DE2219073B2

DE2219073B2 - Einrichtung zur regelung einer anlage mit einer brennkraftmaschine, deren abgase durch einen katalytischen konverter geleitet werden

Info

Publication number: DE2219073B2
Application number: DE19722219073
Authority: DE
Inventors: David Milton Clarendon Hills; Gerhold Clarence George Palatine; Boyd III. (V.St.A.)
Original assignee: Universal Oil Products Co
Current assignee: Universal Oil Products Co
Priority date: 1971-04-19
Filing date: 1972-04-19
Publication date: 1977-07-21
Also published as: DE2219073A1; CA955761A; FR2141049A5; GB1380157A; IT952682B; US3696618A

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Regelung einer Anlage mit einer Brennkraftmaschine, welcher ein Kraftstoff-Luft-Gemisch zugeführt wird und deren Abgase durch einen katalytischen Konverter geleitet werden, welcher die schädlichen Abgasbestandteile im wesentlichen in unschädliche umwandelt, wobei mindestens ein kritischer Betriebsparameter des Konverters ständig überwacht wird und die Zusammensetzung der dem Konverter zuzuführenden Abgasmischung in Abhängigkeit von dem überwachten Betriebsparameter veränderbar ist.

Eine derartige Einrichtung ist aus der US-PS 31 68 806 bekannt, wo die Konvertertemperatur überwacht und ein Gebläse für die Zuführung von Sekundärluft zum Konverter erst dann eingeschaltet wird, wenn der Konverter eine vorgegebene Betriebstemperatur erreicht hat. Bei der bekannten Einrichtung werden also bei einem Kaltstart zunächst solche Betriebsbedingungen aufrechterhalten, daß ein katalytischer Nachbrenner bzw. Konverter seine erforderliche Arbeitstemperatur erreicht, ehe eine wirksame katalytische Umsetzung durch Zuführung von Sekundärluft eingeleitet wird.

Aus der US-PS 33 60 927 ist es ferner bekannt, nach einem Kaltstart zunächst eine ausreichende Erwärmung eines Nachbrenners abzuwarten, ehe diesem die für eine erfolgreiche Nachverbrennung erforderliche Sekundärluft zugeführt wird, wobei dann bei arbeitendem Nachbrenner das Luft-Kraftstoff-Verhältnis für den Nachbrenner in Abhängigkeit vom Unterdruck auf der Ansaugseite der Brennkraftmaschine gesteuert wird.

Weiterhin sind die Zusammenhänge zwischen der Gemisch-Zusammenseizung, der Arbeitstemperatur

ind weiteren Parametern bei katalytischen Abgaskon- ^ertern bekannt (vgl. »MTZ« 1966, Seiten 272 bis 276. jnd »VDI«· Berichte, Band 25,1957, Seiten iü bis 89).

Ausgehend von dem vorstehend beschriebenen Stand 3er Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde. eine Einrichtung zur Regelung einer Anlage mit einer Brennkraftmaschine anzugeben, mi» deren Hilfe die Zusammensetzung der dem katalytischen Abgaskonverter zugeführten Abgase nahezu unverzögert geregelt werden kann, so daß in dem Abgaskonverter ideale Reaktionsbedingungen aufrechterhalten werden.

Diese Aufgabe ist durch eine Einrichtung der eingangs beschriebenen Art gelöst, welche gemäß der Erfindung durch folgende Merkmale gekennzeichnet ist:

a) Erzeugung eines zu jedem Zeitpunkt dem Wert des Betriebsparameters analogen Signais;

b) Zuführung des Signals zu einer Recheneinrichtung zum Analysieren und im Hinblick auf die Betriebsbedingungen des Konverters, Optimieren des Signals zu einem Ausgangssignal;

c) Korrektur des Ausgangssignals in Abhängigkeit von einer durch willkürliche Bedienung der Brennkraftmaschine unmittelbar veränderbaren Motorbetriebsgröße zu einem Sollwert für die dem Konverter zuzuführende Abgasmischung.

Der entscheidene Vorteil der erfindungsgemäßen Einrichtung besteht darin, daß einerseits durch Überwachung eines kritischen Betriebsparameters ständig optimale Betriebsbedingungen für den katalytischen Konverter aufrechterhalten werden können und daß andererseits Änderungen der Betriebsbedingungen aufgrund einer willkürlichen Bedienung der Brennkraftmaschine, beispielweise bei einem Beschleunigungsvorgang oder einer Bremsung, unmittelbar berücksichtigt werden und nicht erst aufgrund einer entsprechenden Änderung des kritischen Betriebsparameters des Konverters festgestellt und dann ausgeregelt werden.

Als vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn zur Feststellung des kritischen Betriebsparameters eine Analysiereinrichtung eingesetzt wird, welche die Menge der schädlichen Bestandteile in den den Konverter verlassenden Abgasen ermittelt. Ideale Betriebsbedingungen liegen nämlich dann vor, wenn den Konverter keine schädlichen Komponenten verlassen. Andererseits hat es sich gezeigt, daß auch andere Betriebsparameter, welche leichter ermittelt werden können, geeignet sind, ein Signal zu erzeugen, welcnes eme ziemlich genaue Aussage über die Betriebsbedingungen des Konverters ermöglicht.

Beispielsweise kann die Temperaturdifferenz zwischen der Temperatur der Gase, welche in den Konverter eintreten, und einer repräsentativen Temperatur des Katalysatorbettes als brauchbares Maß für die Betriebsbedingungen des Konverters ausgewertet werden. Darüber hinaus wurde festgestellt, daß für den Fall, daß diese Temperaturdifferenz sich einem Maximum nähert, gleichzeitig auch die Betriebsbedingungen des Konverters in der Nähe eines Optimums liegen. Somit wird bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel als ho Analysiereinrichtung eine Einrichtung zur Messung der Temperaturdifferenz zwischen der Temperatur der in den Konverter eintretenden Gase und einer repräsentativen Temperatur des Katalysatorbettes verwendet.

Ferner hat es sich herausgestellt, daß ein Betriebsparameter, welcher die Wirksamkeit des Konverters beeinflußt, das Verhältnis von brennbaren Substanzen •711 Sauerstoff in dem in den Konverter eintretenden Abgasgemisch ist. Versuche haben gezeigt, daß für den Fall, daß dieses Verhältnis ein stöchiometrisches Verhältnis ist, die Wirksamkeit des Konverters sich einem Optimum nähert, während die Menge der schädlichen Bestandteile auf der Auslaßseite des Konverters sich einem Minimum nähert.

Zur Einstellung der gewünschten Betriebsbedingungen für den Komverter hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die dem Konverter zugeführte Sekundärluftmenge zu regeln, und zwar in Abhängigkeit von dem Gemischdurchsatz durch die Brennkraftmaschine, so daß die Einstellung des gewünschten Sollwerts für die Abgaszusammensetzung am Eingang des Konverters bei Brems- und Beschleunigungsvorgängen sehr schnell erfolgen kann.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit einer Zeichnung noch näher erläutert, wobei eine Anlage mit einer Brennkraftmaschine und Einrichtungen zur Regelung dieser Anlage einfach als erfindungsgemäße Maschinen anlage bezeichnet ist. Es zeigt

F i g. 1 eint schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Maschinenanlage,

F i g. 2 eine schematische Darstellung einer abgewandelten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Maschinenanlage,

Fig.3 eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Maschinenanlage,

Fig.4 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Steuerung des Druckes in der Schwimmerkammer einer erfindungsgemäßen Maschinenanlage >ind

F i g. 5 ein schematisches Diagramm zur Erläuterung der hypothetischen Arbeitsweise eines Konverters für eine erfindungsgemäße Maschinenanlage.

In Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Maschinenanlage mit einer Brennkraftmaschine 1 dargestellt, wie sie in Automobilen verwendet wird. Die Brennkraftmaschine 1 ist mit einem Vergaser 2 und einem Luftfilter 4 ausgerüstet. Eine Ansaugleitung 5 verteilt das Luft-Kraftstoff-Gemisch auf die einzelnen Zylinder der Brennkraftmaschine, und die anfallenden Abgase werden über eine Abgassammelleitung 6 zu einer Abgasleitung 7 geführt. Die Abgasleitung 7 ist mit einem katalytischen Abgaskonverter 8 verbunden, der ein Bett 9 mit einem Katalysatormaterial 10 enthält. Das nachbehandelte Abgas verläßt den Konverter 8 durch ein Auspuffrohr 11, welches in die Atmosphäre mündet. Der Abgasleitung 7 wird Sekundärluft über eine Sekundärluftleitung 12 zugeführt, die ihrerseits ein Gebläse 13 oder eine ähnliche Luftfördereinrichtung enthält. Ein Regelventil in der Sekundärluftleitung steuert die Menge der Sekundärluft, welche dem Abgas beigemischt wird.

Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung gemäß Fig. 1 sind in der Maschinenanlage zwe Temperaturfühler a und b vorgesehen. Der Temperatur fühler a ist an der Abgasleitung 7 angeordnet und miß die Temperatur der in den Abgaskonverter 8 eintreten den Gase. Vorzugsweise ist dieser Temperaturfühler , vor der Stelle angeordnet, an welcher die Sekundärluf zugeführt wird, da durch eine Messung hinter diese Stelle Fehler in die Temperaturdifferenz Δ Tzwischei den von den beiden Temperaturfühlern a und gemessenen Temperaturen eingeführt werden könntei Der Temperaturfühler b ist am Einlaßgitter des Bettes für das Katalysatormaterial angeordnet, um ein

repräsentative Temperatur für das Katalysatorbett zu messen. Es versteht sich, daß die beiden Temperaturfühler auch an anderen Plätzen angeordnet sein könnten und daß die dargestellte Anordnung nur als Beispiel zu betrachten ist. Jeder der beiden Temperaturfühler a, b ist mittels einer Übertragungsleitung 20 bzw. 21 oder dergleichen mit einer die Temperaturdifferenz ermittelnden Steuereinrichtung 28 verbunden, welche in der Lage ist, die Temperaturdifferenz Δ T zu messen, zu übertragen und anzuzeigen. Die Temperalurdifferenz Δ Tstellt ein Signal dar, welches einen Hinweis auf die Arbeitsweise des Abgaskonverters liefert. Die Steuereinrichtung 28 sendet über eine Übertragungsleitung 29 ein Δ 7-Signal an eine Optimiereinrichtung 30. Diese besitzt eine Einrichtung zur Erzeugung eines Regelsignals auf einer Ausgangsleitung 3! zur Regelung der Einstellung eines Mischungsreglers 32. Die Optimiereinrichtung 30 umfaßt ferner Recheneinrichtungen zum Analysieren des Δ T-Signals, welches eine Anzeige für die Arbeitsweise des Abgaskonverters liefert, um ein Ausgangssignal zu bestimmen, welches für eine optimale Arbeitsweise des Konverters erforderlich ist. Die Optimiereinrichtung 30 ist über die Ausgangsleitung 31 mit dem Mischungsregler 32 verbunden, welcher Einstellungen des Regelventils 14 zur Änderung der Menge der zugeführten Sekundärluft durchführt.

Um schnellen Änderungen der Maschinenlcistung infolge schneller Beschleunigungen und Bremsungen zu folgen, wird der Gemischzustrom zu der Maschine indirekt ermittelt, indem zunächst der Druck auf der Ansaugseite der Maschine gemessen wird und indem dieser Druck dann mit der Drehzahl der Maschine multipliziert wird. Aus diesem Grunde wird eine Einrichtung c, die mit der Ansaugleitung kommuniziert, an der Brennkraftmaschine 1 angeordnet. Die Einrichtung c ist über eine Übertragungsleitung 35 mit einer Druckmeßeinrichtung 36 verbunden, die geeignet ist, den Druck /u messen, zu übertragen und anzuzeigen.

Die Druckmeßeinrichtung 36 überträgt ein Drucksignal über Übertragungscinrichtungen 37 zu einem Funktionsgenerator 34. Dieser linearisiert das Signal von der Druckmeßeinrichtung 36. Von dem Funktionsgenerator 34 wird über eine Übertragungsleitung 38 ein Impuls zu einem Multiplizierer 39 übertragen. Eine Drchzahlanzcigccinrichtung d ist an der Ablriebswellc der Brennkraftmaschine vorgesehen. Die Drchzahlanzeigccinrichtung dist über eine Übertragungsleitung 41 mit einer Drchzahlmcßcinrichtung 42 verbunden. Die Drchzahlmeßeinrichtung 42 ist über eine Übertragungsleitung 43 mit dem Multiplizierer 39 verbunden. Der Multiplizierer 39 ist eine Einrichtung, welche das augenblickliche Produkt zweier zeitveränderlicher Spannungen liefert Der Multiplizierer multipliziert somit sofort das Signal von dem Funktionsgenerator 34 und von der Drehzahlmeßeinrichtung 42, um einen Wert für den Zustrom zu der Brennkraftmaschine zu erhalten. Dieser Zustrom-Wert wird über eine Übertragungsleitung 45 an den Mischungsregler 32 übertragen.

Um den Wert für die Sekundärluftströmung zu erhalten, ist in der Sekundärlufllcilung 12 eine öffnung 30 vorgesehen. An dieser öffnung ist ein DifferenzdruckUbcrirager 51 angeordnet, der der Erzeugung eines Signals dient, welches repräsentativ für einen Differenzdruck an der öffnung 50 ist. Das Signal von dem DiffcrcnzdruckObcrtragcr 51 wird einer Radiereinrichtung 53 zugeführt, welche die Quadratwurzel des Signals bildet und deren Ausgangssignal, welches für die Strömung durch die Sekundärluftlcitung 12 rcprascnta tiv ist, über eine Leitung 54 zu dem Mischungsregler 32 übertragen wird. Der Mischungsregler 32 erhält folglich die Werte für den Zustrom zu der Maschine und für die Sekundärluftströmung und ändert die Sckundärluftströmung in Abhängigkeit von seiner durch die Optimie reinrichtung 30 festgelegten Einstellung.

Die Bauelemente des Steuersystems der Maschinenanlage gemäß Fig. 1 sind dem Fachmann bekannt. Die verschiedenen Übertragungsleitungen, Übertrager, Radiziercinrichtungen. Multiplizierer, Steuereinrichtungen und Optimiereinrichtungen werden im Handel von einer Vielzahl von bekannten Herstellern für derartige Instrumente angeboten.

Die Optimiereinrichtung 30 ist eine wohlbekannte Einrichtung, welche irgendeine Größe des Prozesses auf ein Maximum oder Minimum regelt. Beispielsweise soll angenommen werden, daß die Betriebsweise des Konverters durch die Temperaturdifferenz Δ Τ bestimmt wird und daß diese sich mit dem Verhältnis zwischen dem Gaszustrom zu der Maschine und der Sekundärluftzufuhr entsprechend der schematischen Kurve gemäß F i g. 5 ändert. Aus dieser Kurve wird deutlich, daß Δ Tan einem Punkt G durch ein Maximum geht, an welchem die Steigung der Kurve 0 ist. Wenn der Konverter unter Bedingungen arbeitet, die dem Punkt F der Kurve gemäß Fig.5 entspricht, ändert die Opiimiereinrichtung die Einstellung des Mischungsrcglers für die Sekundärluftzufuhr, so daß die Arbeitsbedingungen des Konverters in Richtung auf den Punkt Gder Kurve verschoben werden. Wenn dagegen die Arbeitsbedingungen des Konverters dem Punkt H der Kurve entsprechen, wird die Optimiereinrichtung das Verhältnis von Gaszuslrom am Eingang zu Sekundärluftzu-Strom verringern, um die dem Punkt G entsprechenden Bedingungen anzunähern.

In Fig.2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Maschinenanlage dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Brennkraftmaschine selbst nicht dargestellt, sondern nur die Abgasleitung 67, welche die Abgase von der Abgassammelleitung der Maschine zu dem Abgaskonvertcr 68 leitet, in welchem die Abgase in einem Katalysatorbett (nicht dargestellt) umgesetzt werden und dann durch die Auspuffleitung 69 in die Atmosphäre ausgestoßen werden. Die Maschinenanlage gemäß Fig.2 besitzt ferner eine Sekundärluftleitung 70, die mit der Abgasleitung 67 verbunden ist und der Zuführung der von einem Gebläse 71 gelieferten Sekundärluft dient. Zur Steuerung der Sekundärluftmenge, welche dem Abgaskonverter 68

so zugeführt wird, ist in der Sekundärluftleitung 70 ein Regelventil 72 vorgesehen. Bei dem hier betrachteten Fall werden die Betriebsbedingungen des Konverters indirekt durch Messung des Verhältnisses der brennbaren Bestandteile zu dem Sauerstoff am Eingang des

Konverters ermittelt. Dies wird in der Weise durchgeführt, daß eine kleine Menge der Abgase aus der Abgasleitung 67 über eine Leitung 74 abgezogen wird und in einer Analysiereinrichtung 75 analysiert wird. Die Analysiereinrichtung 75 kann eine der vielen im Handel

fco erhältlichen Einrichtungen dieser Art sein. Beispielsweise kann die Analysiereinrichtung 75 ein Plntingespinst enthalten, welches Bestandteil einer Wheat UoneBrükke ist und durch welche ein kontinuierlicher Strom Übertragen wird. Die brennbaren Bestandteile werden

'η kontinuierlich rings um das Platingespinst in Anwesenheit des in der Leitung 74 zur Verfügung stehenden Sauerstoffs verbrannt. Wenn das Platingcspinst heißer wird, bringt es die Whcatstonc-Brücke aus dem

Gleichgewicht, da das Gespinst ein Teil dieser Brücke ist. Die optimalen Betriebsbedingungen des Konverters fallen mit dem Temperaturspitzensignal in einer solchen Analysiereinrichtung zusammen. Es wird angenommen, daß sich eine solche Temperaturspitze bei einem stöchiometrischen Verhältnis der brennbaren Bestandteile zu dem Sauerstoff in den Abgasen ergibt.

Das Signal von der Analysiereinrichtung 75 wird über eine Übertragungsleitung 76 zu einer Optimiercinrich· tung 77 übertragen, die der anhand der Fig. 1 beschriebenen Optimiereinrichtung ähnlich ist. Die Optimiereinrichtung enthält Recheneinrichtungen zum Analysieren des Signals von der Analysiereinrichtung 75 zur Erzeugung eines Ausgangssignals, welches erforderlich ist, um optimale Betriebsbedingungen für den '5 Konverter festzulegen. Das Ausgangssignal regelt die Einstellung eines Mischungsreglers 79. Das Ausgangssignal wird über eine Übertragungsleitung 78 zu dem Mischungsregler 79 übertragen.

Bei dem hier betrachteten Ausführungsbeispiel wird der Zustrom von der Maschine bestimmt, indem die Druckdifferenz über einer Öffnung 80 in der Abgasleitung 67 mittels eines Druckübertragungselcmentes 81 gemessen wird und indem das dabei erhaltene Signal über eine Übertragungsleitung 82 zu einer Radizicicinrichtung 83 übertragen wird, deren Ausgangssignal den Abgasstrom durch die Abgasleitung 67 anzeigt, um auf diese Weise ein Signal zu erhalten, welches dtm Abgasstrom entspricht. Dieses Ausgangssignal wird über eine Übertragungsleitung 84 dem Mischungsregler 79 zugeführt. Auf ähnliche Weise wird der Sekundärluftstrom bestimmt, indem die Druckdifferenz über einer Öffnung 90 mittels einer Druckübertragungseinheit 91 gemessen wird und indem das so erhaltene Signal über eine Übertragungsleitung 92 einer Radiziercinrichtung 93 zugeführt wird, deren Ausgangssignal die Sekundärluftströmung durch die Sekundärluftleitung 70 anzeigt. Dieses Ausgangssignal wird über eine Übertragungsleitung 94 wiederum dem Mischungsrcglcr zugeführt. Der Mischungsrcglcr regelt den Sekundärluftstrom durch die Sekundäriuftleitung 70 in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des Abgasstromes in der Abgasleitung 67.

Die beiden bisher betrachteten Ausführungsbeispiele arbeiten in ähnlicher Weise, wobei die Sekundärlufl/u· fuhr in Abhängigkeit von verschiedenen Butricbsparumeiern gesteuert wird. Bleibt beispielsweise bei der Maschinenanlage gemäß I 1 g. I die Strömung durch die Abgasleitung 7 konstant, dann wird die Optimiereinnchtung die Menge der über die Sekundäriuftleitung 12 in ^v die Abgasleitung 7 einströmenden Sekundärluft so regeln, daß sich eine optimale Temperaturdifferenz Δ Τ ergibt, welche dem Punkt C auf der hypothetischen Kurve gemäß ¥ i g. 5 entsprechen würde, Wenn die Maschine dann beschleunigt, übertragt die Druckmeß 3' einrichtung 36 über die Übertragungslciiungcn 37 und 38 cm Signal zu dem Multiplizierer, während die Drch/ahlmcßcinrichtung 42 ein Signal 43 zu dem Multiplizierer 39 überträgt, wo sofort cm Wen abgebildet wird, welcher dem Durchfluß durch die ^6r> Abgasleitung 7 entspricht und welcher dem Mischung* regler zugeführt wird. Während einer Beschleunigung* phase wird dieser Wert zunehmen, da erhöhte Gasmengen durch die Maschine fließen, und somit wird der Mischungsrcgler 32 das Regelventil 14 öffnen, um ' den Sekundärluftstrom tu erhöhen. Dabei wird die Menge der zugefuhrien Sekundärluft von tier durch die Optimiercinrichiung geregelten Einstellung des Mi schungsreglers abhängig sein. Wenn die Optimiereinrichtung dann bei einer neuen Betriebsart feststellt, daß eine andere Einstellung erforderlich ist. um eine optimale Umsetzung der Abgase anzunähern, wird sie wiederum die Einstellung für den Mischungsregler 32 ändern. Beispielsweise wird bei einer Vcrlangsamung das Regelventil 14 von dem Mischungsregler 32 in gewissem Umfang geschlossen werden.

Bei der Maschinenanlage gemäß F i g. 2 wird statt der Drehzahl und dem Druck auf der Ansaugseite die Druckdifferenz an der öffnung 80 der Abgasleitung ausgewertet, um den Zustrom bezüglich der Maschine zu bestimmen. Ferner liest die Optimiereinrichtung 77 kein Signal der Temperaturdifferenz zwischen dem Eingang und dem Katalysatorbett, sondern ein Signal von der Analysiereinrichtung 75. um die Einstellung des Mischungsregiers 79 zu regeln. Die Optimiereinrichtung verändert die Einstellung bezüglich des Verhältnisses von Sekundärluft zu Gaszustrom bezüglich der Maschine, um das stöchiometrische Verhältnis von brennbaren Substanzen zu Sauerstoff in der Abgasleitung 67 anzunähern. Wenn die Maschine beschleunigt wird, erhöht sich die Gasströmung durch die Abgasleitung 67. und ein Signal, welches dieser Erhöhung entspricht, wird über die Übertragungsleitung zu dem Mischungsrcgler übertragen. Der Mischungsrcgler regell die Strömung durch die Sekundärluftleitung 70 mit Hilfe des Regelventil 72. bis die von der Optimicrcinrichtung 77 vorgegebene Einstellung erreicht ist.

F 1 g. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Maschinenanlage mit einem Steuersystem, welches das Verhältnis von Luft zu Kraftstoff für die Maschine regelt, in schcmatischer Darstellung, in Fig. 3 ist teilweise im Schnitt ein Vergaser 102 dargestellt, der mit einem Luftfilter 104 verbunden ist und eine Schwimmerkammer 117 sowie einen als Venturi-Rohr ausgebildeten Mischbercich 115 aufweist. Der Vergaser 102 ist über einen AuslaDslulzen 105 mit der Ansaugleitung einer Brennkraftmaschine (nicht dargestellt) verbindbar, Der Vergaser besitzt ferner cmc Drosselklappe 106 und eine im Mischbercich 115 mündende Kraftsloffdüse 116. welche den Kraftstoff aus der Schwimmerkammer 117 ansaugt. Von der Schwimmerkammer 117 führt eine der Belüftung der Schwimmerkammer dienende Leitung 122 zur Ansaugscite des Vergasers. Das Luftfilter 104 besitzt einen Ansaugstutzen 103 zum Ansaugen der Luft für den Vergaser. Es ist cmc von der Kraftstoffpumpe (nicht dargestellt) kommende Kraftstoffleitung vorgesehen, über welche der Kraftstoff der Schwimmerkammer 117 zugeführt wird. Somit sind Einrichtungen vorgesehen, um dem Vergaser 102 in seinem Mischbereich US Luft zuzuführen, welche dort mit dem Kraftstoff aus der Schwimmerkammer gemischt wird, und /war mittels der Kraftstoffdüse 116. um auf diese Weise eine Luft-Kraftstoff-Mischung für die Maschine zu erzeugen.

Man hat festgestellt, daß das Verhältnis von Luft zu Kraftstoff in dem der Brennkraftmaschine zugeführten Gemisch reguliert werden kann, indem man in der Schwimmerkammer 117 einen Unterdruck erzeugt. Hs wurden beispielsweise Tests mit einer unbelasteten Maschine bei einer Drehzahl von 1600 Umdrehungen pro Minute durchgeführt, wobei bei Atmosphärendruck des Verhältnis von Luft zu Kraftstoff zunächst bei 12.6 lag Ein geringer Unterdruck in der Schwimmerkammer, beispielsweise ein Unterdruck von 0.47; 0,70 und 0,43 Torr, führte tu einem Verhältnis von Luft zu Kraftstoff von I J; 13,3 b/w I J.5. Die Hr/cugung eines Unterdrucks

7W&M/181

in der Schwimmerkammer stellt also ein hervorragendes Mittel zur Veränderung der Zusammensetzung der einem hinter der Maschine angeordneten Konverter zugeführten Abgase dar.

Die in F i g. 3 dargestellte, erfindungsgemäße Maschinenanlage umfaßt ferner einen katalitischen Abgaskonverter 108 mit einem Katalysatorbett 109 bzw. einem Rückhaltebereich. Der Eingang des Konverters ist mit der Maschine (nicht dargestellt) über eine Abgasleitung 107 verbunden. Der Ausgang des Konverters ist mit einem Auspuffrohr 111 verbunden. Wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 1 sind auch bei dem hier betrachteten Ausführungsbeispiel zwei Temperaturfühler a'und b' vorgesehen. Der Temperaturfühler ,·)' ist dabei im Bereich der Abgasleitung 107 an einer Stelle angebracht, wo es möglich ist, die Temperatur der in den Konverter eintretenden Abgase zu messen. Der Temperaturfühler b' ist am Einlaßgitter des Katalysatorbettes 109 angeordnet, um eine repräsentative Bettemperatur zu messen, jeder der Temperaturfühler a'. Z)'über eine geeignete Übertragungsleitung 102 bzw. 121 mit einer die Temperaturdifferenz ermittelnden Meßeinrichtung 128 verbunden, welche in der Lage ist, die Temperaturdifferenz Δ Τ zwischen den beiden Temperaturfühlern a'. b' /u messen, zu übertragen und anzuzeigen. Die Tempcraturdiffcrenz Δ Τ stellt ein Signal dar, welches charakteristisch für die Betriebsbedingungen des Konverters ist. Die Meßeinrichtung 128 ist über eine Übertragungsleitung 129 mit einer

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das Δ Γ-Signal

lesen und eine

Hing würde dann

Entscheidung treffen, ob weitere Änderungen erforderlich sind, um optimale Betriebsbedingungen für den Konverter zu schaffen. Falls es sich bei diesem Entscheidungsprozeß ergeben würde, daß eine größere Menge Sauerstoff erforderlich ist, würde dann durch Einstellung des Regelventils 114 ein geringfügiger Unterdruck in der Schwimmerkammer 117 geschaffen. Hierdurch würde dann das Verhältnis von Luft zu ίο Kraftstoff an dei Einlaßseite der Brennkraftmaschine erhöht. Dieser Regelprozeß würde unter ständiger Analysierung des Δ Γ-Signals durch die Oplimiereinrichtung fortgesetzt, die jeweils ein Ausgangssignal liefern würde, welches zur Annäherung optimaler Betriebsbedingungen für den Konverter erforderlich wäre.

Fig.4 zeigt eine vereinfachte Einrichtung zur Steuerung und Regulierung des Druckes in einer Schwimmerkammer, beispielsweise der Schwimmerkammer 177 in Fig.3. Eine Unterdruckleitung 139 entsprechend dei Unterdruckleitung 119 gemäß Fig.3 kann mit der Unterdruckquelle des Vergasers (nicht dargestellt) verbunden sein und außerdem mit der Schwimmerkammer des Vergasers (nicht dargestellt). Es ist ein selbstregulierendes Rückschlagventil dargestellt, welches eine flexible Membran 142 enthält, die mit einem Ventilkörper 144 verbunden ist, der über einer öffnung 143 in einer Trennwand 146 in der Unterdruckleitung angeordnet ist. Ein derartiges selbstregulieren-

Rückschlagventilen ähnlich, die benutzt werden, um in zu den Verbrauchern führenden Erdgasleitungen einen konstanten Druck aufrechtzuerhalten. Wenn sich der Druck auf der der öffnung 143 zugewandten Seit? der Membran erhöht, wird die Membran 142 nach außen gedrückt, wodurcii das Ventil geöffnet wird, so daß sich in der Schwimmerkammer bzw. auf der Mcmbranseite des Ventils wieder ein höherer Unterdruck einstellt. Wie man sieht, ist die Arbeitsweise des Ventils tatsächlich

Optimiercinrichtung 130 verbunden. Die Optimierein- 3° des Ventil ist schematisch dargestellt und ist den

richtung 130 umfaßt Ausgangseinrichtungen zur Erzeu- "■■—■--·-■ ·....,·. .· ■ _. j__

gung eines Signals zur Einstellung einer Drucksteuereinrichtung 132. Die Optimiereinrichtung 130 enthält ferner Rcchcneinrichtungcn zum Analysieren des Δ Γ-Signals zur Bestimmung des Ausgangssignals, welches erforderlich ist, um optimale Betriebsbedingungen für den Konverter einzustellen. Die Optimicreinrichtung 130 ist über eine Übertragungsleitung 131 mit

der Druckstcucreinrichtung 132 verbunden, welche .

Einstellungen eines Regelventil 114 durchführt, wie sie 4° sclbstrcguliercnd. Der Sollwert des Rückschlagventils

entsprechend dem Vergleich des gemessenen Druckes wird durch die Spannung in einer Feder 141 bestimmt,

in der Schwimmerkammer erforderlich sind, um den von die mit der Membran 142 verbunden ist, Die Spannfeder

der Optimiereinrichtung 130 eingestellten Wert an/.una- ist mit einer elektrisch betatigbaren Einrichtung 140

hcrn. Das Regelventil 114 ist in einer Unterdruckleitung verbunden, die durch ein Bimetallelement gebildet

119 angeordnet, welche einerseits mit der Auslaßscitc 45 werden kann, welches elektrisch vom Ausgangssignal

des Mischbercichs 115 verbunden ist, welche als der Optimiercinrichtung (nicht dnrgcstcllt) geheizt wird.

Vakuumquelle dient und welche andererseits mit der welche damit über eine Übcrgungslcitung 151 in

Schwimmerkammer 117 verbunden ist. Mit der Verbindung steht. Wenn das Ausgangssignal der

Schwimmerkammer 117 ist eine Einrichtung g verbun· Optimiercinrichtung sich ändert, ändert dns Bimetallic·

den. die ihrerseits über eine Übertragungsleitung 123 so ment die Spannung der Feder 141 und folglich den

Sollwert für das Rückschlagventil.

mit einer Druckmeßeinrichtung 124 verbunden ist, welche geeignet ist, den Druck zu messen, zu übertragen und anzuzeigen. Die Druckmeßeinrichtung ist über eine übertragungsleitung 125 mit der Drucksteuereinrichtung 132 verbunden.

Die Maschinenanlage gemäß Fig.3 arbeitet folgendermaßen:

Nachdem die Maschine angelaufen ist, wird sich ein bestimmtes Luft-Kraftstoff-Verhältnis einstellen, wel· Abschließend soll noch einmal darnuf hingewiesen werden, daß die vorstehend erläuterten Figuren nur schematische Darstellungen bevorzugter Ausführung*· SS formen ei findungsgemäßer Maschinenanlagen zeigen und daß dem Fachmann viele Möglichkeiten offen stehen, diese Anlagen abzuwandeln, ohne daß er hierbei den Erfindungsgedanken verlassen müßte. Insbesondere

lsi es möglich, die charakteristischen Eigenschaften des

ches vom Atmospharendruck, von der Drosselklappen· 6o dem Konverter zugeführten Gasgemisches auch mit einstellung und von dem Kraftstoffdurchsatz durch die anderen als den beschriebenen Einrichtungen zu Kraftstoffdüsen abhängig ist. Nimmt man nun an. daß steuern. Beispielsweise kann die Gemischzusammenset· die Abgaszusammensetzung in der Abgasleitung 107 zung statt durch Änderung des Unterdruckes In der nicht zu optimalen Betriebsbedingungen für den Schwimmerkammer auch durch andere Verfahren Konverter führt, so wird die Optimiereinrichtung 130 6s beeinflußt werden, wie zum Beispiel durch einen Choke, die Einstellung der Drucksteuereinrichtung 132 andern. Es versteht sich auch, daß die Erfindung nicht nur auf die welche ihrerseits eine Änderung der Einstellung des üblichen, eine Schwimmerkammer aufweisenden Ver-Regelventils 114 einleiten würde. Die Optimiereinrich- gasersysteme, sondern auch In Verbindung mit Ein-

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spritzpumpen anwendbar ist. Schließlich ist es auch möglich, den der Erfindung zugrunde liegenden Gediinken bei Maschinenanlagcn anzuwenden, bei denen zwischen Maschine und Konverter eine zusätzliche Kraftstoffeinspritzung erfolgt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Regelung einer Anlage mit einer Brennkraftmaschine, welcher ein Kraftstoff-Luft-Gemisch zugeführt wird und deren Abgase durch einen katalytischen Konverter geleitet werden, welcher die schädlichen Abgasbestandteile im wesentlichen in unschädliche umwandelt, wobei mindestens ein kritischer Betriebsparameter des Konverters ständig überwacht wird und die Zusammensetzung der dem Konverter zuzuführenden Abgasmischung in Abhängigkeit von dem überwachten Betriebsparameter veränderbar ist, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) Erzeugung eines zu jedem Zeitpunkt dem Wert des Betriebsparameters analogen Signals;

b) Zuführung des Signals zu einer Recheneinrichtung (30; 75, 77; 130) zum Analysieren und, im Hinblick auf die Betriebsbedingungen des Konverters (8; 68; 108), Optimieren des Signals zu einem Ausgungssignal:

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Temperaturmeßeinrichtungen (a. b, 20, 21, 28) zum Messen der Temperaturdifferenz (Δ T) zwischen der Temperatur der in den Konverter (8) eintretenden Gase und einer repräsentativen Temperatur des Konverters (8) als kritischem Betriebsparameter vorgesehen sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Analysiereinrichtungen (74, 75) zum Ermitteln des Verhältnisses von brennbaren Bestandteilen zu Sauerstoff in dem dem Konverter (8) zugeführten Abgasgemisch als kritischem Betriebsparameter vorgesehen sind.

4. Einrichtur g nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Sekundärluft-Beimischeinrichtungen (12 bis 14) vorgesehen sind, mit deren Hilfe die dem Konverter (8) zuzuführende Abgasmischung durch Zufuhr von Sekundärluft zu den Abgasen der Brennkraftmaschine (1) entsprechend dem Sollwert regelbar ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in Abhängigkeit von dem Sollwert das Verhältnis von Gemischzufuhr zur Brennkraftmaschine (1) zu Sekundärluftzufuhr zum Konverter (8) regelbar ist.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Sollwert für die dem Konverter (8) zuzuführende Abgasmischung durch Änderung des Verhältnisses von Luft zu Kraftstoff in dem der Brennkraftmaschine zugeführten Gemisch einstellbar ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderung des Verhältnisses von Luft zu Kraftstoff in dem Gemisch für die Brennkraftmaschine (1) durch Regelung des Drucks in der Schwimmerkammer (117) eines der Brennkraftmaschine (1) zugeordneten Vergasers (102) herbeiführbar ist.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck in der Schwimmerkammer

(117) mittels eines selbstregelnden Rückschlagventils (142 bis 144) regelbar ist. welches mit einer Spannfeder (141) verbunden ist, die eine entsprechend dem Sollwert regelbare Spannung aufweist.

9. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung des Volumens des der Brennkraftmaschine (1) zugeführten Gemisches folgende Einrichtungen vorgesehen sind:

a) ein Druckmesser (36) zur Erzeugung eines ersten Signals, welches dem Druck an der Ausgangsseite der Brennkraftmaschine (1) entspricht:

b) ein Drehzahlmesser (42) zur Erzeugung eines zweiten Signals, welches der Drehzahl der Abtriebswelle der Brennkraftmaschine (1) entspricht:

c) ein Multiplizierer (39) zum Multiplizieren des ersten und zweiten Signals.

10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Multiplizierers (39) mit einem ersten Eingang einer Verhältnis-Steuereinrichtung (32) verbunden ist, welche einen zweiten Eingang aufweist, an dem das optimierte Ausgangssignal der Recheneinrichtung (30) anliegt, welche ferner einen dritten Ausgang aufweist, dem ein d.ittts Signal zuführbar ist, das der Sekundärluftströmung entspricht, und welche einen Ausgang aufweist, über den die Sekundärluft-Beimischeinrichtungen (12 bis 14) regelbar sind.