DE2349559A1

DE2349559A1 - Verfahren zum entgiften der abgase einer brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2349559A1
Application number: DE19732349559
Authority: DE
Inventors: Johannes Dipl I Brettschneider
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1973-10-03
Filing date: 1973-10-03
Publication date: 1975-04-10
Also published as: DE2349559C2

Description

R. 1777*

25.9.1973 Su/Kb

Anlage zur Patent- und
Gebrauchsmuster-HiIfsanmeldung

ROBERT BOSCH GMBH, Stuttgart

Verfahren zum Entgiften der Abgase einer Brennkraftmaschine - ·

Die Erfindung betrifft eine jlinrichtunpi'zum^EntgTften" der. Abgase einer Brennkraftmaschine, mit einer Kraftstoffzumessanlage, insbesondere Vergaser, die entsprechend der von einer Luftmengenmessvorrichtung gemessenen Luftmenge für ein leicht fettes Kraftstoff-Luft-Gemisch ( ZCl) Kraftstoff zumisst, und mit einer Sekundärluftpumpe, über die, bis zur Erreichung eines optimalen ^-Wertes,' durch einen abgasseitig angeordneten Sauerstoffmessfühler gesteuert, Sekundärluft zugeführt wird.

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Es ist schon vorgeschlagen worden, die Sekundärluft vor einem Katalysator in die Abgase der Brennkraftmaschine zu leiten und die Sekundärluftmenge durch einen S.auerstoffmessfühler zu steuern, der den Abgasen ausgesetzt ist. Diese Lösung hat regeltechnisch den Vorteil, dass die Regelzeit verhältnismässig kurz ist, da Ist- und Sollwert beide abgasseiti'g gemessen und bestimmt werden. Primärseitig des Motors erfolgt lediglich eine leicht fette Einstellung des Kraftstoff-Luft-Gemisches ohne hohe regeltechnische Forderungen. Dieses bekannte Verfahren hat jedoch den Nachteil, dass der Kraftstoffverbrauch unverhältnismässig hoch ist, was in der Zukunft bei den steigenden Kraftstoffpreisen infolge Abnahme der Rohstoffreserven eine grosse Rolle spielen kann. Die verhältnismässig lange Totzeit jedoch, die bei Verfahren auftritt, bei denen die Ist-Messung sekundärseitig erfolgt und die Soll-Einstellung primärseitig, wirkt sich lediglich im Gebiet kleiner Lasten und Drehzahlen nachteilig aus.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die genannte Einrichtung so zu verbessern, dass die Totzeit, insbesondere bei kleinen Lasten und Drehzahlen nicht nachteilig zur Wirkung kommt, und dass insbesondere der hohe Kraftstoffverbrauch nicht auftritt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Sekundärluft stromab der Luftmessvorrichtung dem Saugrohr der Brennkraftmaschine zugeführt wird. Hierdurch' kommt die volle, eingespritzte Kraftstoffmenge zur Verbrennung, wodurch ein günstiger thermischer Wirkungsgrad entsteht. Hierbei wird durch die Sonde bewirkt, dass durch die zugeführte Sekundärluftmenge unmittelbar vor der

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Brennkraftmaschine· ein sto'ehtometrisches Kraftstoff-Luft-Gemisch entsteht.(/L= I)₁ was bekanntlich bewirkt, dass die unverbrannten Kohlenwasserstoffe und Kohlenoxide gering sind. Die in diesem Bereich besonders hohen Stickoxide werden erforderlichenfalls in einem nachgeschalteten Katalysator reduziert.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist in der Sekundärluftleitung ein Magnetventil angeordnet, das über einen Verstärker von dem Sauerstoffmessfühler gesteuert, entweder getaktet oder analog arbeitet.

Nach einer zusätzlichen Ausgestaltung der Erfindung ist ausserdem in der Sekundärluftleitung ein Differenzdruckregelventil angeordnet, mit dem der Druck der Sekundärluft um einen bestimmten, auch änderbaren Wert, über dem absoluten vor der Sekundärlüfteinmündung im Saugrohr herrschenden Druck gehalten wird. Durch entsprechende Vorrichtungen kann dieser Druck der Sekundärluft in einem additiven oder multiplikativen Verhältnis zum Saugrohr-Druck stehen. Erfahrungsgemäss sollte dieser Einblasedruck 50-100 % über dem absoluten Saugrohrdruck liegen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vereinfacht in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Gesamtansicht der Anlage, Fig. 2 einen Prinzipschnitt durch das Differenzdruckregelventil für mulflplikative Anpassung. Fig. 3 eine Variante des Ventils nach Fig. 2» Wie in Fig. 1 dargestellt, wird von einer Brennkraftmaschine 1 über ein Saugrohr 2 Luft angesogen und über eine Anlage 3 Abgas ausgeblasen. In Saugrohr 2 ist-ein Vergaser

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angeordnet und eine willkürlich betätigbare Drosselklappe 5, mit der die vom Motor angesaugte Luftmenge änderbar ist. Je nach dem, welche Luftmenge angesaugt wird, wird durch den Vergaser eine entsprechende Kraftstoffmenge zugemessen, wobei das Mischungsverhältnis zwischen Kraftstoffmenge und Luftmenge leicht"fett" ist, d.h. das bezogen auf das stochiometrische Gemisch mehr Kraftstoff zugemessen wird. Das stochiometrische Luft-Kraftstoff-Gemisch wird durch den Wert^= 1,0 definiert,

wobei A als die Luftzahl bezeichnet wird. Bei Luftzahlen A, die grosser als 1,0 sind, wird demnach der Brennkraftmaschine ein mageres Gemisch zugeführt und,wie in unserem Pall_; bei Luftzahlen, die kleiner als 1,0 sind, ein fettes Gemisch.

Um nun das für eine abgasarme Verbrennung gewünschte stochiometrische Gemisch zu erreichen, wird über eine von der Brennkraftmaschine 1 angetriebene Luftpumpe 6 in das Saugrohr Sekundärluft eingeblasen, und zwar so lange, bis der Viert ^ =1 erreicht, worden ist. Zur Messung des Ist-Wertes "des Kraftstoff-Luft-Gemisches dient eine in der Abgasanlage 3 angeordnete Sauerstoffsonde 7, deren Ausgangsspannung bei Erreichen des stöchiometrischen Gemisches einen Spannungssprung aufweist. Diese Ausgangsspannung wird über ein Steuergerät mit Verstärker 8 zum Steuern eines in der Sekundärluftleitung 9 angeordneten Magnetventils ία verwendet. Dieses Magnetventil 10 kann entweder getaktet arbeiten oder analog. Bei getakteter Betätigung wird in bekannter'Weise im Steuergerät 8 der Steuerstrom zerhackt oder lediglich verstärkt, bei Analogsteuerung integriert. Um den Druck der Sekundärluft dem Druck im Saugrohr anzupassen, ist in der Sekundärluftleitung 9 außer dem Magnetventil 10 ein Differenzdruck-

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ventil 11 angeordnet. Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführung wird durch eine Membran 12, die durch eine Feder 13 belastet ist., eine Entlastungsleitung 14 gesteuert. Der die Feder aufnehmende von der . Membran 12 begrenzte Raum ist durch eine Leitung 15 mit dem Saugrohr 2 stromauf der Mündung der Sekundärluftieitung 9 verbunden. Die andere, davon getrennte Kammer l6 des Differenzdruckventils wird von der Sekundärluft lediglich durchströmt. Mit diesem Ventil wird erreicht, dass der Sekundär luftdruck immer um einen bestimmten Viert höher ist als der absolute Saugrohrdruck. Man hat also einen konstanten Überdruck und somit einen additiven Eingriff des Sondensignals.

In Fig. 2 ist ein Differenzdruckventil dargestellt, mit dem ein multiplikativer Eingriff des Sondensignals erreichbar ist, und zwar nimmt bei steigender Last auch

zwischen
die Druckdifferenz/Saugrohrdruck und Sekundärluftdruck ^zu* Diese Änderung der Druckdifferenz wird am Ventil dadurch erreicht, dass zu dem vorher beschriebenen Differenzdrucks teuervent11 eine Stellfeder 17 zugeschaltet wird, deren Vorspannung' sich mit dem Weg ändert. Die Feder ist hierbei ebenfalls in einer Druckdose 18 angeordnet, die über eine Leitung 19. mit der Steuerleitung I5 verbunden ist. Die andere Seite der Membran 20 dieser Druckdose steht unter Atmosphärendruck, der durch eine Entlastungsbohrung 21 in der Druckdose hergestellt wird. Zwischen der Membran 20 und einer Membran 22, die von der Feder 13 belastet ist, ist eine Stelze 23 angeordnet, die eine

en kraftschlüssige Verbindung zwischen den Membrary 22 und

und somit zwischen den Federn I3 und 17 herstellt.

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Ein derartiger multiplikativer Eingriff ist erforderlich, da die geregelt zugeführte Luftmenge dem Luftdurchsatz des Motors angepaßt werden muß,.der dem Saugrohrdruck nicht linear entspricht sondern gemäß einem quadratischen Verhältnis

Weitere Anpassungsmöglichkeiten bestehen erfindungsgemäß darin, daß die Motordrehzahl als zusätzliche Größe in die Regelung eingeht und/oder daß das Differenzdruckventil variiert wird.

Die Motordrehzahl wird entweder durch den Zündverteiler oder wie in Fig. 1 gezeigt durch ein Gerät 25 gemessen und dem Steuergerät 8 eingegeben, so daß das Magnetventil 10 mit einer der Motordrehzahl proportionalen Frequenz (Zündfrequenz) getaktet betätigt wird, wobei die Öffnungsdauer des Magnetventils 10 vom Spannungsverlauf der Sonde abhängt. Die Sekundärluftmenge wird durch die der Motordrehzahl proportionale Taktung der vom Motor angesaugten Luftmenge angepaßt, so daß bei der sondenspannungsabhängigen Öffnungszeit nur noch eine einfache Pi -Korrektur erfolgt. Da die Sondenspannung hier nicht unmittelbar das Ventil steuert, können durch Integrieren der Sondenausgangsspannung die mittleren Abweichungen des /^-Wertes zwischen den einzelnen Zylindern ausgeglichen werden, wodurch gleichzeitig Fehlerspitzen der J) -Regelung abgebaut werden.

Das Magnetventil 10 kann stromlos geschlossen sein, wobei dann die Anpassung durch Freigeben des Sekundärluftstromes erfolgt oder es kann stromlos geöffnet sein, wobei dann die Sekundärluftzufuhr bei Bedarf gedrosselt oder unterbrochen wird. Im ersten Fall wird von zu fett in Richtung mager gesteuert, im zweiten Fall umgekehrt.

Fig. 3 zeigt eine Variante des Differenzdruckventils, bei der die unmittelbar die Entlastungsleitung Ik steuernde Membran

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einen kleineren Wirkdurchmesser hat als die Membranen 20 und 22. Eine Voreinstellung der Vorspannung der Feder 13 kann durch eine im Ventilgehäuse angeordnete Hohlschraube 27 erfolgen. Statt der Hohlschraube 27 kann auch wie nicht näher dargestellt ein von der Sonde 7 gesteuerter Stellmagnet dienen, wodurch sondenspannungsabhängig die Druckdifferenz zwischen Saugrohrluft und Sekundärluft steuerbar ist.

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Claims

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Ansprüche

(1.j Einrichtung zum Entgiften der Abgase einer Brennkraftmaschine, mit einer Kraftstoffzumeßanlage - insbesondere Vergaser - die entsprechend der von einer Luftmengenmeßvorrichtung gemessenen Luftmenge für ein leicht fettes Kraftstoff-Luft-Gemisch ( /)<1) Kraftstoff zumißt, und mit einer Sekundärluftpumpe, über die, bis zur Erreichung eines optimalen /) -Wertes, durch einen abgasseitig angeordneten Sauerstoffmeßfühler gesteuert, Sekundärluft zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärluft stromab der Luftmeßvorrichtung (4) dem Saugrohr (2) der Brennkraftmaschine (1) zugeführt wird. ■
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Sekundärluftleitung (9) ein Magnetventil (10) angeordnet ist, das über, einen Verstärker (8) von dem Sauerstoffmeßfühler·(7) gesteuert, entweder getaktet oder analog arbeitet.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Sekundärluftleitung (9) ein Differenzdruckregelventil (11) angeordnet ist, mit dem der Druck der Sekundärluft um einen bestimmten insbesondere

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änderbaren Wert über dem absoluten, vor der Sekundärlufteinmündung im Saugrohr (2) herrschenden Druck gehalten" wird.
4. Einrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß das Differenzdruckregelventil (11) mit einer Steuermembran (12,26) arbeitet, deren eine Seite vom zugeführten Sekundärluftdruck und dessen andere Seite vom Saugrohrdruck beaufschlagt ist und die vorzugsweise einen an sich.feststehenden Ventilsitz steuert, der durch das Ende der Entlastungsleitung (1*0 gebildet wird. ·
5. Einrichtung nach Anspruch 3 oder k, dadurch gekennzeichnet, daß durch das Differenzdruckventil (11) eine multiplikative Zunahme der Sekundärluft mit der Last und Drehzahl der Brennkraftmaschine (1) bewirkt wird, indem im Ventil (11) mindestens eine zweite Feder (17) angeordnet ist, deren Vorspannung durch eine separate vom Saugrohrdruck beaufschlagte Membran (20) änderbar ist, -wodurch sich die Vorspannung der _: ersten Feder (13) ändert. . *
6. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetventil (10) stromlos geschlossen ist und zur Erreichung des optimalen /) -Wertes (stöchiometrisches Gemisch)

in Öffnungsrichtung steuerbar ist (Abmagerung). '

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7. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß

das Magnetventil (10) stromlos offen ist und zur Erreichung ■' des optimalen /? -Wertes in Schließrichtung steuerbar ist (Unterbrechung einer kontinuierlichen Abmagerung).
8. Einrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungszeit des Magnetventils (lO)durch die Motordrehzahl (25) beeinflußt wird.
9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Öffnungszeitpunkt des Magnetventils (10) in Abhängigkeit vom Zündzeitpunkt also einer zur Motordrehzahl proportionalen Frequenz gesteuert wird und die Öffnungsdauer durch den Spannungsverlauf des Sauerstofffühlers (7). "
10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß das Differenzdruckregelventil (11) mit mindestens zwei Membranen (20,22,26) unterschiedlicher Wirkfläche .' arbeitet, die mit der Feder (13) oder den Federn(13,17) kraftschlüssig zusammenwirken.
11. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannung der Feder (13) oder Federn (13,17) mittels einer Schraube (27) änderbar ist, die vorzugsweise als Hohlschraube ausgebildet um die Entlastungsleitung (I¹J) angeordnet ist.

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