DE2548949A1

DE2548949A1 - Regeleinrichtung zur entfernung von schadstoffen aus dem abgas eines verbrennungsmotors

Info

Publication number: DE2548949A1
Application number: DE19752548949
Authority: DE
Inventors: Koyo Nakamura; Hiroshi Sanbuichi
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1974-11-01
Filing date: 1975-10-31
Publication date: 1976-05-20
Also published as: CA1044094A; SE7512105L; SE421023B; AU8612175A; GB1493697A; FR2289731A1; US4056932A; IT1056160B; FR2289731B1; AU475327B2; DE2548949C2

Description

München, 31. Oktober 1975

Nissan Motor Company, Limited Yokohama City, Japan

Regeleinrichtung zur Entfernung von Schadstoffen aus dem Abgas eines Verbrennungsmotors

Die Erfindung betrifft eine Regeleinrichtung zur Entfernung von Schadstoffen aus dem Abgas eines Verbrennungsmotors.

Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf eine Einrichtung zur Begünstigung der Entfernung von schädlichen Bestandteilen aus dem Abgas eines Verbrennungsmotors, der mit einem Vergaser und einem katalytischen Konverter in der Auspuffleitung ausgerüstet ist.

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Bei Verbrennungsmotoren besteht ein grundsätzliches Erfordernis darin, schädliche Komponenten bzw. Schadstoffe aus dem Abgas erfolgreich zu beseitigen oder zumindest weitgehend zu beseitigen, wobei das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des brennbaren Gemisches, welches dem Motor zugeführt wird, mit hoher Genauigkeit auf einem vorbestimmten Wert gehalten wird. Dieses Erfordernis ist dann kritisch, wenn die Beseitigung der schädlichen Komponenten durch katalytische Umwandlung in dem Auspuffsystem des Motors ausgeführt wird.

Es wurde bereits ein ausgezeichneter Katalysator vorgeschlagen, der eine Vielzahl von Metallen der Platingruppe enthält und zugleich die Oxydation von Kohlenmonoxyd und unverbrannten Kohlenwasserstoffen und die Reduktion von Stickstoffoxyden katalysiert. Dieser Katalysator zeigt nur dann seine volle Fähigkeit in dem Abgas eines konventionellen Benzinmotors, wenn er mit einer Luft/Kraftstoff-Mischung betrieben wird, die - falls nicht exakt - so doch in der Nähe des stöchiometrischen Mischverhältnisses erzeugt wird. Wenn das Luft/ Brennstoff-Verhältnis der Mischung das stöchiometrische Verhältnis (etwa 14,8 /Gewicht für Luft/Benzin-Gemisch) Überschreitet, tritt ein steiler Abfall beim Umwandlungswirkungsgrad bei der Beseitigung von Stickstoffoxyden auf. Andererseits fällt der Wirkungsgrad der Oxydierung von Kohlenmonoxyd und unverbrannten Kohlenwasserstoffen steil ab, wenn das Luft/Brennstoff-Verhältnis gegenüber dem stöchio-

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metrischen Verhältnis verringert wird. Es ist daher notwendig, das Luft/Brennstoff-Verhältnis der brennbaren Mischung auf dem stöchiometrischen Verhältnis zu halten,und zwar mit einer Genauigkeit, die besser als + 1 % ist. Mit den konventionellen Vergasern ist es jedoch unmöglich, eine derart präzise Regelung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses auszuführen, weil das Luft/Brennstoff-Verhältnis von physikalischen Eigenschaften, wie beispielsweise der Dichte und Viskosität der Luft und des Brennstoffes abhängt, die Variable darstellen, welche vom Umgebungsdruck, der Umgebungstemperatur und der Temperatur des Brenn- bzw. Kraftstoffes abhängen.

In Verbindung mit der Regelung des Luft/Brennstoff- Verhältnisses ist es bekannt, daß das tatsächliche Luft/Brennstoff-Verhältnis bei laufendem Motor durch Messung der Konzentration einer bestimmten Komponente des Abgases durch Verwendung eines elektrischen Sensors geschätzt werden kann. Nützliche Sensoren sind für beinahe jede der größeren Komponenten des Abgases, wie beispielsweise Sauerstoff, Kohlenmonoxyd, Kohlendioxyd, Kohlenwasserstoffe und Stickstoffoxyde bekannt. Beispielsweise ist ein Sauerstoffsensor nach Art eines Konzentrationselements, welches einen ionenleitenden Festkörperelektrolyten aufweist, besonders geeignet zur Erfassung kleiner Abweichungen des Luft/Brennstoff-Verhältnisses vom stöchiometrischen Verhältnis, weil die Beziehung zwischen der Ausgangsspannung

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dieses Sensors, der dem Abgas ausgesetzt ist, und dem Luft/ Brennstoff-Verhältnis des dem Motor zugeführten brennbaren Gemisches eine sehr starke und große Änderung bei dem stöchiometrischen Luft/Brennstoff-Verhältnis zeigt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Regeleinrichtung

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zu schaffen, welche die Entfernung von schädlichen Komponenten aus

dem Abgas begünstigt.

Die erfindungsgemäße Regeleinrichtung wird bei einem Verbrennungsmotor angewandt, der mit einem Vergaser und einemkatalytischen Konverter ausgerüstet ist. Der Vergaser weist eine Luftansaugleitung auf, die in eine Brennstoff-Abflußleitung bzw. einen Brennstoff-Abflußkanal geführt ist. In der Auspuffanlage ist der katalytische Konverter vorgesehen, der einen Katalysator enthält, welcher die Oxydation von Kohlenmonoxyd und Kohlenwasserstoffen sowie die Reduktion von Stickstoffoxyden katalysiert. Die erfindungsgemäße Regeleinrichtung regelt das Luft/ßrennstoff-Verhältnis des dem Motor zugeführten brennbaren bzw. entzündbaren Gemisches auf das stöchiometrische Verhältnis,und zwar mit hoher Präzision und auf der Basis der Konzentration einer speziellen Komponente des Abgases, die in der Auspuffanlage an einer stromauf des katalytischen Konverters liegenden Stelle gemessen wird.

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Die erfindungsgemöße Regeleinrichtung weist einen Kanal zur Zuführung von Zusatzluft auf, der mit einem Brennstoff-Abflußkanal des Vergasers verbunden ist, einen Sensor, welcher in der Auspuffanlage an einer gegenüber dem katalytischen Konverter stromauf liegenden Stelle vorgesehen ist und ein die Konzentration einer speziellen Komponente des Abgases darstellendes Signal erzeugt, wobei dieses Signal bzw. diese Konzentration von dem Luft/Brennstoff-Verhältnis von dem dem Motor zugeführten Luft/Brennstoff-Gemisch abhängt. Ferner ist ein Regelkreis vorgesehen, der kontinuierliche Impulse variabler Impulsbreite und mit einer Frequenz zwischen 5 und loo Hz in Abhängigkeit von dem Signal des Sensors erzeugt. Ein elektromagnetisches Abpserrorgan ist derart angeordnet, daß es Zusatzluft nur dann in den Kanal für Zusatzluft gelangen läßt, wenn die einzelnen Impulse an das Absperrorgan angelegt werden. Die Impulsbreite wird in individueller Weise erhöht, wenn das Luft/Brennstoff-Verhältnis, angezeigt durch das Signal des Sensors, unter einem vorbestimmten Verhältniswert liegt, der gleich oder nahezu gleich dem stöchiometrischen Verhältnis ist; die Impulsbreiten werden entsprechend einzeln verringert, wenn das angezeigte Luft/Brennstoff-Verhältnis über dem vorbestimmten Verhältniswert liegt, so daß die in die Ansaugleitung des Vergasers abfliessende bzw. zugefUhrte Benzinmenge in Abhängigkeit von den Abweichungen des angeaigten Luft/Brennstoff-Verhältnisses vom vorbestimmten Verhältniswert

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variiert wird.

Der Kanal, der die Zuführung von Zusatzluft gestattet, ist vorzugsweise an einen Nebenluftkanal bzw. einen Luftansaugkanal an einem Abschnitt angeschlossen, der stromab der Öffnung des Luftansaugkanals liegt und besitzt vorzugsweise eine solche Querschnittfläche im engsten Abschnitt, daß die Luftzufuhrmenge durch diesen Abschnitt das 1- bis 5-fache der durch den Luftansaugkanal zugeführten Luftmenge beträgt, wenn das Ventil oder Absperrorgan Zusatzluft zuführen läßt.

Ein weiterer Kanal zur Zuführung von Zusatzluft , der in ähnlicher Weise von einem ähnlichen elektromagnetischen Absperrorgan gesteuert wird, ist vorzugsweise zu einem Kanal zur Zuführung bzw. zum Abfluß von Brennstoff mit niedriger Geschwindigkeit des Vergasers vorgesehen.

Im folgenden werden bevorzugte Ausfuhrungsformen der Erfindung zur Erläuterung weiterer Merkmale anhand von Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Darstellung des grundsätzlichen Aufbaues der erfindungsgemäßen Einrichtung,

Fig. 2 einen Teil der Einrichtung nach Fig. 1 in Verbindung mit einem Vergaser,

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Fig. 3 eine graphische Darstellung zur Veranschaulichung des
Verhältnisses zwischen dem Luft/Brennstoff-Verhältnis
eines Luft/Benzin-Gemisches, welches einem Verbrennungsmotor zugeführt wird, und der Ausgangsspannung eines Sauerstoffsensors, der dem Abgas des Motors ausgesetzt ist,

Fig. 4 ein Blockschaltbild eines Regelkreises der Einrichtung nach Fig. 1,

Fig. 5 eine Teil-Schnittansicht des Vergasers nach Fig. 2 zur Darstellung der Anordnung des Zusatzluft zuführenden Kanals in der erfindungsgemäßen Einrichtung,

Fig. 6 eine schematische Darstellung einer abgewandelten Ausfüh-

fungsform des in Fig. 5 gezeigten Kanals, der die Zuführung von Zusatzluft gestattet,

Fig. 7 eine im wesentlichen Fig. 2 ähnelnde Darstellung, wobei jedoch ein zweistufiger Fallstrom-Vergaser mit zwei Lufttrichtern vorgesehen ist,

Fig. 8 eine im wesentlichen Fig. 5 entsprechende Schnittansicht mit einer geringen Abänderung des Kanals für Zusatzluft und einem DUsenhütchen in dem Vergaser,

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Fig. 9 vergrößerte Schnittansichten der Düsenhütchen mit gegenüber Fig. 8 abgewandelten Anordnungen der Zusatzluft-Einführungen,

Fig. 10 eine Schnittansicht eines konventionellen elektromagnetischen Absperrorgans zur Verwendung in der Einrichtung nach Fig. 1,

Fig. 11 eine ähnliche Ansicht eines verbesserten elektromagnetischen Ventils zur gleichen Verwendung, und

Fig. 12 eine Perspektivansicht des Ventilglieds des in Fig. 11 gezeigten elektromagnetischen Ventils zur Veranschaulichung einer Abwandlung des Halteelements für das Ventilglied.

Nach Fig. 1 ist ein Verbrennungsmotor 10 mit einem Luftfilter 12 und einem Vergaser 14 in Kombination mit dessen Ansaugstutzen 16 ausgerüstet; als Auspuffanlage ist ein Auspuffkrümmer 18, ein Auspuffrohr 20 und ein katalytischer Konverter 22 vorgesehen, wobei der Konverter 22 derart angeordnet ist, daß er den mittleren Abschnitt des Auspuffrohrs 2o einnimmt. Der katalytische Konverter enthält einen konventionellen Katalysator, welcher die Oxydation von Kohlenstoffmonoxyd und Kohlenwasserstoffen sowie die Reduktion von Stickstoffoxyden katalysiert. Wenn dieser Katalysator einem Abgas ausgesetzt ist, welches Sauerstoff, Kohlenmonoxyd, unverbrannte Kohlenwasserstoffe und Stickstoffoxyde enthält, so hängen die Wirkungsgrade

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der katalytischen Wirkungen des Katalysators gegenüber diesen Oxydations- und Reduktionsreaktionen in großem Umfang von der Zusammensetzung des Abgases ab und somit von dem Luft/Benzinbzw. Kraftstoff-Verhältnis der Luft/Benzin-Mischung ab, die dem Motor 10 zugeführt wird.

Es ist ferner eine Hilfszuleitung 24 vorgesehen, welche eine Luftzufuhr zum Vergaser 14 in eine nicht dargestellte Benzin- bzw. Brennstoff-Abflußleitung derart gestattet, wie es nachstehend erläutert wird; außerdem ist ein elektromagnetisches Ventil oder Absperrglied 26 mit Ein-Aus-Funktion angeordnet, um die Luftzufuhr in diesem Luft-Zufuhrkanal bzw. in diese Luftzufuhrleitung 24 zu steuern. Ein Abgassensor 28 ist in der Auspuffanlage in einem Abschnitt vorgesehen, der stromauf deskatalytischen Konverters 22, beispielsweise in dem Auspuffkrümmer 18 liegt. Eine Regelschaltung 30 empfängt ein elektrisches Signal von dem Sensor 28 und liefert einen Ausgang zum Betreiben des elektromagnetischen Ventiles in Übereinstimmung mit der Amplitude des Signals des Sensors 28.

Der Abgassensor 28 ist vorzugsweise ein Sauerstoff-Sensor von der Art eines bekannten Konzentrationselements, welches einen ionenleitenden Festkörperelektrolyten aufweist, der durch eine stabilisierte Zirkonerde (ZrO„-CaO) dargestellt werden kann. Die graphische Darstel-

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lung nach Fig.3 veranschaulicht eine typische Beziehung zwischen dem Luft/Brennstoff-Verhältnis (l/Gewicht)des Luft/Benzin-Gemisches, welches dem Motor 10 zugeführt wird und der Ausgangsspannung des Sensors 28 der erläuterten Art, wenn der Sensor 28 dem Abgas des Motors 10 ausgesetzt ist. Der Sauerstoff-Sensor 28 kann durch jeden anderen bekannten Sensor anderer Art ersetzt werden, wenn ein derartiger Sensor auf eine einzelne Substanz anspricht, die in dem Abgas abhängig von dem Luft/Brennstoff-Verhältnis des Luft/Brennstoff-Gemisches in variabler Konzentration enthalten ist, wobei dieses Luft/Brennstoff-Gemisch dem Motor zugeführt wird; beispielsweise handelt es sich um einen Kohlenmonoxyd-Sensor, einen Kohlendioxyd-Sensor, einen Kohlenwasserstoff-Sensor oder einen Stickstof foxyd-Sensor.

Bekanntlich kann das Luft/Brennstoff-Verhältnis des brennbaren Gemisches, welches in dem Vergaser 14 erzeugt wird, durch Steuerung der Abgabemenge des Benzins von der Hauptdüse variiert werden; entsprechend kann dieses Verhältnis durch Steuerung der Zufuhrmenge bzw. des Zufuhrbetrags an Luft zu dem Brennstoff in der Brennstoff-Hauptabflußleitung gesteuert werden. Die Luft-Hilfszuleitung 24 in der Anlage nach Fig. 1 ist vorgesehen, um die Steuerung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses auf solche Weise zu bewerkstelligen.

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Wie in Fig. 2 dargestellt ist, weist der Vergaser 14 eine Schwimmerkammer 32 und eine Benzin-Hauptabflußleitung 34 auf, wobei sich letztere zwischen einer Brennstoff-Hauptdüse bzw. einem Ablauf 36 und einem Haupt-Ansatzrohr bzw. einer Haupt-Ausgleichsdüse 38 befindet. Ein Mittelabschnitt der Brennstoff-Hauptleitung 34 bildet in üblicher Weise eine Hauptbohrung oder einen Hauptschacht 40; zu der Hauptbohrung 40 ist ein Hauptluft-Nebenkanal oder Hauptluft-Ansaugkanal 42 in Form eines perforierten Rohrs 40 vorgesehen, welches eine Hauptluft-Nebenöffnung oder -Ansaugöffnung 46 an ihrem frei liegenden Ende aufweist.

Die Leitung oder der Kanal 24, der den Zugang von Hilfsluft gestattet, ist derart angeordnet, daß diese Hilfsluft oder Zusatzluft in der Hauptbohrung 40 dem Brennstoff zusätzlich zu der üblichen Luftzufuhr und durch die Hauptluft-Nebenzuleitung bzw. -Ansaugkanal 42 hinzugegeben wird. Die den Zutritt von Zusatzluft ermöglichende Leitung 24 kann auch an einem stromauf der Hauptbohrung 40 liegenden Abschnitt mit der Brennstoff-Hauptabflußleitung 34 verbunden sein. Es wurde vorgeschlagen, die Brennstoff-Abgabemenge der Ausgleichsdüse 38 durch intermittierende Unterbrechung des Lufteintritts durch die Luftansaugöffnung 46 zu steuern, Wenn jedoch die Luftzutrittsmenge zum Brennstoff auf diese Weise gesteuert wird, werden sich ungünstige Probleme ergeben, beispielsweise irreguläre Verschiebungen oder Änderungen der grundlegenden

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Einstellung bzw. Justierung des Vergasers 14 und/oder eine bedeutsame Schwankung in der Brennstoffausflußmenge. Der den Zugang von Zusatzluft gestattende Kanal 24 ist dazu vorgesehen, solche Probleme auszuschließen und die Brennstoff-Abflußmenge gleichmäßig und exakt zu steuern.

Der Kanal 24 zur Zuführung von Zusatzluft ist vorzugsweise derart angeordnet, daß er an einem Abschnitt in die Hauptbohrung 40 eingeführt ist, welcher über dem darin befindlichen Brennstoffniveau liegt. Wenn dieser Kanal 24 an einem Abschnitt mit der Brennstoff-Abflußleitung 34 verbunden ist, welcher stromauf der Hauptbohrung 40 liegt, ist es ziemlich schwierig, das Luft/Brennstoffverhältnis präzise zu steuern _t weil das Einblasen von Luft (Gas) in den Brennstoff (Flüssigkeit ) Turbulenzen und sogar ein Pulsieren des Brennstoff-Flusses deswegen verursacht, weil das elektromagnetische Absperrglied 26 eine Ein-Aus-Funktion beinhaltet. Die Anordnung des Kanals 24, welcher die Zuführung von Zusatzluft gestattet, wird nachstehend noch genauer erläutert.

Das elektromagnetische Absperrorgan 26 unterbricht die Zufuhr von Luft aus der Atmosphäre in den Kanal 24 zur Zufuhr von Zusatzluft durch seine Meßöffnung 48 vollständig, wenn das Organ 26 sich in dem geöffneten oder geschlossenen Zustand befindet. In diesem Zustand hängt die Luftzufuhrmenge zu dem Brennstoff in dem Brennstoff-

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Hauptkanal 34 allein von der Luftgeschwindigkeit an der Hauptluftöffnung 46 ab. Wenn das Absperrorgan 26 geöffnet ist, wird die Brennstoffabflußmenge geringer, weil die Luftzufuhrmenge oder Luftzufuhrgeschwindigkeit zum Brennstoff in der Brennstoffleitung durch die Öffnung des Kanals 24 für Zusatzluft vergrössert wird.

Die Brennstoff-Abgabemenge bzw. Brennstoff-Abgabegeschwindigkeit durch einen Brennstoffkanal 50 für niedrige Geschwindigkeit des Vergasers 14 wird vorzugsweise ebenfalls durch die Anordnung eines weiteren Kanals 52 gesteuert, der den Zugang von Zusatzluft gestattet, wobei es sich bei dem Kanal 52 um einen anderen Kanal als bei einem üblichen Luftansaugkanal 54 handelt. Der Kanal 52, der den Zugang von Zusatzluft gestattet, ist im allgemeinen in der oben erläuterten Weise angeordnet und wird nachstehend im Hinblick auf den Kanal 24 zur Zuführung von Zuluft zu dem Brennstoff-Hauptablußkanal 34 erläutert. Die Luftzuführung von Luft in den Kanal 52 für Zusatzluft für den Kreis mit niedriger Geschwindigkeit wird durch ein anderes elektromagnetisches Absperrorgan 26' gesteuert, welches separat zu dem Organ 26, jedoch in identischer Weise mit dem Organ 26 für den Brennstoff-Hauptkreis angeordnet ist. Der Zusatzluftkanal 52 für den Kreis mit niedriger Geschwindigkeit ist derart angeordnet, daß er mit dem Zuleitungskanal 24 für Zusatzluft für den Hauptkreis an einem Abschnitt in Verbindung steht, der stromauf der betreffenden Meßöffnungen 48 und 56 liegt, so daß der Zugang von

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Luft in die beiden Kanäle 24 und 52 gleichzeitig durch ein einziges elektromagnetisches Absperrorgan 26 gesteuert werden kann.

Die Regelschaltung nach Fig. 4 zur Betätigung des elektromagnetischen Absperrorgans 26 enthält einen Verstärker 58 zur Verstärkung des Ausgangs des Sauerstoff-Sensors 28, einen Komparator 60 zum Vergleich des verstärkten Ausgangssignals mit einer Bezugsspannung, einen Oszillator 62, der eine dreieckförmige Welle vorbestimmter Frequenz erzeugt, einen PI-Steuerverstärker 64 zur Modulation des Ausgangs des Komparators 60 und einen Impulsgenerator 66, der Rechteckimpulse mit gleicher Frequenz wie die dreieckförmige Welle erzeugt. Die Breite der einzelnen Impulse werden abhängig von der Amplitude und der Wellenform des Ausgangs des PI- Reglers 64 variiert. Die Impulse werden Über einen Verstärker 68 an das elektromagnet tische Absperrorgan 26 angelegt. Im Betrieb ändert sich die Ausgangsspannung des Sauerstoff-Sensors 28, der im Auspuffkrümmer 18 vorgesehen ist, in der in Fig. 3 gezeigten Weise, wenn sich Änderungen im Luft/Brennstoff-Verhältnis des Luft/Benzin-Gemisches ergeben, welches vom Vergaser 14 zum Motor 10 geliefert wird. Es ergibt sich ein großer Unterschied zwischen dem Niveau des Ausgangsspannung des Sauerstoff-Sensors 28 bei Luft/ßrennstoff-Verh81tnissen unterhalb des stöchiometrischen Verhältnisses, d.h. etwa 14,8 und einem anderen Viert bei Luft/Brennstoff-Verhältnissen oberhalb des

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stöchiometrischen Verhältnisses. Demzufolge läßt sich leicht und genau beurteilen, ob sich ein tatsächliches Luft/Brennstoff-Verhältnis, welches im Vergaser 14 vorliegt, unterhalb oder oberhalb des ' stöchiometrischen Verhältnisses liegt, indem die Ausgangsspannung des Sauerstoff-Sensors 28 mit einer Bezugsspannung, beispielsweise 400 mV im Komparator 60 verglichen wird. Wenn die Ausgangsspannung des Sauerstoff-Sensors 28 oberhalb 400 mV liegt, was anzeigt, daß das tatsächliche Luft/Brennstoff-Verhältnis unterhalb 14,8 liegt, erhöht sich das Ausgangssignal des PI-Steuerverstärkers 64 bezüglich seiner Amplitude weiterhin, wie dies schematisch in Fig. 4 bei (B) im Vergleich mit einer schematischen Darstellung der Wellenform des Ausgangs des Sauerstoff-Sensors 28 bei (A) dargestellt ist. Obgleich der Oszillator 62 eine kontinuierliche und konstante Dreieckswelle erzeugt, die üblicherweise eine feste Frequenz besitzt, wie dies bei (C) dargestellt ist, werden die Breiten der einzelnen Impulse des Impulsgenerators 66 in variabler Weise vergrößert, wie dies bei (υ) dargestellt ist, wenn der Ausgang des PI-Steuerverstärkers 64 seine Amplitude weiterhin vergrößert. Das elektromagnetische Abpserrorgan 26 wird geöffnet, so daß die Öffnung 48 des Kanals 24 für Zusatzluft gegenüber der Atmosphäre frei liegt, wenn jeder dieser Impulse an das Organ 26 über den Verstärker 68 angelegt wird. Die Zunahme der Impulsbreiten der einzelnen Impulse bei einer festen Frequenz resultiert in Verkürzungen

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der Intervalle zwischen den Impulsen, d.h. in Verkürzungen der Zeitintervalle, während welcher das elektromagnetische Absperrorgan 16 geschlossen gehalten wird.

Die Zufuhr von Luft zum Brennstoff in der Brennstoff-Abflußleitung 34 wird durch Zufuhr von Zusatzluft durch den Kanal 24 erhöht, welcher den Zugang von Zusatzluft gestattet, so daß die Benzin-Abflußgeschwindigkeit bzw. -Abflußmenge von der Hauptdüse so lange reduziert wird, bis das Ausgangssignal des Sauerstoff-Sensors 28 sich auf einen unterhalb 400 mV liegenden Pegel verschiebt bzw. ändert, wodurch angezeigt wird, daß das tatsächliche Luft/Brennstoff-Verhältnis den Wert 14,8 überschreitet. Die Amplitude des Ausgangsssignal des Pl-Steuerveisiärkers 64 erniedrigt sich daraufhin um einen Wert, der der Änderung der Ausgangsspannung des Sauerstoff-Sensors 28 entspricht und nimmt weiterhin ab, während die Ausgangsspannung des Sauerstoff-Sensors 28 unterhalb 400 mV liegt. Währenddessen bewirkt der Impulsgenerator 66 eine ständige Verringerung der Dauer oder Breite jedes Impulses. Demzufolge wird die Luftzufuhrgeschwindigkeit oder Luftzufuhrmenge durch den Kanal 24 für Zusatzluft allmählich gesenkt und die Brennstoff-Abflußgeschwindigkeit oder -Abflußmenge vom Hauptansatzrohr 38 oder Hauptdüse 38 wird allmählich erhöht, bis das Luft/Brennstoff-Verhältnis unterhalb 14,8 zu liegen kommt.

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Ein System gemäß der Erfindung regelt die Brennstoff-Ablaufgeschwindigkeit in die Ansaugleitung 16 des Vergasers 14 intermittierend,

indem das Verhältnis einer Gesamtdauer der Zusatzluftzufuhr in den Brennstoff durch den Kanal 24 für Zusatzluft in einer Zeiteinheit geändert wird. Die Brennstoff-Ausflußmenge in die Ansaugleitung 16 weicht beinahe in jedem Augenblick von einer Menge ab, d.h. nach oben oder nach unten, die zur Lieferung eines vorbestimmten Luft/Brennstoff-Verhältnisses entsprechend ist, welches gleich oder nahezu gleich dem stöchiometrischen Verhältnis ist. Der Überschuß und das Fehlen von ausfliessendem Brennstoff gegenüber der Menge an zufliessender Luft in die Ansaugleitung 16 kann jedoch auf eine Brennstoff-Ausflußmenge gemittelt werden, die praktisch gerade zur Lieferung des vorbestimmten Luft/Brennstoff-Verhältnisses angemessen ist, bevor das Luft/Brennstoff-Gemisch zum Motor 10 geführt wird, indem die Fläche der Meßöffnung 48 des Kanals 24 zur Zufuhr von Zusatzluft und die Breiten der einzelnen Impulse sowie die Intervalle zwischen den einzelnen Impulsen geeignet bestimmt werden, wobei diese Impulse an das Absperrorgan 26 geliefert werden.

Die Impulsfrequenz der von der Regelschaltung 30 zum elektromagnetischen Absperrorgan 26 gelieferten Impulse würde im Prinzip so groß wie möglich sein, um eine exakte Regelung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses auszuführen. Wenn die Frequenz zu niedrig ist, wird ein bedeutsames Pulsieren des Brennstofflusses auftreten, das innerhalb

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der Ansaugleitung 16 nicht abklingen wird, so daß in der Betriebsweise des Motors 10 ein Pendeln oder Schwanken auftreten wird. Vom praktischen Gesichtspunkt kann jedoch die Frequenz wegen der Beschränkung durch die Ansprechempfindlichkeit und / oder Lebensdauer des elektromagnetischen Absperrorgans 26, die hauptsächlich einer praktischen Grenze aufgrund der Masse des Ankers zuzuschreiben sind, nicht erhöht werden, wie man sich dies wünscht. Bei einem System nach der Erfindung liegt die Impulsfrequenz für den Betrieb des elektromagnetischen Absperrorgans 26 im Bereich zwischen 5 und 100 Hz und wird vorzugsweise konstant gehalten.

Das Verhältnis zwischen der Luftzufuhrmenge durch den Kanal bzw. die Leitung 24 für Zusatzluft und der Luftzufuhrmenge durch den Hauptluft-Ansaugkanal 42 ist ein bedeutsamer Faktor bei der Steuerung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses entsprechend der Erfindung und hat einen bedeutsamen Einfluß auf den Bereich der realisierbaren Luft/ßrennstoff-Verhältnisse.

Bei einem System nach der Erfindung wird das Luft/Brennstoff-Verhältnis durch die Ein-Aus-Funktionen des elektromagnetischen Absperrorgans 26 gesteuert. Der Vergaser 14 wird vorbereitend derart eingestellt, daß er ein Luft/Brennstoff-Verhältnis erzeugt, welches etwas höher als das stöchiometrische Verhältnis ist, wenn das Organ 26 offen steht, sowie ein anderes Luft/Brennstoff-Verhältnis, welches dann

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etwas kleiner als das stöchiometrische Verhältnis ist, wenn das Organ 26 geschlossen ist, obgleich das System das Luft/Brennstoff-Verhältnis auf oder nahe dem stöchiometrisehen Verhältnis beibehalten soll. Die augenblicklichen Abweichungen der Luft/ Brennstoff-Verhältnisse streben einen Durchschnittswert an, d.h. ein vorbestimmtes Verhältnis, das gleich oder nahezu gleich dem stöchiometrischen Verhältnis ist, während das Luft/Brennstoff-Gemisch durch die Ansaugleitung 16 zu den Eingangsöffnungen des Motors 10 fließt, weil die Frequenz der Absperrorgan-Funktionen in der oben erläuterten Weise in angemessener V/eise bestimmt ist.

Im praktischen Betrieb des Motors 10 besteht die Möglichkeit von relativ großen Abweichungen des Luft/Brennstoff-Verhältnis von dem eingangs, eingestellten Wert wegen der Änderungen der Umgebungstemperatur, des atmosphärischen Drucks, der Motortemperatur und/oder der Änderung der Funktion des Vergasers 14- selbst während eines längeren Einsatzes. Es ist daher notwendig, die beiden Luft/Brennstoff-Verhältnisse bei geöffneten und geschlossenen Absperrorganbedingungen auf solche Weise zu bestimmen, daß die Differenz zwischen diesen Verhältnissen groß genug ist, um selbst maximale Abweichungen des Luft/Brennstoff-Verhältnisses in kurzer Zeit zu korrigieren. Numerisch erläutert bedeutet dies, daß das höchste Luft/ Brennstoff-Verhältnis, das durch Öffnen des elektromagnetischen Absperrorgans 26 erzeugt wird, vorzugsweise auf etwa 17 gegenüber

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dem stöchiometrischen Verhältnis von etwa 14,8 eingestellt ist, während das niedrigste Luft/Brennstoff-Verhältnis bei geschlossenem Absperrorgan 26 bei etwa 12 liegt. Die Luftzufuhrmenge durch die Hauptluft-Ansaugöffnung 46 ist demnach gerade groß genug, um die Hauptluftzufuhrmenge durch das Venturi-Rohr 70 der Angaugleitung 16 zu korrigieren, um das Luft/Brennstoff-Verhältnis bei etwa 12 aufrechtzuerhalten, wenn die Leitung 24 für Zusatzluft geschlossen ist. Der Absolutwert der Luftzufuhrmenge durch die Ilauptluft-Ansaugöffnung 46 ist demzufolge sehr klein. Wenn daher der Anteil der Luftzufuhrmenge durch den Kanal 24 für Zusatzluft kleiner als die Luftzufuhrmenge durch die Hauptluft-Ansaugäffnung 46 ist, dann ist die Steuerkapazität des Systems nach der Erfindung nicht groß genug, um der vorerwähnten großen Abweichung des tatsächlichen Luft/Brennstoff-Verhältnisses vom vorbestimmten Wert zu entsprechen.

Nach der Erfindung ist die Luftzufuhrmenge durch den Kanal 24 für Zusatzluft bei geöffneten Absperrorgan 26 wenigstens gleich groß und vorzugsweise größer als die Luftzufuhrmenge durch die Hauptluft-Ansaugöffnung 46 für Hauptluft. Der Kanal 24 für Zusatzluft ist demzufolge mit einer messenden Öffnung 48 versehen, deren Fläche wenigstens gleich groß wie die Fläche der messenden Öffnung 46 des Ansaugkanals 42 für Hauptluft und maximal etwa 5mal größer als letztere Fläche ist. Ein ähnliches Verhältnis läßt sich auf die Kombination, bestehend aus dem Kanal bzw. der Leitung 52 für Zusatz-

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luft und dem Luftansaugkanal 54 für die Leitung 50 zum Ablauf des Treibstoffes mit mittlerer Geschwindigkeit anwen-

Die Öffnung 74 der Leitung 24, welche den Zugang von Zusatzluft gestattet, in die Hauptbohrung 40 sollte über dem Brennstoffniveau in der Hauptbohrung 40 angeordnet sein, wenn sich der Motor 10 in Stillstand befindet; der Pegel bzw. die Höhe des Brennstoffes ist in Fig. 5 mit L bezeichnet; in jedem Fall steht die Leitung für Zusatzluft mit dem perforierten Rohr 44 oder mit einem Kaum um das Rohr 44 herum in Verbindung. Wenn sich die Öffnung 74 unterhalb der Brennstoffoberfläche L befindet, wird der Brennstoff in die Zusatzluftleitung 24 fliessen, wenn das andere Ende der Luftleitung 24 durch das Absperrorgan 26 geschlossen gehalten wird. Das Vorhandensein von Brennstoff in der Zusatzluftleitung 24 verursacht einen zeitlichen Anstieg der Brennstoffausflußmenge aus dem Hauptansatzrohr 38, wenn die Öffnung 74 der Leitung 24 gegenüber der Atmosphäre frei liegt, um die Luftzufuhrmenge zu erhöhen. Dieses Phenomen führt zu Ungenauigkeit bei der Steuerung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses und zu einer Ansprechträgheit derLeitung 24 für Zusatzluft auf die Funktion des Absperrorgans 26.

Die Leitung 24 hat darüber hinaus eine andere nützliche Funktion, nämlich die Vermeidung des Perkulierens des Brennstoffes, wenn sich die Öffnung 74 über dem Brennstoffniveau L befindet. Wenn der Motor

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10 entweder in Leerlaufbedingung oder in Stillstand bei erhöhter Motortemperatur gebracht wird, besteht mit der Anordnung einer derart vorgesehenen Zusatzluftleitung 24 eine geringere Chance eines unerwünschten Ausflusses von Brennstoff aus dem Hauptansatzrohr 38, weil die Luft in der Hauptbohrung 40 zusätzlich zu der üblichen Abgabe durch die Öffnung 46 für Hauptluft in die Zusatzluftleitung 24 ausgestossen werden kann.

Die gleiche Anordnung läßt sich bezüglich der Zusatzluftleitung 52 für den Leerlaufkreis anwenden.

Es verbleibt eine geringe Möglichkeit bestehen, daß der Brennstoff in die Zusatzluftleitung 24 fließt, auch wenn die öffnung 74 über dem Brennstoffpegel L angeordnet ist, weil ein Teilvakuum in der Zusatzluftleitung 24 aufgrund des Pulsierens der Luft in der Leitung 24 leicht zeitweilig erzeugt wird, wobei sich das Pulsieren aus den Ein- und Aus-Funktionen des elektromagnetischen Absperrorgans 26 ergibt. Auch die Verdampfung von Brennstoff resultiert in einer Zuführung von Brennstoff in den Luftkanal 24. Das Hineinfliessen von Brennstoff in den Kanal 24 stellt kein praktisch bedeutsames Problem dar, wenn der heineingeflossene Brennstoff schnell zur Hauptbohrung 40 zurückkehrt. Da der Kanal 24 für Zusatzluft üblicherweise über eine sehr lange Distanz aus Gründen gebildet ist, die hautpsächlich den Beschränkungen bezüglich der Disposition des elektromagnetischen

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Absperrorgans 26 zuzuschreiben sind, ist es wichtig, den Kanal 24 so anzuordnen, daß er es dem eingeflossenen Brennstoff nicht gestattet, dort zu verbleiben. Die Menge des auf diese Weise eingeflossenen Brennstoffes ist nicht so groß als daß sich ein praktisches Problem ergibt, wenn das elektromagnetische Absperrorgan 26 wiederholt mit kurzen Intervallen arbeitet; die Menge erreicht jedoch einen bedeutsamen Wert, wenn das Absperrorgan über eine relativ lange Zeitperiode im Ruhezustand verbleibt.

Damit ein Herausfliessen des aufgenommenen oder verdunsteten Brennstoffes verursacht wird, ist der Zusatzluftkanal 24 vorzugsweise derart angeordnet, daß die Öffnung 74 in der Hauptbohrung 40 die unterste Lage und die andere Öffnung, die sich in die Atmosphäre öffnet, die höchste Stellung einnehmen, wie dies in Fig. 5 dargestellt ist. Nach Fig. 5 ist ein Teil des Kanals 24 im wesentlichen horizontal und der übrige Teil gegenüber der Horizontalebene oder einem horizontal angeordneten Teil geneigt. Die Anordnung ist jedoch nicht auf die angeordnete Art und V'eise beschränkt. Wie in den Skizzen nach Fig. 6 dargestellt ist, kann ein höherer und an der Stromaufseite liegender Teil des Zusatzluftkanals 4 alternativ vertikal (vergl. A) oder stufenweise angeordnet sein, wobei er in letzterem Fall horizontale und vertikale Abschnitte umfaßt, wie bei (B) dargestellt ist. Eine vollständig horizontale Anordnung, wie dies bei (C) gezeigt ist, ist ebenfalls zulässig. Wenn es notwendig ist,

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kann der Zusatzluftkanal 24 im wesentlichen gegenüber der Horizontalebene nach unten geneigt sein, wie dies bei (D) veranschaulicht wird, so daß die Öffnung 74 in der Hauptbohrung 40 die höchste Lage und die andere Öffnung die unterste Lage einnehmen. Bei der Anordnung nach (d) in Fig. 6 ist es notwendig, einen Zweigkanal 76 zur Rückkehr des Brennstoffes in dem Zusatzluftkanal 24, beispielsweise in die Schwimmerkammer 32 vorzusehen.

Zusammenfassend kann festgestellt werden, daß der Zusatzluftkanal 24 keinen Wendepunkt haben sollte, an dem sein Neigungswinkel zur Horizontalebene sich von einem positiven Winkel zu einem negativen Winkel ändert und umgekehrt. Die in Fig. 6 bei (E) gezeigte Anordnung stellt ein unerwünschtes Ausführungsbeispiel dar. Die gleiche Regel läßt sich auf den anderen Zusatzluftkanal 52 für den Kreis mit niedriger Geschwindigkeit anwenden.

Der Vergaser 14 nach Fig. 1 kann ein zweistufiger Fallstromvergaser mit zwei Vergaserlufttrichtern sein, wie er in Fig. 7 veranschaulicht ist. Die Ansaugleitung 16 dieses Vergasers 14A ist in zwei Abschnitte unterteilt, einen ersten Abschnitt 78 und einen zweiten Abschnitt 8o, die an einem Bereich miteinander verbunden sind, der stromab der jeweiligen Drosselklappen 82 und 84 liegt. Der erste Abschnitt 78 arbeitet ununterbrochen bei jeder Fahrzeuggeschwindigkeit, während der zweite Abschnitt 80 nur dann arbeitet, wenn der Motor 10 bei relativ hohen Geschwindig-

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keiten läuft, beispielsweise um ein Fahrzeug mit einer Fahrgeschwindigkeit über 80 oder 100 km/Std. im höchsten Gang anzutreiben. Entsprechend arbeitet der erste Abschnitt 78 allein fast Über einen Geschwindigkeitsbereich, in dem der Motor 10 am häufigsten betrieben wird.

Bei der Regelung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses mit diesem Vergaser 14A kann der Regelkreis gemäß den Figuren 1,2 und 4 zugleich für den ersten und zweiten Abschnitt 78 und 80 angewandt werden, jedoch bedarf der Mechanismus des Regelkreises einer beachtlichen Komplizierung in seinem praktischen Aufbau, um die Regelung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses im Hinblick auf den zweiten Abschnitt 80 nur dann auszuführen, wenn sich dieser Abschnitt 80 im Betrieb befindet. Vom praktischen Gesichtspunkt besteht geringe Notwendigkeit, den Regelkreis auf den zweiten Abschnitt 80 anzuwenden, um dann eine Verkomplizierung des Aufbaues in Kauf nehmen zu müssen. Die Regelung des Luft/ßrennstoff-Verhältnisses ausschließlich im Hinblick auf den ersten Abschnitt 78 ist für den praktischen Betrieb des Motors 10 zufriedenstellend. Bei der Darstellung nach Fig. 7 sind der Haupt-Brennstoffkanal 34 und der Brennstoffkanal für niedrige Geschwindigkeit für den ersten Abschnitt 78 des Ansaugstutzens 16 mit Zufuhrkanälen 24 bzw. 52 für Zusatzluft versehen und die Verbindungen dieser Kanäle 24 und 52 mit der Atmosphäre werden in gleicher Weise gesteuert wie dies im Fall der Anordnung nach Fig.2

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ausgeführt wird, jedoch kann der Kanal 52 fUr Zusatzluft entfallen.

Die Zusatzluft, die durch den Kanal 24 zugeführt wird, wird vorzugsweise in die Hauptbohrung 40 geleitet, so daß die Zusatzluft zuerst mit derjenigen Luft gemischt wird, die durch die Hauptluft-Ansaugöffnung 46 angesaugt wird und wird dann mit dem Brennstoff in der Hauptbohrung 40 gemischt, um eine Störung des Brennstoff-, flusses zu verhindern. Wie aus Fig. 8 hervorgeht, nimmt die Öffnung 74 des Zusatzluftkanals 24 in der Hauptbohrung 40 vorzugsweise die Form der Öffnungen 86 an, die in der Wand eines rohrförmigen Gliedes 88 ausgebildet sind, welches im obersten Abschnitt der Hauptbohrung 40 dicht aufgenommen ist, um am oberen Ende des perforierten Rohrs oder des Emulsionsrohrs bzw. des Düsenhütchens 44 aufzuliegen, welches Luft von der Hauptluft-Ansaugöffnung 46 zum Brennstoff führt. Die Öffnungen 90 des Düsenhütchens 44 sind an Stellen unterhalb des Brennstoffpegels in dem Düsenhütchen 44 ausgebildet; die Öffnungen 86, d.h. die Öffnung 74 des Zusatzluftkanals 24 sind über dem gleichen Brennstoffniveau und unterhalb der Hauptluft-Ansaugöffnung 46 angeordnet. In dieser Anordnung dienen die öffnungen 86 als Meßöffnungen 48 entsprechend Fig. 2 des Zusatzluftkanals 24.

Das rohrförmige Element 88 mit den Öffnungen 86 kann als Teil des Düsenhütchens 44 ausgebildet sein. Bei der Anordnung nach Fig. 9 weist das Düsenhütchen 44A einen Flansch 92 in kurzer Entfernung

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von seinem oberen Ende auf, um dicht in der inneren Oberfläche der Hauptbohrung 40 zu sitzen; die Öffnungen 86 sind in der Wand des Düsenhütchens 44A zwischen dessen oberen Ende und dem Flansch 92 ausgebildet. Diese Öffnungen 86 können entweder radial ausgebildet sein, wie dies im Querschnitt (A) dargestellt ist, oder entlang bedarfsmäßig gewählter Kreis sehnen die von den Radien abweichen, wie dies in einer weiteren Querschnittsansicht (B) in Fig. 12 dargestellt ist. Im Vertikalschnitt sind die Öffnungen 86 entweder senkrecht zur Achse des Düsenkäppchens 44A (vergl. Ansicht i) oder etwas nach unten geneigt (vergl. Ansicht II) angeordnet.

Der Zusatzluftkanal 52 für den Brennstoffkanal 50 niedriger Geschwindigkeit kann im wesentlichen in gleicher Art in einer nicht dargestellten perforierten Röhre enden, wie dies oben erläutert wurde.

Fig. 10 veranschaulicht ein konventionelles Magnetventil 100, welches sich als elektromagnetisches Absperrorgan 26 in der Anordnung nach Fig. 1 verwenden läßt. In einem Block oder einer Basis 102 dieses Magnetventils 100 ist eine Flüssigkeitsleitung 104 mit einem Ventilsitz 106 im Mittelabschnitt ausgebildet. In einem auf dem Block 102 befestigten Gehäuse 108 ist eine Spule 110 stationär angeordnet, um ein rohrförmiges Führungselement 112 zu umgeben. Das Führungselement 112 enthält in,seinem oberen Abschnitt einen statio-

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nören Eisenkern 114 und führt einen verschiebbaren Eisenkern oder einen Kolben 116 in dem verbleibenden Abschnitt. Das untere Ende 118 des Kolbens 116 ist derart geformt, daß es als Ventilglied arbeitet und normalerweise mit dem Ventilsitz 106 ii Eingriff steht, so daß die Leitung 104 geschlossen gehalten wird. Das obere Ende des Kolbens 116 weist Abstand vom Boden des stationären Eisenkerns 114 auf und eine Druckfeder 120 ist in dem Führungsglied vorgesehen, um den Kolben 116 in dieser Lage zu halten. Leitungen zur Führung eines Stroms durch die Spule 110 sind bei 122 dargestellt; das Gehäuse 108 liefert einen Nebenschlußweg für den Magnetfluß.

Die Arbeitsweise des Magnetventils 100 bedarf keiner Erklärung. Da das Magnetventil 100 sehr häufigen Ein- und Ausschaltbetrieben in dem erfindungsgemäßen System ausgesetzt ist, bedeutet die Lebensdauer des Ventilsitzes 106 und des Ventilglieds 118 einen kritischen Faktor in der praktischenAnwendung dieses Ventils 100. Wenn das Ventil 100 zur Steuerung eines Gasstroms verwendet wird, haben der Ventilsitz 106 und das Ventilglied 118 wegen des Verschleißes durch Reibung und Erwärmung keine zufriedenstellende Lebensdauer. Darüber hinaus besteht eine Unzufriedenheit bezüglich des Ansprechempfindens des Ventilglieds 118 auf die Stromanlegung, die durch die relativ große Masse und damit verbunden die große Trägheit des Kolbens resultiert.

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Diese Nachteile des bekannten Magnetventils 100 lassen sich durch ein verbessertes elektromagnetisches Absperrorgan beseitigen, welches nachstehend unter Bezugnahme auf die Figuren 11 und 12 beschrieben wird.

Ein verbessertes elektromagnetisches Ventil bzw. Absperrorgan nach der Erfindung weist ein bewegliches Ventilglied auf, welches wenigstens teilweise aus magnetischem Material besteht und in einer Kammer vorgesehen ist, die als Teil der Fluidleitung ausgebildet ist. Das Ventilglied wird zur Ausführung einer Bewegung entlang einer festen Achse entweder von einem einzigen oder von einer Vielzahl flexibler Halteglieder anstelle eines festen Führungselements 112 bei dem konventionellen Elektromagnetventil 100 gehalten, wobei bei letzterem Magnetventil das Ventilglied 118, d.h. der Kolben 116 gleitfähig aufgenommen wird. Das Ventilglied wird relativ gegenüber dem Ventilsitz bewegt, wenn ein stationärer Kern erregt wird. Nichtmagnetische Metalle, wie beispielsweise Phosphorbronze und Gußzinnbronze, Gummi, Kunstharz und Textilien eignen sich als Material für das Halteelement in Form eines Diaphragmas . eines Drahtes oder einer Platte bzw. eines Blattes.

Bei dem elektromagnetischen Ventil 130 nach Fig. 11 ist ein Ventilglied 132 beträchtlich kleiner hinsichtlich seines Umfangs als der Kolben 116 des Ventils 100 nach Fig. 10. Dieses Ventil 130 enthält kein FUhrungsgled, um darin das Ventilglied 132 aufzunehmen;

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- 3ο -

das Ventilglied 132 ist in einer Kammer 134 angeordnet, die in der Leitung 104 um den Ventilsitz 106 herum ausgebildet ist. Der Boden des Gehäuses 108 weist eine vergleichsweise große Öffnung 136 auf, um dem Ventilglied 132 eine Bewegung nach oben zu gestatten, ohne entlang irgendeiner Oberfläche des Gehäuses 108 zu gleiten. Der stationäre Eisenkern 114 erstreckt sich nach unten, um beinahe den gesamten Raum in der Spule 110 auszufüllen und um in Abstand zum oberen Ende des Ventilglieds 132 zu enden. Das Ventilgliedl32 wird durch die Druckfeder 120 in dieser Lage gehalten. Das Ventilglied 132 besteht entweder vollständig oder teilweise aus einem Material mit relativ hoher Permeabilität, beispielsweise aus Eisen oder Gummi, welcher in ihm feinstverteiltes Eisenpulver enthält. Nach Fig. 11 ist das Ventilglied 132 in zwei Teile unterteilt, nämlich einen ringförmigen Teil 132a und einen teilweise T-förmigen Teil 132b, Diese beiden Teile 132a und 132b sind luftdicht miteinander verbunden, wie dies dargestellt ist, so daß die breitere Stirnfläche des Teiles 132b dem Ventilsitz 106 gegenüberliegt, während die schmälere Stirnfläche der unteren Stirnfläche des stationären Kerns 114 gegenüberliegt. Um die Masse des Ventilglieds 132 auf ein Minimum zu reduzieren, ist eines der beiden Teile 132a und 132b vorzugsweise aus Leichtmetall, Gummi oder Kunstharz hergestellt. Vom Gesichtspunkt der Lebensdauer des Ventilglieds 132 wird vorzugsweise Gummi oder ein elastomeres Kunstharz als Material für den unteren Teil 132b verwendet, der mit dem Ventilsitz 106 in Berührung kommt. Andererseits

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kann das Ventilglied 132 aus zwei nicht dargestellten zylindrischen Teilen bestehen, die aufeinander gesetzt sind.

Das Ventilglied 132 wird durch ein flexibles Diaphragma 138 gehalten, welches an dem Block 102 und/oder dem Gehäuse 108 befestigt ist. Der Ventilsitz 106 und die untere Stirnfläche des Ventilglieds 132 können konisch geformt sein, wie beispielsweise im Falle des Ventils 100 nach Fig. 10, sind jedoch vorzugsweise flach ausgebildet, wie dies in Fig. 11 veranschaulicht wird. Im übrigen ist das erfindungsgemäße elektromagnetische Ventil 130 in ähnlicher V/eise aufgebaut wie das konventionelle Ventil 100.

Wenn ein Erregungsstrom durch die Spule 110 geleitet wird, wird das Ventilglied 132 durch den erregten Kern 114 angezogen und ungeachtet seiner von der Spule 10 nicht umgebenen Lage nach oben gestoßen. Wenn der Strom abgeschaltet ist, wird das Ventiglied 132 aufgrund der Feder 120 wieder gegen den Ventilsitz 106 gedruckt. In diesem Fall unterstützt die Membran 138 das Ventilglied 132 während seiner Bewegung entlang einer konstanten Achse und bewirkt, daß das Ventilglied 132 exakt auf dem Ventilsitz 106 zu liegen kommt.

Das erfindungsgemäße elektromagnetische Ventil 130 weist folgende Vorteile auf: (1) Das Ventilglied 132 unterliegt keinem Verschleiß aufgrund Reibung wegen des Ausschlusses einer Gleitbewegung;

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(2) Die Ansprechempfindlichkeit wird aufgrund der Massenreduzierung des beweglichen Ventilglieds 132 verbessert; (3) die Lebensdauer des Ventilsitzes 106 und des Ventilglieds 132 ist wegen der reduzierten Masse des Ventilglieds 132 und der Verringerung des Kontaktdruckes, welche den flachen Berührungsflächen des Ventilglieds 132 und des Ventilsitzes 106 zuzuschreiben ist, verlängert.

Die Membran 138 ist zum Zwecke der Bewegung des Ventilglieds 132 in präzisier Richtung gegenüber dem Ventilsitz 106 vorgesehen, kann jedoch auch derart konzipiert sein, daß sie eine Rückstellkraft besitzt, die groß genug ist, um die Abwärtsbewegung des Ventilglieds 132 zu unterstützen. Damit der Kern 114 das Ventilglied 132 anziehen kann, kann die Membran 138 lokal bzw. stellenweise perforiert sein.

Wie vorstehend beschrieben und in Fig. 12 dargestellt ist, kann die Membran 138 zur Halterung des Ventilglieds 132 durch eine geringe Stückzahl von Drähten 140 ersetzt werden, die sich jeweils lateral und unter Einhaltung eines Winkels gegeneinander weg erstrecken; jedes Drahtelement ist mit einem Ende an dem Ventilglied 132 und mit dem anderen Ende an dem Block 102 und/oder dem Gehäuse 108 befestigt. Die Zahl der Drähte 140 kann abhängig von den Eigenschaften des Ventils 130 variieren. Das Ventilglied 132 muß nicht notwendigerweise in zwei Teile aufgeteilt sein, solange die Membran 138 oder die Drähte 140 an dem Ventilglied 132 befestigt werden können.

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Ein elektromagnetisches Ventil, welches auf dem auf diese Weise konstruierten und angeordneten Ventilglied 132 und dem Halteelement 138 oder 140 basiert, jedoch derart arbeitet, daß es den Luftstrom durch die Leitung 104 unterbricht, wenn ein Strom an die Spule 110 angelegt wird, kann durch Verwendung eines Permanentmagneten als Material für das Ventilglied 132 erhalten werden. Das Ventilglied 132, der Ventilsitz 106 und die Leitung 104 können andererseits derart angeordnet werden, daß das Ventilglied 132 am weitesten vom Kern 114 angeordnet ist und auf dem Ventilsitz 106 zu liegen kommt, wenn es von dem Kern 114 nach oben gezogen ist.

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Claims

Patentansprüche

1. Regeleinrichtung zur Entfernung von Schadstoffen aus dem Abgas eines Verbrennungsmotors, der mit einem sich in den Benzin-Abflußkanal öffnenden Luftansaugkanal versehenen Vergaser und einem in der Auspuffanlage angeordneten katalytischen Konverter ausgerüstet ist, welcher einen Katalysator enthält, der die Oxydation von Kohlenmonoxyd und Kohlenwasserstoffen sowie die Oxydation von Stickstoffoxyden katalysiert, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kanal (24), welcher die Zuführung von Zusatzluft gestattet, an den Kraftstoff-Abflußkanal (34) des Vergasers (14) angeschlossen ist,

daß eine Einrichtung (28) zur Messung der Konzentration einer einzelnen Komponente des Abgases in der Auspuffanlage an einem Abschnitt vorgesehen ist, der stromauf des katalytischen Konverters (22) vorgesehen ist und ein elektrisches Signal erzeugt, welches die gemessene Konzentration wiedergibt, wobei die Konzentration abhängig von dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis eines dem Motor zugeführten Luft/Kraftstoff-Gemisches ist,

daß eine Regelschaltung derart aufgebaut und angeordnet ist, daß sie kontinuierliche elektrische Impulse mit einer Frequenz zwischen 5 und 100 Hz erzeugt, daß die Breite der Impulse jeweils derart variiert wird, daß die Breite eines einzelnen Impulses zunimmt, wenn sich das durch das elektrische Signal angegebene Luft/Kraftstoff-

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Verhältnis unter einem vorbestimmten Verhältniswert befindet, der zumindest nahezu gleich einem stöchiometrischen Verhältnis ist,während die Impulsbreite abnimmt, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis über dem vorbestimmten Verhältniswert liegt, und

daß ein elektromagnetisches Absperrorgan (26/100;130) so angeordnet ist, daß es die Impulse empfängt und Zusatzluft in den Zusatzluft-Kanal (24) nur dann gelangen läßt, wenn diese Impulse an dem Absperrorgan angelegt werden, so daß die Kraftstoff-Abflußmenge in die Ansaugleitung (16) des Vergasers abhängig von den Abweichungen des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses von dem vorbestimmten Verhöltnis variiert wird.

2. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

die Querschnittsfläche des Zusatzluft einlassenden Kanals (24) im engsten Bereich das 1 bis 5facheder Querschnittsfläche im engsten Abschnitt des Luftansaugkanals (42) beträgt.

3. Regeleinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatzluft-Kanal (24) an einem Zwischenabschnitt in den Luftansaugkanal (42) geführt ist, welcher sich stromab einer Luftansaugöffnung (46) befindet, wobei diese Luftansaugöffnung (46) an dem frei liegenden Ende des Luftansaugkanals (42) angeordnet ist.

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4. Regeleinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischen- oder Mittelabschnitt einen Abschnitt oder Bereich darstellt, der sich in der Nähe und über dem Kraftstoff-Niveau in dem Kraftstoff-Abflußkanal befindet, wenn der Motor still steht.

5. Regeleinrichtung nach Anspruch 4_f dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatzluft-Kanal (24) derart angeordnet ist, daß sein Neigungswinkel in jedem Bereich gegenüber der Horizontalebene gleichen Wert mit positivem oder negativem Vorzeichen, einschließlich Null, aufweist.

6. Regeleinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß

der Neigungswinkel gegenüber der Horizontalebene ein positiver Winkel zwischen Ö und 90 ist.

7. Regeleinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergaser (14) ein mit Löchern versehenes Rohr (44) enthält, welches teilweise in den in dem Kraftstoff-Abflußkanal befindlichen Kraftstoff eingetaucht ist, daß das Innere dieses Rohres als oberer und unterer Teil des Luftansaugkanals (42) dient und daß sich der Zusatzluft-Kanal (24) ins Bnere dieses Rohrs durch wenigstens ein in der Umfangswand des Rohrs ausgebildetes Loch hindurch an einem Bereich öffnet, der zwischen dem Kraftstoffniveau und der Luftan-

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Säugöffnung (46) liegt.

8. Regeleinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Loch oder eine Öffnung eine solche Fläche aufweist, daß wenigstens eine Öffnung als Meßöffnung für den Zusatzluft-Kanal dient.

9. Regeleinrichtung nach Anspruch 1,. dadurch gekennzeichnet, daß der Vergaser (14) einen Kraftstoff-Abflußkanal (50) für einen Abfluß von Kraftstoff mit niedriger Geschwindigkeit und einen weiteren, sich in letzteren Kraftetoff-Abflußkanal (50) öffnenden Luftarvsaugkanal aufweist, daß ein weiterer Kanal (52) zur Ermöglichung der Zuführung von Zusatzluft mit dem Kanal (50) zum Abfluß von Kraftstoff mit niedriger Geschwindigkeit verbunden ist, daß ein weiteres elektromagnetisches Absperrorgan (26') zum Empfang der Impulse und zur Veranlassung der Zuführung von Zusatzluft nur dann zu einem weiteren Kanal, welcher die Zuführung von Zusatzluft ermöglicht, vorgesehen ist, wenn jeder dieser Impulse an das Absperrorgan angelegt wird.

10. Regeleinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Zusatzluft-Kanal sich in den Luftansaugkanal für den Kanal zum Abfluß von Kraftstoff niedriger Geschwindigkeit anfeinem Zwischenabschnitt, der stromab der Luftansaugöffnung für den Kanal

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zum Abfluß von Kraftstoff mit niedriger Geschwindigkeit und Über dem in letzterem Kraftstoffkanal befindlichen Kraftstoffpegel bei ruhendem Motor öffnet.

11. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergaser einen Kanal zum Abfluß von Kraftstoff mit niedriger Geschwindigkeit sowie einen sich in diesen Kanal öffnenden weiteren Luftansaugkanal aufweist, daß ein weiterer Zusatzluft-Kanal mit dem Kanal zum Abfluß von Kraftstoff mit niedriger Geschwindigkeit verbunden ist, daß der weitere Luftkanal an einem Bereich mit dem ersten Zusatzluft-Kanal in Verbindung steht, welcher sich stromauf der Meßöffnungen der beiden Zusatzluft-Kanäle befindet und daß das elektromagnetische Absperrorgan derart angeordnet ist, daß es die Zufuhr von Luft in die beiden Zusatzluft-Kanäle an einem Bereich, der stromab des Verbindungsbereichs liegt, steuert.

12. Regeleinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß sich der weitere Zusatzluft-Kanal in den Luftansaugkanal für den Kanal zum Abfluß von Kraftstoff mit niedriger Geschwindigkeit an einem Zwischenabschnitt, der stromab der Luftansaugöffnung für den Kanal zum Abfluß von Kraftstoff mit niedriger Geschwindigkeit liegt, und über dem in letzterem Kraftstoffkanal bei stehenden Motor befindlichen Kraftstoffniveau öffnet.

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13. Regeleinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergaser einen ersten Ansaugstutzen und einen zweiten Ansaugstutzen zur Zuführung von zusätzlichem Luft/Brennstoff-Gemisch zum Motor bei relativ hohen Motorgeschwindigkeiten aufweist und daß der Zusatzluftkanal derart angeordnet ist, daß er ausschließlich die Luftzufuhrmenge zu dem Kraftstoff-Abflußkanal für den ersten Ansaugstutzen steuert.

14. Regeleinrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergaser einen sich in den ersten Ansaugstutzen öffnenden Kanal zum Abfluß von Kraftstoff mit niedriger Geschwindigkeit sowie einen weiteren Luftansaugkanal aufweist, welcher sich in den letzteren Kraftstoffkanal öffnet und daß ein weiterer Kanal zur Steuerung der Luftzufuhrmenge zu dem Kanal zum Abfluß von Kraftstoff mit niedriger Geschwindigkeit angeordnet ist, welcher die Zufuhr von Zusatzluft gestattet.

15. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meß- oder Sensoreinrichtung ein Konzentrationselement-Sauerstoffsensor ist, welcher einen ionenleitenden Festkörperelektrolyten als Meßelement enthalt.

IiS. Regeleinrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß

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der Regelkreis eine Einrichtung (60 ) zum Vergleich einer Ausgangsspannung des Sauerstoff-Sensors (28) mit einer vorbestimmten Bezugsspannung, eine Einrichtung (64) zur Erzeugung eines Regelsignals bzw. einer Regelabweichung in Abhängigkeit von der Differenz zwischen der Ausgangsspannung des Sauerstoff-Sensors und der Bezugsspannung, eine Einrichtung (62) zur Erzeugung einer kontinuierlichen Dreieckwelle mit einer Frequenz zwischen 5 und 100 Hz sowie eine Einrichtung {66) zur Erzeugung einer Impulsreihe mit einer Frequenz zwischen 5 und 100 Hz aufweist, wobei das Regelsignal eine der Differenz proportionale Komponente sowie eine das Integral der Differenz darstellende Komponente enthält, daß die Breite der Impulse einzeln in Abhängigkeit zu dem Regelsignal derart variiert wird, daß die Breite allmählich zunimmt, während die Ausgangsspannung größer als die Bezugsspannung ist und daß die Impulsbreite allmählich abnimmt, wenn die Ausgangsspannung niedriger als die Bezugsspannung ist.

17. Regdeinrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz konstant ist.

18. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

das elektromagnetische Absperrorgan einen stationären Eisenkern (114), ein Basiselement (102), welches einen Fluidkanal bildet, einen dem Fluidkanal ausgesetzten stationären Ventilsitz (106) und ein in dem Fluidkanal (106) derart angeordnetes bewegliches Ventilglied (118)

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aufweist, daß das Ventilglied in Entfernung zum einen Ende des Eisenkerns angeordnet ist, wenn der Eisenkern nicht erregt ist, daß wenigstens ein Teil des Ventilglieds aus einem Material mit relativ hoher Permeabilität besteht, daß wenigstens ein flexibles Halteelement an dem Ventilglied befestigt ist und sich von diesem derart weg erstreckt, daß das Ventilglied von dem Eisenkern angezogen wird und sich auf .das Ende des Eisenkerns zu bewegt, wenn ein Erregungsstrom in die Spule/fließt, während das Ventilglied in die anfängliche Stellung entlang einer konstanten Achse zurückkehrt, wenn der Erregungsstrom abgeschaltet ist, daß der Ventilsitz derart angeordnet ist, daß das Ventilglied auf ihm aufliegt, um die Fluidverbindung durch den Fluidkanal zu unterbrechen, wenn sich der Eisenkern in einer der erregten und nicht erregten Bedingungen befindet.

19. Regeleinrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitz derart angeordnet ist, daß das Ventilglied auf ihm sitzt, wenn der Eisenkern nicht erregt ist.

20. Regeleinrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß eine dem Ventilsitz gegenüberliegende Stirnfläche des Ventilglieds flach geformt ist.

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21. Regeleinrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein flexibles Element durch eine flexible Membran gebildet ist, die im allgemeinen vertikal zu der Achse liegt.

22. Regefeinrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein flexibles Element aus einer Vielzahl von Drähten besteht, die sich jeweils von dem Ventilglied im wesentlichen vertikal zu der Achse und unter einem Winkel zu jeweils den anderen Drähten erstrecken.

23. Regeleinrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Material Gummi mit in ihm dispergiertem Eisenpulver ist.

24. Regeleinrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß ein Bereich des Ventilglieds, welches die Stirnfläche bildet, aus Gummi besteht.

25. Regeleinrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der die Stirnfläche bildende Bereich des Ventilglieds aus elastischem oder gummiartigem Kunstharz hergestellt ist.

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