DE2548949C2

DE2548949C2 - Abgasemissions-Regeleinrichtung für eine Brennkraftmaschine mit einem Vergaser

Info

Publication number: DE2548949C2
Application number: DE2548949A
Authority: DE
Inventors: Kogo Yokosuka Nakamura; Hiroshi Yokohama Sanbuichi
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1974-11-01
Filing date: 1975-10-31
Publication date: 1982-07-08
Also published as: SE7512105L; CA1044094A; DE2548949A1; IT1056160B; GB1493697A; FR2289731B1; AU475327B2; AU8612175A; SE421023B; US4056932A; FR2289731A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Abgasemissions-Regeleinrichtung für eine Brennkraftmaschine gemäß Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Eine Abgasemissions-Regeleinrichtung für eine Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art ist aus der DE-OS 23 60 621 bekannt. Hieraus ist eine Prozeßregelung bzw. eine Rückführungsregelung für das Verhältnis von Luft zu Kraftstoff des einer Brennkraftmaschine zugeführten Gemisches bekannt. Bei dieser Regelung wird zur Einregelung des Verhältnisses von Luft zu Kraftstoff des der Brennkraftmaschine zugeführten Gemisches Luft über wenigstens eine, zweckmäßigerweise zwei Leitungen in den Einlaßkanal eingespeist, der die Verbindung zwischen dem Vergaserausgang und dem Einlaß der Brennkraftmaschine bildet. Dieser Abschnitt liegt stromauf des Vergasers, der das der Brennkraftmaschine zuzuführende Gemisch bildet. Lediglich zur Verdünnung eines mit Hilfe eines Abgassensors ermittelten, zu fetten Gemisches wird in diesen Abschnitt stromauf des Vergasers unter Verwendung eines elektromagnetischen Ventils hinter dem Luftfilter des Vergarers abgezweigte Luft zusätzlich eingeleitet, bevor das Gemisch in die Brennkammer der Brennkraftmaschine gelangt. Eine empfindliche und genaue Abstimmung der Anteile von Luft zu Kraftstoff in dem Gemisch auch unter gegenseitiger Berücksichtigung kann bei einer solchen Regeleinrichtung nur schwerlich erreicht werden, da die Brennkraftmaschine schon eine Zeitlang mit dem unzulänglichen Gemisch betrieben werden muß und noch weiter betrieben wird, bis der Abgassensor

überhaupt anspricht und dann mit Hilfe der Regeleinrichtung Gegenmaßnahmen eingeleitet werden können. Auch ist eine solche Auslegung konstruktiv aufwendig, da in dem zur Brennkraftmaschine führenden Einlaßkanal hinter dem Vergaser noch weitere Lufteinlaßöffnungen vorgesehen sein müssen, wodurch sich die Fertigung dieses Einlaßkanals verkompliziert

Aus der DE-OS 22 25 534 ist eine Brennkraftmaschine mit einem Vergaser und einem in der Auspuffleitung der Brennkrafanaschine vorgesehenen kataiytischen Konverter bekannt, der zur Oxydation von Kohlenmonoxid, Kohlenwasserstoffen und Stickstoffoxiden dient Durch diesen katalytischen Konverter werden die Schadstoffanteile in den Abgasen einer Brennkraftmaschine durch Oxydation verringert. Ein solcher katalytischer Konverter arbeitet aber nur dann mit günstigem Wirkungsgrad, wenn die Brennkraftmaschine mit einem Gemisch aus Luft und Kraftstoff betrieben wird, das entweder genau den stöchiometrischen Verhältniswert von Luft zu Kraftstoff wiedergibt oder in der Nähe desselben liegt. Beim Überschreiten dieses stöchiometrischen Verhältniswerles fällt der Wirkungsgrad des Katalysators zur Reduktion von Stickstoffoxiden und beim Unterschreiten des stöchiometrischen Verhältniswertes fällt der Wirkungsgrad des Katalysators bei der Oxydation von Kohlenmonoxid und Kohlenwasserstoffen stark ab. Daher ist gerade bei der Verwendung eines Katalysators in der Abgasleitung einer Brennkraftmaschine die Regelung des Gemischverhältnisses für den Wirkungsgrad und die Wirkungsweise des Katalysators von Bedeutung, wobei die Regelung auf das vorbestimmte Gemischverhältnis zweckmäßigerweise mit einer Genauigkeit von mindestens ± 1 % erfolgen sollte. Bei bisher bekannten Brennkraftmaschinen mit Vergasern ist eine solche Regelung unmöglich.

Ferner ist eine Vorrichtung zur Regelung des Verhältnisses von Luft zu Kraftstoff in einer Brennkraftmaschine aus der DE-OS 20 10 793 bekannt. Das Mischungsverhältnis von fetten und mageren Gemischen wird hierbei dadurch verändert, daß eine geregelte Luftmenge in den Einlaßkanal an einem Abschnitt stromab einer Kraftstoffabgabedüse eingeleitet wird oder daß auf die Arbeitsweise der Ki af tstoffeinspritzventile zur Regelung Einfluß genommen wird. Auch hier wird, wie bei der DE-OS 23 60 621, ein Regelsignal in Form einer Impulsfolge verwendet, mit dem ein elektromagnetisches Ventil angesteuert wird. Üblicherweise ist die Frequenz des Regelsignals in Form einer Impulsfolge gleich der Ausgangsfrequenz der Rückführungssignale des Abgassensors, die in der so Größenordnung zwischen 3 und 5 Hz liegt. Bei einem solchen Frequenzbereich ergibt sich aber ein weiter Streuungsbereich bei den Förderabgabewerten, gesteuert über das elektromagnetische Ventil, was auf die Regelschwingunger zurückzuführen ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Abgasemissions-Regeleinrichtung der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß eine empfindlichere und daher genauere Regelung des Verhältnisses von Luft zu Kraftstoff bei dem der Brennkraftmaschine zugefühlten brennbaren Gemisch erreicht wird, um hierdurch die Abgasemission nennenswert zu verbessern, indem der Katalysator in der Abgasleitung der Brennkraftmaschine im Bereich mit seinen günstigsten Wirkungsgraden betrieben werden kann.

Niich der Erfindurg wird diese Aufgabe durch den kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Bei der erfindungsgemäßen Abgasemissions-Regeleinrichtung wird der Kraftstoffdurchsatz und hierdurch auch das Verhältnis von Luft zu Kraftstoff des der Brennkraftmaschine zugeführten Gemisches sehr empfindlich und äußerst genau dadurch eingestellt, daß man in den in der Kraftstoffabgabeleitung des Vergasers fließenden Kraftstoff eine sich ändernde zusätzliche Luftmenge einleitet Hierzu ist nach der Erfindung der Zusatzlufteinleitungskanal vorgesehen, der in Verbindung mit der Kraftstoffabgabeleitung steht, mit der wie an sich üblich ein Luftansaugkanal verbunden ist Die über diesen Zusatzlufteinleitungskanal zugeführte Luftmenge wird mit Hilfe des elektromagnetischen Ventils geregelt Somit wird bei der Erfindung auf den Kraftstoffdurchsatz mit Hilfe der Veränderung einer vor der Eingabe in den Kanal eingeleiteten Luftmenge Einfluß genommen.

Durch eine solche Auslegung hat sich überraschenderweise ergeben, daß hierdurch eine sehr genaue und präzise Regelung des Gemischverhr ·, xiisses möglich ist, da sich Regeischwingungen bei der Regelung des Gemischverhältnisses von Luft zu Kraftstoff unterdrükken lassen. Somit wird bei der Erfindung auch erreicht, daß der katalytische Konverter in der Abgasleitung der Brennk'iftmaschine in seinem günstigsten Arbeitsbereich betrieben wird und die Brennkraftmaschine gleichzeitig bei günsiiger Abgabeleistung gleichmäßig arbeitet.

Bei der Weiterbildung der Abgasemissions-Regeleinrichtung nach Anspruch 2 liegt die Frequenz des Regelsignals in Form einer Impulsfolge im Bereich von 5 bis 100 H7. Dieser Frequenzbereich des Regelsignals steht in unmittelbarem Zusammenhang mit der Ein- und Ausschaltfrequenz des elektromagnetischen Ventils, über das auf die Regelung des Gemischverhältnisses Einfluß genommen wird. Dieser Frequenzbereich hat einen großen Einfluß auf die Gleichmäßigkeit des Betriebs der Brennkraftmaschine, die Genauigkeit der Regelung des Gemischverhältnisses von Luft zu Kraftstoff und auf das Ausmaß der Regelschwingungen bei der nach der Erfindung vorgesehenen Abgasemissions-Regeleinrichtung. Innerhalb des Frequenzbereiches von 5 bis 100 Hz ändert sich die Streuungsbreite des maximalen Verbrennungsdrucks im jeweiligen Zylinder der Brennkraftmaschine nur wenig. Selbst bei einer Frequenz von höher als 100 Hz läßt sich kaum mehr eine bessere Verbrennungsdruckverteilung erzielen, und zudem führt eine solche Frequenz zu einer beträchtlichen Herabsetzung der Standzeit des elektromagnetischen Ventiis. Ähnliche Tendenzen ergeben sich auch bei dem von der Brennkraftmaschine abgegebenen Drehmoment.

Bei einer Frequenz von größer als 100 Hz ergeben sich auf Grund der Eigenempfindlichkeit und der Ansprechträgheit des elektromagnetische:! Ventils Ungenauigkeiten bei der Regelung. Um eine äußerst empfindliche und daher sehr genaue Regelung bei hohen Impulsfrequenzen zu erreichen, muß die Modulierung des Regeisignals äußerst sorgfältig erfolgen. Dies ist aber bei Frequenzen von > 100 Hz unmöglich. Der untere Grenzwert für den Frequenzboreich des Regelsignals in Form einer Impulsfolge von 5 Hz ergibt sich dadurch, daß der Durchsatz bei einem konstanten Saugdruck bei jedem Förderabgabenwert einen weiten Streuungsbereich hat, was auf die Regelschwingungen zurückzuführen ist. Auch in diesen Fällen ist eine möglichst genaue Regelung des Gemischverhältnisses

schwierig.

Um möglichst ein Eintreten von Kraftstoff in den nach der Erfindung vorgesehenen Zusatzlufteinleitungskanal zu vermeiden und/oder um ein Rückfließen des ei-getretenen Kraftstoffes zur Kraftstoffabgabeleitung or*er der Schwimmerkammer zu gewährleisten, hat der nach der Erfindung vorgesehene Zusatzlufteinleitungskanal einen ν ohen Verlauf, daß sein Neigungswinkel ■jegenül . -der Horizontalen immer einen gleichen Wert mit posiiiven oder negativen Vorzeichen einschließlich Null hat. Zweckmäßigerweise ist der Neigungswinkel gegenüber der Horizontalen positiv und liegt zwischen Ound W.

Die Erfindung wird nachstehend an Beispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt

F i g. 1 eine schematische Ansicht einer Abgasemissions-Regeleinrichlung für eine Brennkraftmaschine.

F'ig. 2 eine Ausschnittsansicht von F i g. I in Verbin-

uüüg i'ini einem vci £it;>ct.

Fig. 3 ein Diagramm zur Verdeutlichung des Zusammenhangs zwischen dem Verhältnis von Luft zu Kraftstoff des der Brennkraftmaschine zugeführten Gemisches und dem Rückführungssignal in Form einer Spannung von einem in der Abgasleitung der Brennkraftmaschine angeordneten Abgassensor (Sauerstoffsensor).

Fig. 4 ein Blockschaltbild der Regelschaltung von F i g. I.

F i g. 5 eine Teil-Schnittansicht des Vergasers von F i g. 2 mit einem Zusatzlufteinleitungskanal,

Fig. 6 eine schematische Darstellung von weiteren Ausbildungsformen des in F i g. 5 gezeigten Zusatzlufteinleitungskanals.

F ι g. 7 eine F i g. 2 ähnliche Ansicht eines Zweistufen-Fallslrom-Vergasers mit zwei Luftansaugrohren und

F i g. 8 eine F i g. 5 ähnliche Schnittansicht mit einem Zusatzlufteinleitungskanal.

In F i g. I ist eine Brennkraftmaschine IO mit einem Luftfilter 12, einem Vergaser 14 und einer mit der Brennkraftmaschine 10 verbundenen Saugleitung 16 gezeigt. Eine Abgasleitung umfaßt einen Auspuffkrümmer 18. ein Auspuffrohr 20 und einen katalytischen Konverter 22, der im Bereich des mittleren Abschnitts des Auspuffrohrs 20 angeordnet ist. Der katalytische Konverter 22 enthält einen konventionellen Katalysator, welcher die Oxydation von Kohlenmonoxid und Kohlenwasserstoffen und die Reduktion von Stickstoffoxiden fördert. Wenn der Katalysator 22 einem Abgas ausgesetzt ist. welches Sauerstoff. Kohlenmonoxyd, unverbrannte Kohlenwasserstoffe und Stickstoffoxyde enthält, so hängt <:!er katalytische Wirkungsgrad bei den Oxydations- und Reduktionsreaktionen in großem Umfang von der Zusammensetzung des Abgases und somit von dem Verhältnis von Luft zu Kraftstoff des der Brennkraftmaschine zugeführten Gemisches ab.

Ein Zusatzlufteinleitungskanal 24 ist vorgesehen, über den einer nicht dargestellten Kraftstoffabgabeleitung des Vergasers 14 Luft zugeführt wird. Ferner ist ein offen- und schließbares elektromagnetisches Ventil 26 vorgesehen, um die Luftzufuhr zum Zusatzlufteinleitungskanal 24 zu regeln. Ein Abgassensor 28 ist in der Abgasleitung in einem Abschnitt vorgesehen, der stromauf des Katalysators 22. beispielsweise in dem Auspuffkrümmer 18, angeordnet ist Eine Regelschaltung 30 erhält vom Abgassensor 28 ein Rückführungssignal und liefert als Ausgang ein Regelsignal, das dem elektromagnetischen Ventil 26 zugeführt wird.

Der Abgassensor 28 ist zweckmäßigerweise ein Sauerstoff-Sensor mit einem bekannten Konzentrationselement, mit einem ionenleitenden Festkörperelektrolyten in Form einer stabilisierten Zirkonerde (ZrO2—CaO). Das Diagramm nach Fig.3 veranschaulicht den Zusammenhang zwischen Verhältnis von Luft zu Kraftstoff (l/Gewicht) des der Brennkraftmaschine 10 zugeführten Gemisches und der Ausgangsspannung als Rückführungssignal des Abgassensors 28, der dem

ίο Abgas der Brennkraftmaschine 10 in der Abgasleitung ausgesetzt ist. Der Abgassensor 28 ist möglicherweise auch anders ausgebildet und erfaßt einen speziellen Bestandteil des Abgases, wie Kohlenmonoxyd, Kohlendioxyd, Kohlenwasserstoff oder Stickstoffoxyd.

π Bekanntlich läßt sich das Verhältnis von Luft zu Kraftstoff des im Vergaser 14 gebildeten Gemisches durch Regelung der Kraftstoffabgabemenge verändern. Entsprechend läßt sich dieses Verhältnis auch durch Regelung der dem Kraftstoff in der Hauptkraftstoffabgabeieitung zugeführten Luftmenge verändern. Der Zusatzlufteinleitungskanal 24 in Fig. 1 ist zur Regelung des Genlischverhältnisses vorgesehen.

Wie in F i g. 2 dargestellt ist, weist der Vergaser 14 eine Schwimmerkammer 32 und eine Hauptkraftstoffabgabeleitung 34 auf, die sich zwischen einer Haupt-Kraftstoffleitung 36 und einer Haupt-Austrittsdüse 38 befindet. Ein Mittelabschnitt der Haupt-Kraftstoffabgabeleitung 34 wird wie üblich von einer Hauptbohrung 40 gebildet, zu der ein Haupt-Luftansaugkanal 46 über einen Luftzufuhrkanal 42 führt. Der Luftzufuhrkanal 42 ist der Innenraum eines in die Hauptbohrungen 40 eingesetzten perforierten Rohrs bzw. Emulsionsrohrs 44. An seinem freien Ende hat der Haupt-Luftansaugkanal 46 eine Einlaßöffnung.

Über den Zusatzlufteinleitungskanal 24 gelangt zusätzliche Luft zum Kraftstoff in der Hauptbohrung 40. Der Zusatzlufteinleitungskanal 24 läßt sich auch an einem stromauf der Hauptbohrung 40 liegenden Abschnitt mit der Haupt-Kraftstoffabgabeleitung 34 verbinden. Wenn die über die Austrittsdüse 38 ausgegebene Kraftstoffmenge durch intermittierende Unterbrechung des Lufteintritts über den Haupt-Luftansaugkanal 46 geregelt wird, ergeben sich Schwierigkeiten wie unregelmäßige Verstellungen oder Änderungen der Grundeinstellungen des Vergasers 14 und/oder starke Veränderungen bei der abgegebenen Kraftstoffmenge. Der Zusatzlufteinleitungskanal 24 ist vorgesehen, um die abgegebene Kraftstoffmenge gleichmäßig und genau zu regeln.

Der Zusatzlufteinleitungskanal 24 mündet zweckmäßigerweise an einem Abschnitt in der Hauptbohrung 40, der über dem Kraftstoff pegel der Kraftstoffabgaoeleitung 34 liegt. Wenn der Zusatzlufteinleitungskanal 24 an einem Abschnitt mit der Kraftstoffableitung 34 verbunden ist welcher stromauf der Hauptbohrung 40 liegt ist es ziemlich schwierig, das Gemischverhältnis genau zu regeln, weil das Einblasen von Luft (Gas) in den Kraftstoff (Flüssigkeit) Turbulenzen und sogar ein Pulsieren des Kraftstroffstromes infolge des elektromagnetischen Ventils 26 verursacht

Das elektromagnetische Ventil 26 unterbricht die Zufuhr von Luft aus der Umgebung über seine Zumeßöffnung 48 in den Zusatzlufteinleitungskanal 24 vollständig, wenn das Ventil 26 offen oder geschlossen ist. Die dem Kraftstoff zugeführte Luftmenge hängt dann ausschließlich von der Luftgeschwindigkeit im Luftansaugkanal 46 ab. Wenn das Ventil 26 offen ist wird die abgegebene Kraftstoffmenge geringer, weil die

zugeführte Luftmenge oder die Luftzufuhrgeschwindigkeit zum Kraftstoff in der Kraftstoffabgabeleitung 34 mit Hilfe des Zusatzlufteinleitungskanals 24 größer wird.

Wenn eine zusätzliche Gemischversorgungseinrichtung für den niederen Drehzahlbereich mit einem weiteren Kraftstoffabgabekanal 50 im Vergaser 14 vorgesehen ist. ist auch ein weiterer Zusatzlufteinleitung.i.anal 52 zur Regelung des Gemischverhältnisses gesondert zu einem Luftansaugkanal 52 angeordnet. Der Zusatzlufteinleitungskanal 52 ist im allgemeinen entsprechend dem Zusatzlufteinleitungskanal 24 für die Hauptgemischversorgung ausgebildet. Dem Zusatzlufteinleitungskanal 52 der zusätzlichen Gemischversorgungseinrichtung für den niederen Drehzahlbereich ist ein weiteres elektromagnetisches Ventil 26' zugeordnet, das dem elektromagnetischen Ventil 26 entspricht. Der Zusatzlufteinleitungskanal 52 der Gemischversorgungseinrirhtung für den niederen Drehzahlbereich und der

ZuSdiziüiictiMciiÜMgäkänäi 24 dci ί iäüpigcHiiäCnVeräuf-

gung sind zweckmäßigerweise an einer Stelle miteinander verbunden, die stromauf von den jeweiligen Zumeßöffnungen 48, 56 liegt. Der gemeinsame Kanalabschnitt ist dann mit einem einzigen elektromagnetischen Ventil 26 versehen, das für l.uftmengenregelung für Zusatzlufteinleitungskanäle bestimmt ist.

Die in Fig. 1 insgesamt mit 30 bezeichnete Regelschaltung zur Betätigung des elektromagnetischen Ventils 26 weist nach Fig. 4 einen Verstärker 58 zur Verstärkung des Rückführungssignals des Abgassensors 28, einen Komparator 60 zum Vergleich des verstärkten Aus^angssignals des Verstärkers 58 mit einer Bezugsspannung, einen Oszillator 62, der eine Dreieckwelle mit vorbestimmter Frequenz erzeugt, einen PI-Regler 64 zur Modulation des Ausgangs des Komparators 60 und einen Impulsgenerator 66 auf, der Rechteckimpulse mit gleicher Frequenz wie die Dreieckwelle erzeugt. Die Breiten der einzelnen Impulse werden abhängig von der Amplitude und der Wellenform des Ausgangs des Pl-Reglers 64 variiert. Die Impulse werden über einen Verstärker 68 an das elektromagnetische Ventil 26 angelegt. Im Betrieb ändert sich die Ausgangsspannung des in der Abgasleitung vorgesehenen Abgassensors 28 in der in Fig. 3 gezeigten Weise, wenn sich das Verhältnis von Luft zu Kraftstoff des Gemisches ändert, welches vom Vergaser 14 der Brennkraftmaschine 10 zugeführt wird. Es ergibt sich ein großer Unterschied zwischen dem Pegel des Rückführungssignals des Abgassensors 28 bei Gemischverhältnissen unterhalb des stöchiometrischen Verhältniswerts, d.h. etwa 14,8, und bei Gemischverhältnissen oberhalb des stöchiometrischen Verhältniswertes. Demzufolge läßt sich leicht und genau beurteilen, ob das Gemischverhältnis im Vergaser 14 unterhalb oder oberhalb des stöchiometrischen Verhältniswertes liegt indem das Rückführungssignal des Abgassensors 28 mit einer Bezugsspannung, beispielsweise 400 mV im Komparator 60 verglichen wird. Wenn das Rückführungssignal des Abgassensors 28 oberhalb 400 mV liegt was bedeutet daß das tatsächliche Gemischverhältnis unterhalb 14,8 liegt steigt die Amplitude des Ausgangssignals des PI-Reglers 64 weiter, wie dies schematisch in F i g. 4 bei (B) im Vergleich mit einer schematischen Darstellung der Wellenform des Rückführungssignals des Abgassensors 28 bei (A) dargestellt ist. Obgleich der Oszillator 62 kontinuierlich eine Dreieckswelle liefert die üblicherweise eine feste Frequenz besitzt, wie dies bei (C) dargestellt ist werden die Breiten der einzelnen Impulse des Impulsgenerators 66 in variabler Weise vergrößert, wie dies bei (D) dargestellt ist, wenn die Amplitude des Ausgangssignals des Pl-Reglers 64 weiter größer wird. Das elektromagnetische Ventil 26 wird geöffnet, so daß

-, die Zumeßöffnung 48 des Zusatzlufteinleitungskanals 24 zur Umgebung offen ist, wenn jeder dieser Impulse an das Ventil 26 über den Verstärker 58 angelegt wird. Die Zunahme der Impulsbreiten der einzelnen Impulse bei einer festen Frequenz resultiert in Verkürzungen der

ίο Intervalle zwischen den Impulsen, d. h. in Verkürzungen der Zeitintervalle, während welcher das elektromagnetische Ventil 26 geschlossen ist.

Die zum Kraftstoff in der Kraftstoffabgabeleitung 34 zugegebene Luft wird um die durch den Zusatzluftein-

i-, leitungskanal 24 strömende Zusatzluft vergrößert, so daß die über die Austrittsdüse 38 ausgegebene Kraftstoffmenge so lange reduziert wird, bis das Rückführungssignal des Abgassensors 28 kleiner als 400 mV wird, was bedeutet, daß das Gemischverhältnis

1' ♦ Λ Α
¹P" "

Ausgangssignals des Pl-Reglers 64 erniedrigt sich daraufhin um einen Wert, der der Änderung des Rückführungssignals des Abgassensors 28 entspricht, und nimmt weiterhin ab, wenn das Rückführungssignal

_>■-, des Abgassensors 28 unterhalb 400 mV liegt. Währenddessen bewirkt der Impulsgenerator 66 eine ständige Verringerung der Impulsbreite. Demzufolge wird die Luftzufuhrgeschwindigkeit oder Luftzufuhrmenge über den Zusatzlufteinleitungskanal 24 allmählich gesenkt und die Abgabegeschwindigkeit oder Abgabe des Kraftstoffs über die Austrittsdüse 38 wird allmählich erhöht, bis das Gemischverhältnis kleiner als 14,8 wird.

Die Abgasemissions-Regeleinrichtung regelt die in

die Ansaugleitung 16 des Vergasers 14 abgegebene Kraftstoffmenge intermittierend, indem die durch den Zusatzlufteinleitungskanal 24 strömende Luftmenge zeitlich verändert wird. Die in die Ansaugleitung 16 abgegebene Kraftstoffmenge weicht beinahe in jedem Augenblick nach oben oder unten von einer Menge ab, die beim vorbestimmten Gemischverhältnis erforderlich ist, das entweder genau den stöchiometrischen Verhältniswert wiedergibt oder in der Nähe desselben liegt. Der Überschuß und das Fehlen von Kraftstoff gegenüber der in die Ansaugleitung 16 einströmenden Luftmenge wird auf eine Kraftstoffmenge gemittelt, die praktisch gerade zur Lieferung des vorbestimmten Gemischverhältnisses ausreicht bevor das Gemisch der Brennkraftmaschine 10 zugeführt wird, indem die Fläche der Zumeßöffnung 48 des Zusatzlufteinleitungskanals 24 und die Breiten der einzelnen Impulse sowie die Intervalle zwischen den einzelnen Impulsen geeignet bestimmt werden, wobei diese Impulse an das elektromagnetische Ventil 26 angelegt werden.

Die Frequenz des Regelsignals in Form einer Impulsfolge von der Regelschaltung 30 zum elektromagnetischen Ventil 26 könnte im Prinzip so groß wie möglich sein, um eine genaue Regelung des Gemischverhältnisses zu erreichen. Wenn die Frequenz zu niedrig ist wird der Kraftstofffluß pulsieren, ohne in der Ansaugleitung 16 abzuklingen, so daß die Brennkraftmaschine 10 ungleichmäßig arbeitet. Wegen der Ansprechempfindlichkeit und/oder Lebensdauer des elektromagnetischen Ventils 26 läßt sich jedoch die Frequenz nicht beliebig erhöhen. Die Frequenz des Regelsignals in Form einer Impulsfolge liegt daher im Bereich von 5 und 100 Hz und ist zweckmäßigerweise konstant

Das Verhältnis zwischen der durch den Zusatzluftein-

leitungskanal 24 strömenden Luftmenge und der über den Hauptluftansaugkanal 46 eintretenden Luftmenge beeinflußt im wesentlichen den Regelbereich für das Gemischverhältnis.

Bei der angegebenen Abgasemissions-Regeleinrichtung wird das Gemischverhältnis durch das Öffnen und Schließen des elektromagnetischen Ventils 26 geregelt. Der Vergaser 14 wird vorbereitend derart eingestellt, daß er ein Gernisch mit einem Verhältnis von Luft zu Kraftstoff liefert, welches etwas höher als der stöchiometrische Verhältniswert ist, wenn das elektromagnetische Ventil 26 offen ist, und ein Gemisch mit einem Verhältnis liefert, welches dnnn etwas kleiner als der stöchiometrische Verhältniswert ist. wenn das elektromagnetische Ventil 26 geschlossen ist. Die augenblicklichen Abweichungen der Verhältnisworte von Luft /u Kraftstoff nähern sich einem Durchschnittswert, d. h. einem vorbestimmten Gemischverhaltnis. das genau den stöchiometrischen Verhältniswert wiedergibt oder in der Nahe desselben liegt, wenn das Gemisch über die Ansaugleitung 16 den Einlaßöffnungen der Brennkraftmaschine 10 zugeführt wird, weil die frequenz des Rege'signals auf das elektromagnetische Ventil 26 abgestimmt ist.

Beim Betrieb der Brennkraftmaschine 10 ergeben sich relativ große Abweichungen von dem vorbereitend eingestellten Gemischverhältniswer' infolge sich ändernder Umgebungstemperatur, sich ändernden Drucks, sich ändernder Temperatur der Brennkraftmaschine und/oder Verstellungen des Vergasers 14 während des Betriebs. Die beiden vorbereitend einzustellenden Gemischverhältniswerte bei offenem und geschlossenem elektromagnetischem Ventil sind daher derart zu wählen, daß die Differenz zwischen diesen Verhältniswerten groß genug ist. um selbst maximale Abweichungen des Verhältnisses von Luft zu Kraftstoff in kurzer Zeit zu kompensieren. Das größte Gemischverhaltnis bei offenem elektromagnetischem Ventil 26 sollte daher etwa 17 im Vergleich zum stöchiometrischen Verhältniswert von etwa 14,8 und das kleinste Gemischverhaltnis bei geschlossenem elektromagnetischem Ventil 26 etwa 12 betragen. Die über den Luftansaugkanal 46 einströmende Luftmenge ist demnach gerade groß genug, um die Hauptluftzufuhrmenge durch den Venturi-Abschnitt 70 der Ansaugleitung 16 in der Weise zu korrigieren, daß sich ein Gemischverhaltnis von etwa 12 ergibt, wenn der Zusatzlufteinleitungskanal 24 geschlossen ist. Der Absolutwert der über den Luftansaugkanal 46 einströmenden Luftmenge ist demzufolge sehr klein. Wenn daher der Anteil der durch den Zusatzlufteinleitungskanal 24 strömenden Luftmenge kleiner als die über den Luftansaugkanal 46 einströmende Luftmenge ist, ergibt sich ein mangelhaftes Regelverhalten bei großer Abweichung vom vorbestimmten Gemischverhaltnis.

Zweckmäßigerweise ist die durch den Zusatzlufteinieitungskanal 24 bei geöffnetem elektromagnetischem Ventil 26 strömende Luftmenge wenigstens gleich groß und zweckmäßigerweise größer als die über den Luftansaugkanal 46 eintretende Luftmenge. Der Zusatzlufteinleitungskanal 24 ist daher mit einer Zumeßöffnung 48 versehen, deren Fläche wenigstens gleich groß wie die Fläche der Zumeßöffnung des Luftansaugkanals 46 und maximal etwa 5rr.al größer als dieselbe ist. Ähnliches ergibt sich auch bei einem ZusatzlufteinleitüP.gskana! 52 bei einer zusätzlichen Gemischversorgungseinrichtung mit einem Luftansaugkana. 54 und einer Kraftstoffabgabeleitupg 50 für den niederen

Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine 10.

Die Öffnung 7i des Zusatzlufteinleitungskanals 24, die in die Hauptbohrung 40 mündet, liegt zweckmäßigerweise über dem Kraftstoffpegel in der Hauptbohrung -, 40, wenn die Brennkraftmaschine 10 stillsteht. Der Kraftstoffpegel ist in Fig. 5 mit L bezeichnet. Der Zusatzlufteinleitungskanal 24 ist mit dem perforierten Rohr 44 oder mit einem das Rohr 44 umgebenden Raum verbunden. Wenn sich die öffnung 74 unterhalb des

ίο Kraftstoffpegels L befindet, wird der Kraftstoff in den Zusatzlufteinleitungskanal 24 fließen, wenn das andere F.ndc des Zusat/hiftcinlcitungskanah 24 durch das elektromagnetische Ventil 26 geschlossen ist. Wenn sich in dem /.usalzliifteinlefingskanai 24 Kraftstoff befin-

ι-, del, ergibt sich eine zeitabhängige größere, über die Gemi¹·· habgabedüse .38 austretende Kraftstoffmenge. wen¹· die Öffnung 74 des /.usat/lufteinleitungskanals ^.4 mii der Umgebung in Verbin.lung steht. Hitrdiirt'S ergeben sich Regcliingenaiiigkeiten bei der Regelung

in des Gemischverhäitnisses. und der z.usatziutteiniei tiingskanal 24 spricht verzögert auf das elektromagnetische Ventil 26 an.

Der Zusatzlufteinleitungskanal 24 verhindert ferner, daß Kraftstoff unbeabsichtigt austritt, wenn der

₂-, Zusatzlufteinleitungskanal 24 mit seiner Öffnung 74 über dem Brennstoffpegel /. mündet. Wenn die Brennkraftmaschine 10 entweder im Leerlauf arbeitet oder mit hoher Brennkraftmaschinentemperatur still steht, ist es unwahrscheinlich, daß Kraftstoff ungewollt über die Austrittsdüse 38 austritt, weil die Luft in der Hauptbohrung 40 zusätzlich nicht nur über den Luftansaugkanal 46. sondern auch über den Zusatzlufteinleitungskanal 24 austritt.

Ähnliches gilt auch bei einer zusätzlichen Gemisch-

versorgungseinrichtung für den niederen Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine.

Zwar ist es möglich, daß der Kraftstoff in den Zusatzlufteinleitungskanal 24 gelangt, auch wenn die öffnung 74 des Zusatzlufteinleitungskanals über dem Kraftstoffpegel L liegt, weil ein Teilvakuum in dem Zusatzlufteinleitungskanal 24 aufgrund des Pulsierens der Luft in dem Zusatzlufteinleitungskana.' 24 infolge des Schließens und Öffnens des elektromagnetischen Ventils 26 kurzzeitig erzeugt wird. Auch durch Verdampfung gelangt Kraftstoff in den Zusatzlufteinleitungskanal 24. Zwar führt in den Zusatzlufteinleitungskanal 24 gelangter Kraftstoff an sich zu keinem Nachteil, jedoch muß Sorge dafür getroffen werden, daß der Kraftstoff schnell wieder zur Hauptbohrung 40

so zurückfließt und nicht in dem Zusatzlufteinleitungskanal 24 bleibt. Wenn das elektromagnetische Ventil 26 wiederholt innerhalb kurzer Zeit geöffnet und geschlossen wird, ist es ohnedies unmöglich, daß eine große Kraftstoffmenge in den Zusatzlufteinleitungskanal 24 gelangt. Nur wenn das elektromagnetische Ventil 26 langer unbetätigt ist, könnte sich im Zusatzlufteinleitungskanal 24 eine größere Kraftstoffmenge ansammeln. Um das Rückleiten des Kraftstoffs aus dem Zusatzlufteinleitungskanal 24 zu begünstigen, liegt die öffnung 74 an der Hauptbohrung 40 am tiefsten und das mit der Umgebung in Verbindung stehende offene Ende des Zusatzlufteinleitungskanals 24 am höchsten (F i g. 5). Nach F i g. 5 verläuft ein Teil des Zusatzlufteinleitungs kanals 24 etwa horizontal und der Restteil desselben jA(y^niiH#»r Acr Wr»ri7rmtali»n r\At*r H*»m hnf-i7rhntal

verlaufenden Teil geneigt. Wie schematisch in Fig.6 dargestellt ist, ist es möglich, daß der ZusatzUifteinlei-

tungshanal 24 einen stromaufliegenden Teil hat, der vertikal (vergl. A)oder mit horizontalen und vertikalen Abschnitten abgestuft ist (vergl. B). Auch ist ein vollständig horizontaler Verlauf ?ür den Zusalzkifteinleitungskanal 24 möglich (siehe F i g. 6; C). Gegebf.nen- -, falls verläuft der Zusatzeinleitungskanal 24 gegenüber der Horizontalen nach unten geneigt (vgl. F i g. 6; D). so daß seine zur Hauptbohrung 40 führende öffnung 74 am höchsten und die andere Öffnung am tiefsten liegt. Beim Verlauf des Zusatzlufteinleitungskanals 24 nach (D) in κ, F i g. 6 ist es notwendig, einen von dem Zusatzlufteinleitungskanal weggehenden Zwcigkana! 76 vorzusehen, über den der Kraftstoff beispielsweise /ur Schwimmer kammer 52 zurückfließt.

Zweckmäßigrweisc hat der Zusat/Iuftemleitungskii- , nal 24 keinen Wendepunkt, an dem sich sein Neigungswinkel zur Horizontalen von einem positiven zu einem negativen Winkel ändert und umgekehrt. Der in F ι g. 6 bei (E) gezeigte Verlaufeines Zusatzlufteinleiuiiigskatiirs 24 ^;st ungeeignet. Ähnliches niuQ auch beim >n Verlauf des Zusatzlufteinleitungskanals 52 der zusäi/hchen Gemischversorgungseinrichtung für den niederen Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine 10 berück sichtigt werden.

In f ι g. 7 ist ein Fallstromversager Ι4/\ gezeigt, der y, den Vergaser 14 nach F i g. 1 ersetzt. Der Ansaugkanal 16 dieses Vergasers 144 weist ein erstes Rohr 78 und ein zweites Rohr 80 auf. die stromab der jeweiligen Drosselklappen 82 und 84 miteinander verbunden sind. Das erste Rohr 78 liefert unabhängig von der Drehzahl jo der Brennkraftmaschine immer eiiv Gemisch, während das zweite Rohr 80 nur dann ein Gemisch liefert, wenn die Brennkraftmaschine 10 im hohen Drehzahlbereich arbeitet (ein Fahrzeug mit einer Fahrgeschwindigkeit über 80 oder 100 km/h fährt im höchsten Gang).

Zur Regelung des Gemischverhäitnisses bei diesem Vergaser 14/4 läßt sich die Regelschaltung 30 wie bei den Auslegungsformen nach den Fig 1.2 und 4 sowohl für das erste Rohr 78 ais auch das zweite Rohr 80 verwenden. Die Regelschaltung für das zweite Rohr ί J wird jedoch kompliziert, weil dieses Rohr 80 nur zur zusätzlichen Gemischversorgung bei relativ hoher Drehzahl der Brennkraftmaschine 10 dient. Im Normalfall reicht die Regelung des Gemischverhältnisses beim ersten Rohr 78 aus. Nach F i g. 7 sind die Kr -Hsloffabgabeleitung 34 und die Kraftstoffabgibeleitung 50 der zusätzlichen Gemischversorgungseinrichtung für den niederen Drehzahlbereich des ersten Rohrs 78 de Ansaugkanals 16 mit Zusatzlufteinleitungskanalen 24, 52 versehen, und diese Zusatzlufteinleitungskariäle 24 und 12 stehen wie bei F i p. 2 mi' der I'mecbung in Verbindung. Der Zusatzluftcinleitiingskanal 52 braucht mein notwendigerweise vorgesehen /u sein.

Die durch den Zusal/Iufteinleitungskanal 24 strömende 1 .lift Irin zweekmäßigerweise in die Hauptbohrung 40 ein, so dall sie sich zuerst mit der über den l.iifiansau.nkamil 46 angesaugten I.uft und dann mit dem Kraftstoff vermischt. Nach F ig. 8 mündet der Zusatziufieinieiiungskanai 24 in die Haiipibohrung 40 u'ner Mündungsfiffnungen 86. die in der Wand eines Rohrsti'icks 88 ausgebildet sind, welches im obersten Abschnitt der Hauptbohrung 40 dicht aufgenommen ist und am oberen finde des perforierten Rohrs bz v. Fmulsionsrohrs 44 aufliegt, welches Luft vom Luftansaugkanal 46 zum Kraftstoff leitet. Die Perforationsöffnungen 90 des Rohrs 44 sind unterhalb des Kraftstoffpcgels vorgesehen. Die Mündungsöffnungen 86 und die öffnung 74 des Zusatzlufteinleitungskanals 24 liegen ebenfalls über dem Kraftstoffpegel und tiefer als der Luftansaiigkanal 46. Die Mündungsöffnungen 86 entsprechen in ihrer Funktion der Zumeßöffnung 48 des Zusatzlufteinleitungskanals 24 in F i g. 2.

Der Zusatzlufteinleitungskanal 52 für eine zusätzliche Gemischversnrgungseinrichtung mit der Kraftstoffabgabeleitung 50 für den niederen Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine mündet gegebenenfalls in ähnlicher Wr-'se in ein perforiertes Rohr bzw. Emulsionsrohr.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Abgasemissions-Regeleinrichtung für eine Brennkraftmaschine mit einem Vergaser, der einen Luftansaugkana! hat, der in eine Kraftstoffabgabeleitung mündet, mit einem katalytischen Konverter in einem Teilabschnitt einer Abgasleitung der Brennkraftmaschine, der einen Katalysator enthält, der sowohl die Reduktion von Stickstoffoxiden als auch die Oxydation von Kohienmonoxyd und Kohlenwasserstoffen fördert, mit einem Abgassensor zur Erfassung eines speziellen Bestandteils des Abgases stromauf des katalytischen Konverters, der ein die erfaßte Konzentration angebendes Rückführungssignal liefert, wobei die Konzentration des speziellen Bestandteils für das Verhältnis von Luft zu Kraftstoff des der Brennkraftmaschine zugeführten Gemisches maßgebend ist, mit einer Regelschaltung, die ein Regelsignal in Form einer Impulsfolge unter Verwendung des Rückführungssignals liefert, wobei das Verhältnis von der Dauer jedes Impulses des Regelsignais zu dem Zeitraum zwischen diesem Impuls und dem nächstfolgenden Impuls in Abhängigkeit von der Stärke einer Abweichung eines durch das Rückführungssignal erfaßten Verhältnisses von Luft zu Kraftstoff vcn einem vorbestimmten, entweder genau den stöchiometrischen Verhältniswert wiedergebenden oder in der Nähe desselben liegenden Verhältnis variabel ist, und mit einem elektromagnetischen Ventil, das in Abhängigkeit von dem Regelsignal das Gemischverhältnis zur Kompensation der Abweichung des Verhältnisses von Luft zu Kraftstoff von dem vorbestimmten Verhältnis verändert, daourch gekennzeichnet, daß das elektromagnetische Ventil (26) in einem zusätzlich zu dem Lii.tansaugkanal (46) vorgesehenen Zusatzlufteinleitungskanal (24) angeordnet ist, der mit der Kraftstoffabgabeleitung (34) verbunden ist und die der Brennkraftmaschine (10) zugeführte Kraftstoffmenge durch Regelung der durch den Zusatzlufteinleitungskanal (24) strömenden Luftmenge regelt.

2. Abgasemissions-Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz des Regelsignals in Form einer Impulsfolge im Bereich von 5 bis 100 Hz liegt.

3. Abgasemissions-Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsfläche des Zusatzlufteinleitungskanals (24) an seiner engsten Stelle das 1- bis 5fache der Querschnittsfläche des Luftansaugkanals (46) an seiner engsten Stelle beträgt.

4. Abgasemissions-Regeleinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatzlufteinleitungskanal (24) in den Luftansaugkanal (46) über dem Kraftstoffpegel der Kraftstoffabgabeleitung (34) mündet.

5. Abgasemissions-Regeleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß auch bei einer zusätzlichen Gemischversorgungseinrichtung für den niederen Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine ebenfalls ein Zusatzlufteinleitungskanal (52) vorgesehen ist, dem ebenfalls ein elektromagnetisches Ventil (26') zugeordnet ist, das gesondert von der Regelschaltung (30) gesteuert wird, wobei dieser Zusatzlufteinleitungskanal (52) entsprechend dem Zusatzlufteinleitungskanal (24) für die Hauptgemischversorgung ausgebildet ist.

6. Abgasemissions-Regeleinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelschaltung (30) einen Oszillator (62) enthält, der kontinuierlich eine Dreieckwelle mit der Frequenz zwischen 5 und 100 Hz liefert und einen Impulsgenerator (66) umfaßt, der eine Impulsfolge mit einer Frequenz zwischen 5 und 100 Hz liefert, wobei der Oszillator (62) und der Impulsgenerator (66) dem elektromagnetischen Ventil (26) vorgeschaltet sind (F ig. 4).

7. Abgasemissions-Regeleinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die von dem Oszillator (62) vorgegebene Frequenz konstant ist rCin F ig. 4).

8. Abgasemissions-Regeleinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatzlufteinleitungskanal (24) der Hauptgemischversorgung der Brennkraftmaschine und der Zusatzlufteinleitungskanal (52) der Gemischversorgungseinrichtung der Brennkraftmaschine für den niederen Drehzahlbereich an einer Stelle stromauf der Zsimeßöffnunger. (48, 56) miteinander verbunden sind und daß der gemeinsame Kanalabschnitt mit dem elektromagnetischen Ventil (26) verbunden ist (Fig. 7).

9. Abgasemissions-Regeleinrichtung nach Anspruch 5 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß diese bei einem Vergasor(14>Vmit einem ersten Rohr und einem zweiten Rohr, das für die Gemischversorgung bei relativ hohen Drehzahlen der Brennkraftmaschine bestimmt ist, nur mit dem ersten für den Normalbetrieb der Brennkraftmaschine bestimmten Rohr (78) zusammenarbeitet.