DE2452503A1

DE2452503A1 - Verfahren und system zur kraftstoffzufuhr

Info

Publication number: DE2452503A1
Application number: DE19742452503
Authority: DE
Inventors: Kenji Masaki; Hidehiro Minami
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1973-11-08
Filing date: 1974-11-05
Publication date: 1975-09-25
Also published as: GB1490746A; AU476226B2; US4033122A; AU7462474A

Description

PATENTANWÄLTE A. GRUNtCKtR

DIPL.-INO.

H. KINKiSLDEY

DR.-ING.

W. STOCKMAiR

DH.-ING. ■ AoEiOALTECH)

K. SCHUMANN

DR. RER. NAT. · DIPL.-PHYS. P. H. JAKOB

2452503 G. BEZOLD

DR. RER. NAT. · DIPL.-CHEM.

MÜNCHEN

E. K. WEIL

DR. RER. OEC. ΙΝΘ.

LINDAU

MÜNCHEN 22

MAXIMILIANSTRASSE 43

5.11.1974-P 8662-4-0/Hä

Hissan Motor Company, Limited

2, Takara-machi

Kanagawa~ku, Yokohama City, Japan

Verfahren und System zur Kraftstoffzufuhr

Die Erfindung betrifft allgemein ein Kraftstoffsystem
eines Verbrennungsmotors und insbesondere ein Steuersystem für die Kraftstoffzufuhr eines funkengeziindeten Verbrennungsmotors. Dabei betrifft die Erfindung insbesondere ein Steuersystem für die Kraftstoffzufuhr bei einem funkengezündeten Verbrennungsmotor, durch das wahlweise'fette

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TELEFON (Ο8Θ) 222862 TELEX OS-2938Ο TELEaRAMME MONAPAT

und magere Gemische mit hohem bzw. niedrigem Luft-Kraftstoff-Verhältnis in die Brennräume des Verbrennungsmotors eingespeist werden.

Im Hinblick auf das bevorstehende Inkrafttreten der Bestimmungen für die Verminderung der Umweltverschmutzung, die verschiedenste industrielle Einrichtungen betreffen, ist die Realisierung oder Verbesserung wirksamer Einrichtungen zum Zweck der erwähnten Steuerung der Verschmutzung dringend erforderlich geworden. Diese Entwicklung ist auf dem Gebiet der Kraftfahrzeugindustrie .-am strengsten.

Daher sind unermüdlich zahlreiche verschiedene Lösungsversuche zur Befriedigung dieser Anforderungen hinsichtlich der Begrenzung der Verunreinigungen vorgeschlagen worden, indem versucht wird, die giftigen Verbindungen im Abgas, beispielsweise Kohlenmonoxid CO, Kohlenwasserstoffe (HC) und Stickoxide NO , in den Abgasen von Verbrennungsmotoren in einem weiten Arbeitsbereich des Motors auf ein Minimum herabzusetzen. Grundsätzlich treffen diese Lösungsver— suche jedoch auf die folgenden, gleichzeitig auftretenden Schwierigkeiten, die auf komplizierte Weise miteinander in Beziehung stehen, so daß die Lösungen schwierig zu realisieren sind.

Im folgenden wird auf Fig. 1 eingegangen, die eine graphische Darstellung aufgrund von Testfahrten auf einer ebenen Straße ist und die Beziehung zwischen dem im Motor erzeugten und während des Betriebs abgegebenen CO, HC und NO- in Abhängigkeit von gegebenen Luft-Kraftstoff-Verhältnissen bei einem Bezinmotor zeigt. Stickoxide NO werden neben anderen giftigen Verbindungen *- wie bekannt -

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während der Verbrennung im Motor maximal erzeugt, wenn das den Brennräumen des Motors zugeführte Gemisch aus Luft und Kraftstoff dicht beim theoretischen Luft-Kraftstoff -Verhältnis liegt. Wie Pig. I zeigt, nimmt die Erzeugung von NO im Motor vom Maximum, das bei einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis von 16,5 liegt, sov/ohl zu fetteren als auch zu magereren Luft-Kraftstoff-Gemischen ab, wobei diese Verminderung des NO -Gehaltes deutlicher bei fetter werdenden Gemischen (im linken Bereich von Fig. 1) auftritt als bei magerer werdenden Gemischen (rechter Bereich in Fig. 1).

Im Hinblick darauf ist es technisch möglich, die Erzeugung von NO dadurch zu vermindern, daß entweder ein fetteres

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oder ein magereres Gemisch als das Gemisch mit einem Verhältnis von 16,5 am Maximum den Brennräumen des Motors zugeführt wird. Im Hinblick auf andere giftige Verbindungen des Abgases, wie beispielsweise Kohlenmonoxid CO und Kohlenwasserstoffe (HC), zeigt sich aus Fig. 1, daß die Erzeugung solcher Abgasverbindungen durch Verwendung eines mageren Luft-Kraftstoff-Gemischs vermindert werden kann. Wenn jedoch versucht wird, solche giftigen Abgasverbindungen, die in den Motorabgasen unverbrannt geblieben sind, dadurch zu entfernen, daß die Abgase dem Abgassystem des Motors, beispielsweise einem Auspuffrohr oder einem thermischen Reaktor, zum Zweck einer Sekundärverbrennung zugeführt werden, tritt eine solche sekundäre Verbrennungsreaktion kaum auf, wenn der Gehalt an solchen Verbindungen, insbesondere an Kohlenmonoxid, in den Abgasen klein bleibt und wenn die Abgase eine niedrige Temperatur haben, so daß es unmöglich ist, diese Abgase durch Sekundärverbrennung vollständig zu reinigen. Um die Gesamtemission all dieser Verbindungen wie Ν0_χ, CO und HC in die Atmosphäre

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kleinstmöglich zu halten, indem eine sekundäre Verbrennungsreaktion durchgeführt wird, wird demzufolge ein fettes Luft-Kraftstoff-Gemisch vorgezogen, wobei jedoch der Gesichtspunkt der Kraftstoffersparnis vernachlässigt wird. Dies ist jedoch unzweckmäßig.

Ferner ist allgemein bekannt, daß ein fettes Luft-Kraftstoff-Gemisch in den Brennräumen des Motors zu einer beständigeren Verbrennung führt als ein mageres Gemisch, so daß daher, wie dies durch eine strichpunktierte Kurve Pe in Fig. 1 gezeigt ist, ein höherer mittlerer, nutzbarer Druck, d.h. eine höhere Leistungsabgabe des Motors, aus der Verbrennung eines fetten Gemischs erhalten wird. Andererseits werden bei Verwendung dnes fetten Gemischs größere Mengen an CO und HC bei der Verbrennung erzeugt. Demgegenüber sind bei Verwendung eines mageren Gemischs die Mengen an CO und HC niedriger? es ergibt sich jedoch eine beträchtliche Verminderung des mittleren, nutzbaren Drucks im Motor.

Unter Berücksichtigung der erläuterten, zu berücksichtigenden Tatsachen und gleichzeitig zu lösenden Schwierigkeiten ist ein Verfahren vorgeschlagen worden, gemäß dem eine beliebige Hälfte der Zylinder des Motors mit einem mageren Luft-Kraftstoff-Gemisch geladen wird, wogegen die andere Hälfte der Zylinder mit einem fetten Gemisch geladen wird, wobei die Funkenzündung in folgender, abwechselnder Weise erfolgt: Ein mit fettem Gemisch geladener Zylinder ein mit magerem Gemisch geladener Zylinder - ein mit fettem Gemisch geladener Zylinder usw.. Auf diese Weise wird die Erzeugung von NO kleinstmöglich gehalten. Nach der Verbrennung werden die Abgase von den Zylinder des Motors gemeinsam in einen thermischen Reaktor geleitet, in dem sie

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weiter vex-brannt werden sollen, wobei im Abgas sys tem angesammelte Abgaswärme für die Sekundärverbrennung solcher Abgasverbindungen in den Abgasen benutzt wird.

Fig. 2 ist eine graphische Darstellung, die auf einer Reihe von Betriebsversuchen unter Verwendung eines Personenwagens mit einem Sechszylinderbenzjnmotor 'basieren, der mit einem thermischen Reaktor ausgerüstet ist, der dazu dient, CO und HC in den Abgasen vom Motor zu oxidieren bzw. zu beseitigen. In Fig. 2 ist auf der Abszisse die Fahrzeuggeschwindigkeit wiedergegeben, und auf der Ordinate sind die CO-Konzentrationen in den Abgasen von den Zylindern des Motors wiedergegeben. Die Abgastemperaturen und Konzentrationswerte der Gemische, die den Zylindern des Motors eingespeist v/erden, wachsen ebenfalls mit der Ordinate, so daß gegenseitige ZVbhangigkeiten dieser Größen, wie sie noch im folgenden beschrieben werden, dargestellt sind.

In Fig. 2 gibt die Kurve A-A Grenzwerte der CO-Konzentrationen wieder, d.h. kritische Werte von CO, die durch Sekundärverbrennung von CO beseitigt werden können, v/obei höhere CO-Konzentrationen mit Werten im Bereich oberhalb der Kurve A-A der Sekundärverbrennung unterliegen. Diese Kurve neigt sich mit ansteigender Fahrzeuggeschwindigkeit.

Diese Neigung liegt daran, daß die Abgastemperatür bei steigender Fahrzeuggeschwindigkeit bzw. Motorabtriebsdrehzahl ansteigt. Die Kurve B-B gibt CO-Konzentrationen in den Abgasen von den Zylindern des Motors wieder, die mit einem mageren Gemisch mit einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis von ungefähr 20 geladen werden. Diese Kurve ist verhältnismäßig unabhängig von der Fahrzeuggeschwindigkeit und

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liegt unterhalb der Kurve A-A. Da die Abgase von den Zylindern des Motors, die mit einem mageren Gemisch geladen v/erden, keine Sekundärverbrennung im Reaktor erfahren, ist es demzufolge erforderlich, dieser Abgasmenge ein gewisses CO-Volumen zuzufügen, damit diese niedrige CO-Konzentration im Reaktor erhöht wird, d.h. in den Bereich oberhalb der Kuve Λ-Α angehoben wird, so daß auch dieses CO-beseitigt werden kann. Diese Zufuhr von CO wird dadurch bewirkt, daß die Abgase von den Zylindern des Motors, die mit einem fetten Gemisch geladen werden, in den Reaktor geleitet werden. Die Kurve C-C gibt die CO~Konzentra tion in den Abgasen von den Zylindern des Motors wieder, die mit einem fetten Gemisch geladen werden, wobei diese CO-Konzentration entsprechend dem erwähnten Zweck einer Zufuhr bzw. einer Ergänzung bestimmt ist. Die Kurve C-C gibt ferner den grundsätzlichen Verlauf der Konzentration des Gemisches wieder, das bestimmten Zylindern des Motors eingespeist werden soll. Die Kurve D-D gibt die Temperatur eines thermischen Reaktors wieder.

Wie sich aus obiger Beschreibung ergibt, ist es bei dem Verfahren, bei dem eine Sekundärverbrennung durch Verwendung eines fetten Luft-Kraftstoff-Gemische durchgeführt wird, ausgesprochen einfach, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des mageren Gemischs zu steuern, wogegen die Steuerung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des fetten Gemisches schwierig ist, da diese Steuerung unter Berücksichtigung des Belastungszustandes des Motors, der durch verschiedene veränderliche Einflußgrößen bestimmt ist, erfolgen sollte. In .diesem Zusammenhang treten solche Schwierigkeiten auf, daß die oben erwähnte Anordnung bei Verwendung eines her-

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kömmlichen Vergasers oder selbst bei Verwendung bekannter elektronischer Kraftstoffeinspritzsteuereinrichtungen nur schwierig und kompliziert realisiert werden kann.

Gemäß Fig. 2 erreicht die Temperatur des thermischen Reaktors bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit von 60 km/h oder mehr 800 ⁰C oder mehr, und sie übersteigt 900 C bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit von 120 km/h. Die CO-Konzentration im Motorabgas von den Zylindern des Motors, die mit einem fetten Gemisch gespeist wurden, beträgt ungefähr 2% bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit von ungefähr 60 km/h. Dies entspricht einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis γοη ungefähr 14 und liegt im Bereich eines verhältnismäßig fetten Gemischs nahe dem theoretischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis. Bei einer höheren Fahrzeuggeschwindigkeit nähert sich die Kurve C-C der Kurve B-B und erreicht das Maximum der Erzeugung von NO bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit von 70 km/h. Eine so hohe Erzeugung von NO _τ ist jedoch im Hinblick auf die Verminderung der Luftverschmutzung unerwünscht, da diese Fahrzeuggeschwindigkeit im Bereich der üblichen Fahrgeschwindigkeiten liegt. Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit weiter ansteigt, wird das fettere Gemisch magerer gemacht, was zu unzureichender Motorleistung bei mittlerer und hoher Belastung des Motors führt. Wenn zur Vermeidung des beschriebenen Problems das fette Gemisch fetter gemacht wird, als es den Werten der CO-Konzentration der Kurve C-C bei Fahrzeuggeschwindigkeiten von 60 km/h oder mehr entspricht, wird ein äußerst hoher CO-Gehalt in den Abgasen der Zylinder des Motors erzeugt, die mit dem fetten Gemisch geladen werden. Dies führt zu einer hohen Temperatur, da dieser CO-Gehalt schnell mit einer Überschußmenge überhitzten Sauerstoffs im. Reaktor reagiert, was ferner dazu führt, daß HC-Gehalte verbrannt

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werden und einen weiteren Temperaturanstieg der Abgase hervorrufen, was schließlich einen unbeabsichtigten Temperaturanstieg des Reaktors selber hervorruft. Im Hinblick darauf wird der thermische Reaktor und das Abgassystem vorzugsweise aus einem Metall geringer Qualität mit hoher Hitzebeständigkeit von beispielsweise 800 °C oder dgl. gefertigt.

Aus den oben erwähnten Gründen wird darauf hingewiesen, daß das vorgeschlagene Verfahren der aufeinander abgestimmten Verbrennung von mageren und fetten Gemischen, mit denen die Zylinder des Motors geladen werden, nur im Bereich niedriger Motorbelastungen vorgezogen wird.

Daher wäre es von Vorteil, wenn ein verbessertes und brauchbares Verfahren sowie eine dafür geeignete Vorrichtung geschaffen werden könnten, durch die die beschriebenen, gleichzeitig auftretenden Schwierigkeiten überwunden werden«, Erfindungsgemäß werden ein Verfahren und eine dafür geeignete Vorrichtung vorgeschlagen, durch die ein fettes Gemisch bei Fahrzeuggeschwindigkeiten von beispielsweise 60 km/h und mehr mager gemacht wird, während ein mageres Gemisch fetter gemacht wird, so daß somit sowohl .das magere als auch das fette Gemisch in Richtung auf ein niedrigeres Gemischverhältnis als das theoretische Luft-Kraftstoff-Verhältnis gesteuert werden.

Im folgenden wird weiter auf Fig. 2 Bezug genommen. Die Kurven C-C,-E,-E„ und B-B,-E^-E zeigen die Auswirkungen der eifindungsgemäßen Steuerung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses sowohl des mageren Gemischs als auch des fetten Gemischs. Da bei einer solchen Ausbildung die Sekundärluft für die Oxidation solcher Abgasverbindungen wie CO und HC

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nicht mehr von den Abgasen des Motors geliefert wird, ist vorgesehen, die Sekundärluft zum Ausgleich in den thermischen Reaktor einzuspeisen. Die bei dieser Ausbildung zuzuführende Sekundärluft vdrd auf einer verhältnismäßig niedrigen Tcuiperatxir gehalten und reagiert nicht so schnell wie überschüssige Luft in den Abgasen, so daß demzufolge eine verhältnismäßig langsame, nachfolgende Verbrennungsreaktion stattfindet, wodurch ein unbeabsichtigtes Überhitzen des thermischen Reaktor vermieden wird.

Somit ist es ein wesentliches Ziel der Erfindung, ein verbessertes Verfahren und System zur Steuerung des Luft-Kraftstoff -Verhältnisses eines Verbrennungsmotors zu schaffen, gemäß denen ein mageres Luft-Kraftstoff-Gemisch und ein fettes Luft-Kraftstoff-Gemisch den Zylindern des Motors abwechselnd zugeführt werden, damit die Mengen giftiger Abgasverbindungen im Hinblick auf eine Sekundärverbrennung in einem thermischen Reaktor in einem weiten Arbeitsbereich des Motors optimal eingestellt werden.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines verbesserten Verfahrens und Systems zur Steuerung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eine« Motors, durch die diese Steuerung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses leicht und zuverlässig durchgeführt werden kann.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines verbesserten Verfahrens und Systems zur Steuerung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, durch die die Erzeugung von NO kleinstmöglich gehalten wird.

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Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines verbesserten Verfahrens und Systems zur Steuerung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, durch die der Verlust an Motorleistung kleinstmöglich gehalten wird.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines verbesserten Verfahrens und Systems zur Steuerung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, durch die der CO-Gehalt und der HC-Gehalt in den Abgasen von den Zylindern des Motors, die mit einem fetten Gemisch gespeist werden, leicht dadurch zu ungiftigen Verbindungen oxidiert werden können, daß Sauerstoff mit hoher Temperatur benutzt wird, der in den Abgasen von den Zylindern des Motors enthalten ist, die mit einem mageren Gemisch gespeist werden.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines verbesserten Verfahrens und Systems zur Steuerung des Luft-Kraftstoff-Verhältnis ses, durch die die gesteuerte, aufeinander abgestimmte Verwendung eines mageren Gemische und eines fetten Gemischs, die den Zylindern des Motors eingespeist werden, zu einem günstigen Kraftstoffverbrauch des Motors führt.

Diese Ziele, Kennzeichen, Prinzipien und Einzelheiten der Erfindungvsowie v/eitere Ziele und Vorteile· derselben werden aus der folgenden, ausführlichen Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung in Verbindung mit den Zeichnungen deutlicher werden,, In den Zeichnungen zeigen:

-Fig.. 1 eine graphische Darstellung der Mengen der Abgasverbindungen in Abhängigkeit vom Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines Verbrennungsmotors?

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Fig. 2 eine graphische Darstellung, die die Erzeugung von Kohlenmonoxid CO in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindiglceit zeigt, wenn magere und fette Gemische den Zylindern des Motors eingespeist werden;

Figuren 3, 4 und 5A schematische Darstellungen von Ausführungsformen eines erfindungsgemäßon Steuersystems für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis τ

Fig. 5B eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Vergasers, der bei dem Steuersystem für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis gemäß Fig. 5A verwendet werden kann;

Fig. 6 eine grundsätzliche_/ schematische Darstellung einer vierten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Steuersystems für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis; und

Fig, 7 eine schematische Darstellung eines Beispiels für einen Vergaser, der zur erfindungsgemäßen Einstellung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses dient.

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Verminderung der Mengen giftiger Verbindungen in an die Atmosphäre abgegebenen Abgasen eines Verbrennungsmotors mit gerader Anzahl von Brennräumen vorgeschlagen, das sich dadurch .auszeichnet, daß die Brennräume in zwei Gruppen zusammengefaßt werden, daß die erste Gruppe der Brennräume mit einem mageren Luft-Kraftstoff-Gemisch gespeist wird, daß die

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zweite Gruppe der Brennräume mit einem fetten Luft-Kraftstoff "Gemisch gespeist wird, daß abwechselnd^ ein Brennraum aus jeder der beiden Gruppen gezündet wird und daß die Verbrennungsgase in einen thermischen Reaktor eingeleitet werden.

Ferner wird erfindungsgemäß ein System zur Verminderung der Mengen von Verunreinigungen, die von einem Verbrennungsmotor in die Atmosphäre abgegeben v/erden, vorgeschlagen, das sich auszeichnet durch eine erste Gruppe von Brennräumen, denen ein Luft-Kraftstoff-Gemisch zugeführt wird, dessen Verhältnis so eingestellt werden kann, daß es verhältnismäßig hoch ist, eine zweite Gruppe von Brennräumen, denen ein Luft-Kraftstoff-Gemisch zugeführt wird, dessen Verhältnis so eingestellt werden kann, daß es verhältnismäßigniedrig ist, wobei die Zündfolge der Brennräume abwechselnd einen Brennraum in der ersten Gruppe und der zweiten Gruppe bestimmt, und einen thermischen Reaktor, dem die Verbrennungsgase zugeführt v/erden.

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Im folgenden wird zunächst auf Fig. 3 eingegangen. Darin ist eine erste Ausführurigsforra eines erfindungsgemäßen Steuersystems für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis dargestellt« Bei dieser Ausführungsforru weist ein Vier zylinderverbrennungsmotor A einen thermischen Reaktor B, eix*e Luftansaugsammelleitung C und einen Vergaser 20 auf. Vorzugsweise ist der Vergaser 20 so eingestellt, daß er flüssigen Kraftstoff proportional zur Belastung des Motors mit einem höheren Luft -Kr aft stoff -Verhältnis hzvi. ein magereres Luft-Kraftstoff-Gemisch zumißt. Ferner sind für zwei Zylinder des Motors (die Zylinder Nummer 1 und in Fig. 3) zwei Kraftstoffeinspritzer 24 vorgesehen, die von üblicher Bauart sein können, wie sie bei Verbrennungsmotoren mit Kraftstoffeinspritzung benutzt werden, und die so konstruiert sind, daß sie in Abhängigkeit von angelegten Signalimpulsen arbeiten können. Ein Funktionsgenerator 10 erzeugt vorbestimmte Funktionssignale entsprechend dem Verlauf der Kurve C-C in Fig. 2 in Abhängigkeit von Belastungssignalen des Motors, beispielsweise Signalen, die die Motordrehzahl und den Ansaugunterdruck wiedergeben, oder von Signalen, die Moforbelastungen wiedergeben, beispielsweise Abgastemperatursignale von einem Thermofühler 70. Ferner ist ein Impulsgenerator 14 vorgesehen, der Signalimpulse mit einer Impulsbreite erzeucht, die dem Ausgang des Funktionsgenerators 10 entspricht. Diese Impulse werden auf die genannten Kraftstoffeinspritzer 24 gegeben, damit die den Zylindern Nummer 1 und zugeführte Kraftstoffmenge erhöht wird. Dies heißt mit anderen Worten, daß ^diese Kraftstoffergänzung entsprechend dem Verlauf der Kurve C-C in Fig. 2 erfolgt, so daß die CO-Konzentra tion auf einen bestimmten Wert gesteuert wird. In diesem Fall hat es sich als sinnvoll erwiesen, die Kraftstofferhöhung so zu steuern, daß die Änderung

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der CO-Konzentration in dem Bereich etwas oberhalb der Kurve C-C liegt, und zwar entweder unter dem Gesichtspunkt der Kraftstoffersparnis oder um die Reinigungsreaktion der giftigen Abgasverbindungen sicherzustellen.

Im folgenden wird auf Fig. 4 eingegangen, "in "der eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Steuersystems für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis dargestellt ist. Bei dieser Ausführungsform ist ein Sechszylinderverbrennungsmotor mit mehreren solenoidgesteuerten Kraftstoffeinspritzern 24, von denen jeweils einer bei jedem Zylinder des Motors eingebaut ist, und einer Einspritzsteuervorrichtung 60 versehen, der herkömmlich konstruiert ist, wobei allerdings die Besonderheit besteht, daß die Kraftstoffeinspritzer an den Zylindern Nr. 1 bis 3 des Motors mit Signalimpulsen über eine Leitung 62 versorgt werden, wogegen die Kraftstoffeinspritzer an den Zylindern Nr. 4 bis 6 mit Signalimpulsen über eine Leitung 64 versorgt werden, wobei die letztgenannten Signalimpulse eine Breite haben, die zur Einspeisung eines mageren Gemischs in die einzelnen Zylinder des Motors führt. Bei dieser Ausführungsform sind ferner ein Funktionsgenerator 12 und ein Impulsgenerator 68 in der Leitung 62 eingefügt, wobei der Impulsgenerator 68 so·ausgebildet ist, daß er die Impulsbreite der Impulse von der Einspritzsteuervorrichtung 60 entsprechend dem Ausgang des Funktionsgenerators 12 umwandelt. Demzufolge werden der eingespritzte Kraftstoff und somit das Gemisch, mit dem die Zylinder Nr. 1 bis 3 geladen werden, vorschriftsmäßig gemäß dem Verlauf der Kurve C-C gesteuert, die die CO-Konzentration wiedergibt, wie dies bereits erläutert wurde.

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Fig. 5Α zeigt eine dritte Ausführungsform eines erfindung.'sgemäßen Steuersystems für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis. Bei dieser Ausführungsform ist ein Sechszylindermotor mit zwei getrennten Ansaugsammelleitungen C, C versehen, die getrennt Luft-Kraftstoff-Gemische einer ersten Gruppe von drei Zylindern des Motors bzw. einer zweiten Gruppe von drei Zylindern des Motors einspeisen. Ferner sind unabhängige Vergaser 20, 20' vorgesehen, von denen jeweils einer auf jeder Ansaugsammelleitung sitzt. Jeder der Vergaser ist so ausgebildet, daß er die jeweilige Hälfte der Zylinder des Motors mit einem bestimmten Gemisch versorgen kann.

In Fig. 5B ist eine Ausführungsform eines Vergasers dargestellt, der das den Zylindern des Motors zuzuführende magere Gemisch erzeugen kann. Dieser Vergaser umfaßt ein Kraftstoffreservoir 40, einen Kraftstoffkanal 42, eine Luftöffnung 44, eine Spritzdüse 46 und eine zweite Luftöffnung 50, die in einen herkömmlich konstruierten Kanal eingefügt ist, der zu einer Mischkammer 48 führt. Diese zweite Luftöffnung 50 kann Sekundärluft in den Kanal einspeisen, damit die Kraftstoffkonzentration eines Luft-Kraftstoff-Gemisch vermindert wird. Ferner ist dieser Vergaser 20 mit einem Solenoidventil 52 in der zweiten Luftöffnung versehen. Dieses Solenoidventil umfaßt pine Spule 52a, eine Ventilnadel 52b, die als Kern des Solenoidventils arbeitet, und eine Feder 52c, die die Ventilnadel 52b im Sinne eines Öffnens der Luftöffnung beaufschlagt. Diese Anordnung ist mit dem in Fig. 5A gezeigten Steuersystem für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis verbunden, das einen Funktionsgenerator 12 und einen Verstärker 25 umfaßt, der die Funktionssignale vom Funktionsgenerator 12 so verstärken kann, daß ein

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Arbeitssignal S zur Spule 52a des Solenoidventils übertragen wird, wodurch das Solenoidventil gedrosselt-bzw. geschlossen wird.

.Folglich ändert sich die Größe des Arbeitssignals S entsprechend dem Verlauf der Kurve C-C der· CO-Konzentration, wodurch die Spule 52a des Solenoids somit so erregt wird, daß.sie bewirkt, daß sich der Ventilnadelkopf 52b in eine geschlossene Stellung bewegt und demzufolge die Luftöffnung 50 weiter vermindert wird, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit abnimmt, damit das Luft-Kraftstoff-Geraisch fetter gemacht wird, das der ersten Hälfte der Zylinder des Motors eingespeist werden soll, so daß die CO-Konzentration in den Abgasen des Motors dem Verlauf der Kurve C-C,-E₁-E,, in Fig. 2 folgen kann.

Alternativ kann die Kraftstoffkonzentration des Luft-Kraftstoff -Gemischs dadurch vermindert werden, daß der Kraftstoffkanal 42 gedrosselt wird. Bei dieser Ausbildung des Vergasers ist ein Bypass 54 vorgesehen, der eine Drossel 32 im Kraftstoffkanal 42 umgeht. Ein Solenoidventil 52' im Bypass 54 wird in Abhängigkeit vom Arbeitssignal S vom Verstärker 25 gedrosselt oder geschlossen.

Fig. 6 zeigt eine vierte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Steuersystems für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis*· Bei dieser Ausführungsform ist ein funkengezündeter Sechszylxnderverbrennungsmotor A mit einem thermischen Reaktor B versehen mit einem Steuersystem für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis, das in Kombination zwei Vergaser 18 und 20, wobei der Vergaser 18 so ausgebildet ist, daß er ein fettes Gemisch liefern kann, und der Vergaser 20 so ausgebildet ist, daß er ein mageres Gemisch liefern kann,

SAD ORIGSNAl

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—jfrr—

zv/ei Funktionsgenratoren 10 und 12, die unabhängig Funktionssignale zur Betätigung von Steuereinrichtungen erzeugen können, deren Aufbau noch beschrieben wird und die Bestandteil der genannten Vergaser sind, sv;ei Impulsformer und -verstärker 14 und 16 sowie einen Vergleichsverstärker 22 in Reihe mit einem der Funktionsgenerator en und ein unabhängiges Solenoidventil 23 umfaßt, das zur Zufuhr von Sekundärverbrennungsluft zum thermischen Reaktor B dient. Ein Fühler 72 stellt die Drehzahl des Motors fest, und ein Fühler 74 stellt den Ansaugleitungsunterdruck fest. Der Vergaser 18 ist so ausgebildet, daß er ein fettes Gemisch erzeugen und einer ersten Gruppe mit drei Zylindern des Motors zuführen kann, während der andere Vergaser 20 so ausgebildet ist, daß er ein mageres Gemisch erzeugen und einer zweiten Gruppe aus drei Zylindern des Motors zuführen kann. Die Funktionsgeneratoren 10 und 12 erzeugen Funktionssignale, die den Verlauf der Kurven C-C₁-E₁-E₂ bzw. B-B₁-E₁-E in Fig. 2 folgen, wobei als Parameter Signale der Motorbelastung genommen werden, beispielsweise ein Motordrehzahlsignal Sr vom Fühler 72 und ein Ansaugunterdrucksignal Sv vom Fühler 74. Diese Funktionssignale können mit solchen Betriebsparanietern oder -veränderlichen des Motors wie beispielsweise einem Abgastemperatursignal St vom Thermofühler 70 und dgl. so kombiniert werden, daß ein optimales Luft-Kraftstoff-Verhältnis erhalten wird. Jeder Impulsformer und -verstärker 14 und 16 ist in Reihe mit einem Funktionsgenerator 10 bzw. 12 und ferner mit den jeweiligen, in die Vergaser eingebauten Steuereinrichtungen in Reihe geschaltet. Diese Impulsformer und -verstärker können durch Verstärkung der erwähnten Funktionssignale Arbeitssignale S-, und S erzeugen. Die Arbeitssignale S, und S_? werden von den Impulsformern und -verstärkern zu Signalimpulsen mit einer

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Breite umgewandelt, die den aufgegebenen Funktionssignalen von den Punktionsgeneratoren entspricht.

Die Arbeitssignale S, und S₂ werden zur .jeweiligen Steuereinrichtung im Vergaser 18 bzw. 20 übertragen, damit dadurch das bestimmte magere und das bestimmte fette Gemisch erhalten werden. Der Eingang des Vergleichsverstärkers 22 ist mit dem Funktionsgenerator 12 verbunden.

Ferner ist eine thermische Reaktoranlage vorgesehen, die dazu dient, eine Sekundärverbrennung der unverbrannten Abgasverbindungen von den Zylindern des Motors durchzuführen. Diese Reaktoranlage umfaßt einen thermischen Reaktor B, das Solenoidventil 23) eine vom Motor angetriebene Luftpumpe 28 und eine Sekundärluftleitung 26. Da das Solenoidventil elektrisch mit dem Verglexchsverstärker 22 verbunden ist, wird es bei Empfang des Signals S₃ vom Verglexchsverstärker 22 so betätigt, daß es eine Öffnung zur Sekundärluftleitung öffnet, wodurch dem thermischen Reaktor B Sekundärverbrennungsluft zugeführt wird.

Im folgenden wird auf Fig«, 7 Bezug genommen, in der ein Vergaser mit der erwähnten Steuereinrichtung dargestellt ist, die als erfindungsgemäße Einstelleinrichtung für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis arbeitet» Der Vergaser umfaßt ein Kraftstoffreservoir 40, einen Kraftstoffkanal 42, eine Luftöffnung 44^ eine Spritzdüse 46 und eine zweite Luftöffnung 50, die zu einer Mischkammer 48 führt» Durch Einspeisen von Luft durch die zweite Luftöffnung 50 wird die Konzentration de,s Kraflstoffs in einem Luft-Kraftstoff-Gemisch auf ein gewünschtes Maß vermindert» Wie aus Fig«

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ferner ersichtlich ist, ist ein Solenoidventil 52 in der zweiten Luftöffnung 50 vorgesehen, dem die erwähnten Signale S-, und S₂ zur Steuerung des Ausmaßes dor öffnung des Ventils 52 zugeführt werden, wodurch die Durchtrittsfläche der zweiten Luftöffnung reguliert wird, so daß eine gewünschte Kr aft stoff !konzentration im Gemisch, das den Zylindern des Motors zugeführt werden soll, erhalten wird.

Wie im Vorstehenden ausführlich erläutert wurde, lcann die Steuerung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Gemisches, das den Zylindern des Motors eingespeist werden soll, unter Verwendung von Vergasern durchgeführt werden, die herkömmlich konstruiert sind und jeweils an eine Hälfte der Zylinder des Motors angeschlossen sind, damit ein Gemisch mit gewünschtem Luft-Kraftstoff-Verhältnis geliefert wird.

Diese Steuerung der Gemischkonzentration kann auch dadurch erreicht werden, daß der Kraftstoffkanal 42 gedrosselt wird. Zu diesem Zweck ist ein Bypass 54 vorgesehen, der eine Drossel 32 im Kraftstoffkanal 42 umgeht, und ferner ist ein Solenoidventil 52' in diesem Bypass 54 vorgesehen, das in Abhängigkeit von Arbeitssignalen S₁ und S„ betätigt wird.

Wenn der Motor mit einem herkömmlichen, elektronischen Kraftstoffeinspritzsystem ausgerüstet ist, können die zugehörigen Steuerkreise leicht so ausgebildet werden, daß die Ziele der Erfindung vollständig erreicht wei-den.

Wie zuvor ausführlich beschrieben wurde, liefert die Erfindung ein verbessertes Steuersystem für das Luft-

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Kraftstoff-Verhältnis, das bei Verbrennungsmotoren anwendbar ist und beispielsweise folgende Vorteile ergeben kann:

1. Die Bildung von NO kann wesentlich vermindert werden;

2. Die Verminderung der Leistungsabgabe des Motors kann kleinstmöglich gehalten werden;

3. Der CO-Gehalt und der HC-Gehalt von einem Zylinder des Motors, der mit einem fetten Gemisch geladen worden war, kann leicht zu ungiftigen Verbindungen oxidiert werden, indem Sauerstoff hoher Temperatur verwendet wird, der in großem Maße in den Abgasen von einem Zylinder enthalten ist, der mit einem mageren Gemisch geladen worden war; und

4. Die gesteuerte, aufeinander abgestimmte Verwenduncj eines mageren Gemische und eines fetten Gemischs führt zu vorteilhafter Kraftstoffersparnis.

Obwohl lediglich die vorstehenden, typischen Ausführungsformen der Erfindung ausführlich beschrieben worden sind, versteht es sich, daß die beschriebenen und dargestellten, vorzugsweisen Ausführungsformen in keiner Weise die Erfindung beschränken sollen; vielmehr können zahlreiche Änderungen und Abwandlungen hinsichtlich der Konstruktion und Anordnung bei der Realisierung der Erfindung durch den Fachmann auf dem Gebiet der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden, wobei dann die vorteilhaften Merkmale der Erfindung ausgenutzt werden, ohne daß der Grundgedanke und der Rahmen der Erfindung, wie sie sich aus den Patentansprüchen ergeben, verlassen wird.

Pat ent an sprüch e:

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Claims

Patentansprüche

Verfahren zur Verminderung der Mengen giftiger Verbindungen in an die Atmosphäre abgegebenen Abgasen eines Verbrennunaßmotors mit gerader Anzahl von Brennräumen, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennräume in zwei Gruppen zusammengefaßt werden, daß die erste Gruppe der Brennräume mit einem mageren Luft-Kraftstoff-Gemisch gespeist wird, daß die zweite Gruppe der Brennräume mit einem fetten Luft-Kraftstoff-Gemisch gespeist wird, daß abwechselnd · ein Brennraum aus jeder der beiden Gruppen gezündet wird und daß die Verbrennungsgase in einen thermischen Reaktor eingeleitet v/erden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Sekundärluft in den thermischen Reaktor eingespeist wird.
3. System zur Verminderung der Mengen von Verunreinigungen, die von einem Verbrennungsmotor in die Atmosphäre abgegeben werden, gekennzeichnet durch eine erste Gruppe von Brennräumen, denen ein Luft-Kraftstoff-Gemisch zugeführt wird, dessen Verhältnis so eingestellt werden kann, daß es verhältnismäßig hoch ist, eine zweite Gruppe von Brennräumen, denen ein Luft-Kraftstoff-Gemisch zugeführt wird, dessen Verhältnis so eingestellt v/erden kann, daß es verhältnismäßig niedrig ist, wobei die Zündfolge der Brennräume abwechselnd einen Brennraum in der ersten Gruppe und der zweiten Gruppe bestimmt, und einen thermi schen Reaktor (B), dem die Verbrennungsgase zugeführt werden.

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4,- System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Gemische für die erste Gruppe von Brennräunten in einem Vergaser (20) verhältnismäßig hoch eingestellt ist und daß das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Gemischs. für die zweite Gruppe von Brennräumen dadurch verhältnismäßig niedrig eingestellt ist, daß Kraftstoff in das Luft-Kraftstoff-Gemisch der ersten Gruppe von Brennräumen eingespeist wird.
5. System nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen Funktionsgenerator (10), der elektrisch mit einem Thermofühler (70) verbunden ist, der die Temperatur des thermischen Reaktors (B) erfühlt, einen Impulsgenerator (14), der elektrisch mit dem Funktionsgenerator verbunden ist, und Kraftstoffeinspritzer (24) für die zweite Gruppe von Brennräumen, wobei die Kraftstoffeinspritzer elektrisch durch die Signale vom Impulsgenerator betrieben werden können.
6. System nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch solenoidbetätigte Kraftstoffeinspritzer (24) für jeden Brennraum der ersten Gruppe, die von einer Einspritzsteuervorrichtung (60) angesteuert werden, einen Funktionsgenerator (12), der elektrisch mit einem Thermofühler (70) verbunden ist, der die Temperatur des thermischen Reäkt.ors (B) erfühlt, einen Impulsgenerator (68), der elektrisch mit dem Funktionsgenerator und der Einspritzsteuervorrichtung verbunden ist, und solenoidbetätigte Kraftstoffeinspritzer (24) für jeden Brennraum der zweiten Gruppe, die vom Impulsgenerator angesteuert werden.

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7. System nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch getrennte, einzelne Vergaser (20, 20') für jede Gruppe", einen" Funktionsgenerator (12), der elektrisch mit einem Thermofühler (70) verbunden ist, der die Temperatur des thermischen Reaktors erfühlt, und einen mit dem Funktionsgenerator verbundenen Verstärker (25), wobei 'dor Vergaser

(20) der ersten Gruppe mit einer Sekundärluftöffnung (50) versehen ist, die von einem Solenoidventil (52) gesteuert wird, das auf ein Signal vom Verstärker anspricht, damit ein Gemisch mit hohem Luft-Kraftstoff-Verhältnis geliefert wird,
8. System nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch getrennte, einzelne Vergaser (18, 20) für jede Gruppe, einen ersten Funktionsgenerator (12), der elektrisch mit Fühlern (70, 72,- 74) verbunden ist, die die Temperatur des thermischen Reaktors, die Motordrehzahl und den Ansaugleitungsunterdurck erfühlen, und ein die Motorbelastung wiedergebendes Signal erzeugt, einen ersten Verstärker (14), dem das Belastungssignal zugeführt wird, eine Sekundärluftöffnung (50) im Vergaser (20) für die erste Gruppe, ein Solenoidventil (52), das die Sekundärluftöffnung steuert und auf ein im ersten Verstärker erzeugtes Signal anspricht, einen zweiten Funktionsgenerator (10), der elektrisch mit Fühlern (70, 72, 74) verbunden ist, die die Temperatur des thermischen Reaktors, die Motordrehzahl und den Ansaugleitungsunterdruck erfühlen, und der ebenfalls ein die Motorbelastung wiedergebendes Signal erzeugt, einen zweiten Verstärker (16), dem dieses Belastungssingal zugeführt wird, eine Sekundärluftöffnung (50) im Vergaser (18) für die zweite Gruppe, ein weiteres Solenoidventil (52), das diese Sekundärluftöffnung steuert und ein auf ein im zweiten Verstärker erzeugtes Signal

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anspricht, einen Vergleichsverstärker (22), der par el J. el zum ersten Verstärker mit dem ersten Funktionsgenerator verbunden ist, eine Luftpumpe (28), die mit einer zum thermischen Reaktor führenden Leitung (26) für die Einspeisung von Sekundärluft in den thermischen Reaktor verbunden ist, und ein Solenoidventil (23)' in dieser Leitung, das die Sekundärlviftströmung steuert und auf ein Signal vom Vergleichsverstärker anspricht«

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