DE2611409A1

DE2611409A1 - Verfahren zur beeinflussung der zusammensetzung des einer brennkraftmaschine zugefuehrten betriebsgemisches

Info

Publication number: DE2611409A1
Application number: DE19762611409
Authority: DE
Inventors: Juergen Ing Grad Assenheimer; Johannes Dipl I Brettschneider
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1976-03-18
Filing date: 1976-03-18
Publication date: 1977-10-06
Also published as: GB1575722A; US4125100A; JPS52113430A; FR2344719A1

Description

Verfahren zur Beeinflussung der Zusammensetzung des einer Brennkraftmaschine zugeführten Betriebsgemisches

Die Erfindung betrifft in erster Linie ein Verfahren zur Beeinflussung der Zusammensetzung des einer Brennkraftmaschine zugeführten Betriebsgemisches durch Zufuhr einer Zusatzbetriebsstoffmenge über eine Bypaßleitung zu einer, die Gemischzusammensetzung bestimmenden. Vorrichtung im Ansaugsystem der Brennkraftmas chine.

Solche Verfahren sind durch mehrere Veröffentlichungen, z.B. durch die DT-OS 24 31 046 offenbart. Dort wird zur Dosierung von in das Saugrohr einer Brennkraftmaschine eingebrachter Zusatzluft zu einem im Vergaser erzeugten Betriebsgemisch der Brennkraftmaschine ein Drosselorgan in einer Bypaßluftleitung vom durchsatzabhängigen Saugrohrunterdruck im engsten Quer-

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schnitt des Vergaser-Lufttrichters gesteuert. Zusätzlich wird zur Regelung der Zusammensetzung des Betriebsgemisches dieser Bypaßluftmengensteuerung eine Regelung überlagert, mit der der vom Lufttrichter des Vergasers entnommene Druck modifiziert wird. Dieser Unterdruck ist jedoch nicht in allen Betriebsbereichen der Brennkraftmaschine groß genug, um eine sichere und genaue Verstellung des Drosselorgans in Abhängigkeit vom Luftoder Betriebsgemischdurchsatz der Brennkraftmaschine zu erzielen.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zu entwikkeln, mit dem eine in allen Betriebsbereichen sicher wincende Vorsteuerung einer in das Saugrohr eingebrachten Zusatzbetriebsstoffmenge im möglichst genauen Verhältnis zu der tatsächlich in die Brennräume der Brennkraftmaschine eingebrachten Gemisohmenge und damit auch eine genaue und schnelle Regelung der Gemischzusammensetzung erzielt werden kanu. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Zusätzbetriebsstoffmenge in Abhängigkeit von der Gasdurchsatzmenge der Brennkraftmaschine gesteuert wird und die Gasdurchsatzmenge durch den Gasdruck im Abgassystem der Brennkraftmaschine erfaßt wird.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens besteht darin, daß als Zusatzbetriebsstoff Luft dient.

Die Verwendung von Sekundärluft hat den regelungstechnischen Vorteil, daß eine Abweichung der Zusatzluftmenge von einem Sollwert sich schneller ausregeln läßt, als dies bei einer Abweichung der Kraftstoffmenge der Fall ist. Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich sowohl bei Brennkraftmaschinen anwenden, die als Gemischerzeuger einen üblichen Vergaser besitzen, als auch bei Brennkraftmaschinen, die eine Luftmeßeinrichtung besitzen, entsprechend der der Kraftstoff in das Saugrohr eingespritzt wird. Dabei wird durch die Verwendung des Abgasdrucks zur durchsatzabhängigen Steuerung des Bypaßquerschnitts absolut gesehen ein wesentlich höherer Steuerdruck zur Verfügung gestellt, als der bisher verwendete Unterdruck im Luft trichter- z.B. eines Vergasers.

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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens besteht darin, daß die Gasdurchsatzmenge durch den Gasdruck im Abgassystem und den Gasunterdruck in einem Lufttrichter im Ansaugsystem der Brennkraftmaschine erfaßt wird. Vorteilhaft werden bei dieser Ausgestaltung die durchsatzabhängigen Drücke in sich addierender Weise zur durchsatzabhängigen Verstellung des Drosr.elorgans in der Bypaßleitung verwendet, was eine weiterhin erhöhte Stellgenauigkeit bei vorteilhaft klein dimensionierbaren Stellgliedern ergibt.

Es ist weiterhin Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen. Diese Aufgabe wird in einem Fall dadurch gelöst, daß in einer stromabwärts der die Betriebsgemischzusammensetzung bestimmenden Vorrichtung der Brennkraftmaschine mündenden Bypaßluftleitung ein Drosselorgan angeordnet ist, das mit einem Stellorgan verbunden ist, das zwei Steuerdruckräume voneinander trennt, von denen der eine mit dem Abgassystem und der andere mit dem engsten Querschnitt des Lufttrichters im Ansaugsystem der Brennkraftmaschine verbunden ist und eine das Stellorgan entgegen dem Unter druck beaufschlagende Feder aufweist.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen in Verbindung mit der Beschreibung des Verfahrens anhand zweier Ausführungsbeispiele in Verbindung mit der Zeichnung zu entnehmen. Es zeigen:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung mit abgasdruckabhängiger Steuerung des Querschnitts einer Bypaßluftleitung,

Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung mit saugrohrunterdruckabhängiger sowie'abgasdruckabhängiger Steuerung des Querschnitts einer Bypaßluftleitung.

In Fig. 1 ist schematisch eine Brennkraftmaschine 1 dargestellt mit einem Saugrohr 3, in dem eine willkürlich verstellbare

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Drosselklappe 4 angeordnet ist. Stromaufwärts der Drosselklappe 4 sitzt ein Vergaser 5 bekannter Bauart mit einem Lufttrichter 6₃ in dem ein Kraftstoffaustrittsarm 7 mündet. Ansaugseitig ist ein üblicher Luftansaugfilter 9 vorgesehen. Das in der Brennkrammer der Brennkraftmaschine umgesetzte Gemisch wird über ein Abgassystem 10 abgeleitet, von dem in der Zeichnung ein Abgasrohr und ein Schalldämpfer 11 gezeigt ist.

Stromaufwärts der Drosselklappe 4 mündet in das Saugrohr eine Bypaßluftleitung 14, die unter Umgehung des Vergasers 5 in diesem Fall von dem gemeinsamen Luftfilter 9 abzweigt. Die Bypaßluftleitung kann auch einen eigenen Luftfilter besitzen. In der Leitung ist ein Drosselorgan 15 angeordnet, das mit einer Durchtrittsöffnung l6 der Bypaßluftleitung 14 zusammenarbeitet. Das Drosselorgan besitzt ein kegelförmig ausgebildetes Schaftende und ist mit einer Stellmembran 17 fest verbunden. Die Stellmembran schließt einen Steuerdruckraum 19 in einer Druckdose ein und ist auf der gegenüberliegenden Seite von einer in der Druckdose eingespannten Druckfeder 21 in Schließrichtung des Drosselorgans beaufschlagt. Von dem Druckraum 19 führt eine Leitung 22 zum Abgassystem 10 stromaufwärts einer Schalldämpferanlage 11 bzw. auch stromaufwärts möglicher vorhandener Katalysatoren.

In der Leitung 22 ist ein elektromagnetisch betätigtes Dreiwegeventil 25 angeordnet j über das der Druckraum 19 sowohl mit dem Abgassystem 10 als auch mit einem anderen konstanten Druck, hier z.B. über die Leitung 24 mit dem Umgebungsdruck !Verbindbar ist. Das Ventil wird über eine Leitung 26 von einer Regeleinrichtung 27 angesteuert. Diese erfaßt die Signale einer im Abgassystem angeordneten Abgasmeßsonde 29- Bei dieser kann es sich beispielsweise um eine bekannte Sauerstoffmeßsonde handeln, die auf Partialdrücke des Sauerstoffs im Abgas reagiert.

Die beschriebene Einrichtung arbeitet folgendermaßen:

Durch den Lufttrichter 6 im Vergaser 5 strömt bei betriebener Brennkraftmaschine je nach Drehzahl und Stellung der Drossel-

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klappe k ein bestimmter Luftmengenstrom, der im Lufttriehter einen Unterdruck gegenüber dem Außendruck erzeugt. Entsprechend der Luftmenge wird durch diesen Unterdruck über den Kraftstoff aus trittsarm 7 in bekannter Weise Kraftstoff eingebracht. Dabei wird bei der vorliegenden Anlage der Vergaser so eingestellt, daß ein verhältnismäßig fettes Gemisch mit einer Luftzahl/1 ·<· 1 erzeugt wird. Parallel zum Vergaser 5 wird nun über die Bypaßluftleitung 14 zusätzlich Zusatzluft dem im Vergaser gebildeten Gemisch zugeführt. Die Menge dieser Zusatzluft wird dabei durch die Stellung des Drosselorgans 15 bestimmt und soll so reguliert werden, daß der Brennkraftmaschine ein Gemisch bestimmter Luft-Kraftstoff-Zusammensetzung zugeführt wird. Dies wird dann erreicht, wenn der Bypaßluftstrom proportional der Gemischdurchsatzmenge gehalten werden kann. Über den Abgasüberdruck wird diese Durchsatzmenge erfaßt und im Steuerdruckraum 19 ein dem Durchsatz entsprechender Steuerdruck erzeugt, der entgegen der Kraft der Feder 21 das Drosselorgan 15 verstellt. Mit steigendem Steuerdruck bzw. steigender Durchsatzmenge durch die Brennkraftmaschine wird die Durchtrittsöffnung 16 in der Bypaßluftleitung weiter geöffnet und durch die Druckdifferenz zwischen Ajisaugseite im Bereich des Luftfilters 9 und dem Saugrohrdruck eine proportionale Zusatzluftmenge der Brennkraftmaschine zugeführt.

Da.die Strömungswiderstände im Auspuffsystem einer Brennkraftmaschine einen ebenfalls vom Quadrat des Gasdurchsatzes abhängigen Überdruck z.B. zwischen Auspuff und erstem Schalldämpfertopf erzeugen, ist der Abgasüberdruek ebenfalls ein Kriterium für die in der Brennkraftmaschine durchgesetzte Gasmenge. Gegenüber dem im Lufttriehter eines Vergasers abgenommenen durchsatzabhängigen Unterdruck bietet der Abgasdruck den Vorteil, daß dort Drücke in etwa dreifacher Größenordnung auftreten, so daß hier ein wesentlich größerer wertbarer Druckbereich für eine Vorsteuerung einer Bypaßluftmenge zur Verfügung gestellt wird. Nach Meßwerten ergeben sich z.B. ohne besonders erhöhten, leistungsmindernden Ausgangswiderstand im Abgassystem Drücke bis etwa 0,3 bar, wogegen an einem Lufttriehter auf der Ansaugseite der Brennkraftmaschine lediglich

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verwertbare Unterdrücke bis etwa 0,1 bar zur Verfügung stehen. Auch im Leerlauf tritt im Abgassystem im Gegensatz zur Ansaugseite ein noch verwertbares Drucksignal auf, so daß auch in diesem Bereich noch eine Regelung der zugeführten Zusatzluft in der Bypaßluftleitung lh erfolgen kann. Durch die höheren Steuerdrucke können relativ kleine Stellglieder zur Veränderung des Querschnitts der Bypaßluftleitung verwendet werden. Andererseits wird die Querschnittssteuerung in diesem Fall genauer und funktionssicherer.

Der zuvor beschriebenen Steuerung der Zusatzluftmenge kann nun mit Hilfe einer Regeleinrichtung eine Regelung überlagert werden, mit der exakt eine bestimmte Luftzahl /[ genau eingehalten werden kann. Dies ist vor allen Dingen wichtig im Hinblick auf eine Verminderung der schädlichen Bestandteile in den Abgasen der Brennkraftmas chine.

In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist beispielhaft eine solche Regelung wiedergegeben. Die dabei im Abgassystem vorgesehene Sauerstoffmeßsonde 29 erzeugt im Bereich von ^L = 1 einen Spannungssprung, den die Regeleinrichtung zur Ansteuerung des Ventils 25 in der Leitung 22 verarbeitet. Dieses Ventil kann nun bei einer Ausgestaltung als Dreiwegeuiftsehaltventil z.B. getaktet in bestimmter Frequenz mit unterschiedlicher Impulsbreite entsprechend dem jeweiligen Ausgangssignal der Sauerstoffmeßsonde angesteuert werden, so daß der in den Steuerdruckraum 29 gelangende Mischdruck aus Abgasdruck und Umgebungsdruck verändert wird. Dies ergibt eine Korrektur der jeweils entsprechend der durchgesetzten Gasmenge zugeführten Zusatzluftmenge. Statt der hier beschriebenen Regeleinrichtung kann auch eine beliebige andere Regeleinrichtung der Vorsteuerung der Zusatzluftmenge überlagert werden. Diese Regeleinrichtungen können auch mit anderen, das Betriebsverhalten der Brennkraftmaschine kennzeichnenden Parametern betrieben werden. Es kann z.B. dazu auch die Laufruhe der Brennkraftmaschine als Betriebsparameter erfaßt werden.

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Die beschriebene Vorsteuerung der Zusatzluftmenge entsprechend dem Gasdurchsatz durch die Brennkraftmaschine hat in Zusammenwirkung mit überlagernden Regeleinrichtungen den Vorteil, daß die Regeleinrichtung schnell und genau sich ändernden Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine folgen kann. Die Anwendung des Verfahrens bzw. der Vorrichtung ist dabei sowohl für Brennkraftmaschinen gegeben, die mit üblichen Vergasern betrieben werden, als auch für Brennkraftmaschinen, bei denen die Ansaugluftmenge über einen Luftmengenmesser erfaßt und entsprechend der Ausgangsgröße des Luftmengenmessers Kraftstoff eingespritzt wird. In diesem letzten Fall umgeht die Bypaßluftleitung jenen Luftmengenmesser.

Beim Attsführungsbeispiel nach Pig. 1 mündet die Bypaßluftleitung lh stromaufwärts der Drosselklappe in das Saugrohr ein. Dies hat den Nachteil, daß im Leerlaufbereich der Brennkraftmaschine keine nennenswerte Druckdifferenz zur Zufuhr von Sekundärluft mehr zur Verfügung steht. Die gleiche Anordnung kann deshalb auch so ausgestaltet sein, daß, wie im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 gezeigt, die Bypaßluftleitung l4 stromabwärts der Drosselklappe einmündet. Hier sinkt lediglich im Vollastbereich bei niedriger Drehzahl der erforderliche Saugrohrunterdruck stark ab.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 zeigt eine weitere Ausgestaltung, bei der neben dem Abgasüberdruck zur Verstellung des Drosselorgans in der Bypaßluftleitung auch zusätzlich der Unterdruck im Lufttrichter des Saugrohres verwendet wird.

Auch hier wird der Brennkraftmaschine über einen Vergaser 5 entsprechend der über das Saugrohr 3 angesaugten Luftmenge Kraftstoff zugeführt. Die Drosselklappe 4 bestimmt dabei unter Berücksichtigung der Drehzahl der Brennkraftmaschine die zugeführte Gemischraenge. Ferner ist, wie auch in Fig. 1, eine Bypaßluftleitung 14' vorgesehen, die stromabwärts der Drosselklappe ins Saugrohr mündet. Ein Durchtrittsquerschnitt 16' öffnet sich in einen von einer Membran 31 und einer Membran 32 in einem Gehäuse 20' gebildeten Raum 33 und wird

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durch ein Drosselorgan 15' kontrolliert. Dieses ist mit einem Steg 34 fest verbunden, der die Membranen 31 und 32 fest miteinander koppelt. Die Membran 31 schließt dabei einen Steuerdruckraum 35 und die Membran 32 einen Steuerdruckraum 36 auf den einander gegenüberliegenden Seiten im Gehäuse 20' ein. Im Raum 36 ist ferner eine Druckfeder 37 angeordnet, entgegen der je nach den in den Druckräumen 35 und 36 herrschenden Drücken die über den Steg 34 gekoppelten Membranen verstellbar sind. Gleichzeitig verändert das Drosselorgan den Durchtrittsquerschnitt 16'. Aus dem Raum 33 führt das andere Teilstück der Bypaßluftleitung 14', in der eine Drossel 39 angeordnet ist, hinaus.

Der eine Steuerdruckraum 35 ist, wie auch der Steuerdruckraum 19 gemäß Fig. 1, über eine Leitung 22 mit dem Abgassystem 10 verbunden. In der Leitung 22 sitzt das Elektromagnetventil 25, das gemäß dem Signal der Sauerstoffmeßsonde 29 im Abgassystem über die Regeleinrichtung 27 angesteuert wird.

Der andere Steuerdruckraum 36 ist nunmehr über eine Leitung 40 mit dem engsten Querschnitt des Lufttrichters 6' im Saugrohr 3 verbunden. Bei diesem Lufttrichter kann es sich, wie im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1, um den Lufttrichter des Vergasers handeln.

Die Vorrichtung nach Fig. 2 arbeitet folgendermaßen: Unter Außerachtlassung der Regeleinrichtung wird dem Steuerdruckraum 35 der gasdurchsatzabhängige Abgasdruck über die Leitung 22 zugeführt und dementsprechend die Membran 31 unter Zwischenschaltung des Stegs 34 und der Membran 32 entgegen der Kraft der Feder 37 verstellt und der Querschnitt der Durchtrittsöffnung l6 durchsatzabhängig verändert. Gleichsinnig wirkend wie der Abgasüberdruck gelangt in den Steuerdruckraum 36 der durchsätzabhängige Unterdruck im Lufttrichter 6' und bewirkt ebenfalls eine Verstellung der Membran 32 entgegen der Kraft der Feder 37 bei steigendem Durchsatz. Gleichzeitig wird über den mitgeführten Steg 34 und das Drosselorgan 15' der Querschnitt der Durchtrittsöffnung l6'vergrößert.

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Diese Anordnung hat den Vorteil,' daß sowohl der Abgasdruck als auch der Saugrohrunterdruck zur Vorsteuerung der Zusatzluftmenge verwendet wird. Da bei dieser Anordnung beide Drücke in gleicher Richtung wirken, erhält man vorteilhaft eine verstärkte Stellkraft. Auch der hier beschriebenen Vorsteuerung der Zusatzluftmenge kann eine geeignete bekannte Regelung überlagert werden. Dabei kann der Regeleingriff des ausgeführten Beispiels sowohl in der Leitung 22, als auch in der Leitung 40 erfolgen. Auch können natürlich weitere regeltechnische Maßnahmen wie der Einbau von Drosseln entsprechend der Drossel 39 oder zusätzlicher Volumina zur Verbesserung des Regelverhaltens vorwerden.

Natürlich kann auch in entsprechender Ausgestaltung des beschriebenen Verfahrens ein Eingriff auf der Kraftstoffseite erfolgen, indem durch die Membrankräfte beispielsweise eine Ventilnadel in der Hauptdüse des Vergasers oder in einem Bypaß zur Hauptdüse des Vergasers betätigt wird.

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Claims

261U09 Ansprüche

1. /Verfahren zur Beeinflussung der Zusammensetzung des einer Brennkraftmaschine zugeführten Betriebsgemisches durch Zufuhr einer Zusatz-Betriebsstoffmenge über eine Bypaßleitung zu einer die Gemischzusammensetzung bestimmenden Vorrichtung im Ansaugsystem der Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatz-Betriebsstoffmenge in Abhängigkeit von der Gasdurchsat zmenge der Brennki-aftmaschine gesteuert wird und die Gasdurchsatzmenge durch den Gasdruck im Abgassystem der Brennkraftmaschine erfaßt wird.

•2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Zusatzbetriebsstoff Luft dient.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasdurchsatzmenge durch den Gasdruck im Abgassystem und den Gasunterdruck in einem Lufttrichter im Ansaugsystem der Brennkraftmaschine erfaßt wird.

4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 3j dadurch gekennzeichnet, daß der Vorsteuerung der Zusatz-Betriebsstoffmenge eine Regelung entsprechend einem Betriebsparameter der Brennkraftmaschine überlagert wird.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in einer stromabwärts der die Betriebsgemischzusammensetzung

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bestimmenden Vorrichtung (5) der Brennkraftmaschine mündenden Bypaßluftleitung (l4) ein Drosselorgan (15) angeordnet ist_a das mit einem vom Abgasüberdruck entgegen der Kraft einer Rückstellfeder (21) beaufschlagtes Stellglied (17) verbunden ist.

6- Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß in einer stromabwärts der die Betriebsgemischzusammensetzung bestimmenden Vorrichtung (5) der Brennkraftmaschine mündenden Bypaßluftleitung (lh¹) ein Drosselorgan (15') angeora.net ist, das mit einem Stellorgan verbunden ist, das zwei Steuerdruckräume (35a 36) voneinander trennt, von denen der eine mit dem Abgassystem (10) und der andere mit dem engsten Querschnitt des Lufttrichters (6^T) im Ansaugsystem der Brennkraftmaschine verbunden ist und eine das Stellorgan entgegen dem Unterdruck beaufschlagende Feder (37) aufweist.

7- Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellorgan aus zwei über einen Steg (3*0 fest gekoppelten Membranen (3I₅ 32) in einer Druckdose (20') besteht und mit dem Steg das Drosselorgan (15*) verbunden ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß in der Bypaßluftleitung (14¹) ein zwischen den beiden Membranen (31, 32) der Druckdose gebildeter Raum (33) liegt und der Austritts- oder Eintrittsquerschnitt der Bypaßluftleitung durch das Drosselorgan kontrolliert ist.

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