DE3917746C2

DE3917746C2 -

Info

Publication number: DE3917746C2
Application number: DE3917746A
Authority: DE
Inventors: Masashi Takatsuki Osaka Jp Tanaka; Shigekazu Nagaokakyo Kyoto Jp Yamauchi; Masaru Kyoto Jp Mikita
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 1988-05-31
Filing date: 1989-05-31
Publication date: 1992-08-20
Also published as: JPH01302155A; JP2668029B2; DE3917746A1; KR920005962B1; KR890017449A; US4961341A

Description

Die Erfindung betrifft eine Sauerstoffsensor-Testeinrich tung gemäß dem Oberbegriff des Patentan spruchs 1 zur Funktionsprüfung eines Sauerstoffsen sors, der z. B. in einer Steuereinrichtung zur Einstellung eines Luft/Brennstoffverhältnisses einer Brennkraftmaschine für ein Fahrzeug zum Einsatz kommt.

Das Verhältnis von Luft zu Brennstoff (Luft/Brennstoff-Ver hältnis) in einer Luft/Brennstoff-Mischung für eine Brenn kraftmaschine wird in Übereinstimmung mit den Betriebsbe dingungen des Fahrzeugs gesteuert, um schädliche Substanzen im Abgas zu vermeiden und/oder den thermischen Wirkungsgrad der Maschine zu verbessern. Diese Steuerung erfolgt mit Hilfe eines Sauerstoffsensors (O₂-Sensor) zum Detektieren der Sauerstoffkonzentration im Abgas sowie mit Hilfe einer Luft/Brennstoffverhältnis-Steuereinrichtung zur Steuerung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses in der Luft/Brennstoff- Mischung. Der Sauerstoffsensor dient zur Durchführung einer Rückkopplungssteuerung der Luft-Brennstoffverhältnis-Steu ereinrichtung in Abhängigkeit eines Ausgangssignals vom O₂- Sensor, derart, daß sich das Luft/Brennstoff-Verhältnis der Luft/Brennstoff-Mischung nahe dem stöchiometrischen Mi schungsverhältnis befindet. Der bei der Luft/Brennstoffver hältnis-Steuerung verwendete O₂-Sensor wird mittels einer Testeinrichtung getestet und auf seine Funktionsfähigkeit hin überprüft, wobei insbesondere sein Ausgangs- und An sprechverhalten von Interesse sind.

Zu den konventionellen Testeinrichtungen gehören solche, die das Verbrennungsgas eines Propanbrenners zum Testen des O₂-Sensors verwenden, und solche, bei denen das Abgas einer Maschine zum Testen des O₂-Sensors benutzt wird. Bei der Testeinrichtung mit dem Propanbrenner werden die Ausgangs und Ansprechcharakteristik des O₂-Sensors unter Verwendung des Verbrennungsgases bewertet. Dagegen bedient sich die die tatsächliche Maschine verwendende Testeinrichtung eines Computers, um die Zusammensetzung der Luft/Brennstoff-Mi schung in Richtung einer höheren Brennstoffkonzentration als beim stöchiometrischen Mischungsverhältnis (fetter Zu stand) oder in Richtung einer geringeren Brennstoffkonzen tration als beim stöchiometrischen Mischungsverhältnis (ma gerer Zustand) zu verschieben, wobei Ausgangs- und An sprechcharakteristik des O₂-Sensors unter Verwendung des Abgases bewertet werden, das demjenigen tatsächlicher Fahr zeuge unter fetten, mageren und Übergangszuständen ent spricht.

Der einen Propanbrenner verwendende O₂-Sensor wird nur für die Bestätigung der Qualitätskontrolle von O₂-Sensoren be nutzt, da sich mit ihm eine exakte Charakteristik nicht er mitteln läßt, weil sich die Zusammensetzung des Verbren nungsgases von demjenigen des tatsächlichen Abgases unter scheidet.

Bei der Beurteilung von O₂-Sensoren unter Verwendung des Abgases einer Maschine wird erwartet, daß sie zu denselben Ergebnissen führt, die auch bei der Beurteilung des Abgases von Fahrzeugen erhalten werden. Die Maschine ändert jedoch ihre Eigenschaften insbesondere dann, wenn sie über einen längeren Zeitraum betrieben wird, so daß Beurteilungsergeb nisse nach Ersatz der Maschine durch eine andere unter schiedlich ausfallen können, selbst wenn derselbe O₂-Sensor verwendet wird. Dies führt zu einer schlechten Testzuver lässigkeit. Soll sich darüber hinaus das Luft/Brennstoff verhältnis der Mischung vom fetten zum mageren Zustand oder vom mageren zum fetten Zustand ändern, oder soll eine der artige Änderung abrupt auftreten, wobei diese Zustände die wichtigsten zur Beurteilung der Eigenschaften des O₂-Sen sors sind, so muß die Maschine mit hoher Geschwindigkeit und unter großer Last betrieben werden. Dies beeinträchtigt wiederum die Maschine und verschlechtert die Reproduzier barkeit des Tests. Die Beurteilung des O₂-Sensors ist daher nur dann zuverlässig, wenn die Maschine bei niedriger Ge schwindigkeit und geringer Last betrieben wird. Darüber hinaus lassen sich die Eigenschaften von O₂-Sensoren auch dann nur ungenau beurteilen, wenn sich das Luft/Brennstoff verhältnis der Mischung in starkem Maße oder abrupt ändert.

In der SAE-Veröffentlichung Nr. 800017, Februar 1980, ist eine Sauerstoffsensor-Testeinrichtung zur Prüfung von Sauerstoffsensoren offenbart, die als sogenannte Lambda-Sonden in Abgaskatalysatoren von Kraftfahrzeugen Verwendung finden.

Die beschriebene Sauerstoffsensor-Testeinrichtung verwendet bisher CO, CO₂, H₂, O₂, Stickoxide sowie Kohlenwasserstoffe als Bestandteile des Synthetikgases, die mit hohen Partialdrucken üblicherweise im Auspuffgas vorkommen. Derartige Testeinrichtungen haben jedoch den Nachteil, daß die Meßgenauigkeit bei der Sensorprüfung zu wünschen übrig läßt, obwohl die bei weitem überwiegenden Bestandteile des auch in der Praxis vorkommenden Abgases zur Messung herangezogen werden.

Hiervon ausgehend ist es die Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Prüfung von Sauerstoffsensoren anzugeben, daß sich durch eine verbesserte Meßgenauigkeit bei der Prüfung von Sauerstoffsensoren auszeichnet.

Diese Aufgabe wurde durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Die durch die Erfindung erzielbaren Vorteile einer Verbesserung der Meßgenauigkeit beruhen im wesentlichen darauf, daß überraschenderweise festgestellt wurde, daß durch die Zumengung von Schwefeldioxid, welches im Abgas normalerweise nur als Spurenelement enthalten ist, zum Synthetikgas eine wesentliche Verbesserung der Prüfungsergebnisse bei der Prüfung von Sauerstoffsensoren erzielbar ist.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 ein schematisch dargestelltes Ausführungsbeispiel einer Testeinrichtung nach der Erfindung,

Fig. 2 einen Querschnitt durch einen Sensorhalter,

Fig. 3 eine graphische Darstellung zur Erläuterung der Beziehung zwischen einer synthetischen Gaszusam mensetzung und dem Ansprechverhalten eines O₂-Sen sors,

Fig. 4 eine graphische Darstellung zur Erläuterung der Beziehung zwischen einer elektromotorischen Kraft eines O₂-Sensors und einer O₂-Überschußrate bei Verwendung eines SO₂ enthaltenden synthetischen Gases, und

Fig. 5 eine graphische Darstellung zur Erläuterung der Beziehung zwischen einer elektromotorischen Kraft eines O₂-Sensors und einer O₂-Überschußrate bei Verwendung eines synthetischen Gases, das kein SO₂ enthält.

Die Fig. 1 zeigt den schematischen Aufbau eines Ausfüh rungsbeispiels einer Testeinrichtung nach der Erfindung, während die Fig. 2 einen schematischen Querschnitt durch einen Sensorhalter zeigt. Ein Sensorhalter 2 befindet sich in der hinteren Stufe einer Passage 1 für synthetisches Gas. Der Sensorhalter 2 hält einen O₂-Sensor 3, der unter Verwendung eines synthetischen Gases getestet werden soll, das ihm über die Passage 1 zugeführt wird. Entsprechend der Fig. 2 ist der Sensorhalter 2 mit einer Gaspassage 5 inner halb einer Hochtemperatur-Isolationsschicht 4 ausgestattet, wobei der O₂-Sensor 3 innerhalb einer Gaskammer 6 der Gas passage 5 gehalten ist. Die Gaskammer 6 ist mit einem Ther moelement 7 ausgestattet, um die Gastemperatur innerhalb der Gaskammer 6 messen zu können.

Eine vordere Stufe der Synthetikgaspassage 1 steht in Ver bindung mit einem Gaszylinder sowie mit Gastanks, die das synthetische Gas enthalten. Im einzelnen sind ein erster Zylinder 8 mit Schwefeldioxidgas (SO₂) und Stickstoffgas (N₂) , ein zweiter Zylinder 9 mit Sauerstoffgas (O₂), ein dritter Zylinder 10 mit Stickstoffgas (N₂), ein vierter Zy linder 11 mit Kohlendioxidgas (CO₂), ein fünfter Zylinder 12 mit Kohlenmonoxidgas (CO), Wasserstoffgas (H₂) und Stickstoffgas (N₂), ein sechster Zylinder 13 mit Kohlenwas serstoffgas (HC) und Stickstoffgas (N₂), ein siebter Zylin der 14 mit Stickoxidgas (NO) und Stickstoffgas (N₂) sowie ein Tank 15 mit Wasser (H₂O) gefüllt. Der erste Zylinder 8 steht mit der Synthetikgaspassage 1 über eine Durchfluß steuerung 28 und eine Schwefeldioxidpassage 29 in Verbin dung. Dagegen stehen der zweite bis siebte Zylinder 9 bis 14 mit der Synthetikgaspassage 1 über Durchflußsteuerungen 16 in Verbindung. Außerdem ist der Tank 15 mit der Synthe tikgaspassage 1 über eine Drucksteuerung 17 verbunden. Ein Ausgang von nicht dargestellten Sensoren zum Detektieren der Massenflußraten der Gase, die durch die Gaspassagen 29 und 16a hindurchströmen, in denen sich die Steuerungen 16 und 28 befinden, ermöglicht eine Rückkopplungssteuerung der Gasflußraten, derart, daß die Massenflußraten der Gase, die durch die Gaspassagen 29 und 16a hindurchströmen, Target werte sind (Zielwerte).

Eine mittlere Stufe der Synthetikgaspassage 1 ist mit einem elektrischen Ofen 18 als Heizeinrichtung ausgestattet, der in Antwort auf ein Signal von einer Temperatursteuerung 19 ein- und ausgeschaltet wird. Die Synthetikgaspassage 1 ist vor dem Sensorhalter 2 mit einem Thermoelement 20 als Tem peratursensor ausgestattet, der seinerseits mit der Tempe ratursteuerung 19 verbunden ist. Auf diese Weise läßt sich die Temperatur des Synthetikgases vor dem Sensorhalter 2 mit Hilfe des Thermoelements 20 messen, so daß sich in Übereinstimmung mit der gemessenen Temperatur der elektri sche Ofen 18 mittels der Temperatursteuerung 19 ein- und ausschalten läßt, um die Temperatur des Synthetikgases ein zustellen, mit dem der O₂-Sensor 3 getestet werden soll.

Zusätzlich sind ein achter Zylinder 21 mit Co, H₂ und N₂ sowie ein neunter Zylinder 22 mit O₂ und N₂ gefüllt. Der achte Zylinder 21 und der neunte Zylinder 22 sind jeweils über eine Drucksteuerung 23 und einen Durchflußmesser 24 mit einem synchronen elektromagnetischen Ventil 25 verbun den. Ein Auslaß des synchronen elektromagnetischen Ventils 25 steht in Verbindung mit der Synthetikgaspassage 1 an ei ner Position zwischen dem elektrischen Ofen 18 und dem Sen sorhalter 2, insbesondere an einer Position zwischen dem elektrischen Ofen 18 und dem Thermoelement 20, während ein anderer Auslaß des synchronen elektromagnetischen Ventils 25 mit einer offenen Passage 30 in Verbindung steht. Durch Umschalten des synchronen elektromagnetischen Ventils 25 läßt sich somit das Gas im achten Zylinder 21 und das Gas im neunten Zylinder 22 wahlweise in die Synthetikgaspassage 1 führen, um auf diese Weise Abgase in fettem Zustand oder in magerem Zustand zu simulieren. Das Verhältnis von fettem zu magerem Zustand wird durch die Drucksteuerung 23 gesteu ert, während sich die Änderungsrate bezüglich des fetten und des mageren Zustands durch zeitliches Umschalten des synchronen elektromagnetischen Ventils 25 steuern läßt. Da das synchrone elektromagnetische Ventil 25 in der Lage ist, die Verbindung des achten Zylinders 21 und des neunten Zylinders 22 mit der Synthetikgaspassage 1 und der offenen Passage 30 momentan bzw. unverzüglich herzustellen, sind der achte Zylinder 21 und der neunte Zylinder 22 immer ent weder mit der Synthetikgaspassage 1 oder der offenen Passa ge 30 verbunden. Die Flußraten der von den Zylindern 21 und 22 gelieferten Gase sind fast konstant, wobei ein Gas der gewünschten Flußrate in die Synthetikgaspassage 1 eingelei tet wird, selbst unmittelbar nach Umschalten des synchronen elektromagnetischen Ventils 25.

Die Fig. 1 zeigt weiterhin ein Stift-Aufzeichnungsgerät 26 sowie einen Analysator 27 zum Analysieren der Meßergebnisse des O₂-Sensors 3. Das Stift-Aufzeichnungsgerät 26 und der Analysator 27 dienen als Monitoreinrichtungen zur Überwa chung des Ausgangs des O₂-Sensors 3.

Bei der oben beschriebenen Testeinrichtung wird im ersten Zylinder 8 enthaltenes SO₂ über die Schwefeldioxid-Gaspas sage 29 zur Synthetikgaspassage 1 geführt, um SO₂ zu einem Gas hinzuzufügen, das vom zweiten Zylinder 9 bis zum neun ten Zylinder 14 stammt, so daß ein Synthetikgas mit SO₂ er halten wird. Die Temperatur des SO₂ enthaltenden Synthetik gases wird durch das Thermoelement 20 gemessen, während der Betrieb des elektrischen Ofens 18 mittels der Temperatur steuerung 19 gesteuert wird, um die Temperatur des SO₂ ent haltenden Synthetikgases auf einen spezifischen Wert einzu stellen. Das temperaturgesteuerte und SO₂ enthaltende Syn thetikgas wird von der Gaspassage 5 zur Gaskammer 6 gelei tet, in der es sich ausbreitet und durch den O₂-Sensor de tektiert wird. Die Detektorergebnisse werden durch das Stift-Aufzeichnungsgerät 26 aufgezeichnet, während anderer seits die Daten durch den Analysator 27 analysiert werden. Ferner werden die Eigenschaften und das Anspechvermögen des O₂-Sensors 3 bewertet bzw. beurteilt.

Um Abgase mit fetten und mageren Luft/Brennstoff-Verhält nissen zu simulieren, wird das synchrone elektromagnetische Ventil 25 entsprechend umgeschaltet, um die Zusammensetzung des SO₂ enthaltenden Synthetikgases zu verändern. Die Ände rungsrate zwischen fettem und magerem Zustand wird durch Änderung der Umschaltzeit des synchronen elektromagneti schen Ventils 25 gesteuert.

Da die oben beschriebene Testeinrichtung für den O₂-Sensor 3 ein Synthetikgas verwendet, das SO₂ enthält, welches auch in tatsächlichen Abgasen auftritt und die Bewertung des O₂- Sensors 3 beeinflußt, lassen sich Zustände von Abgasen nahe denjenigen tatsächlicher Fahrzeuge simulieren. Durch Um schalten des synchronen elektromagnetischen Ventils 25 kön nen ferner Abgase mit fetten und mageren Zuständen von Luft/Brennstoff-Verhältnissen simuliert werden, wobei sich ebenfalls die Änderungsrate vom fetten zum mageren Zustand in einfacher Weise und mit guter Reproduzierbarkeit simu lieren läßt. Die Verwendung eines solchen Gaszufuhrsystems mit dem synchronen elektromagnetischen Ventil 25 eignet sich insbesondere zur Simulation von Übergangszuständen, bei denen die Geschwindigkeit des Fahrzeugs größer und kleiner wird. Enthielte das Gaszufuhrsystem zur Durchfüh rung der exakten Durchflußsteuerung nur die rückkopplungs gesteuerte Durchflußsteuerung 16, so könnte ein hinreichen des Übergangsansprechverhalten nicht erzielt werden. Dies würde zu einem Problem bei der Reproduzierbarkeit der Zu stände tatsächlicher Fahrzeuge führen. (Da der SO₂-Anteil selbst bei Übergangsbetriebszuständen nicht verändert wird, wird beim vorliegenden Ausführungsbeispiel kein spezielles Gas-(SO₂)-Zufuhrsystem für das Übergangsverhalten benutzt.) Im folgenden werden Zustände, bei denen SO₂ die Bewertung des O₂-Sensors 3 beeinflußt, unter Bezugnahme auf die Test ergebnisse näher beschrieben. Zunächst soll ein erster Test im einzelnen erläutert werden. Um den Zusammenhang zwischen der Wiederholperiode (Halbperiode (s)) bei der Variation fetter und magerer Zustände und der Ansprechzeit (Trl: ms) des O₂-Sensors 3 zu untersuchen, werden ein SO₂ enthal tendes Synthetikgas (nachfolgend als W-Synthetikgas be zeichnet) und ein Synthetikgas ohne SO₂ (nachfolgend nur als Synthetikgas bezeichnet) verwendet. Dabei werden die fetten und mageren Zustände variiert.

Der Grund, warum der SO₂-Anteil auf 16 ppm festgesetzt wird, wird nachfolgend beschrieben. Es sei angenommen, daß bei einem Luft/Brennstoff-Verhältnis von 14,7, also bei ei nem Verhältnis von Luft/Brennstoff = 14,7 g/1 g, 100 ppm an Schwefel (S) in 1 g Brennstoff (Gasolin) enthalten sind. Mittlere S-Anteile im Brennstoff betragen 50 bis 60 ppm in Japan, etwa 300 ppm in den USA und 300 bis 400 ppm in der Bundesrepublik Deutschland und in Australien.

Das Gewicht von S im Brennstoff ergibt sich zu

S = 1 × 100 × 10^-6 (g) = 1 × 10^-4 (g)

Wird der gesamte Schwefel S von 1×10^-4 (g) in SO₂ umge wandelt und ausgegeben, so werden unter Berücksichtigung der Tatsache, daß das Atomgewicht von S den Wert 32 und das Molekulargewicht von SO₂ den Wert 64 aufweist, 1×10^-4 (g)/32 = 3,125×10^-6 Mol an Schwefel S in 3,125×10^-6 Mol SO₂ umgewandelt.

Unter Verwendung der Beziehung PV = nRT weisen 3,125×10^-6 Mol an SO₂ bei 1 atm und 25°C ein Volumen von

1 × V = 3,125 × 10^-6 × 0,082 × (273+25)
V = 7,63625 × 10^-5 (l)

auf.

Bei einem mittleren Molekulargewicht von 28 weisen 14,7 g Luft bei 1 atm und 25°C ein Volumen von

1 × V = 14,7/28 × 0,082 × (273+25)
V = 12,8289 (l)

auf.

Da 1 g an Brennstoff 1×10^-4 (g) an Schwefel enthält, be trägt der verbleibende Anteil an Brennstoff 1-1×10^-4= 0,9999 (g), wobei dieser Anteil bei einem angenommenen mittleren Molekulargewicht von 100 sowie bei 1 atm und 25°C ein Volumen von

1 × V = 0,9999/100 × 0,082 × (273+25)
V = 0,24434 (l)

aufweist.

Enthält daher der Brennstoff 100 ppm an Schwefel, so ergibt sich eine SO₂-Konzentration im Abgas von

7,63625 × 10^-5/(12,8289+0,24434) = 5,84 × 10^-6 = 5,84 (ppm).

Ist der Schwefel in größeren Anteilen im Brennstoff als in der Bundesrepublik Deutschland vorhanden, beträgt er bei spielsweise 400 ppm, so ergibt sich eine SO₂-Konzentration im Abgas von etwa 24 ppm. Infolge von Schwankungen der S- Konzentration im Brennstoff und aufgrund von Übergangsände rungen im SO₂ infolge von Absorption und Desorption durch Katalysatoren wird beim Testen des O₂-Sensors 3 vorzugswei se die SO₂-Konzentration auf etwa 16 ppm festgesetzt. In Vergleichstests mit dem Synthetikgas und dem W-Synthetikgas beträgt daher die SO₂-Konzentration des W-Synthetikgases 16 ppm. Es ist erwünscht, daß die Testeinrichtung eine SO₂- Konzentration bis zum 3fachen der maximalen SO₂-Konzentra tion liefern kann (24 ppm in diesem Ausführungsbeispiel), um verschiedenen Betriebsbedingungen gerecht zu werden und Verfahren effektiv testen zu können.

Tests wurden unter Verwendung des W-Synthetikgases und des Synthetikgases ausgeführt, um die Ansprechzeit des O₂-Sen sors 3 auf wiederholte Änderungen fetter und armer Zustände zu prüfen, und zwar bei verschiedenen bzw. unterschiedli chen Wiederholperioden. Die Ergebnisse sind in Fig. 3 ge zeigt. In der Fig. 3 ist die Ansprechzeit entlang der Ordi nate aufgetragen, während die Wiederholperiode zwischen fetten und mageren Zuständen auf der Abszisse aufgetragen ist. Dabei wird die Beziehung zwischen der Gaszusammenset zung und dem Ansprechvermögen deutlich.

Bei Verwendung des W-Synthetikgases steigt die Ansprechzeit des O₂-Sensors 3 mit ansteigender Wiederholperiode der Än derung zwischen fettem und magerem Zustand an. Wird dagegen das Synthetikgas verwendet, so steigt zunächst die An sprechzeit des O₂-Sensors 3 mit zunehmender Wiederholperi ode der Änderung zwischen fettem und magerem Zustand an, und zwar bis zu einem Wert der Wiederholperiode von 2 s, während bei Wiederholperioden länger als 2 s die Ansprech zeit des O₂-Sensors 3 nahezu konstant bleibt. Bei Verwen dung des Synthetikgases treten keine Änderungen in der An sprechzeit des O₂-Sensors 3 auf, wenn die Wiederholperiode bei der Änderung zwischen fettem und magerem Zustand 2s überschreitet. Wird dagegen das W-Synthetikgas benutzt, so steigt die Ansprechzeit des O₂-Sensors 3 an, wenn sich die Wiederholperiode der Änderung zwischen fettem und magerem Zustand erhöht. Daher werden unterschiedliche Ergebnisse für die Fälle erhalten, in denen SO₂ im Synthetikgas ent halten ist oder nicht. Mittels der in Fig. 1 gezeigten Testeinrichtung kann daher bei Durchführung eines Tests des O₂-Sensors 3 unter Verwendung eines Synthetikgases mit SO₂, welches auch in tatsächlichen Abgasen vorhanden ist (W-Syn thetikgas), dieser Sensor unter Bedingungen getestet wer den, die auch in tatsächlichen Abgasen vorhanden sind, so daß sich auf diese Weies zuverlässige Testergebnisse erzie len lassen.

Im folgenden wird ein zweiter Test im einzelnen beschrie ben. Bei diesem Test werden das W-Synthetikgas und das Syn thetikgas verwendet und bis auf 350°C, 400°C und 450°C auf geheizt. Mit Hilfe des W-Synthetikgases und des Synthetik gases wird die Beziehung zwischen der O₂-Überschußrate (λ) und der elektromotorischen Kraft (EMF: mV) des O₂-Sensors 3 untersucht. Die O₂-Überschußrate λ ist das Verhältnis zwi schen dem tatsächlichen Luft/Brennstoff-Verhältnis und dem theoretischen Luft/Brennstoff-Verhältnis. Sie ergibt sich zu:
λ = (tatsächliches Luft/Brennstoff-Verhältnis)/ (theore tisches Luft/Brennstoff-Verhältnis)
wobei für den Fall, daß λ = 1 ist, das Luft/Brennstoff-Ver hältnis einen Wert von 14,6 bis 14,7 annimmt.

Die entsprechenden Testergebnisse sind in den Fig. 4 und 5 gezeigt. Dabei ist jeweils auf der Ordinate die elektromo torische Kraft EMF in mV des O₂-Sensors 3 aufgetragen, wäh rend auf der Abszisse jeweils die O₂-Überschußrate λ aufge tragen ist. Die jeweiligen Fig. 4 und 5 zeigen also die λ- EMF-Beziehung. Bei Verwendung des W-Synthetikgases (Fig. 4) mit einer Temperatur von 400°C und 450°C (W-Synthetikgas (400), W-Synthetikgas (450)) weist λ einen Wert von etwa 0,9 bis 1,01 auf, und zwar bei einer EMF von 900 mV bis 950 mV. Beträgt λ dagegen etwa 1,02, so weist die EMF praktisch einen konstanten Wert von etwa 100 mV auf. Wird das W-Syn thetikgas auf 350°C aufgeheizt (W-Synthetikgas (350)), so beträgt λ etwa 0,9 bis 1,01 bei einer EMF von etwa 780 mV. Ist in diesem Fall λ etwa 1,02, so fällt die EMF auf 550 mV ab, während bei einem Wert λ von etwa 1,03 die EMF auf etwa 150 mV abfällt. Für λ oberhalb von 1,03 ist die EMF prak tisch konstant.

Wird andererseits das Synthetikgas (Fig. 5) auf 400°C und 450°C aufgeheizt (Synthetikgas (400), Synthetikgas (450)), so werden praktisch dieselben Ergebnisse erhalten wie beim W-Synthetikgas (400) und beim W-Synthetikgas (450). Wird jedoch das Synthetikgas auf 350°C aufgeheizt (Synthetikgas (350)), so ist λ etwa 0,9 bis 1,01 bei einer EMF von etwa 780 mV. Liegt in diesem Fall λ bei etwa 1,02, so fällt die EMF scharf auf 150 mV ab, während bei λ oberhalb von 1,03 die EMF praktisch konstant bleibt. Es läßt sich erkennen, daß bei 400°C und 450°C keine wesentlichen Unterschiede in den λ-EMF-Beziehungen zwischen dem Synthetikgas und dem W- Synthetikgas erhalten werden. Bei 350°C führt jedoch das Synthetikgas mit SO₂ (W-Synthetikgas) zu einem unterschied lichen Verhalten. Normalerweise bestimmt der O₂-Sensor 3 die fetten und mageren Zustände mit einer EMF von 450 mV. Ein Vergleich der Fig. 4 und 5 zeigt, daß das W-Synthetik gas (350) bei 450 mV EMF zu einem Wert λ von etwa 1,025 führt, während das Synthetikgas (350) bei 450 mV EMF zu ei nem Wert λ von etwa 1,017 führt. Es tritt also eine Diffe renz im Wert λ auf. Da bei einer Temperatur von 350°C Un terschiede in den Eigenschaften zwischen dem Synthetikgas ohne SO₂, welches im tatsächlichen Abgas vorhanden ist, und dem Synthetikgas mit SO₂ (W-Synthetikgas) auftreten, können zuverlässige Bewertungsergebnisse beim Testen des O₂-Sen sors 3 unter Verwendung des Synthetikgases mit SO_2, welches im tatsächlichen Abgas vorhanden ist, erhalten werden, die Zustände repräsentieren, die nahe denen beim tatsächlichen Abgas sind. Die in Fig. 1 gezeigte Testeinrichtung führt zu diesen zuverlässigen Bewertungsergebnissen.

Wie sich den beiden obigen Testergebnissen entnehmen läßt, verändern sich beim Testen des O₂-Sensors 3 das Ausgangs und Ansprechverhalten des O₂-Sensors 3 in Abhängigkeit da von, ob das Synthetikgas SO₂, welches im tatsächlichen Ab gas vorhanden ist, enthält oder nicht. Mit Hilfe der in Fig. 1 gezeigten Testeinrichtung lassen sich somit das Aus gangs- und Ansprechverhalten ermitteln, und zwar durch Testen des O₂-Sensors 3 unter Verwendung des SO₂ enthalten den Synthetikgases unter Bedingungen, die sehr nahe an de nen des tatsächlichen Abgases liegen, so daß zuverlässige Bewertungsergebnisse möglich sind.

Die oben beschriebene Testeinrichtung für den O₂-Sensor 3, die den O₂-Sensor 3 unter Verwendung eines SO₂ enthaltenden Synthetikgases testet, ist in der Lage, Eigenschaften und Funktionstüchtigkeit des O₂-Sensors 3 zu überprüfen, und zwar mit einem Synthetikgas, das Bedingungen simuliert, die praktisch auch im tatsächlichen Abgas vorhanden sind. Die Testeinrichtung kann den Wert λ in einem weiten Bereich (± 0,1) ändern, um einen fetten, einen mageren und einen Übergangszustand des Abgases zu simulieren. Die Änderung erfolgt bei stabiler Komposition des Synthetikgases und mit hoher Genauigkeit und Reproduzierbarkeit, so daß die Ein richtung auch zur Fehlersuche geeignet ist. Da ferner Gase von den Zylindern 21 und 22, die nicht den elektrischen Heizofen 18 durchströmen, in die Synthetikgaspassage 1 stromaufwärts des Thermoelements 20 hineingeführt werden, läßt sich auch die Temperatur des in den O₂-Sensor 3 hin eingeführten Synthetikgases exakt steuern.

Bei der Sauerstoffsensor-Testeinrichtung nach der Erfindung steht die Schwefeldioxid-Gaspassage zur Lieferung von SO₂ mit der Synthetikgaspassage 1 in Verbindung, so daß ein Synthetikgas erhalten wird, dessen Zusammensetzung prak tisch derjenigen des tatsächlichen Abgases entspricht, das Schwefeldioxid enthält, das die Bewertung von Sauerstoff sensoren beeinflußt. Das SO₂ enthaltende Synthetikgas läßt sich so simulieren bzw. verändern, daß es einem Abgas unter verschiedenen Fahr- bzw. Betriebszuständen entspricht. Die Veränderung kann dabei mit guter Reproduzierbarkeit erfol gen. Im Ergebnis lassen sich Sauerstoffsensoren unter Ver wendung eines Synthetikgases bewerten bzw. prüfen, dessen Zusamensetzung nahe der Zusammensetzung des tatsächlichen Abgases ist, das SO₂ enthält, und zwar bei fettem und mage rem Luft/Brennstoff-Verhältnis sowie bei Übergangsbedingun gen, so daß eine exakte und zuverlässige Bewertung bzw. Prüfung der Sauerstoffsensoren möglich ist.

Claims

1. Sauerstoffsensor-Testeinrichtung, mit mehreren Gasversaugungsquellen, die Gase verschiedener spezifischer Bestandteile zum Simulieren des Abgases einer Brennkraftmaschine gespeichert enthalten, mit einem zu prüfenden Sauerstoffsensor (3), der mit einer Synthetikgasleitung (1) verbunden ist, die mit den Gasen aus mehreren Gas-Versorgungsquellen beschickt wird, mit Monitoreinrichtungen (26, 27) zur Überwachung des Ausgangs des Sauerstoffsensors (3) und mit einer Heizeinrichtung (18) in der Synthetikgasleitung (1) zum Aufheizen des Synthetikgases, mit einer Einleitung eines weiteren Gasgemisches, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Gas-Versorgungsquellen (8) Schwefeldioxid enthält, und eine Gasleitung (31) vorgesehen ist, die mit einer Sauerstoffquelle (22) und eine Kohlenmonoxidquelle (21) über einen Ventilmechanismus (25) verbunden ist, um alternativ eine der beiden Versorgungsquellen mit der Synthetikgasleitung (1) zu verbinden.

2. Sauerstoffsensor-Testeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Sauerstoffquelle (22) zusätzlich Stickstoffgas enthält.

3. Sauerstoffsensor-Testeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohlenmonoxidquelle (21) zusätzlich Wasserstoff- und Stickstoffgas enthält.

4. Sauerstoffsensor-Testeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwefeldioxidquelle (8) zusätzlich Stickstoff enthält.

5. Sauerstoffsensor-Testeinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Temperatursensor (20) zum detektieren der Temperatur des Synthetikgases, der in der Synthetikgasleitung (1) zwischen der Heizeinrichtung (18) und dem Sauerstoffsensor (3) angeordnet ist, und durch eine Steuereinrichtung (19) zur Ausgabe eines Steuersignals zur Heizeinrichtung (18) für die Einstellung der Temperatur des Synthetikgases auf einen Sollwert.

6. Sauerstoffsensor-Testeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilmechanismus (25) so ausgebildet ist, daß dann, wenn entweder die Sauerstoff- oder die Kohlenmonoxidquelle mit der Synthetikgasleitung (1) in Verbindung steht, die jeweils andere der beiden Versorgungsquellen mit einer offenen Passage (30) in Verbindung steht, und die Umschaltung zwischen den beiden Quellen augenblicklich erfolgt.

7. Sauerstoffsensor-Testeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwefeldioxidgehalt des Synthetikgases dem eines tatsächlichen Verbrennungsgases entspricht.

8. Sauerstoffsensor-Testeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusammensetzung des Synthetikgases aus den Versorgungsquellen (9 bis 15) dem eines tatsächlichen Verbrennungsgases entspricht.