DE2258514A1 - Zuendungssystem fuer einen fahrzeugmotor mit einer abgasrueckfuehrungsanordnung - Google Patents

Zuendungssystem fuer einen fahrzeugmotor mit einer abgasrueckfuehrungsanordnung

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DE2258514A1 DE19722258514 DE2258514A DE2258514A1 DE 2258514 A1 DE2258514 A1 DE 2258514A1 DE 19722258514 DE19722258514 DE 19722258514 DE 2258514 A DE2258514 A DE 2258514A DE 2258514 A1 DE2258514 A1 DE 2258514A1
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Description

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, " ι - ■ - ' MlI Ί I Il - - I Uli !!■
8000 München 2
Bavariar!ng4 29. Nov. 1972 Postfach 202403
Nissan Motor Company, Liri-ited Yokohama City, Japan
Zündungssystem für einen Fahrzeugmotor mit einer Abgasrückführungsanordnung
Die Erfindung bezieht sich auf Zündungsysteme von Motorfahrzeugen und insbesondere auf die kombinierte Verwendung eines Kraftfahrzeug-Zündungssystems mit einem eine die Luftverunreinigung reduzierende Einrichtung enthaltenden Motor, der die Emission giftiger Stickoxyde aus dem Kraftfahrzeugmotor verringern kann.
Bislang wurden verschiedene Vorrichtungen vorgeschlagen, um eine Lösung für die späteren Probleme der Fahrzeug-Luftverunreinigung zu schaffen. Eine dieser Luftverschmutzungs-Reduzier.vorrichtungen ist die Einrichtung, die die Motorabgase der Eingangsseite der Ansaugleitung wieder
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Bank (MOnchtn) Kto. 51/61070 Draufntr Bunk (MOneMn) Kto. 3939644 Posttchtck (MDndwn) Kto. 17043-804
zuführen kann, um die in den Abgasen enthaltenen Sticksotffoxyde zu reduzieren, bei der Stickoxyd-Reduziereinrichtung dieser Art werden die vom Motor abgegebenen Abgase in einem kontrollierten Verhältnis in einen Motor-Luftfilter oder in eine Motor-Ansaugleitung oder in irgendeinen anderen Teil stromauf der Ansaugleitung geleitet, so daß die Temperatur in den Motorverbrennungskammern in solchem Maße verringert wird, daß eine Reaktion zwischen Stickstoff und Sauerstoff in dem Luft-Brennstoff-Gemisch in den Verbrennungskammern verhindert wird.
Als Folge dieser Rückleitung der Abgase in den Motor ist es unvermeidlich, daß die Leistunsfähigkeit des Motors wegen der unangemessenen Reduzierung in den Luft-ßrennstoff-Verhältnissen des dem Motor zugeführten brennbaren Gemisches wegen aer unerwünschten und ungleichmäßigen Verdünnung des Gemisches mit den rückgeführten Abgasen beträchtlich verschlechtert wira. Deshalb wurden Steuereinrichtungen verwendet, um den Pluß der rückgeführten Abgase in Abstimmung mit Signalen zu regulieren, die einige vorgegebene Betriebsbedingungen des repräsentierten Motors, wie zum Beispiel der Arbeitsbereich der Vergaserdrosselklappe und das Unterdruckniveau der Ansaugleitung. Durch die Verwendung solcher Steuereinrichtungen werden die Motorabgase nur dann zurückgeleitet, wenn der Motor unter Bedingungen arbeitet, bei denen die Stickoxyde in den Abgasen in solcher Konzentration enthalten sind, daß sie eine ernsthafte Luftverunreinigung bewirken.
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Die Verwendung von Steuereinrichtungen dieser Art hat bisher noch nicht ausgereicht, eine zufriedenstellende . · Lösung mit Bezug"auf die Verschlechterung der Motorleistung zu schaffen, die sich aus der Rückleitung der Abgase ergibt, w'o zum Beispiel die Motorabgase in den Luftfilter zurückgeleitet werden, vermindert sich die Sauerstoffkonzentration in dem durch den Vergaser geleitet-en Luft-Brennstoff-Gemisch mit dem Ergebnis, daß» ein übermäßig reiches Luft-Brennstoff-Gemisch im Vergaser erzeugt wird. Wenn andererseits die·Abgase in die Motor-Ansauleituhg geleitet werden, wird das Luft-Brennstoff-Gemisch mit den Abgasen verdünnt und leicht in die Motor-Verbrennungskammern gesaugt, bevor die rückgeleiteten Abgase gleichmäßig im Luft-Brennstoff-Gemisch verteilt sind. So ist es praktisch unmöglich - welche herkömmliche Methode man auch immer aufgreifen mag - das Luft-Brennstoff-Gemisch mit ausreichendem Wirkungsgrad zu zünden und zu verbrennen, was eine ausgeprägte Verminderung der Leistungsabgabe des Motors und eine Schwankung in den Motor-Drehmomentkennwerten zur Folge hat.
Die Erfindung bezweckt somit die Schaffung einer brauchbaren Lösung für diese Probleme, die gegenwärtig bei Fahrzeugmotoren mit Abgasrückführungsanordnungen auftreten.
Erfindungsgemäß· ist eine Kombination eines Abgasrückführungsystems zur Rückleitung wenigstens eines Teils
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der Abgase in einen Motor zum Zweck einer Konzentrationsminderung der Stickoxyde in den Abgasen mit einer Zündanlage vorgesehen, die eine erste und eine zweite Hochspannungsgeneratoreinrichtung besitzt, welche parallel zwischen eine Zünastroir.quelle und einen Zündverteiler geschaltet sind, wobei der erste Hochspannungsgenerator den Verteiler bei Abwesenheit des in den Motor zurückgeleiteten Anteils der Abgase mit Stroia versorgt, und die weiterhin eine Schalteinrichtung aufweist, die auf den Betriebszustand anspricht, bei dem ein Teil der Abgase zum Motor zurückgeleitet wird und aie den zweiten Hochspannungsgenerator veranlaßt, daß der Verteiler während dieses besonderen Zustandes energiert wird.
Die Erfindung wird im folgenden anhand schercatischer Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Es zeigt
Figur 1 ein schematisches Schaltbild, das teilweise in Blockform eine bevorzugte Schaltungsanordnung der erfinungsgemäßen Zündanlage veranschaulicht,
Figur 2 eine weitere schematische Schaltungsanordnung mit einer anderen bevorzugten Schaltung der vorgeschlagenen Zündanlage.
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Zunächst soll eine Erläuterung anhand der Figur 1 erfolgen. Wie vorher erläutert, wird die erfingungsgemäße Zündanlage in Kombination mit einem Motor der Art verwendet, bei dem ein Teil der Abgase in kontrollierter Weise zum Motor zurückgeleitet wird. Das Abgasrückführungssystem an sich ist in aer Fachwelt bekannt und hier generell in Blockform mit der Bezugsziffer Io dargestellt. Es genügt jedoch, zu sagen, daß dieses Abgasrückführungssystem Io generell aus einem zwischen dem Abgassystem und der Ansaugleitung des Motors angeordneten Ventil und aus einer geeigneten Betätigungseinrichtung zum öffnen und Schließen des Ventils in kontrollierter Weise besteht. Es sei hier angenommen, daß das Abgasrückführungssystem Io durch ein Signal A gesteuert wird, welches die Steuereinrichtung 12 liefert. Diese Steuereinrichtung 12 kann auf geeignete Eingangssignale X und Y reagieren, die vorgegebene Motorbetriebsbedingungen repräsentieren, bei denen giftige Stickoxyde in den Verbrennungskammern des Motors in übermäßiger Konzentration produziert werden. Diese Betriebsbedingungen werden gewöhnlich durch Ermittlung des Arbeitsbereichs in der Vergaserdrosselklappe und/oder des Unterdruckniveaus in der Ansaugleitung des Motors angezeigt. Die Konstruktionen und Arbeitsweisen des Abgasrückführungssystems Io und der Steuereinrichtung 12 für ein solches System sind für das Verständnis des Wesens der erfindungsgeniäßen Zündanlage ziemlich belanglos und deshalb
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soll hier keine detaillierte Beschreibung hierfür erfolgen.
Die Zündanlage besitzt gewöhnlich einen Zündschalter 14, der mit einem Kontakt an einer Spannungsquelle 16 und mit dem anderen Xontakt über eine Leitung 2o an einem Hochspannungsgenerator 18 liegt. Dieser hochspannungsgenerator 18 ist mit einer Primär- und einer Sekundärwicklung 18 a bzw. 18b dargestellt und legt durch Kontaktpunkte 24 bestimmte Hochspannungsstöße an einen Zündverteiler 2oa. Der Zündverteiler 2oa ist mit Zündkerzen verbunden, die allgemein mit der Bezugsziffer 22 versehen sind. Der Primärkreis des Zündverteilers wird durch die Kontaktpunkte 24 geschlossen und geöffnet, welche durch eine Anordnung mit einem magnetischen Abgriff und einer transistorisierten Steuereinheit je nach Wunsch ersetzt werden können. Die Konstruktion und die Arbeitsweise der Zünd^ anlage der oben beschriebenen allgemeinen Art sind in der Fachwelt bekannt, so daß hier keine detaillierte Beschreibung erfolgen soll. Es soll jedoch erwähnt werden, daß der Hochspannungsgenerator 18 die gewöhnliche Fähigkeit besitzt, die Zündkerzen 22 zur Zündung der Luft-Brennstoff-Gemischfüllungen in den (nicht dargestellten) Motorzylindern mit normaler Energie zu versorgen, d.n. mit der Energie, die ein brennbares Gemisch mit einem normalen Luft-Brennstoff-Verhältnis zünden kann.
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Entsprechend der Erfindung, bei der die Zündanlage in Kombination mit der Luftverunreinigungs-ReduzierunEsan-, Ordnung der oben beschriebenen Art verwendet wird, ist ein zweiter Hochspannungsgenerator 26 vorgesehen, der die Zündkerzen 22 bei Rückführung: eines Teils der Abgase direkt oder indirekt .in' die Ansaugleitung des Motors versorgt. Dieser . zweite Hochspannungsgenerator 26 besitzt eine Primärwicklung 26a, diev'über eine Schalteinrichtung 28 einer im Normalzustand geöffneten Art mit der Zündanlage über die Leitung 2o verbunden ist, und eine Sekundärwicklung 26b,- die parallel zur .Sekundärwicklung l8b_ des ersten Hochspannungsgenerators. 18 am Zündverteiler liegt. Die im Normalzustand geöffnete Schalteinrichtung 28 kann insoweit in beliebiger Weise konstruiert und angeordnet sein, solange sie zur Einnahme der offenen Schaltstellung vorgespannt und so angeordnet ist, daß sie. auf ein Signal A hin schließt, das von der Steuereinrichtung 12 an das. Abgasrückführungssystem Io gegeben wird. Diese Schalteinrichtung 28 hat hier normalerweise geöffnete Kontakte 28a, welche zwischen dem Zündschalter.14 und dem zweiten Hochspannungsgenerator 26 liegen, sowie eine Erregerspule
28 b, welche über eine Leitung 3o mit einem Ausgang der steuereinrichtung 12 verbunden ist.
VJenn das Signal A von der Steuereinrichtung 12 fehlt, wird der erste Hochspannungsgenerator 18 von der Spannungsquelle 16 bei geschlossenem Zündschalter 14 erregt, so daß
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-B-
die einzelnen Zündkerzen 22 die gewöhnlichen Hochspannungsstöße vorr. Spannungsgenerator 18 zur Zündung der Luft-Brennstoff-Gemischfül^ngen in den (nicht dargestellten) Verbrennungskammern des Motors mit der üblichen Energie erhalten.
Unter Bedingungen, bei denen giftige Stickoxyde im Motor in übermäßiger Konzentration erzeugt werden, reagiert die Steuereinrichtung 12 auf solche Bedingungen durch Aufnahme der Signale X und Y und liefert an ihrem Ausgang das Signal A. Dieses Signal A wird an das Abgasrückführungssystem Io angelegt, wodurch ein Teil der Abgase im Motor-Abgassystem (nicht dargestellt) in einem kontrollierten Verhältnis direkt oder indirekt zup Motoransaugleitung (nicht dargestellt) zurückgeleitet wird, um bei der Reduzierung des im Motor erzeugten Betrags an Stickoxyden zu helfen. Gleichzeitig wird das Signal A von der Steuereinrichtung 12 auch an die Erregerspule 28b_ der gewöhnlich offenen Schalteinrichtung 28 angelegt, so daß eine Schließung der Kontakte 28a bewirkt wird. Der zweite Hochspannungsgenerator 26 wird entsprechend von der Spannungsquelle 16 über den Zündschalter I^ erregt und legt über den Verteiler 2oa Hochspannungsstöße an die Zündkerzen 22 in Zusammenarbeit mit dem ersten Hochspannungsgenerator l8, der ständig eingeschaltet bleibt. Die Zündkerzen 22 werden auf diese Weise in die Lage versetzt, die Luft-Brennstoff-Gemischfüllungen mit vergrößerter Energie zu
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entzünden. Wenn die Rückführung eines Teiles der Abgase zum Motor aufhört, verschwindet das an die Schalteinrichtung 28 angelegte Betätigungssignal A, so daß deren Erregerspule 28b spannungslos wird und entsprechend die Kontakte 28a die ursprüngliche offene Position wieder einnehmen und den zweiten hochspannungsgenerator 26- von der Spannungsquelle 16 abtrennen. Die Luft-Brennstoff-Gemischfüllungen in den Motorverbrennungskammern werden nun mit der gewöhnlichen Energie gezündet. So kann die Zeitdauer, in der die giftigen Bestandteile aufgrund hoher Verbrennungstemperaturen erzeugt werden, in vorteilhafter Weise ausgeschaltet werden und gleichzeitig kann ein unangemessener Verschleiß der Zündkerzen 22 aufgrund einer durch erhöhte Hochspannungsströme bedingten Oxydation vermieden werden.
Die Leistungsfähigkeit des zweiten Hochspannungsgenerators 26 der oben beschriebenen Ausführungsform der Erfindung kann in jeder gewünschten Weise ausgewählt werden. Wo es bevorzugt wird, kann der zweite Hochspannungsgenerator 26 die gleiche Leistungsfähigkeit besitzen wie der erste Hochspannungsgenerator 18, so daß die Produktionskosten der gesamten Anordnung beträchtlich reduziert werden.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der erfin- dungsgemäßen Luftverschmutzungs-Reduzierungsanordnung ist in Figur 2 dargestellt. Bei der hier gezeigten Ausführungsform
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- Io -
ist die Zündanlage im wesentlichen ähnlich der in Figur 1 gezeigten konstruiert und deshalb bezeichnen gleiche Bezugsziffern einander entsprechende Teile in den beiden Figuren. In der Figur 2 sind der erste und der zweite Hochspannungsgenerator 18 und 26 parallel über eine Schalteinrichtung 32 vom bistabilen Wählertyp an den Zündverteiler 2oa und an den Zündschalter 14 angeschaltet. Die Schalteinrichtung 32 besitzt so zwei Kontaktsätze 32a und 32t3, die zwischen dem Zündschalter 14 und den Primär- und Sekundärwicklungen l8a bzw. 26a liegen. Die Schalteinrichtung 32 besitzt ferner eine Erregerspule 32£, die über die Leitung 3° mit dem Ausgang der Steuereinrichtung 12 (Figur 1) verbunden ist, so daß diese das Signal A empfängt, wenn die Steuereinrichtung 12 (in Figur 2 nicht dargestellt) sich in betätigtem Zustand befindet. Die Schalteinrichtung 32 ist so angeordnet, daß aer eine zwischen dem Zündschalter 14 und dem ersten Hochspannungsgenerator 18 liegende Kontaktsatz 32a in den geschlos-
senen Zustand vorgespannt ist, wenn die Spule 32£ unerregt bleibt. Die Zündkerzen 22 erhalten so die Hochspannungsstöße vom ersten Hochspannungsgenerator 18 unter gewöhnlichen Bedingungen, bei denen das Ausgangssignal A von der Steuereinrichtung 12 fehlt. Unter dieser Bedingung ist der andere der beiden Kontaktsätze 32b_ offen, so daß der zugehörige zweite Hochspannungsgenerator 26 von aer Spannungsquelle 14 abgetrennt bleibt.
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In einem Zustand., bei dem das Signal A von der Steuereinrichtung 12 kommt und entsprechend das Abgasrüekführungssystem Io betätigt wird, wi^d die Erregerspule 32£ an Spannung gelegt, so daß die Kontakte 32b_ schließen unä gleichzeitig die anderen Kontakte 32a öffnen, wobei eine Sehaltverbindung zwischen aev Spannungsquelle 16 und den Zündkerzen 22-über· den Generator 26 hergestellt und die Schaltverbindung zwisehem den Generator 18 und den Zündkerzen unterbrochen wird. Die Zündkerzen 22 erzeugen nun Funken mit hoher Spannung vom zweiten Hochspannungsgenerator 26, In diesem Fall ist es wichtig, daß der zweite Hochspannungsgenerator 26 eine größere Leistungsfähigkeit als der erste Hochspannungsgenerator 18 besitzt, wobei die Zündkerzen 22 Funken mit höherer Energie erzeugen können, wenn die Hochspannungsquelle vom ersten auf- den zweiten Hochspannungsgenerator verschoben wird. Wenn das Anliegen .des Signals A von der Steuereinrichtung 12 aufhört, wird die Spule 32£ der Schalteinrichtung 32 stromlos, so daß die Kontakte 32b öffnen und die Kontakte 32a. schließen. Der zweite Hochspannungsgenerator 26 ist nun.von der Spannungsquelle 16 abgetrennt und der erste Hochspannungsgenerator 18 ist statt dessen erregt, so daß die Zündkerzen 22 zur Zündung des brennbaren Gemisches mit gewöhnlicher Energie veranlaßt weraen.
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Bei der zweiten bevorzugten Ausfuhrungsform der erfindungsgemäßen Anordnung werden so im Unterschied zu der anhand der Figur 1 beschriebenen Aus führungsform der erste und der zweite Hochspannungsgenerator 18 bzw. 26 wahlweise in Abhängigkeit voir. NichtVorhandensein oder vom Vorhandensein des Ausgangssignals A von der Steuereinrichtung 12 betätigt. Das bringt Vorteile in der Weise, daß die zwei Hochspannungsgeneratoren 18 und 26 frei von wechselseitigen elektrischen Interferenzen sind und daß die Energieintensität zur Zündung des Luft- Brennstoff-Gemisches zweckdienlich durch geeignete Auswahl des zweiten Hochspannungsgenerators 26 unabhängig vom ersten hochspannungsgenerator 18 vergeschrieben werden kann.
Obwohl die üchalteinrichtungen 28 und 52 in der ersten bzw. in der zweiten Ausfuhrungsform insoweit mit relaisartigen Schaltern beschrieben wurden, so geschah dies lediglich des Beispiels wegen und es kann, falls erwünscht, eine Schalteinrichtung jeglicher Konstruktion benutzt werden, soweit sich eine geeignete Anwendung in jedem der Ausführungsbeispiele findet.
Das Zünden des Luft-ßrennstoffgenaisches mit intensivierter Energie während des Zustandes, in dem ein Teil der Motorabgase zurückgeleitet wird, könnte eine steigende Tendenz
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für Reaktion zwischen Stickstoff und Sauerstoff zur Folge haben, so daß ein anwachsender betrag von Stickoxyden im Motor erzeugt würde, wenn die Zündkerzen vom ersten und vom zweiten Hochspannungsgenerator im Fall des ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung oder im Fall des zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung vom zweiten Hochspannungsgenerator beaufschlagt werden. Versuche haben jedoch gezeigt, daß dies tatsächlich nicht der Fall ist. Tatsache ist, daß bei Zündung der Luft-Brennstoff-Gemischfüllung mit verstärkter Energie der Durchfluß an Luft-Brennstoff-Gemisch durch den Vergaser für die erforderliche Motorleistungsabgabe gedrosselt oder ■verringert werden kann, so daß die resultierende Mischung Stickstoff una Sauerstoff in beträchtlich reduzierten Mengen enthält, woraus sich eine Verringerung der Menge an giftigen Stickoxyden in den Abgasen ergibt.
Wo auf diese VJeise das Luftverschmutzungs-Vorsorge- ■ system in Kombination mit der Zündanlage der oben beschriebenen Art angewandt wird, kann nicht nur der Betrag an Stickoxyden in den Abgasen ohne Beeinträchtigung der Motorleistung reduziert werden. Wegen der Erhöhung der Verbrennungswirksamkeit des Luft-Brennstoff-Gemisches bei Zündung mit vergrößerter Energie kann auch die Erzeugung der übrigen giftigen Bestandteile wie Aohlenmonoxyde und Kohlenwasserstoffe beträchtlich vermindert werden, so daß ein weiterer Beitrag zur Lösung der Fahrzeug-Luftverschmutzungsprobleme geleistet wird.
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Claims (1)

  1. - Ill -
    Patentansprüche
    11.j Zündanlage für einen Fahrzeugmotor mit einer Abgasrückführungsanordnung, durch die mindestens ein Teil der Abgase für die Minderung des Gehalts von Stickoxyden in den Abgasen zu einem Motor rückgeführt, gekennzeichnet durch eine erste und eine zweite Hochspannungsgeneratoreinrichtung (18, 26), welche parallel zwischen eine Zündstromquelle (16) und einen Zündverteiler (2oa) geschaltet sind, wobei der ersten Hochspannungsgenerator (18) den Verteiler (2oa) bei Abwesenheit des zum Motor zurückzuleitenden Teils der Abgase mit Strom
    versorgt, und durch Schalteinrichtung (28, 32), die den Zustand repräsentiert, in welchem ein Teil der Abgase zum Motor zurückgeleitet wird und die veranlaßt, daß der zweite Kochspannungsgenerator (26) den Verteiler (2oa) während dieses
    besonderen Zustandes versorgt.
    2. Zündanlage für einen Fahrzeugmotor mit einer Abgasrückführanordnung, durch die mindestens ein Teil der Abgase für die Minderung des Gehalts an Stickoxyden in den Abgasen zum Motor rückgeführt wird, gekennzeichnet durch eine zwischen der Zündspannungsquelle (16) und dem Zündverteiler
    (2o£) geschaltete erste Hochspannungsgeneratoreinrichtung
    (Ib), eine normalerweise offene Schalteinrichtung (28), die
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    - 15 - _'·■·■
    bei Rückführung eines Teils der Abgase durch das Rüekfü!nr*ungs·-':: system zum Motor geschlossen wird und durch eine über die Schalteinrichtung (28) an die Zündspannungsquelle "Ci60 angeschaltete und parallel zur ersten Hochspannungsg'eneratoreinrichtung (18) am Verteiler (2oa.) liegende zweite" Ho'chspanriungs- £ener.at.orE±nrichtung (26), wobei der Zündverteiler (2oa) bei Abwesenheit des durch das Rückführungssystem (lo) zum Motor zurückzuleitenden Anteiisvon Abgasen von der ersten Hochspannungsgeneratoreinrichtung (18) und während der Rückleitung von der ersten und der zweiten Hoehspannungsgenerator'-einrichtung mit Spannung versorgt wird.
    3. Zündanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite uochspannungsgenerator (18, 26) im wesentlichen die gleiche Leistungsfähigkeit haben, : ■ ■
    4. Zündanlage nach Anspruch I3 dadurch gekennzeichnet, daß eine Auswahlschalteinrichtung für. zwei Stellungen (32), die an die Zündspannungsquelle (16) angeschaltet ist und auf . eine Bedingung, bei der ein Teil der Abgase durch das Rückfütirurigssystein (lo) zum Motor zurückgeleitet wird,' reagiert, sowie durch eine erste und eine zweite Hochspannungsgenerator-eiririchtung (18, 26), die parallel zwischen der Schalteinrichtung (32) und einem Zündverteiler (2oa) liegen, wobei die zvfeit iiochspannungsgeneratoreinrichtung (26) eine grui?>ere Leistungsfühigkeit besitzt als der erste Hochspannungsgenerator (18),-
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    wobei die Schalteinrichtung (32) zur Schaffung einer Verbindung zwischen aein Zündspannungsschalter und dem Verteiler (2oa) vorgespannt ist und bei Abgasrückleitung in eine Stellung zur Schaffung einer Verbindung zwischen der Zündspannungsquelle (16) und dem Verteiler (2oa) über die zweite nocnspannungsgeneratoreinrichtung (26) verschoben wird und wobei der Zündverteiler (2oa) während dieser Bedingung mit verstärkter Energie versorgt wird.
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