Membran 28 trennt die Elektroden 22 und 24 von der Auspuffprobe 30 und liegt fest gegen die Kathodenelektrode

24. Sauerstoff aus der Probe 30 diffundiert durch die Membran und wird an der Kathode 24 reduziert. Der resultierende elektrische Stromfluß zwischen der Anodenelektrode 22 und der Kathode 24 ist dem Sauerstoffpartialdruck in der Probe 30 proportional.

Der Sensor 20 wird in dem Auspuffstrom angeordnet, um den Sauerstoffpartialdruck zu messen. Zwischen Kathode 24 und Anode 22 wird ein Gleichspannungspotential von 0,725 V angelegt, damit der Sensor in bekannter Weise sauerstoffselektiv arbeitet. Es ist anzunehmen, daß bei einer solchen Säuerstoffprüfung die folgenden Reaktionen ablaufen:

An der Kathode: O₂ + 2H₂O + 4e~ -p- 4OH - und an der Anode 4Ag + Cl" -> 4 AgCl + 4e~.

Liegt kein Sauerstoff vor, so fließt kein elektrischer Strom in dem Sensor 20. Ist Sauerstoff vorlmden, so fließt ein elektrischer Strom in dem Sensor 20 entsprechend der polarographischen Sauerstoffkurve für das Potential zwischen den Elektroden 22 und 24. Die Größe dieses Stroms hängt von dem Sauerstoffpartialdruck in der zu analysierenden Probe ab. Es ist zu beachten, daß, da der Sensor 20 auf den Sauerstoffpartialdruck anspricht, jede variable Größe, die den Sauerstoffpartialdruck beeinflußt, berücksichtigt werden muß. Zwei Grundvariablen, die den Partialdruck beeinflussen, sind der barometrische Druck und die relative Feuchtigkeit. Da wir jedoch bei dieser Anwen-S5 dung bei Atmosphärendruck messen mit einer Eichung auf den

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gleichen Druck in relativ konstanter relativer feuchtigkeit, haben diese Faktoren einen sehr unwesentlichen Einfluß auf die Abgassauerstoffmessung. Wenn extrem genaue Messungen verlangt werden» kann ein Korrekturfaktor angewendet werden. 5

Figur 3 zeigt die vorliegende Erfindung in ihrer einfachsten Form mit einem Sensor 31, der mit einer Sonde 32 verbunden ist, die dazu bestimmt ist, in das Abgasrohr 34 eines nicht gezeigten Automobils eingeführt zu werden und auf diese Weise einen Teil der Abgase 36 einem Sauerstoffsensor 31 zuführt. Der Sensor 31 ist durch eine entsprechende Verbindung 38 mit dem Verstärker verbunden. Bei dem Sensor 31 und dem Verstärker 40 handelt es sich um bekannte Teile. Die einzige Einschränkung für den Senor 31 und den Verstärker 40, die für die ordnungsgemäße Funktion der Erfindung notwendig ist,besteht darin, daß sie sich als schneller Sauerstoffanalysator verhalten müssen, d.h. bei einem Wechsel der Sauerstoffmenge in dem Auspuffgas 36 sollte ein Ansprechen und eine Anzeige auf zumindest den 90# Pegel mindestens nach 5 Sekunden erfolgen. Die auf diese Weise erzielte wesentliche Eigenschaft besteht in der Fähigkeit auf Sauerstoffpegeländerungen als Ergebnis eines "lean-roll" Zustandes anzusprechen, während kurze überschwingimpulse durch dieses "chemische Kondensatorverhalten" unterdrückt werden. Falls der Sensor 31 und der Verstärker 40 nicht in der Lage sind an Sauerstoffänderungen schnell anzusprechen, was entweder auf Dämpfungsfaktoren oder der Konstruktion anhaftenden Grenzen liegen kann, liefert die Fehlzündungsüberwachungsvorrichtung bedeutungslose oder falsche Daten an den Benutzer. Das Ausgangesignal 42 des Verstärkers 40, das die momentane S&uerstoffmenge in dem Auspuffgas 36 anzeigt, ist einem Anzeigeinstrument 44 zugeführt, das ständig die Sauerstoffmenge in Prozent des Auepuff gases 36 anzeigt. Das Ausgangssignal 42 des Verstärkers 40 dient auch als Eingangssignal für eine Vorrichtung 46, die zur Bestimmung der Änderungsgeschwindigkeit (dO/dt) des Sauerstoffs in den Auspuffgasen 36 dient. Die Vorrichtung 46 zur Bestimmung von dO/dt kann eine bekannte Analog- oder Digitalschaltung sein·

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Das Ausgangssignal 48 der Vorrichtung 46 zur Bestimmung von dO/dt ist mit dem dO/dt Anzeigeinstrument 50 verbunden, das die momentane Änderungsgeschwindigkeit des Sauerstoffgehalts der Auspuffgase 36 anzeigt. Zusätzlich wird der Augenblickswert von 5. dO/dt in Form des Ausgangssignals 48 auch der Grenzvergleichsvorrichtung 52 zugeführt. Auch die Grenzvergleichsvorrichtung 22 kann eine bekannte Analog- oder Digitalschaltung sein. Die Grenzeinstellvorrichtung 54 dient dazu, daß man die Grenze an der der Vergleich durch die Vergleichsvorrichtung 52 durchge führt wird, auswählen kann. Bei der Bestimmung des Grenzwertes können solche Faktoren wie die Anwendung oder Nichtanwendung einer Luftpumpe die Anzahl der Zylinder des Motors,wie im folgenden näher beschrieben, berücksichtigt werden. Wenn der Augenblickswert von dO/dt größer ist als der gerade von der Grenz-

Vergleichsvorrichtung 52 verwendete Grenzwert wird eine mit

der Grenzvergleichsvorrichtung 52 verbundene Alarmvorrichtung 56 betätigt, die ein hörbares oder sichtbares Signal abgibt. Vorzugsweise weist die Alarmvorrichtung 56 eine Einstelleinrichtung auf, durch die der Grenzwert und die Dauer eines von der Grenzvergleichsvorrichtung 52 kommenden Signals,die erforderlich sind, um die Alarmvorrichtung 56 zu betätigen, wie auch die zeitliche Dauer eines von der Alarmvorrichtung 56 abgegebenen Alarmsignals eingestellt werden kann. Vorzugsweise handelt es sich hierbei um eine von der Fabrik oder dem War tungsdienst vorzunehmende Einstellung, die für das Bedienungs personal nicht zugänglich ist. Es ist vorgesehen, daß ungewünschte vorübergehende Änderungen des Wertes von dO/dt,die durch die kapazitive Wirkung des Sensors 31 nicht eliminiert wurden, ausgeblendet werden können und daß zusätzlich das

Auftreten von kurzen Impulsen des Wertes von dO/dt,an denen

die Bedienungsperson interessiert sein könnte, die Alarmvorrichtung 56 genügend lang auslöst, so daß das Signal von der Bedienungsperson beachtet wird. Die Bestimmung von dO/dt durch die Vorrichtung 46 und der Vergleich mit der Grenze durch die

Grenzvergleichsvorrichtung 52 stellt eine konstante sich wieder-

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holende Sc&leifenfunktion dar, wie sie durch die geschlossene Schleife zwischen der Grenzvergleleitvorrichtung 52 und der Alarmvorrichtung 56 dargestellt wird.

Die Figuren 4 und 5 dienen zur Illustration einer weiteren

Überlegung bei der Peststellung des "lean-roll" Zustandes. In der Figur 4 ist ein einzelner "lean-roll" Sauerstoffzuwachs für einen Motor ohne zusätzliche Luftpumpe dargestellt. Die normale Atmosphärenluft enthält ungefähr 21% Sauerstoff. In einem Motor ohne eine zusätzliche Luftpumpe beträgt der Sauerstoffgehalt des Auspuffgases, wenn alle Zylinder normal zünden, ungefähr 1%. In einem "lean-roll" Zustand wird der Sauerstoffpegel in den Auspuffgasen impulsförmig während einer Abfall und Anstieg einschließenden Zeitdauer von vielleicht 10 Sekunden an- steigen. Die Größe der Änderung des Sauerstoffpegels wird dem Anteil des nioht zündenden Zylinders im Verhältnis zu den zündenden Zylindern in dem gesamten Auspuffgasstrom entsprechen. Mit anderen Worten, der 1%ige Sauerstoffgehalt der Auspuffgase der zündenden Zylinder wird den 21%igen Sauerstoffgehalt des Aus puffgases des nicht zündenden Zylinders entsprechend verdünnen. So wird bei einem Achtzylinder-Motor ein i'lean-roll" Zustand in einem einzigen Zylinder einen Anstieg des Sauerstoffpegels des Auspuffgases von ungefähr 2,5% verursachen. Wenn dO/dt gemessen wird, wird eine wesentliche Geschwindigkeitsänderung festgestellt werden.

Vergleichsweise zeigt Figur 5 die Änderung, die bei einem "leanroll" Zustand in einem Motor mit eine? zusätzliche Luftpumpe auftritt. Wenn der gleiche acht^zylindrige Motor mit einer zu sätzlihen Luftpumpe ausgerüstet wird, so enthält das Auspuff gas, wenn der Motor normal läuft, ungefähr 7-10% Sauerstoff anstelle des 1% Sauerstoffs ohne Luftpumpe. Wenn man für eine bequemere Rechnung annimmt, daß 10% Sauerstoff dem normalen Zustand entspricht* und den Verdünnungseffekt der gepumpten Luft mit 21% Sauerstoff berücksichtigt, sowie den Sauerstoffgehalt

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der unverdünnten Abgase, die den Zylinder verlassen, zu 1% ansetzt, so müssen die Auspuffgase ungefähr zur Hälfte aus unverdünnten Abgasen und zur Hälfte aus reiner Luft bestehen. Wenn das der Fall ist, so muß bei Auftreten des "lean-roll" Zustandes wie vorher der Anstieg des SauerstofCgehaltes in den unverdünnten Abgasen 2,5$ betragen. Durch die Verdünnung durch die gepumpte Luft wird jedoch die Säuerstoffänderung am Auspuffrohr nur 1,25% betragen, begleitet von einem Wert dO/dt, das nur die Hälfte des Wertes erreicht bei einem Motor ohne Luftpumpe im "leanroll" Zustand.

Diese Verdünnungswirkungen des Luftpumpens oder dgl. und die Änderung des als Ergebnis des "lean-roll" Zustandes auftretenden dO/dt bestimmen den Grenzwert,der bei dem dO/dt-Grenzwertvergleich zu verwenden ist. Je größer die Zylinderzahl des Motors ist,umso kleiner ist die als Ergebnis eines "lean-roll" Zustandes auftretende Sauerstoffkonzentrationsänderung. Der Wert von dO/dt ist dann ebenfalls kleiner. Pur das einfachste System (wie es in Figur 3 dargestellt ist, jedoch ohne die Grenzwerteinsteilung 54) sollte der Grenzwert für den kleinsten dO/dt Wert gewählt werden, der als Anzeige eines wirklichen "leanroll" Zustandes auftritt. Wenn die Änderung in einem acht^zylindrigen luftgepumpten Motor zur Festsetzung des Grenzwertes verwendet wird, wird jeder nicht luftgepumpte Mb*tor oder jöder Motor mit weniger Zylindern einen größeren Wert von dO/dt als den Grenzwert haben. In einem solchen vereinfachten allgemein verwendbaren Instrument wäre die Empfindlichkeit jedoch problematisch. Nachdem der Grenzwert auf den niedrigsten Wert eingestellt ist, könnten Änderungen von dO/dt in nicht luftgepumpten Motoren und Motoren mit weniger Zylindern, die nicht einen wirklichen "lean-roll" Zustand darstellen, trotzdem diesen Minimalwert überschreiten und einen "lean-roll" Zustand signalisieren. Die Grenzwerteinstellvcrrichtung 54 der Figur 3 dient dazu, dieses Problem dadurch auszuschalten, daß der Grenzwert durch Schalter oder dgl. als Funktion von Parametern, wie Zylinder-

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anzahl, luftgepumpter Motor oder nicht luftgepumpter Motor verändert werden kann.

Wie erwähnt, bildet die beschriebene Vorrichtung in erster Linie eine Fehlzündungstiberwachungsvorrichtung, die in Verbindung mit anderen Abgleich- und Prüfvorrichtungen in einem Autogeschäft oder einer Prüfstation verwendet werden kann. Die im folgenden angegebne Schrittfolge entspricht einer typischen Form zur Verwendung der vorliegenden Erfindung als Fehlzündungsüberwachungseinrichtung, die auf einen "lean-roll" Zustand anspricht_; beim Einstellen der Leerlaufmischung eines Motorvergasers:

a) Stelle die Fehlzündungs·(O₂)-Überwachungsvorrichtung ein,

b) füge die Sauerstoffsonde in das Auspuffrohr des laufenden Motors,

c) stelle die Verweilzeit und den Zündzeitpunkt des Motorzündsystems im Bereich der Motorspezifiktion und auf eine geringstmögliche Fehlzündungsrate ein,

d) öffne die Leerlaufgemischschraube des Vergasers in Richtung auf eine fettere Cremischeinstellung um drei Umdrehungen,um eine fette Mischung sicherzustellen,

e) stelle eine Leerlaufgemischschraube magerer ein, bis die Fehlzündungsüberwachungsvorrichtung eine Fehlzündung signalisiert,

f) nach der Signalisierung einer Fehlzündung verstelle die Leerlaufgemischschraube um eine halbe Drehung in Richtung auf eine fettere Mischung, um eine Sicherheitegrenze der Gemischeinstellung zu erreichen, die einen "lean-roll" Zustand verhindert ,

h) wiederhole die Schritte e) und f) falls erforderlich an anderen Leerlaufgemischschrauben. 30

Die erfindungsgemäße Vorrichtung gestattet das oben beschriebene Verfahren, weil der schnell wirkende Säuerstoffanalysator Übergangszustände erkennt und ein positiver Sauerstoffimpule in einer chemischen Beziehung zu einem Motorfehlzündungszustand steht. Durch Differenzieren des Sauerstoffsignals, wie das ge-

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maß der vorliegenden Erfindung geschieht, kann die Änderungsgeschwindigkeit dO/dt in Beziehung gesetzt werden zu dem Grad des Fehlzündungszustandes, verglichen mit einem vorgegebenen Grenzwert und kann verwendet werden, um ein hörbares Alarmsignal auszulösen. Das Alarmsignal zeigt dem einstellenden Techniker bei der Motoreinstellung eine Fehlzündung an, ohne daß er ein Meßgerät beobachten muß. Die Fehlzündungsüberwachungsvorrichtung gestattet es auch, wie oben beschrieben, Probleme zu untersuchen, ohne die Verbindung mit dem Luftzufuhrsystem zu lösen. Da es bei Übergangszustanden einen Alarm auslöst, ist es von dem Säuerst off pegel im stationären Zustand unabhängig.

Die üblichen Motorprüfungsumgebungsbedingungen, insbesondere in einer Fertigungsstraße sind derart, daß jede Vorrichtung so wenig wie möglich Singriffe des Bedienungspersonals erfordert. Die Änderungen des SauerstoffgrundpegeIs (wenn dO/dt gleich Null) in den Auspuffgasen verschiedener Motoren der beschriebenen Art könn mit guter Wirkung hierzu verwendet werden. So erfolgt bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung eine automatische Einstellung für verschiedene Motoren in Abhängigkeit von dem normalen Sauerstoffpegel in dem Auspuffgas. Wie oben beschrieben, erfolgt die Festabellung des "lean-roll" Zustandes durch Vergleich der Änderungsgeschwindigkeit des Sauerstoffpegels mit einem Grenzwert. Falls dO/dt in einem "lean-roll" Zustand in verschiedenen Motoren unterschiedlich ist und eine Normalisierung auf einen Standardwert erfolgen muß, kann man verschiedeneVerfahren anwenden. 1. Kann der Maßstab der Änderungsgeschwindigkeit als Funktion des Motortyps auf einen Standardbereich gebracht werden. Alternativ kann der Grenzwert,mit dem die Änderungsgeschwindigkeit verglichen wird, in seinem Maßstab verändert werden, so daß er dem Bereich des dü/dt Überschwingens in dem "lean-roll" Zustand entspricht, Wiederum in Abhängigkeit von dem Motortyp. Diese alternativen Möglichkeiten werden in ihrer Anwendung auf die Erfindung in den Figuren 6 und 7 dargestellt. In der Ausführungsform gemäß Figur 6 wird der Wert von dO/dt der von der Grenzwertvergleichevorrichtung 52 verwendet wird, durch die Maßstabsänderungsvorrichtung 60 als Funktion des Sauerstoffpegels, der am Ausgang 42 des Verstärkers 40 erscheint, in seinem Maßstab verändert. 809812/0625

^rir3 der am Äus-

In der in Figur 7 dargestellten Ausführungsform wire gang 42 des Verstärkers 40 erscheinende Sauerstoffpegel an die Maßstabsänderungsvorrichtung 62 angelegt, die mit der Grenzwerteinstellvorrichtung 54 verbunden ist. Die Maßstabänderungsvorrichtung 62 veranlaßt die Grenzwerteinstellvorrichtung 54 den verwendeten Grenzwert auf einen auf einen geänderten Maßstab bezogenen Wert zu bringen, in Abhängigkeit von dem Wert des Sauerstoffpegels, der der Maßstabsänderungsvorrichtung zugeführt wird.

Wenn beispielsweise der gesamtelean-rollAnstieg und -abfall in dem in den Figuren 4 und 5 dargestellten Sauerstoffgehalt 10 Sekunden dauert und wenn man zur Vereinfachung der Rechnung einen linearen Anstieg voraussetzt, dann steigt der Sauerstoffpegel in Figur 4 in 5 Sekunden um 2,5 % an, so daß dO/dt 2,5/5 oder 0,5 beträgt. Entsprechend steigt unter den gleichen Annahmen der Sauerstoffpegel in Figur 5 in 5 Sekunden um 1,25% an, entsprechend einem dO/dt von 1,25/5 oder 0,25. Ein geeigneter Grenzwert der für einen Motor mit einem Verhalten,wie es in Figur 4 dargestellt ist, verwendbar wäre, wäre 0,4, d.h., wenn dO/dt den Wert 0,4 überschreitet, so ist ein3ßa>rollZustand im kommen. Wenn also der Grundsauerstoffpegel 1% beträgt, wäre ein nichtmaßstäbliches dO/dt zu vergleichen mit einem unmaßstäblichen Grenzwert von 0,4. Würde man die Vorrichtung mit dem gleichen Aufbau zusammen mit einem Motor verwenden, mit der in Figur 5 dargestellten Charakteristik, so wäre eine Maßstabsänderung erforderlich, um einen leenrKfll Zustand festzustellen. Da die Änderung von dO/dt die Hälfte derjenigen eines Motors betragen würde, dessen Charakteristik in Figur 4 dargestellt ist, (unter der Annahme, daß der Motor gemäß'Figur 4 den Standard bildet} wäre einhalb der geeignete anzuwendende Maßstabsfaktor. D.h. bei der Maßstabsänderung in Figur 6 wäre, wenn ein Sauerstoffgrundpegel von 10% festgestellt wird, der Wert von dO/dt zu verdoppeln, bevor er mit dem Grenzwert verglichen wird, da er nur die Hälfte des Wertes darstellt, der für einen echten Vergleich mit dem Grenzwert von 0,4 benötigt wird. Andererseits wäre bei Anwendung der in Figur angewandten Methode, wenn ein Sauerstoffgrundpegel von 10% festgestellt wird, der Alarmgrenzwert von 0,4 zu halbieren, da er doppelt so groß ist, wie er für einen echten Vergleich mit dem

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Wert von dO/dt benötigt wird. Dieselbe Methode wäre anzuwenden, bei jedem zusätzlichen Motortyp, der unterschiedliche Sauerstoffgrundpegel und unterschiedliche Anstiege von dO/dt während des lem-roll-Zustandes zeigt.

Obgleich in den bevorzugten Ausführungsformen gemäß den Figuren 6 und 7 die Maßstabsänderung automatisch durch ei ie Maßstabsänderungsvorrichtungen 60 oder 62 in Abhängigkeit von einem von dem Verstärker 40 gelieferten Eingangssignal/; aas^fen Sauerstoffgrundpegel anzeigt, kann das gewünschte Resultat auch manuell oder halbautomatisch erzielt werden. Das einzige Erfordernis besteht darin, daß der dO/dt-Grenzwertvergleich,der in der Grenzwertvergleichsvorrichtung 52 durchgeführt wird, nuf einen Standardniotor zu normalisieren ist. D.h. ein Standardtest für den lean-ro.il-Zustand muß durch die Grenzwertvergleichsvorrichtung 52 unabhängig von dem Motortyp durchgeführt werden, wobei die Eingangssignale für den Test in ihrem Maßstab geändert oder normalisiert werden müssen auf den Bereich eines Standardmotors. Daher sollten die Maßstabsänderungsvorrichtungen 60 und 62 Einstellvorrichtungen aufweisen, die es gestatten, direkt den Wert von dO/dt und/oder den Grenzwert auf normalisierte Werte einzustellen oder alternativ den Motortyp einzustellen, worauf auf halbautomatische Weise die normalisierten Werte durch den Rest der Schaltung mit den Maßstabsänderungsvorrichtungen 60 und 62 geliefert würde.

Eine Normalisierung auf einen Standard könnte auch durch die modifizierte Sonde 32' in Figur 8 erfolgen. In der Sonde 32' ist eine Belüftungseinlaßöffnung 64 vorgesehen mit einem einstellbaren Ventil 66 darin, wobei die Belüftungsöffnung derart in der Sonde 32' angeordnet ist, daß Luft 68 mit dem Auspuffgas 36 vor den Sensor 31 vermischt wird. Wenn der in der Grenzwertvergleichsvorrichtung 52 durchgeführte Versuch auf einen luftgepumpten Motor standardisiert wird, kann der Test^eingang durch Einstellung des Ventils 66 auf den Standard derart normalisiert werden, daß Luft 68 mit Auspuffgasen 36 in einer solchen Menge gemischt wird, die ausreicht, um einen Sauerstoffgrundpegel zu erzielen, der dem in dem standardluftgepumpten Motor gleich ist. Dies kann manuell erfolgen, vorzugsweise erfolgt es jedoch automatisch durch Anschluß der Rückkopplungsvorrichtung 70 an den Aus-

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gang ί>2 des Verstärkers 40, wodurch das Ventil 66 automatisch auf einen Standardeinstellwert des Sauerstoffgehaltes eingestellt wird als Funktion des Rückkopplungssignals, das den oauerstoffwert darstellt.

übwohl sich die obige Diskussion und das bevorzugte Ausführungsbeispiel der Erfindung auf die Sauerstoffmenge und die Änderungsgeschwindigkeit von Sauerstoff in Motorauspuffgasen bezieht, kann die vorliegende Erfindung auch mit entsprechend geeigneten Sensore in Verbindung mit der Menge und der Änderungsgeschwindigkeit jeglicher Komponenten der Auspuffgase angewandt werden, wobei entsprechende Vorteile gegenüber dem Stand der Technik auftreten. Ebenso wäre der Term,der größer als der Grenzwert ist, als kleiner als eine negative Richtungsgrenze zu setzen, wenn die zu überwachende Komponente sinkt (wie z.B. COp in einem lean-roll Zustand

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Claims

Patentansprüche

Motorauspuffanalyse-Vorrichtung mit einer Sonde zur Aufnahme von Proben des Auspuffgases und einer Vorrichtung, die ein erstes Signal erzeugt, um die Menge einer in den Auspuffgasen vorhandenen Komponente anzuzeigen, gekennzeichnet durch:

a) eine differenzierende Vorrichtung(46), die mit der das erste Signal erzeugenden Vorrichtung (31, 38, 40) verbunden ist und die in Abhängigkeit von dem ersten Signal ein zweites Signal erzeugt, das die Anderungsgeschwindigkeit des ersten Signals in Abhängigkeit von der zweiten anzeigt;

b) eine mit der differenzierenden Vorrichtung (46) verbundene Grenzwertvergleichsvorrichtung (52), die das zweite Signal mit einem Grenzwert vergleicht und

c) eine Alarmvorrichtung (56), die mit der Grenzwertvergleichsvorrichtung (52) verbunden ist und die anzeigt, wenn das zweite Signal den Grenzwert überschreitet.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Sauerstoff die in den Auspuffgasen anzuzeigende Komponente bildet.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Grenzwerteinstellvorrichtung (54) zur Einstellung des Grenzwertes mit der das zweite Signal zu vergleichen ist.
4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung, die die Werte des zweiten Signals und des Grenzwertes auf einen Standardbereich normalisiert, bevor der Vergleich durchgeführt wird, so daß das Überschreiten des Grenzwertes durch das zweite Signal unabhängig von dem analysierten Motortyp die gleiche Bedeutung hat.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Normalisiervorrichtung eine Belüftungsvorrichtung (64, 66) umfaßt, um das Auspuffgas zu verdünnen, von dem eine Probe genommen werden soll.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Belüftungsvorrichtung (64, 66) mit einer Rückkopplungsvorrichtung

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(70) verbunden ist, die ein Signal liefert, die die Belüftungsvorrichtung (64, 66) automatisch derart einstellt, daß ein Standardeinstellwert des Sauerstoffgehaltes als Grundpegel erzielt wird.
7. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Normalisiervorrichtung eine Maßstabsänderungsvorrichtung (60) umfaßt, die mit der differenzierenden Vorrichtung (46) verbunden ist, um den Maßstab des zweiten Signals in Abhängigkeit von dem ersten Signal zu ändern.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch eine Grenzwerteinstellvorrichtung (54) zur Einstellung des Grenzwertes und eine Maßstabsänderungsvorrichtung (62) zur Veränderung des Maßstabes des Grenzwertes als Funktion des ersten Signals, die mit der das erste Signal erzeugenden Vorrichtung (32, 38, 40) und der Grenzwerteinstellvorrichtung (54) verbunden ist.
9. Verfahren zum Ermitteln eines lean-roll-Zustandes in einem Verbrennungsmotor, dadurch gekennzeichnet, daß

a) von den Auspuffgasen des Motors eine Probe genommen wird, um ein erstes Signal zu erzeugen, das den darin enthaltenen Sauerstoffprozentsatz anzeigt,

b) das erste Signal differenziert wird, um ein zweites Signal zu erzeugen, das die Änderungsgeschwindigkeit des ersten C:jg nals anzeigt,

c) das zweite Signal mit einen Grenzweit verglichen wird, derart, daß falls das zweite Signal den Grenzwert überschreitet, der Motor sich in dem lean-roll-Zustand befindet und

c) eine Vorrichtung zur Anzeige eines lean-roll-Zustanden betätigt wird, wenn das zweite Signal den Grenzwert überschreitet.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert des zweiten Signals und ein Grenzwert vor Durchfiihrurg des Vergleichs auf einen einen lean-roll-Zustand darstellenden standardisierten Bereich normalisiert wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Normalisierungsschritt die folgenden Schritte umfaßt:

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a) Bestimmung des Grundpegels des ersten Signals, wenn das zweite Signal Null ist und

b) Vornahme einer Maßstabsänderung dee zweiten Signals als Funktion des Grundpegels, so daß ein einziger Grenzwert verwendet werden kann zur Bestimmung des lean-roll-Zustandes in Motoren mit unterschiedlichen Pegeln der Änderungsgeschwindigkeit des ersten Signals in den lean-roll-Zustand.
12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Normalisierungsschritt folgende Schritte umfaßt:

a) Bestimmung des Grundpegels des ersten Sigials, wenn das zweite Signal zu Null wird und

b) Änderung des Maßstabes des Grenzwertes als Funktion dieses Grundpegels, so daß ein einzelner Verstärkungspegel verwendet werden kann zur Erzeugung des zweiten Signals zum Zweck der Feststellung des lean-roll-Zustandes in Motoren mit unterschiedlichen Pegeln der Änderungsgeschwindigkeit des ersten Signals während eines lean-roll-Zustandes.

13· Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Normalisierungsechritt die folgenden Schritte umfaßt:

a) Bestimmung des Grundpegels des ersten Signals, wenn das zweite Signal zu Null wird und

b) Zufuhr von Luft in die zu prüfenden Auspuffgase, um einen Standardgrundpegel des Sauerstoffgehaltes zu erzielen, so daß ein einzelner Grenzwert und Verstärkungspegel des zweten Signales zur Ermittlung des lean-roll-Zustandes in Motoren verwendet werden kann, die normalerweise unterschiedliche Pegel des Sauerstoffgrundpegels aufweisen.

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