DE2354313C3

DE2354313C3 - Einrichtung zum Regeln der Gemischzusammensetzung einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2354313C3
Application number: DE19732354313
Authority: DE
Inventors: Yukio Katsuta Hosho; Yoshishige Hitachi Oyama
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1972-11-01
Filing date: 1973-10-30
Publication date: 1979-01-18
Also published as: GB1446606A; DE2354313A1; JPS4967024A; DE2354313B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Regeln der Gemischzusammensetzung einer Brennkraftmaschine nach dem OberbegriJf von Anspruch 1.

Bei einer nach dem Dieselvc -fahren arbeitenden Brennkraftmaschine mit derartig geregelter Rückführung von Abgasen in das Ansaugsystem (DE-AS 14 51 994) wird die in das Ansaugsystem zurückgeführte Abgasmenge so geregelt, daß die ausströmenden Abgase vom Leerlauf bis zu einem Teillastbereich entweder einen konstanten oder einen lastabhängigen mäßigen Rußgehalt aufweisen. In der Abgasleitung ist ein photoelektrischer Meßfühler angeordnet, der über einen Verstärker mit einem Ventil in der Abgasrückführleitung gekoppelt ist. Der Meßfühler erfaßt die Abgastrübung und regelt über das Ventil die in das Ansaugsystem zurückgeführten Abgasmengen entsprechend einer bezüglich der Unterdrückung von Aldehydbildungen optimalen Trübung. Bei höheren Motorbelastungen und Überschreitung dieses Optimalwertes wird die Abgasrückführung in das Ansaugsystem durch Schließen des Regeiventils völlig unterbunden. Nachteilig bei dieser bekannten Regelung ist es, daß nur ganz bestimmte Substanzen, nämlich der Ruß, zur Dosierung der rückgeführten Abgasmengen herangezogen werden. Eine genaue Abstimmung der zurückgeführten ' Abgasmengen auf das Kraftstoff-Luft-Verhältnis und damit eine exakte Regelung der in die Brennkraftmaschine eingeführten Gemischzusammensetzung kann mit dieser bekannten Einrichtung nicht durchgeführt werden, weil das in die Brennkraftmaschine eingespeiste ^f Gemisch nicht ständig überwacht wird.

Bei einer bekannten Einrichtung zur Regelung des Brennstoff-Luft-Verhältnisses für Brennkraftmaschinen (US-PS 36 96 618) erzeugt ein in einem Abgasrohr angeordneter Abgasanalysator ein elektrisches Aus- ' gangssignal entsprechend der Konzentration einer Abgasemission im Abgasrohr, das als Steuerimpuls einem dem Vergaser zugeordneten Regler zugeführt wird, der das Brennstoff-Luft-Verhältnis entsprechend einstellt. Eine Rückführung von veränderlichen Abgasmengen in das Ansaugsystem ist bei dieser bekannten Regeleinrichtung nicht vorgesehen. ϊ Bei Brennkraftmaschinen mit Selbstzündung und Brennstoffeinspritzung ist es ferner bekannt (DE-AS 11 43 672), eine Regelung der in das Ansaugsystem rückgeführten Abgasmengen durch Erfassen der Temperatur des angesaugten Gemisches aus Frischluft und ίο zurückgeführten Abgasen als Regelgröße mittels eines im Ansaugsystem der Brennkraftmaschine angeordneten Temperaturfühlers vorzunehmen. Mit abnehmendem Temperaturniveau der Brennkraftmaschine wird eine Drosselklappe weiter geöffnet, so daß sich auch die >' Mengen an rückgeführtem Abgas vergrößern. Eine Überwachung der Abgaszusammensetzjng und eine dementsprechende Regelung der in das Ansaugsystem rückgeführten Abgasmengen ist nicht vorgesehen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung zum *> Regeln der Gemischzusammensetzung der eingangs genannten Art zu schaffen, die eine Verringerung insbesondere der Stickoxide sowie auch der Kohlenmonoxide und Kohlenwasserstoffe in den Abgasen bei allen Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine bewirkt, ohne ihre Beschleunigungsfähigkeit zu beeinträchtigen.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruches gelöst.

Das in der Abgas-Rückführleitung angeordnete Regelventil wird in Abhängigkeit von der Sauerstoffkonzentration einerseits im Abgas und andererseits in dem der Brennkraftmaschine unmittelbar zugeführten Gemisch betätigt, so daß die Zumischung optimaler Abgasmengen nicht nur entsprechend der Abgaszusam-^J5 mensetzung, sondern ebenso in Abstimmung auf das Gemisch gewährleistet ist Die zurückgeführten Abgasmengen liegen unter denjenigen, bei denen die Verbrennung instabil wird und dir Anteile an Kohlenwasserstoffen, Kohlenmonoxid und Sauerstoff in den Abgasen sprunghaft ansteigen. Dies ergibt die vorteilhafte Wirkung einer beträchtlichen Senkung der Anteile an Stickoxiden, ohne daß gleichzeitig die Anteile an Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxid erhöht werden.

^Vl Die Unteransprüche beziehen sich auf vorteilhafte Weiterbildungen des Gegenstandes nach Patentanspruch 1. Durch die zusätzliche Koppelung des Abgas-Meßfühlers mit einer Vorrichtung zum Verstellen des Zündzeitpunktes gemäß Anspruch 2 kann der ^w Zündzeitpunkt auf einen Wert eingestellt werden, bei dem die Anteile an Kohlenmonoxid, Kohlenwasserstoffen und Sauerstoff ein Minimum durchlaufen und auch die Stickoxidanteile sehr gering sind. Die Verstellung des Zündzeitpunktes auf Spätzündung bei abfallender ^Λ Leistung der Brennkraftmaschine ist z. B. aus der DE-OS 20 64 266 bekannt.

Die Koppelung des Abgas-Meßfühlers mit einer Vorrichtung zur Regelung der Zündenergie (Anspruch 3) führt zu einer verringerten Abnutzung der Zündker-¹⁾¹ zen.

Im folgenden wird eine Ausführung der erfindungsgemäßen Regeleinrichtung anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigt

I'ig. I eine Regeleinrichtung in schematischer Dar- ·' stellung,

Fig.2, 3 Schadstof- bzw. Sauerstoffkonzentrationen in den Abgasen in Abhängigkeit von den rückgeführten Abgasmengen,

Fig.4 die Abhängigkeit der Schadstoffanteile in den Abgasen vom Zündzeitpunkt.

Wie aus Fi g, 1 ersichtlich, ist an eine ventilgesteuerte Brennkraftmaschine ί ein Saugrohr 2 mit einem Vergaser 5 und ein Abgasrohr 3 mit einem Katalysator 4 angeschlossen. Ein stromauf des Katalysators 4 angeordneter Abgas-Meßfühler 6 erfaßt die Sauerstoffkonzentration im Abgas. Es können auch andere Abgasanteile erfaßt werden. Der Meßfühler 6 kann ein Zirkonelement aufweisen, bei dem unterschiedliche Sauerstoffkonzentrationen an seinen beiden Oberflächen einen Austausch an Sauerstoffionen und damit eine Potentialänderung bewirken. Am Abgas-Meßfühler 6 ist eine Heizung 26 angeordnet, die über einen Schalter 27 an die Stromversorgung 14 angeschlossen ist und die auch im Leerlauf der Brennkraftmaschine die Endtemperatur am Meßfühler 6 auf etwa 700"C hält. In einer das Saugrohr 2 mit dem Abgasrohr 3 verbindenden Rückführleitung 35 ist ein Regelventil 30 angeordnet, das über einen Magneten 31 ar. einen Regler 32 angeschlossen ist Ein weiterer Regler 33 ist mit dem Abgas-Meßfühler 6 und mit dem Regler 32 verbunden. Eine Zündspule 29 für eine Zündkerze 15 ist über einen Schalter 28 an die Stromversorgung 14 sowie über eine Vorrichtung 34 zur Verstellung des Zündzeitpunktes an den Regler 33 angeschlossen. Im Ansaugrohr 2 sitzt unmittelbar vor den Einlaßventilen der Brennkraftmaschine, d. h. stromab der Einspeisung des rückgeführten Abgases in die Ansaugleitung ein Meßfühler 36 zur Erfassung der Gemischzusammensetzung, der elektrisch mildem Regler32 verbunden ist.

Bei absinkender Konzentration an Stickoxiden in den Abgasen durch erhöhte Abgasrückführung in das Ansaugsystem sinkt normalerweise die Sauerstoffkonzentration im Gemisch (vgl. Fig. 2). In diesem Fall erzeugt der Meßfühler 36 ein elektrisches Signal, das über den Regler 32 den Elektromagneten 31 aktiviert und die Ausgangsspannung des Meßfühlers 36 konstanthält. Gleichzeitig wird das Regelventil 30 in der Rückführleitung 35 durch den Regler 32 derart verstellt, daß die Menge an rückgeführtem Abgas unabhängig von Temperaturänderungen konstant bleibt. Durch die feinfühlige Regelung der rückgeführten Abgasmengen verringern sich die Anteile an Stickoxiden und es wird eine optimale Abstimmung der rüt kgeführten Abgasmengen auf einen erhöhten Kraftstoffverbrauch bei sämtlichen Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine erreicht.

Eine optimale Abstimmung der rückgeführten Abgasmengen auf das Brennstoff-Luft-Verhältnis ergibt sich ' durch Zuführen von im Abgas-Meßfühler 6 erzeugten Signalen «turn Regler 32, in dem dann sowohl die der Brennkraftmaschine zugeführten Gemischzusammensetzung sowie auch die Zusammensetzung der Abgase berücksichtigt werden. Dies ermöglicht eine Verringerung der Anteile von Stickoxiden, Kohlenmonoxiden und Kohlenwasserstoffen in den Abgasen, ohne die Beschleunigungsfähigkeit der Brennkraftmaschine zu beeinträchtigen. Wie aus Fig.3 ersichtlich, ändern sich die verschiedenen Komponenten in den Abgasen ίο entsprechend den rückgeführten Abgasmengen. Übersteigen die rückgeführten Abgasmengen einen vorgegebenen Wert, dann verläuft die Verbrennung instabil und die Anteile an Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxid ebenso wie an Sauerstoff in den Abgasen steigen sprunghaft an. Bei der vorstehend beschriebenen Regeleinrichtung werden die rückgeführten Abgasmengen durch das Regelventil 30 auf einen Wert eingestellt, der unmittelbar unter diesem kritischen Wert liegt, bei dem der sprunghafte Anstieg erfolgt. Auf diese Weise kann der Anteil von Stickoxidul in den Abgasen wesentlich verringert werden, ohne dad gleichzeitig die Anteile an Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxid ansteigen.

Die vom Abgas-Meßfühler 6 erzeugten Ausgangssi- 2Ί gnale werden im Regler 33 in eine Aktivierung der Vorrichtung 34 zur Zündzeitpunktverstellung umgesetzt. Wie aus F i g. 4 ersichtlich, sinken die Stickoxide in den Abgasen bei einem sich verzögernden Zündzeitpunkt steil ab. Der Anteil an Kohlenmonoxid plus «) Kohlenwasserstoff durchläuft ebenso wie der Sauerstoffanteil bei einem bestimmten Zündzeitpunkt ein Minimum, bei dem der Kraftstoff optimal in Kohlendioxid umgewandelt worden ist und der Katalysator 4 nur entsprechend geringe Kohlenmonoxid- und Kohlen- Vy wasserstoffmengen zu verarbeiten hat. Durch die vom Meßfühler 6 abgegebenen Ausgangssignale verstellt der Regler mittels des Verteilers 34 den Zündzeitpunkt auf den einem minimalen Sauerstoffanteil in den Abgasen entsprechenden Wert

» Durch den Anschluß der Zündspule 39 an den Regler 33 wird die Zündenergie bei hohem Sauerstoffanteil erhöht und bei geringem Sauerstoffanteil und entsprechend vollständiger Verbrennung erniedrigt, was eine verringerte Abnutzung der Zündkerzin 15 gegenüber ' bekannten Einrichtungen zur Folge hat.

Durch die vorstehend beschriebene Regeleinrichtung kann somit die Gemischzusammensetzung, der Zündzeitpunkt, die Zündenergie und die Menge an rückgeführten Abgas in optimaler Weise durch ein einziges Regelsystem bestimmt werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

1, Einrichtung zum Regeln der Gemischzusammensetzung einer Brennkraftmaschine, mit einem an das Abgasrohr angeschlossenen Meßfühler zur kontinuierlichen Erfassung mindestens einer Abgaskomponente, der mit mindestens einem den Verbrennungsablauf beeinflussenden Regelventil elektrisch gekoppelt ist, das in einer das Abgasrohr mit dem Saugrohr verbindenden Abgas-Rückführleitung angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Meßfühler (36) zur Erfassung der Gemischzusammensetzung stromab der Abgaszumischung an das Saugrohr (2) angeschlossen ist und daß ein Regler (32, 33) das Regelventil (30) in Abhängigkeit von den durch den Abgas-Meßfühler (6) und den Gemisch-Meßfühler (36) erfaßten Werten betätigt.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, 4aß mit dem Abgas-Meßfühler (6) zusätzlich eine Vorrichtung (34) zur Zündzeitpunktverstellung gekoppelt ist
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Abgas-Meßfühler (6) eine Vorrichtung (29) zur Regelung der Zündenergie gekoppelt ist.