DE2547546A1 - Vorrichtung zum regeln der zusammensetzung der ansaugluft und der auspuffgase eines verbrennungsmotors - Google Patents

Vorrichtung zum regeln der zusammensetzung der ansaugluft und der auspuffgase eines verbrennungsmotors

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Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. W. Scherrmann Dr.-Ing. R. Rüger
7300 Esslingen (Neckar). Webergasse 3, Postfach 348
22. Oktober I975 Telefon
1 j / j St u ttgart (0711) 35 65 39
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AUTOMOBILES PEUGEOT, 75 Avenue de la Grande Armee, 75016 Paris, Frankreich
Vorrichtung zum Regeln der Zusammensetzung der Ansaugluft und der Auspuffgase eines Verbrennungsmotors
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Regeln der Zusammensetzung der Ansaugluft und der Auspuffgase eines Verbrennungsmotors mit einem Vergaser und einer zu dem Vergaser parallel liegenden und mit einem Ventil für die Steuerung der Durchflußmenge versehenen Zuführleitung für Nebenluft., mit einer Rückführ leitung für die Auspuffgase, sowie mit einer Recheneinheit/ die mit einer die Zusammensetzung der Auspuffgase messenden Sonde verbunden ist und die ein die Durchflußmenge durch die Rückführleitung bestimmendes Elektroventil steuert.
Eine solche Vorrichtung dient zum Verringern der durch Verr brennungsmotoren verursachten Umweltverschmutzung. Dazu wird mit ihr der Kraftstoffanteil des in dem Vergaser auf-
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bereiteten Gemisches in Abhängigkeit von der Zusammensetzung und dem Druck der Auspuffgase sowie der von dem Verbrennungsmotor angesaugten Luftmenge geregelt.
Der größte Teil der zur Zeit betriebenen Verbrennungsmotoren sind mit einem Vergaser ausgerüstet, dessen Zweck es ist/ dem Motor bei jedem Betriebszustand genau die richtige Menge Luft und Kraftstoff zuzuführen. Da die Motoren von Kraftfahrzeugen aber stark schwankenden Betriebsbedingungen unterworfen sind, pulsiert die durch den Vergaser strömende Luft stark, wodurch die genaue Kraftstoffzudosierung in Abhängigkeit von der Frequenz dieser Schwankungen erheblich gestört wird . Der Vergaser ist nicht in der Lage, unter allen Betriebsbedingungen das zur Verringerung der Umweltverschmutzung erforderliche magere Gemisch zu gewährleisten.
Da die Probleme der Umweltverschmutzung und des Kraftstoffverbrauchs zur Zeit immer dringlicher werden, besteht das Bedürfnis, die Abgase eines Verbrennungsmotors teilweise wieder rückzuführen, um seinen Verbrauch und den Ausstoß von Stickoxyden zu verringern, wodurch gleichzeitig die Verbrennung magerer Kraftstoff-Luftgemische ermöglicht wird.
Es ist bekannt, das von einem Verbrennungsmotor angesaugte Gemisch dadurch zu verdünnen, daß ihm unter Umgehung des Vergasers Nebenluft zugeführt wird. Außerdem ist es bekannt, die Zusammensetzung der Abgase eines Verbrennungsmotors mit einer Meßsonde zu ermitteln und in Abhängigkeit von dem Meßergebnis die Zusammensetzung des angesaugten Gemisches so zu steuern, daß es in der Nähe des stöchioraetrischen Verhältnisses liegt.
Die bekannten Regelungen sind aber nicht in der Lage, den , 609821/0261
Kraftstoffanteil des Gemisches auch unter schwierigen Betriebsbedingungen, insbesondere bei stark schwankendem Ansaugvolumen, immer exakt zu dosieren.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Zusammensetzung des von einem Verbrennungsmotor angesaugten Gemisches auch bei erschwertem und pulsierendem Betrieb so exakt zu regeln, daß unverbrannte Abgasbestandteile weitgehend vermieden werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Regelvorrichtung der eingangs genannten Art gelöst, die mit einem stromaufwärts von dem Elektroventil liegenden druckbetätigten Stellglied versehen ist, das die Öffnung des Ventils für die Nebenluft steuert.
Durch einen besonders einfachen Aufbau zeichnet sich eine Regelvorrichtung aus, bei der in Weiterbildung der Erfindung die Rückführleitung für die Auspuffgase mit einem stromaufwärts von dem Elektroventil liegenden Homogenisier- und /».bkühlbehälter für die rückströmenden Auspuffgase versehen ist.
Vorteilhaft ist eine Ausbildung der erfindungsgemäßen Regelvorrichtung, bei der das druckbetätigte Stellglied mit dem Homogenisier- und Abkühlbehälter verbunden ist. Zweckmüßigerweise weist das druckbetätigte Stellglied einen mit dem Homogenisier- und Abkühlbehälter verbundenen Membrantrieb auf, durch dessen Betätigungsstange das Ventil für die Steuerung der Nebenluft gegen die Wirkung einer Rückstellfeder geöffnet werden kann.
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Damit ein einwandfreies Funktionieren des Motors gewährleistet ist, müssen einige Bedingungen erfüllt sein:
a) die Korrektur aufgrund des Meßergebnisses der Sonde
für die Zvuspuffgase muß möglichst klein gehalten werden, um ein "Pumpen" des Motors aufgrund von Veränderungen
des Luft- Kraftstoffverhältnisses und des Anteils an rückgeführten Auspuffgasen zu verhindern, und
b) die Regelungskorrektur muß von den jeweiligen Betriebsbedingungen des Motors unabhängig sein.
Die zusätzlich zugeführte Luftmenge muß damit einerseits proportional der Ansaugluftmenge des Motors sein, ohne durch die Korrektur beeinflußt zu v/erden, und andererseits muß sie durch die Regelung in Abhängigkeit von der Zusammensetzung der Auspuffgase und von deren Rückführdruck korrigiert werden. Diese zusätzlich zugeführte Luftmenge immer gering bleiben.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung dargestellt.
Die einzige Figur zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Regeln der Zusammensetzung der Ansaugluft eines Verbrennungsmotors in einer schematischen Darstellung.
Ein Verbrennungsmotor 1 ist mit einer herkömmlichen Kraftstoff einbringanlage versehen, die ein Saugrohr 2 und einen damit verbundenen, das Kraftstoff- Luft-Geraisch aufbereitenden Vergaser 3 aufweist. Auf dem Vergaser 3
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sitzt ein Ansaugstutzen 4, der mit einem Luftfilter 5 .verbunden ist, welcher einen Filtereinsatz 5a enthält. Durch den Filtereinsatz 5a wird die zu dem Vergaser 3 strömende Luftmenge gereinigt. Der Kraftstoff wird dem Vergaser 3 durch in der Zeichnung nicht dargestellte Einrichtungen zugeführt.
Der Motor 1 ist mit einem Auspuffrohr 6 versehen, durch das die Abgase in die Atmosphäre gelangen. Eine Abgas-Rückführleitung 7 zweigt an einer Anschlußstelle 8 von dem Auspuffrohr 6 ab und ist in der Nähe der Anschlußstelle 8 mit einer ersten Drosselöffnung 9 versehen.
Die Rückführleitung 7 mündet in einem Homogenisier- und Abkühlbehälter 10 für die rückgeführten Abgase und setzt sich nach diesem Behälter 10 in einer Entnahmeleitung fort, die mit einer zweiten Drosselöffnung 12 sowie mit einem Elektroventil 13 versehen ist und stromaufwärts von dem Vergaser 3 in dem Ansaugstutzen 4 mündet. Das Elektroventil 13 dient zum Steuern der Durchflußmenge der durch die Entnahmeleitung 11 strömenden Gase.
Ein das Elektroventil 13 betätigender Elektromagnet 14 wird durch den Ausgangsstrom einer Recheneinheit 15 erregt. Die Recheneinheit 15 erzeugt diesen Ausgangsstrom in Abhängigkeit von Informationen über die Zusammensetzung der Abgase, die von einer in das Auspuffrohr 6 ragenden Sonde 16 geliefert werden.
An dem unteren Teil des Behälters 1O ist ein Stellantrieb 17 angeschlossen, der eine Membran 18 und eine Betätigungsstange 19 aufweist. Das Stellglied 17 kann über die Be-
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tätigungsstange 19 und gegen die Kraft einer Rückstellfeder 20 ein Ventil 21 öffnen, das in eine Leitung 22 eingefügt ist. Die Leitung 22 zweigt an einer Anschlußstelle 5b von dem Luftfilter 5 ab und mündet an einer Anschlußstelle 2a in das Saugrohr 2 des Motors 1. Durch die Leitung 22 kann dem Saugrohr 2 unter Umgehung des Vergasers 3 Nebenluft zugeführt werden.
In dem Fall, daß die in das Auspuffrohr 6 ragende Sonde 16 zum Steuern einer stochiometrischen Zusammensetzung des Ansauggemisches dienen soll, enthält sie zweckmäßigerweise Zirkonoxyd. Eine solche Sonde liefert schlagartig sich verändernde Spannungssignale. Bei anderen Sondentypen, insbesondere bei Sonden zum Messen des Kohlenmonoxyd-Anteils in den Auspuffgasen, ist die abgegebene Signalspannung dem Gehalt an Kohlenmonoxyd proportional. Die von der Sonde 16 auf die Recheneinheit übertragene Signalspannung wird in der Rechnereinheit 15 in einen Steuerstrom umgeformt und mit diesem das den Durchfluß durch die Entnahmeleitung 11 bestimmende Elektroventil 13 gesteuert.
Liefert der Vergaser 3 ein reiches Kraftstoff-Luft-Gemisch, so wird der Druck der Auspuffgase, der ein Maß für das Ansaugvolumen des Motors 1 ist, in den Behälter 10 und damit auf die Membran 18 des Stellgliedes 17 übertragen. Unter der Wirkung dieses Druckes öffnet das Stellglied 17 das Ventil 21 und läßt Zusatz- oder Nebenluft in das Saugrohr 2 strömen. Die Öffnungscharakteristik des Ventils 21 muß dazu in Abhängigkeit von dem Abgasdruck genau festgelegt sein, damit die gewünschte Regelkorrektur in guter Nahrung gewährleistet werden kann.
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Bleibt das Gemisch in der so erreichten Öffnungsstellung geringfügig zu angereichert, so liefert die Sonde 16 kein besonderes Signal und die Regelvorrichtung reagiert nicht. Dieser Zustand muß durch ein weiteres Öffnen des Ventils 21 korrigiert werden. Wenn das Gemisch dagegen geringfügig zu mager wird, so überträgt die Sonde 16 ein Signal auf die Rechnereinheit 15, die ihrerseits einen Erregerstrom auf den Elektromagneten 14 des Elektroventils 13 überträgt und dieses dadurch öffnet. Damit kann sich der Behälter 10 entleeren und es nimmt der auf die Oberseite der Membran 18 einwirkende Druck ab, was zu einer Verringerung der durch die Leitung 22 strömenden Nebenluftmenge führt. Sobald das Gemisch zu fett wird, überträgt die Rechnereinheit 15 auf das Elektroventil 13 ein Schließsignal. Damit gelangt der Regelkreis wieder in seine Ausgangsstellung und es kann ein neuer Regelzyklus beginnen.
Die mit Hilfe der Modulierung des Druckes in dem Behälter 10 durchgeführte Regelung gewährleistet einen sehr geringen Gehalt an unverbrannten Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxyd in den Abgasen und bewirkt durch ein gleichzeitiges und moduliertes Rückführen von Auspuffgasen einen sehr geringen Gehalt an Stickoxyden.
- Patentansprüche -
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Claims (5)

  1. P atentansprüche
    1\ Vorrichtung zum Regeln der Zusammensetzung der Ansaugluft und der Abgase eines Verbrennungsmotors mit einem Vergaser und einer parallel zu dem Vergaser liegenden und mit einem Ventil für die Steuerung der Durchflußmenge versehenen Zuführleitung für Nebenluft, mit einer Rückführleitung für die Auspuffgase, sowie mit einer Recheneinheit, die mit einer die Zusammensetzung der Auspuffgase messenden Sonde verbunden ist und die ein die Durchflußmenge durch die Rückführleitung bestimmendes Elektroventil steuert, dadurch gekennzeichnet , daß sie mit einem stromaufwärts von dem Elektroventil (13) liegenden druckbetätigten Stellglied (17) versehen ist, das die öffnung des Ventiles (21) für die Nebenluft steuert.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
    daß die Rückführleitung (7) für die Auspuffgase mit einem stromaufwärts von dem Elektroventil (13) liegenden Homogenisier- und Abkühlbehälter (10) für die rtickströmenden Auspuffgase versehen ist.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das druckbetätigte Stellglied (17) mit dem Homogenisier- und Abkühlbehälter (10) verbunden ist.
  4. 4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückführleitung (7) für dit Auspuffgase über eine Entnahmeleitung (11) stromaufwärts von dem Vergaser (3) mündet.
  5. 5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das druckbetätigte Stell-
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    glied (17) einen mit dem Behälter (10) verbundenen Membrantrieb (18) aufweist, durch dessen Betätigungsstange (19) das Ventil (21) für die Steuerung der Nebenluft gegen die Wirkung einer Rückstellfeder (20) geöffnet werden kann.
    INSPECTED 6098 21/02 61
    AQ
    Leerseite
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