DE2104301C2

DE2104301C2 - Method and device for controlling the exhaust gas composition of an internal combustion engine

Info

Publication number: DE2104301C2
Application number: DE2104301A
Authority: DE
Inventors: Paul Ellsworth Wilmington Del. Oberdorfer jun.
Original assignee: Sun Oil Company of Pennsylvania
Current assignee: Sunoco Inc R&M
Priority date: 1970-01-29
Filing date: 1971-01-29
Publication date: 1982-12-23
Also published as: FR2077073A5; SE381708B; DE2104301A1; GB1334388A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern der Abgaszusammensetzung einer Brennkraftmaschine, der ein Benzin-Luft-Gemisch zugführt wird und deren Abgase einer Nachverbrennung unterworfen werden.The invention relates to a method and a device for controlling the exhaust gas composition an internal combustion engine, which is supplied with a gasoline-air mixture and its exhaust gases an afterburning be subjected.

Es ist bereits bekannt, zur Reduzierung des Gehalts an Kohlenmonoxyd und unverbrannten Kohlenwasserstoffen im Abgas einer benzinbetriebenen Brennkraftmaschine Zusatzluft stromab vom Vergaser und ins Auspuffsystem einzuführen, wobei die Steuerung mittels des Unterdrucks im Ansaugsystem derart erfolgen soll, daß bei einer Drehzahlverringerung, also bei einer Verzögerung, der Brennkraftmaschine ein mageres Gemisch zugeführt wird, also ein Gemisch, dessen Brennstoffgehalt bezogen auf den Gemischstrom reduziert wird (US-PS 33 64 909).It is already known to reduce the content of carbon monoxide and unburned hydrocarbons In the exhaust gas of a gasoline-powered internal combustion engine, additional air downstream from the carburetor and into the Introduce the exhaust system, whereby the control by means of the negative pressure in the intake system should take place in such a way that that in the event of a reduction in speed, that is to say in the event of a deceleration, the internal combustion engine has a lean mixture is supplied, so a mixture whose fuel content is reduced based on the mixture flow is (US-PS 33 64 909).

Obwohl sich auf diese Weise der Gehalt an Kohlenmonoxyd im Abgas reduzieren läßt, bleibt der ebenso gefährliche Anteil an Stickoxyden im Abgas erhalten und wird im allgemeinen sogar noch vergrößert.Although the content of carbon monoxide in the exhaust gas can be reduced in this way, it remains the same dangerous content of nitrogen oxides in the exhaust gas and is generally even increased.

Zur Anpassung der Brennzufuhr in den angesaugten Luftstrom einer Brennkraftmaschine im Hinblick auf eine Optimierung des Kohlenmonoxydgehalts im Abgas ist bereits eine Reihe vcn Einrichtungen bekannt, die abhängig vom Mengenstrom der angesaugten Luft oder der Maschinendrehzahl die Brennstoffzuführung dosieren (US-PS 34 70 858).To adapt the fuel supply in the sucked in air flow of an internal combustion engine with regard to A number of devices are already known to optimize the carbon monoxide content in the exhaust gas Dose the fuel supply depending on the volume flow of the sucked in air or the engine speed (U.S. Patent 3,470,858).

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, das Verfahren der eingangs genannten Art so auszubilden, daß neben einer Reduzierung des Kohlenmonoxydgehalts und der unverbrannten Kohlenwasserstoffe im Abgas gleichzeitig eine sehr starke Reduzierung der Stickoxydanteile im Abgas erreicht werdenThe object on which the invention is based is to improve the method of the type mentioned at the beginning train that in addition to a reduction in carbon monoxide and unburned hydrocarbons at the same time a very strong reduction in the nitrogen oxide content in the exhaust gas can be achieved in the exhaust gas

kann.can.

Diese Aufgabe wird bei dem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß das der Brennkraftmaschine zugeführte Benzin-Luft-Gemisch im Bereich der Leerlaufdrehzahl mit Benzin angereichert ist und ab einer festgelegten, höheren Drehzahl durch Zufuhr von Zusatzluft wieder abgemagert wird.In the method of the type mentioned at the outset, this object is achieved in that that of the internal combustion engine supplied gasoline-air mixture is enriched with gasoline in the range of the idle speed and decreases a specified, higher speed is made lean again by supplying additional air.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zwar durch die Gemischanreicherung bei Drehzahlen, die derIn the method according to the invention, although the mixture enrichment at speeds that the

ίο Leeriaufdrehzahl nahekommen, also beispielsweise im Stadtverkehr, zwar ein relativ hoher Anteil an Kohlenmonoxyd und unverbrannten Kohlenwasserstoffen im Abgas erzeugt Die Anteile an Kohlenmonoxyd und unverbrannten Kohlenwasserstoffen können jedoch durch die in bekannter Weise durchgeführte Nachverbrennung im Auspuff auf einfache Weise beseitigt werden. Durch die Maßnahme der Brennstoffanreichening des der Brennkraftmaschine in dem genannten Drehzahlbereich zugeführten Gemisches wird jedoch gleichzeitig eine extreme Reduzierung der im Abgas auftretenden Stickoxyde erreicht, so daß die aus dem Auspuff austretenden Abgase nur extrem geringe Giftbeimischungen haben, die weit unter den bezüglich der Luftverschmutzung vorgeschriebenen Grenzen liegen.ίο come close to idle speed, for example in City traffic, although a relatively high proportion of carbon monoxide and unburned hydrocarbons in the Exhaust gas produced The proportions of carbon monoxide and unburned hydrocarbons can, however can be eliminated in a simple manner by the afterburning carried out in the exhaust pipe in a known manner. By the measure of the fuel enrichment of the internal combustion engine in the mentioned speed range added mixture is at the same time an extreme reduction of the occurring in the exhaust gas Nitrogen oxide reached, so that the exhaust gases emerging from the exhaust only extremely small amounts of poison that are well below the limits prescribed for air pollution.

Das Verfahren läßt sich bei einer Brennkraftmaschine mit einem Vergaser, einer Drosselklappe im Gemischkanal, einer stromab von der Drosselklappe vorgesehenen Leerlaufluftzuführung und einer Nachverbrennungseinrichtung für die aus der Brennkraftmaschine austretenden Abgase durchführen. Erfindungsgemäß wird eine stromauf von der Drosselklappe mündende luftzuführende Leitung vorgesehen, die eine bei Überschreiten einer festgelegten Maschinendrehzahl die Luftzuführung durch die Leitung unterbrechende Einrichtung aufweist. Als bevorzugte, die Luftzuführung in der Leitung unterbrechende Einrichtung wird ein zündimpulsgesteuertes elektromagnetisches Ventil verwendet
Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigenThe method can be carried out in an internal combustion engine with a carburetor, a throttle valve in the mixture duct, an idle air supply provided downstream of the throttle valve and an afterburning device for the exhaust gases emerging from the internal combustion engine. According to the invention, an air supply line opening upstream of the throttle valve is provided which has a device which interrupts the air supply through the line when a specified engine speed is exceeded. An ignition pulse-controlled electromagnetic valve is used as the preferred device that interrupts the air supply in the line
The invention is explained in more detail, for example, with the aid of the drawings. Show it

F i g. 1 schematisch den Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zusammen mit einer Brennkraftmaschine; und
F i g. 2 schematisch den Aufbau der erfindungsgemä-Ben Vorrichtung.F i g. 1 schematically shows the structure of a device according to the invention together with an internal combustion engine; and
F i g. 2 schematically shows the structure of the device according to the invention.

Der in Fig. 1 gezeigten Brennkraftmaschine 1, bei welcher die Zylinder in V-Form angeordnet sind, wird das Brennstoff-Luft-Gemisch von einem Vergaser 2 zugeführt, dem eine Steuereinrichtung 3 zugeordnet ist.The internal combustion engine 1 shown in FIG. 1, in which the cylinders are arranged in a V-shape, is the fuel-air mixture is supplied from a carburetor 2 to which a control device 3 is assigned.

Die Auslaßstutzen 20 und 21 der Zylinder münden in Wärmereaktoren 4 bzw. 4', in denen eine Nachverbrennung für Kohlenmonoxyd und verbrannte Kohlenwasserstoffe stattfindet. Die Abgabe werden über Rohre 5 bzw. 6 und nicht gezeigte Schalldämpfer in die Atmosphäre abgeführt.The outlet nozzles 20 and 21 of the cylinder open into heat reactors 4 and 4 ', in which an afterburning for carbon monoxide and burned hydrocarbons takes place. The delivery is via pipes 5 or 6 and silencers, not shown, discharged into the atmosphere.

Um bei Maschinendrehzahlen in der Nähe der Leerlaufdrehzahl den erfindungsgemäß gewünschten Brennstoffgehalt im Gemisch zu erhalten, der höher sein soll als der nach Überschreiten einer festgelegten Drehzahl einzustellende, ist der in Fig. 1 gezeigt«: Vergaser 2 mit der Steuereinrichtung 3 im einzelnen so ausgebildet, wie dies aus F i g. 2 zu ersehen ist. In dem Gemischkanal 7 des Vergasers 2 ist eine Drosselklappe 8 verschwenkbar angeordnet, die mit ausgezogenen Linien in der Vollgasstellung und strichpunktiert in der leerlaufnahen Stellung gezeigt ist. Bei dieser Stellung ist der freie Strömungsquerschnitt im Gemischkanal 7 relativ klein. Stromab von der Drosselklappe 8 in der leer-In order to achieve the desired according to the invention at machine speeds in the vicinity of the idling speed To obtain fuel content in the mixture, which should be higher than that after exceeding a specified The speed to be set is shown in FIG. 1: Carburetor 2 with control device 3 in detail as follows formed, as shown in FIG. 2 can be seen. In the mixture channel 7 of the carburetor 2 is a throttle valve 8 pivoted, the solid lines in the full throttle position and dash-dotted lines in the near idle position is shown. In this position, the free flow cross-section in the mixture channel 7 is relative small. Downstream of the throttle valve 8 in the empty

laufnahen Stellung münden in den Gemischkanal 7 eine erste Nadelöffnung 22 und etwas stromauf davon Auslaßöffnungen 9 und 9', die mit dem Kanal 23 für die Zuführung des Leerlaufgemisches verbunden sind. Diese Anordnung ist bei Vergasern üblich, so da!?· ihre Wirkungsweise nicht näher erläutert zu werden brauchtIn the near-running position, a first needle opening 22 opens into the mixture channel 7 and outlet openings somewhat upstream thereof 9 and 9 ', which are connected to the channel 23 for the supply of the idle mixture. These This arrangement is common with carburetors, so that their mode of operation does not need to be explained in more detail

Stromauf von der Drosselklappe 8 mündet in den Gemischkanal 7 eine luftführende Leitung 10, der über ein elektromagnetisches Ventil 12 mit einem Elektromagneten 19 über eine Leitung 11 und einen Durchsatzregltr 13, beispielsweise in Form eines Nadelventils, mit dem Auslaß des Luftfilters verbunden ist Bei einer bestimmten Maschinendrehzahl die beispielsweise einer Fahrgeschwindigkeit von ca. 58 km/h entsprechen kann, ist das elektromagnetische Ventil 12 geöffnet, so daß über die Leitung 11 und die luftführende Leitung 10 zusätzliche Luft in den Gemischkanal 7 eingeführt werden kann, so daß das vor der Drosselklappe 8 strömende Benzin-Luft Gemisch durch Erhöhung des Luftanteils magerer wird. Die zur Motordrehzahl proportionale". Zündimpulse der Zündspule werden über der Leitung 14 einer Impulszahl- und Triggereinheit 15 zugeführt und dort so verwertet, daß durch Anschlüsse 16 ein Relais 17 gesteuert wird, dem die Kontakte 18 des Schaltkreises für den Elektromagneten 19 des elektromagnetischen Ventils 12 zugeordnet sind, wobei dieser Schaltkreis an die 12 V-Fahrzeugbatterie angeschlossen ist. Die Schaltung ist so vorgenommen, daß über einer festgelegten Maschinendrehzahl, die beispielsweise einer Fahrzeuggeschwindigkeit von 58 km/h entspricht, die in die Triggereinheit 15 eingespeisten Impulse ausreichen, um das Relais 17 so zu aktivieren, daß eine Unterbrechung der Speisung des Elektromagneten 19 an den Kontakten 18 erfolgt, so daß das Ventil 12 öffnet und Zusatzluft in den Gemischkanal 7 gelangen kann.Upstream of the throttle valve 8 opens into the mixture channel 7 an air-conducting line 10, which via an electromagnetic valve 12 with an electromagnet 19 via a line 11 and a throughput controller 13, for example in the form of a needle valve, is connected to the outlet of the air filter This is the machine speed, which can correspond to a driving speed of approx. 58 km / h, for example electromagnetic valve 12 open, so that over the line 11 and the air-conducting line 10 additional Air can be introduced into the mixture channel 7, so that the gasoline air flowing in front of the throttle valve 8 Mixture becomes leaner by increasing the proportion of air. The ". Ignition pulses proportional to the engine speed the ignition coil are fed to a pulse number and trigger unit 15 via line 14 and there utilized so that a relay 17 is controlled by terminals 16, which the contacts 18 of the circuit for the electromagnet 19 of the electromagnetic valve 12 are assigned, this circuit to the 12 V vehicle battery is connected. The circuit is made so that over a fixed Engine speed, which corresponds, for example, to a vehicle speed of 58 km / h, which is in the Trigger unit 15 injected pulses are sufficient to activate the relay 17 so that an interruption the feeding of the electromagnet 19 takes place at the contacts 18, so that the valve 12 opens and additional air can get into the mixture channel 7.

Bei einer geringeren Maschinendrehzahl reicht die Anzahl der der Triggereinheit 15 zugeführten Impulse nicht aus, um am Relais 17 über die Anschlüsse 16 eine Signalspannung anzulegen, so daß der Stromkreis des Elektromagneten 19 über die Kontakte 18 und somit auch das Ventil 12 geschlossen bleibt Dadurch strömt keine Zusatzluft in den Gemischkanal 7, so daß das an sich »fette« Gemisch der Brennkraftmaschine 1 zugeführt wird. In diesem Fall entstehen bei der Verbrennung des Gemisches in der Brennkraftmaschine 1 nur sehr wenig Stickoxyde. Außerdem wird auch die Aldehydbildung weitgehendst reduziert Der höhere Anteil an unverbrannten Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxyd im Abgas wird in den Wärmereaktoren 4 und 4' durch Nachverbrennung beseitigtAt a lower machine speed, the number of pulses supplied to the trigger unit 15 is sufficient not off to apply a signal voltage to the relay 17 via the terminals 16, so that the circuit of the Electromagnet 19 via contacts 18 and thus also valve 12 remains closed as a result of which there is a flow No additional air in the mixture channel 7, so that the "rich" mixture of the internal combustion engine 1 is supplied will. In this case, when the mixture is burned in the internal combustion engine 1, only very large amounts occur little nitrogen oxide. In addition, the formation of aldehydes is largely reduced. The higher proportion of unburned Hydrocarbons and carbon monoxide in the exhaust gas are stored in the heat reactors 4 and 4 ' eliminated by post-combustion

Vergleicht man die Abgasgehalte eines fabrikmäßig ausge !listeten Fahrzeugs und des gleichen Fahrzeugs, das in der erfindungsgemäßen Weise modifiziert ist, so ergibt sich im leerlaufnahen Drehzahlbereich bei dem fabrikmäßig ausgeführten Fahrzeug ein Stickoxydanteil von 1203 ppm, ein Kohlenmonoxydanteil von 1,0 und ein Anteil an unverbrannten Kohlenwasserstoffen von 217 ppm. Bei dem erfindungsgeäß modifizierten Fahrzeug ist bei gleichen Fahrbedingungen der Stickoxydgehalt auf 147 ppm, der Kohlenmonoxydgehalt auf 0,21 und der Anteil an unverbrannten Kohlenwasserstoffen auf 45 ppm reduziert Die Reduzierung der schädlichen Anteile im Abgas geht etwas zu Lasten der Kilometerleistung bezogen auf den Benzinverbrauch. So fährt das fabrikmäßg ausgerüstete Fahrzeug bei einer Geschwindigkeit von 48 km/h mit einem Verbrauch von 9,4 km/1 und bei 96,5 km/h mit 6,7 km/1 während das erfindungsgemäß modifizierte Fahrzeug nur mit 8,1 bzw. 6,4 km/1 fährt.If you compare the exhaust gas content of a factory-listed vehicle and the same vehicle, which is modified in the manner according to the invention, then results in the idling speed range in the factory-made vehicle has a nitrogen oxide content of 1203 ppm, a carbon monoxide content of 1.0 and a proportion of unburned hydrocarbons of 217 ppm. In the vehicle modified according to the invention Under the same driving conditions, the nitrogen oxide content is 147 ppm, the carbon monoxide content 0.21 and the proportion of unburned hydrocarbons reduced to 45 ppm The reduction of harmful Share in the exhaust gas is somewhat at the expense of the mileage in relation to the gasoline consumption. That's how it goes Factory equipped vehicle at a speed of 48 km / h with a consumption of 9.4 km / 1 and at 96.5 km / h with 6.7 km / 1 while the vehicle modified according to the invention only with 8.1 and 6.4 km / 1 moves.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. A method for controlling the exhaust gas composition of an internal combustion engine, which is a gasoline-air mixture is supplied and the exhaust gases are subjected to afterburning, thereby characterized in that the gasoline-air mixture supplied to the internal combustion engine is in the range of idling speed with gasoline is enriched and emaciated again from a specified higher speed by supplying additional air will.

Z Device for carrying out the method according to claim 1, with a carburetor, a throttle valve in the mixture duct, an idle air supply provided downstream of the throttle valve and an afterburning device for the exhaust gases emerging from the internal combustion engine, characterized by air supplying upstream of the throttle valve (8) Line (10) which has a device (12, 19) which interrupts the air supply through the line (10) when a specified machine speed is exceeded.

3. Apparatus according to claim 2, characterized in that the line supplying the air (10) interrupting device (12, 19) an ignition pulse controlled (3) electromagnetic valve (12) is