DE8814389U1

DE8814389U1 - Device for measuring gases in an exhaust gas stream of an internal combustion engine, in particular a motor vehicle engine

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Publication number: DE8814389U1
Application number: DE8814389U
Authority: DE
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Priority date: 1988-11-17
Filing date: 1988-11-17
Publication date: 1989-11-30
Anticipated expiration: 1998-11-18

Description

Anm.: Johann EisenmannNote: Johann Eisenmann

04.10.1989 52i) G 104.10.1989 52i) G 1

Vorrichtung zur Messung und Anzeige von in einem Abgasstrom eines Verbrennungsmotors, insbesondere eines Kraftfahrzeug-Motors befindlichen GaseDevice for measuring and displaying gases in an exhaust gas stream of an internal combustion engine, in particular a motor vehicle engine

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung und Anzeige von im Abgasstrom eines Verbrennungsmotors, insbesondere eines Kraftfahrzeug-Motors befindlichen Gase nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to a device for measuring and displaying gases in the exhaust gas flow of an internal combustion engine, in particular a motor vehicle engine, according to the preamble of claim 1.

Wenn eine Brennkraftmaschine mit einem stöchiometrischen Verhältnis von Erennstoff zu Luft betrieben wird, nimmt im allgemeinen der Betrag schädlicher Bestandteile im Abgas erheblich ab. Sauerstoffsensoren zur Erfassung des Lamda-WertesWhen an internal combustion engine is operated with a stoichiometric ratio of fuel to air, the amount of harmful components in the exhaust gas generally decreases considerably. Oxygen sensors for measuring the lambda value sind in der Kraftfahrzeugtechnik seit einigen Jahren im Einsatz zur Steuerung komplexer Brennstoffzuteilungssysteme, die im Zusammenhang mit dem Einsatz von Abgas-Katalysatoren Verwendung finden.have been used in automotive engineering for several years to control complex fuel allocation systems that are used in conjunction with exhaust gas catalysts.

Kraftfahrzeuge, die noch mit Vergaser oder Einspritzsystemen ohne Lamda-Messung betrieben werden, werden derzeit meist nur einmal im Jahr anläßlich der Abgas-Sonder-Untersuchung schadstoffmäßig gemessen und eingestellt. Solche Meß- und Einstellarbeiten erfolgen in der Regel im Leerlauf bzw. im Stand- betrieb, da die herkömmlichen Meßgeräte, die bei der Abgas messung verwendet werden, aufgrund ihrer Größe und Bauform sich nicht für den mobilen Einsatz im Fahrzeug eignen. Im Fahrbetrieb - insbesondere im Lastbetrieb - weicht die Ge= mischzusammensutzung dann oft erheblich von ihrem optimalen Wert (stöchiometrisches Gemisch, gleichbedeutend mit. Lamda = l) ah und führt zu Leistungsminderung, höherem Brennstoffverbrauch, erhöhtem Ausstoß giftiger Schadstoffe, was jedoch nur an einem Motoren oder Leistungsprüfstand ermitteP werden kann. Motor vehicles that are still operated with carburettors or injection systems without lambda measurement are currently only measured and adjusted for pollutants once a year during a special exhaust gas test. Such measuring and adjustment work is usually carried out when the vehicle is idling or stationary , as the conventional measuring devices used for exhaust gas measurement are not suitable for mobile use in the vehicle due to their size and design. When driving - especially when under load - the mixture composition often deviates considerably from its optimal value (stoichiometric mixture, equivalent to lambda = l) and leads to reduced performance, higher fuel consumption and increased emissions of toxic pollutants, which can only be determined on an engine or performance test bench.

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Zwar ist unter der Nummer DE 34 09 948 Al eine Einrichtung zur Messung und Anzeige der Abgaswerte und/oder Schadstoffmengen im Abgas bekanntgeworden, die im Fahrzeug installiert wird, jedoch handelt es sieht hier offensichtlich um eine der bekannten Meßmethoden zur CO-Messung bzw. CO₂- Messung oder Stickoxyd-Messung, die für den dauerenden Einsatz in einem Kraftfahrzeug Anwendung finden soll. Der Offenlegungsschrift ist nicht zu entnehmen, welche Schadstoffe gemessen werden sollen, jedoch läßt die Anordnung in der Zeichnung darauf schließen, daß es sich um ein mobiles CO-Meßgerät handelt. Der Nachteil einer solchen Meßmethode besteht in dem verzögerten Ansprechverhalten des Anzeigegerätes, hervorgerufen durch den engen Querschnitt der Meßleitung, durch die das zu messende Gas transportiert werden muß, so daß nur summarische Messungen möglich sind, wohingegen sich die Betriebszustände in einem Verbrennungskraftmotor in Abhängigkeit der Gaspedalstellung, der Drehzahl usw. ununterbrochen ändern. Zudem ist der bauliche Aufwand, den das Verlegen einer Meßleitung erfordert, doch erheblich.Although a device for measuring and displaying exhaust gas values and/or pollutant quantities in the exhaust gas has been disclosed under the number DE 34 09 948 A1 and is installed in the vehicle, this is obviously one of the known measuring methods for measuring CO or CO ₂ or nitrogen oxide, which is intended for permanent use in a motor vehicle. The published specification does not state which pollutants are to be measured, but the arrangement in the drawing suggests that it is a mobile CO measuring device. The disadvantage of such a measuring method is the delayed response of the display device, caused by the narrow cross-section of the measuring line through which the gas to be measured must be transported, so that only summary measurements are possible, whereas the operating conditions in an internal combustion engine change continuously depending on the accelerator pedal position, the speed, etc. In addition, the structural effort required to lay a measuring line is considerable.

2020

Weiter ist unter der Nummer DE 3ö 13 396 Al eine überwachungseinrichtung für einen Sauerstoffsensor bekannt geworden. Jedoch ist diese überwachungseinrichtung nur dafür konzipiert, bei bestehenden Einspritzsys^f,emen turnusmäßig den Sauerstoffsensor (Lamdasonde) zu überprüfen, um eine optimale Wirkungsweise eines eingebauten Katalysators zu gewährleisten. Dementsprechend besitzt diese überwachungseinrichtung auch nur eine einfache visuelle Anzeigevorrichfun%, die nur zwischen den Betriebszuständen "Lamdasonde arbeitet" und "Lamdasonde ?.rbeitet nicht" zu unterscheiden braucht. Der Nachteil dieser überwachungseinrichtung besteht darin, daß sie nur bei bestehendem Einspritzsystem angeschlossen werden kann, um die Funktion der Lamdasondn zu überprüfen. Auch ist sie r ichf zum dauernden Einsatz in einem Fahrzeug geeignet, rtn es sir:hFurthermore, a monitoring device for an oxygen sensor has become known under the number DE 30 13 396 A1. However, this monitoring device is only designed to check the oxygen sensor (lamda sensor) on an existing injection ^system on a regular basis in order to ensure that a built-in catalyst is working optimally. Accordingly, this monitoring device also only has a simple visual display device that only needs to distinguish between the operating states "lamda sensor working" and "lamda sensor not working". The disadvantage of this monitoring device is that it can only be connected to an existing injection system in order to check the function of the lambda sensor. It is also not suitable for permanent use in a vehicle, it is:

3&Ggr;) um nin tragbares Gerät hari'lslt. Zudem ist iiie visuelle An-3) is a portable device. In addition, the visual

zoign, din run /wischen rlmi Zuständen "!,arndasondi; nrbfitnt." und "Lnindasonde arbeitet nicht" unterscheidet, nicht geeignet, dem Fahrzeugführer ausreichd Aufschluß zu geben über die Gemischzusammensetzung im Fahrzeugmotor.The sensor, which distinguishes between the states "!,arndasonde; nrbfitnt." and "Intake manifold not working", is not suitable for giving the driver sufficient information about the mixture composition in the vehicle engine.

Um dem Führer eines Kraftfahrzeuges die Möglichkeit zu geben, sein Fahrverhalten im Hinblick auf den Kraftstoffverbrauch zu optimieren, sind verschiedene Fahrzeughersteller dazu übergegangen, den Unterdruck im Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors zu messen und dem Fahrer zur Anzeige zu bringen. Bei dieser Methode findet die Gaspedalstellung des Fahrers sowie die augenblickliche Drehzahl des Motors \hren Niederschlag, so daß der Fahrer in der Lage ist, ungünstige Betriebszustände - wie niedere Drehzahl des Motors bei gleichzekger Vollast-Gaspedalstellung - zu vermeiden. Hingegen ist es keine Maßmethode, die über die Gemischzusammensetzung und richtige Einstellung des Motors Aufschluß gibt.In order to give the driver of a motor vehicle the opportunity to optimize his driving behavior with regard to fuel consumption, various vehicle manufacturers have started to measure the negative pressure in the intake tract of the combustion engine and display it to the driver. This method takes into account the driver's accelerator pedal position and the current engine speed, so that the driver is able to avoid unfavorable operating conditions - such as low engine speed with the accelerator pedal at full throttle. However, it is not a measuring method that provides information about the mixture composition and correct engine setting.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es von daher, eine Vorrichtung zur Messung und Anzeige von im Abgasstrom eines Verbrennungsmotors, insbesondere eines nicht mit einem Drei-Wege-Katalysator ausgestatteten Kraftfahrzeug-Motors zu schaffen, die gegenüber herkömmlicher Vorrichtungen vor allem bei Fahrzeugen mit mehreren getrennten Abgasleitungen eine verbesserte Wirkungsweise aufweist.The object of the present invention is therefore to create a device for measuring and displaying the exhaust gas flow of an internal combustion engine, in particular of a motor vehicle engine not equipped with a three-way catalyst, which has an improved mode of operation compared to conventional devices, especially in vehicles with several separate exhaust lines.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß entsprechend den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. The object is achieved according to the invention in accordance with the features specified in claim 1. Advantageous embodiments of the invention are specified in the subclaims.

Weitere Vorteile, Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich nachfolgend aus einem anhand von Zeichnungen dargestellten Aijsführnngsbfiispiel.Further advantages, details and features of the invention will become apparent from an exemplary embodiment illustrated with reference to the drawings.

In Fig. 1 ist der F.rfindungsgegenstand in einnm Ausführungsbeispiels dargestellt.In Fig. 1, the subject matter of the invention is shown in an embodiment.

Fig. 2 zeigt das Blockschaltbild einer geeigneten elektronischen Schaltung, um den gemessenen Lamda-Wert des Abgases auf einer Leuchtdiodenreihe darzustellen.Fig. 2 shows the block diagram of a suitable electronic circuit to display the measured lambda value of the exhaust gas on a row of LEDs.

Fig. 3 zeigt das Spannungssignal einer Lamdasonde in Abhängigkeit der gemessenen Gemischzusammensetzung und ein Beispiel für die Verteilung des Meßwertes auf eine Reihe verschiedenfarbiger Leuchtdioden des Anzeigegerätes.Fig. 3 shows the voltage signal of a lambda sensor as a function of the measured mixture composition and an example of the distribution of the measured value across a series of different colored LEDs on the display device.

Die Vorrichtung zur ständigen Messung und Anzeige des Lamda-Wertes im Abgas eines Verbrennungsmotors besteht aus einer handelsüblichen Lamda-Sonde 1 (Fig. 1) und einem Anzeigegerät 2 (Fig. 1) im Fahrzeuginneren; das elektrische Signal, das die Lamda-Sonde erzeugt, wird über eine elektrische Leitung 3 dem Anzeigegerät 2 zugeführt. Unter Verwendung der im Kraftfahrzeug im allgemeinen vorhandenen Betriebsspannung von 12 V wird im Anzeigegerät 2 das von der Lamda-Sonde &iacgr; (Fig. 2) ankommende Signal in einem handelsüblichen Signalverstärker 6 (Fig. 2) (integrierte Schaltung, z.B.: LM 324) verstärkt und über eine sogenannten DOT-BAR-Treiber 7 (integrierte Schaltung, z.B.: LM 3914) auf einer Reihe Leuchtdioden 4 (Fig. 2) zur Anzeige gebracht. Die L y^htdioden haben in dem Ausführungsbeispiel entsprechend der drei generell zu unterscheidenden Betriebszustände die Farben Rot und Orange für "fstt", Grün für Lamda = 1, Gelb für "mager" (Fig. 3). Entsprechend der so gemessenen Abgaszusammensetzung leuchtet jeweils eine Leuchtdiode in der Reihe auf und signalisiert bereits durch ihre Farbe sowie durch ihr Position in der Reihe der Leuchtdioden das aktuelle Luft/Brennstoff-Verhältnis. Es ist auch möglich und vorgesehen, bei Verbrennungsmotoren mitThe device for continuously measuring and displaying the lambda value in the exhaust gas of an internal combustion engine consists of a commercially available lambda probe 1 (Fig. 1) and a display device 2 (Fig. 1) inside the vehicle; the electrical signal generated by the lambda probe is fed to the display device 2 via an electrical line 3. Using the operating voltage of 12 V generally present in the motor vehicle, the signal arriving from the lambda probe �iacgr; (Fig. 2) is amplified in the display device 2 in a commercially available signal amplifier 6 (Fig. 2) (integrated circuit, e.g.: LM 324) and displayed on a row of light-emitting diodes 4 (Fig. 2) via a so-called DOT-BAR driver 7 (integrated circuit, e.g.: LM 3914). In the example, the LEDs are colored red and orange for "air", green for lambda = 1, yellow for "lean" (Fig. 3) in accordance with the three generally distinguishable operating states. According to the exhaust gas composition measured in this way, one LED in the row lights up and signals the current air/fuel ratio through its color and its position in the row of LEDs. It is also possible and intended for combustion engines with

mehreren getrennten Abgasleitungen in jede der Abgasleitungen eine Lamda-Sonde zu montieren und deren Signal im Anzeigegerät auf parallelen Reihen farbiger Leuchtdioden darzustellen, derart, daß jeder Abgasleitung eine Leuchtdiodenreihe zugeordnet wird.several separate exhaust pipes, to install a lambda probe in each of the exhaust pipes and to display its signal in the display device on parallel rows of colored LEDs, so that each exhaust pipe is assigned a row of LEDs.

Weiterhin ist es möglich und auch vorgesehen, im elektrischen Teil des Anzeigegerätes 2 einen lichtabhängigen Widerstand zur Hell-Dunkelsteuerung der Leuchtdioden einzusetzen. Die dargestellte und beschriebene Ausführung ist nur ein Beispiel zur Verwirklichung der Erfindung.Furthermore, it is possible and also intended to use a light-dependent resistor in the electrical part of the display device 2 for light-dark control of the light-emitting diodes. The illustrated and described embodiment is only an example for implementing the invention.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Ermittlung und Anzeige der Luft/Brennstoff-Verhältnisses bietet in der Herstellung keine Schwierigkeiten, da handelsübliche Lamda-Sonden verwendet werden können. Der nachträgliche Einbau in ein Fahrzeug kann ohne weiteres von jeder Werkstätte vorgenommen werden. In einem Kraftfahrzeug wird der Fahrer durch die Vorrichtung in die Lage versetzt, im Hinblick auf Brennstoffverbrauch und Schadstoff ausstoß seine Fahrweise zu optimieren. Abweichung vom stöchiometrischen Verhältnis Brennstoff/Luft kann er bereits an der Farbe der Leuchtdioden auf dem Anzeigegerät durch einen kurzen Blick zuverlässig erkennen und zu notwendigen Einstellungsarbeiten eine Werkstätte aufsuchen. Eine HeH-^'iFikel-Steuerung der Leuchtdioden durch einen umlichtabhängigen Widerstand im elektrischen Teil der Vorrichtung verhindert bei Nachtfahrten mögliche Blendwirkungen und ermöglicht andererseits bei hellem Tageslicht noch ein deutliches Erkennen der aufleuchtenden Leuchtdioden. Eine erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich auch für den Einsatz im Sport- und Wettbewerbsfahrzeugen, um Schadstoff ausstoß und Leistung der Motoren an der Rennstrecke und der Witterung gemäß £u optimieren.A device according to the invention for determining and displaying the air/fuel ratio presents no difficulties in production, since commercially available lambda sensors can be used. Retrofitting it into a vehicle can be carried out without any problem by any workshop. In a motor vehicle, the device enables the driver to optimize his driving style with regard to fuel consumption and pollutant emissions. Deviations from the stoichiometric fuel/air ratio can be reliably recognized by the color of the LEDs on the display device at a quick glance and he can visit a workshop for the necessary adjustment work. A high-precision control of the LEDs by means of an ambient light-dependent resistor in the electrical part of the device prevents possible glare when driving at night and, on the other hand, enables the LEDs to be clearly recognized in bright daylight. A device according to the invention is also suitable for use in sports and competition vehicles in order to optimize pollutant emissions and engine performance on the race track and in accordance with the weather conditions.

Claims

G 110 14 38ft &Pgr; Anrri.: .loh to &eegr; Eisenmann 04.10.1&Idigr;&Igr;09 52&Ggr;&igr; C, I Claims:

1. Device for measuring and displaying gases in the exhaust gas flow of an internal combustion engine, in particular a skid-steering vehicle engine, by means of a measuring and evaluation electronics, to the measuring input of which a measuring probe measuring the exhaust gases can be connected, and with a display device controlled by the electronic measuring and evaluation electronics and mountable in the vehicle interior, characterized by a measuring and evaluation electronics (6, 7) with actual value signal recording and processing, the measuring probe consisting of a lambda probe (1) measuring the current π air/fuel ratio of the exhaust gases, and that the electronic measuring and evaluation electronics (6, 7) in vehicles with several

f separate exhaust pipes are provided with several Mt3 inputs, to each of which a lambda sensor (1) assigned to an exhaust pipe can be connected, whereby the air/fuel ratio measured by each lambda sensor can be evaluated and displayed separately for each exhaust pipe on the display device (2).

2. Device according to claim 1, characterized in

that the display device (2) is provided with a measured value range display.

3. Device according to claim 2, characterized in that the display device (2) has several light bulbs, in particular light-emitting diodes (4), which are assigned to different measurement values and which are controlled and light up depending on the measured lambda value.

-Gi--Gi-

4. Device according to claim 2 or 3 , characterized in that the display device (2) is equipped with an optical measured value or measured value range display in different colors such that depending on the measured values or measured value ranges the optical display lights up in an associated color.

5. Device according to claim 3 or 4, characterized in that the display device (2) which can be mounted in the vehicle interior has a plurality of light bulbs, in particular light-emitting diodes of different colors, which are controlled and light up depending on the measured lambda value.

6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that a light-dependent resistor for ambient light-dependent light-dark control of the illuminated display is provided in the electronic part of the display device (2).