DE2621310A1

DE2621310A1 - Verfahren und einrichtung zum regeln des luft-treibstoff-verhaeltnisses bei verbrennungsmotoren

Info

Publication number: DE2621310A1
Application number: DE19762621310
Authority: DE
Inventors: Makoto Anzai; Kokichi Ochiai
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1975-05-13
Filing date: 1976-05-13
Publication date: 1976-11-25
Also published as: JPS51132326A; GB1546118A

Description

ΡΑΤΕΝΤΑΝ>Λ/Α.Ι.ΤΕ£ Α. GRÜNECKER

OtPL-ING

H. KINKELDEY

DR-INa

W. STOCKMAIR

DR-INC-A^tCALTECH

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P. H. JAKOB

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G. BEZOLD

DR RERNAT- QPL-CHtM

8 MÜNCHEN

MAXIMILIANSTRASSE

Nissan Motor. Company, Limited ^-, ™

ΪΊο. 2, Takara-machi, Kanagawa-ku

P 10 Yokohama City, Japan

Verfahren und Einrichtung zum Regeln des Luft-Treibstoff-Verhältnisses bei Verbrennungsmotoren

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Regeln des Luft-Treibstoff-Verhältnisses eines in einer Einrichtung zur Gemischzufuhr zu erzeugenden Gemischs, bei einem Verbrennungsmotor mit einer derartigen Einrichtung zum Erzeugen des Luft-Treibstoff-Gemischs und dessen Weitergabe an die Zylinder des Motors, und mit einer Auspuffanlage, die mit einer Einrichtung zur Abgasreinigung versehen ist, die die Umwandlung mindestens einer Art luftverschmutzender Bestandteile der durch die Einrichtung geleiteten Auspuffgase· in eine unschädliche Verbindung bewirkt und die einen maximalen Umwandlungs-Wirkungsgrad bezüglich der Auspuffgase aufweist, die von einem Gemisch herrühren, das ein vorher festgelegtes Luft-Treibstoff-Verhältnis aufweist. Ferner bezieht sich die Erfindung auf eine Einrichtung zum Regeln des Mischungsverhältnisses bei einem derartigen Verbrennungsmotor.

Die Erfindung betrifft Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotoren, die mit katalytischen bzw. kontaktwirksamen Konvertern in der Auspuffanlage zum Zwecke der Abgasreinigung ausgestattet sind; insbesondere betrifft die Erfindung ein

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Verfahren und eine Einrichtung bzw. Anordnung zum Regeln des Luft-Treibstoff-Verhältnisses des brennbaren Gemischs, das in einer Einrichtung zur Gemischzufuhr erzeugt wird, wie beispielsweise in einem Vergaser oder einer Treibstoffeinspritzanlage bei einem jeweils entsprechenden Verbrennungsmotor. Bei den Verbrennungsmotoren von Kraftfahrzeugen sind herkömmliche Einrichtungen zur Gemischzufuhr derart angeordnet, daß Treibstoff der Einrichtung zur Gemischzufuhr mit einem Durchsatz zugeführt wird, der sich auf der Grundlage eines vorbestimmten Schemas mit dem Durchsatz ändert, zu dem atmosphärische Luft in die Einrichtung eingesaugt wird. Das Schema zur Kraftstoffzufuhr ist im Hinblick auf die Möglichkeit vorbestimmt, den Motor mit einer optimalen Leistungscharakteristik für verschiedene MotorBetriebsbereiche auszustatten. Ist aber der Motor, der eine derartige Einrichtung zur Gemischzufuhr verwendet, mit einem katalytischen Konverter zur Abgasreinigung in seiner Auspuffanlage ausgestattet, dann wird dennoch das Luft-Treibstoff -Verhältnis des in der Einrichtung zur Gemischzufuhr erzeugten Gemischs ohne Rücksichtnahme auf die Wirkungskennmerkmale des katalytischen Konverters von vornherein festgelegt. Katalytische Konverter zur Abgasreinigung sind grundsätzlich dafür vorgesehen, luftverschmutzende Bestandteile wie Kohlenwasserstoffe, Kohlenmonoxid und Stickoxide in den Auspuffgasen eines Verbrennungsmotors in unschädliche Verbindungen umzuwandeln, und derartige Konverter sind für ihren wirksamen Betrieb weitgehend vom Luft-j Treib stoff-Verhältnis des Gemischs abhängig, von dem die durch den Konverter geführten Abgase stammen. Um einen katalytischen Konverter bei seinem maximalen Wirkungsgrad betreiben zu können, ist es daher wünschenswert, das Luft-Treibstoff-Verhältnis des Gemischs, das in der Einrichtung zur Gemischzufuhr des Motors erzeugt wird, auf einen bestimmten Wert hinzusteuern oder innerhalb eines bestimmten Bereiches zu halten, der einen derartigen Wirkungsgrad erbringt. Zu diesem Zweck wird ein Steuer- oder Regelsystem für das Mischungsverhältnis bei einem Verbrennungsmotor der eingangs genannten Art vorgesehen, um zu versuchen, den Durchsatz zu regulieren, mit dem Luft und/oder Treibstoff der Einrichtung zur Gemischzufuhr zugeführt

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werden, um das Luft-Treibstoff-Verhältnis der Mischung aus Luft und Treibstoff auf den obengenannten Wert hinzusteuern oder innerhalb des oben erwähnten Bereichs zu halten. Einer der bekannten katalytischen Konverter wirkt dreifach und ist in der Lage, nicht nur Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid zu oxidieren, sondern auch, Stickoxide in Motorabgasen zu reduzieren. Beim dreifach wirkenden oder "Drei-Wege"-Katalysekonverter, der dies bewirkt, ist es bekannt, daß er seinen maximalen Konversionswirkungsgrad bezüglich der drei verschiedenen Arten luftverschmutzender Verbindungen dann erreicht, wenn die durch den katalytischen Konverter geleiteten Abgase einem stöchiometrischen Gemisch entstammen, d.h. einem Gemisch, dessen Luft-Treibstoff-Verhältnis für einen Benzinmotor bei etwa 14,8 : 1 liegt. Der dreifach wirkende katalytisch^ Konverter ist demnach imstande, seinen maximalen Konversionswirkungsgrad zu entwickeln, wenn das Luft-Treibstoff-Verhältnis des in der Einrichtung zur Gemischzufuhr erzeugten Gemischs auf den stöchiometrischen Wert hinreguliert wird oder innerhalb eines bestimmten Bereichs gehalten wird, der auch diesen Wert enthält.

Von den verschiedenen Arten von Systemen zum Steuern oder Regeln des Gemischs, die bereits vorgeschlagen wurden, wird das erfolgversprechendste dieses sein, das dazu eingerichtet ist, das Luft-Treibstoff-Verhältnis auf der Grundlage einer Information zu regeln, die aufgrund einer "Rückkopplung" aus dem Abgassystem dem Regelsystem für das Mischungsverhältnis zugeht. Diese Einrichtung zum Regeln des Mischungsverhältnisses mit Rückkopplung oder mit "geschlossenem Regelkreis" weist einen Abgasfühler auf, der in der Abgasanlage angeordnet ist und der aufgrund seiner Wirkungsweise das Luft-Treibstoff-Verhältnis des Gemischs überwacht, das in der Einrichtung zur Gemischzufuhr erzeugt v/ird, indem er in den Abgasen, die durch die Auspuffanlage strömen, zumindest eine der oben genannten Arten chemischer Verbindungen aufspürt und ein analoges Ausgangssignal erzeugt, das repräsentativ ist für die aufgespürte Konzentration des chemischen Bestandteils oder der chemischen Bestandteile. Die chemische Zusammensetzung der Abgase ist eine hin-

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längliche Darstellung der chemischen Zusammensetzung der Luft-Treibstoff-Mischung, von denen diese Abgase abstammen und dementsprechend ist das vom Abgasfühler erzeugte Signal ein genau repräsentativer Wert für das Luft-Treibstoff-Verhältnis des Gemischs, das tatsächlich in der Einrichtung zur Gemischzufuhr erzeugt wird. Der chemische Bestandteil oder die chemischen Bestandteile der Abgase, die vom Abgasfühler aufgespürt werden, kann Sauerstoff, Kohlenmonoxid oder -dioxid, Kohlenwasserstoffe, Stickoxide oder zwei oder mehrere dieser Bestandteile gleichzeitig sein, obwohl insbesondere dem Sauerstoff des einfachen Aufspürens wegen der Vorzug gegeben wird.

Das analoge Ausgangssignal, das vom Abgasfühler erzeugt wird, ist üblicherweise eine Spannung, die mit der aufgespürten Konzentration des obengenannten chemischen Bestandteils oder der chemischen Bestandteile variiert, und die einer elektrischen Regelschaltung zugeführt wird, die dazu eingerichtet ist, eine Reihe von Impulsen zu erzielen, die in Frequenz und Impulsdauer mit der Stärke oder, wie üblich, der Spannung des vom Abgasfühler abgegebenen Signals variiert. Die Impulssignale, die so von der Regelschaltung abgegeben werden, werden hintereinander einem Bauteil mit einem elektromagnetischen Zweistellungsventil zugeführt, das dazu eingerichtet ist, den Luft- oder Treibstoffstrom durch alternatives Schließen und Öffnen des Strömungswegs für Luft oder Treibstoff in Abhängigkeit von den eingegebenen Impulsen zu steuern. Luft oder Treibstoff wird daher durch den Strömungsweg mit einem" Durchsatz durchgeführt, der mit der Frequenz und mit der Länge der Impulse variiert, die dem Ventilbauteil zugeführt werden, so daß das Luft-Treibstoff-Verhältnis des Gemischs, das in der Einrichtung zur Gemischzufuhr erzeugt wird, auf einen vorher festgelegten Wert hingesteuert wird, wie beispielsweise auf den stöchiometrischen Wert in einem Verbrennungsmotor, der mit einem dreifach wirkenden katalytischen Konverter ausgestattet ist.

Bei einem System zum Regeln des Mischungsverhältnisses der oben beschriebenen Art wird der Luft- oder Treibstoff strom in der Ein-

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richtung zur Gemischzufuhr intermittierend durch das Zweisfcellungsventil unterbrochen, das abwechselnd von der offenen in die geschlossene Stellung und umgekehrt verstellt wird. Der Strom von Luft oder Treibstoff, der das Venti !bauteil intermittierend durchströmt, wird bis zu einem bestimmten Ausmaß in einen pulsierenden Strom im Strömungsweg hinter dem Ventilbauteil abgedämpft, kann aber nicht völlig gleichmäßig gemacht werden-- Die Abgabe von Luft oder Treibstoff an die Einrichtung zur Gemischzufuhr ist daher Gegenstand von Schwankungen, und demzufolge neigt das Luft-Treibstoff-Verhältnis des von dieser Luft oder diesem Treibstoff stammenden Gemischs dazu, in irregulärer Weise zu variieren und von dem vorher festgelegten Wert oder Bereich abzuweichen. Dies ist nicht nur hinsichtlich des Betriebs eines katalytischen Konverters zu beanstanden, sondern beeinträchtigt auch den stabilen und gleichmäßigen Lauf des Motors.

Ein weiterer Nachteil einer bekannten Einrichtung zum Regeln des Mischungsverhältnisses der oben beschriebenen Art besteht in der Kompliziertheit der elektrischen Regelschaltung, die zum Erzeugen geeigneter Impulssignale aufgrund des eingegebenen Analogsignals erforderlich ist.

Die Nachteile der bekannten Einrichtung zum Regeln des Mischungsverhältnisses sind daher alle auf die Tatsache zurückzuführen, daß die Regeleinrichtung zum Regeln des Luft- oder TreibstoffStroms auf digitale Weise ausgelegt ist. Die vorliegende Erfindung zielt daher darauf ab, derartige Nachteile dadurch zu unterbinden, daß der Luft- oder Treibstoffstrom zur Einrichtung zur Gemischzufuhr auf analoge Weise in Abhängigkeit des analogen Signals gesteuert wird, das von der Auspuffanlage her zurückgekoppelt wird.

Zur Verwirklichung dieses Zieles dient gemäß einem wesentlichen Aspekt der Erfindung ein Verfahren der eingangs genannten Gattung, das gekennzeichnet ist durch folgende Verfahrensschritte: Aufspüren der Konzentration zumindest einer Gattung eines chemischen Bestandteils der durch die Auspuff-

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anlage geleiteten Abgase,

- Erzeugen eines analogen Grundsignals, das für die aufgespürte Konzentration des chemischen Bestandteils repräsentativ ist,

- :unter Ausgang vom Grundsignal Erzeugen eines analogen Steuersignals zum. Bewirken der Verringerung der Differenz zwischen dem Grundsignal und einem festen Bezugssignal, das für das vorbestimmte Luft-Treibstoff-Verhältnis repräsentativ ist, sofern eine Differenz vorhanden ist, und

- kontinuierliches Regulieren des Luft- oder Treibstoffstroms , der in Übereinstimmung mit dem Steuersignal an die Einrichtung zur Gemischzufuhr zum Aussteuern des Luft-Treibstoff-Verhältnisses des in der Einrichtung erzeugten Gemische auf den vorher festgelegten Wert abgegeben werden soll.

Der obengenannte Zweck wird ferner gemäß einem weiteren wesentlichen Aspekt der Erfindung durch eine gattungsgemäße Einrichtung zum Steuern des Mischungsverhältnisses erreicht, die gekennzeichnet ist durch

eine Spüreinrichtung, die in der Auspuffanlage zum Aufspüren mindestens einer vorgeschriebenen Gattung eines chemischen Bestandteils der durch die Auspuffanlage geleiteten Abgase und zum Erzeugen eines analogen Ausgangssignals vorgesehen ist, das für die Konzentration des aufgespürten chemischen Bestandteils repräsentativ ist,

- eine elektrische Regelschaltung, die dazu verwendbar ist, aus dem Ausgangssignal ein analoges Steuersignal zu erzeugen, durch das gegebenenfalls die Differenz zwischen Ausgangssignal der Spüreinrichtung und einem festgelegten Bezugssignal verringerbar ist, das für das vorher festgelegte Luft-Treibstoff-Verhältnis repräsentativ ist, und

- eine Ventileinrichtung, die auf das Steuersignal zum Aussteuern des Luft-Treibstoff-Verhältnisses des Ge-

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mischs auf den vorher festgelegten Wert anspricht, das in der Einrichtung zur Gemischzufuhr erzeugt werden soll.

Es. ist somit Zweck der Erfindung, bei einem Verbrennungsmotor mit einem katalytischen Konverter zur Abgasreinigung ein Verfahren zum Steuern des Luft-Treibstoff-Verhältnisses der verbrennbaren Mischung vorzusehen, die in der Einrichtung zur Gemischzufuhr erzeugt wird, indem der Abgabedurchsatz von Luft oder Treibstoff in die Einrichtung zur Gemischzufuhr mittels eines analogen Steuer-' signals kontinuierlich reguliert wird, das von einem analogen Grundsignal her erzeugt wird, das seinerseits eine Aussage über das Luft-Treibstoff-Verhältnis der Mischung liefert, die tatsächlich in der Einrichtung zur Gemischzufuhr des Motors erzeugt wird. Ein weiterer Zweck der Erfindung besteht darin, eine Einrichtung, Vorrichtung oder Anlage zu finden, um ein derartiges Verfahren bei einem Verbrennungsmotor zu realisieren, der mit einem katalytischen Konverter zur Abgasreinigung versehen ist. Ferner noch ist es weiterer Zweck der Erfindung, ein Ventil zum Steuern des Fluid-Stroms zum Einsatz bei einer derartigen Anlage vorzusehen..

Die oben erwähnte Ventileinrichtung kann eine Durchlaßeinrichtung bzw. einen Strömungsweg zum Durchlassen von Luft bzw. Treibstoff aufweisen, der an die Einrichtung zur Gemischzufuhr abgegeben v/erden soll, ein Ventilelement, das kontinuierlich zwischen einer Stellung, in der es den Strömungsweg sperrt, und einer Stellung, in der es eine Maximalströmungr durch den Stirömungsweg vorsieht, bewegbar ist, wobei der Strömungsdurchsatz durch den Strömungsweg kontinuierlich mit der Verlagerung des Ventilelements zwischen seinen beiden Endstellungen variierbar ist, sowie eine elektromagnetische Betätigungseinrichtung, die leitend mit dem Ausgangsanschluß der Regelschaltung verbunden ist und die mit dem Ventilelement in Wirkverbindung steht, um das Ventilelement in der Endstellung zu halten, in der es den Strömungsweg sperrt, solange die elektromagnetische Betätigungseinrichtung unerregt bleibt, und um das Ventilelement kontinuierlich zwischen den beiden oben erwähnten Endstellungen zu bewegen, wenn die Betätigungseinrichtung

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von dem analogen Steuersignal der obengenannten Regelschaltung erregt wird, wobei die Verschiebung des Ventilelements, von seiner Schließstellung ausgehend, kontinuierlich mit der Größe des analogen Steuersignals verändert wird. Die Ventileinrichtung der oben grundsätzlich beschriebenen Art kann ihrer Gattung nach einen Permanentmagneten und eine bewegliche Spule aufweisen, wobei eine Spule vorgesehen ist, die mit dem Ventilelement in Gegenwirkung zu einem stationären Permanentmagneten beweglich ist und die mit dem Ausgangsanschluß der Steuerschaltung so verbunden ist, daß das Ventilelement zwischen den oben erwähnten beiden Positionen aufgrund magnetischer Wechselwirkung zwischen Spule und Magnet dann bewegt wird, wenn die bewegliche Spule vom analogen Steuersignal angesteuert wird, das von der Regelschaltung züge- . führt wird. Als einenögliche Alternative kann die Ventileinrichtung ihrer Gattung nach mit Elektromagnet und Schwingkern ausgestattet sein, wobei sie einen ferromagnetischen Stößel aufweist, der axial durch eine Magnetspule vor- und rückbeweglich ist, die von einem schraubenförmig aufgewickelten Leiter gebildet wird, der mit dem Ausgangsanschluß der Regelschaltung derart verbunden ist, daß das zusammen mit dem Stößel bewegliche Ventilelement zwischen den vorher genannten beiden Positionen bewegt wird, wenn die Magnetspule vom analogen Steuersignal von der Regelschaltung her angesteuert wird.

Im folgenden soll die Erfindung näher anhand von in. der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen erläutert werden. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung ist, die eine Einrichtung zur Gemischzufuhr eines Verbrennungsmotors zeigt, die mit einer erfindungsgemäßen Einrichtung zum Regeln des Mischungsverhältnisses ausgestattet ist,

Fig.2 einen Längsschnitt durch den detaillierten Aufbau jeder der Ventileinrichtungen darstellt, die in

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der in Pig. 1 gezeigten Einrichtung zum Regeln des Mischungsverhältnisses enthalten sind,

Fig. 3 eine Ansicht ähnlich Fig. 2 darstellt, aber ein anderes Ausführungsbeispiel der Ventileinrichtung zeigt, wie sie bei einer erfindungsgemäßen Einrichtung zum Regeln des Mischungsverhältnisses verwendet werden kann, und

Fig. 4 eine ähnliche Ansicht wie Fig. 2, aber eine Modifikation der in Fig. 3 dargestellten Ventileinrichtung zeigt.

In der Zeichnung ist in Fig. 1 die Einrichtung zur Gemischzufuhr eines Verbrennungsmotors dargestellt, der eine erfindungsgemäße Einrichtung zum Regeln des Mischungsverhältnisses aufweist; die Einrichtung zur Gemischzufuhr wird beispielsweise von einem Vergaser 1o gebildet. Der Vergaser 1o weist ein Luftrohr 12 auf, das mit einem Venturiabschnitt 14 und einem Drosselventil 16 versehen ist, das stromabwärts hinter dem Venturiabschnitt 14 angeordnet ist und das zusammen mit einer Drosselventilwelle 18 drehbar ist. Obgleich in der Zeichnung nicht dargestellt, ist die Drosselventilwelle 18 mit dem Gaspedal über eine geeignete mechanische Anlenkung derart verbunden, daß das Drosselventil 16 veranlaßt wird, sich zusammen mit der Welle 18 von einer voll geschlossenen Stellung zu einer voll offenen Stellung über eine teilweise abgedrosselte Stellung zu drehen, wenn das Gaspedal niedergedrückt und wieder freigegeben wird, wie wohlbekannt is't. Das Luftrohr 12 wird aus der Umgebungsluft über einen Luftfilter (nicht dargestellt) belüftet und steht über die Einlaßverrohrung und die Einlaßventile mit den Zylindern des Motors in Verbindung (nicht dargestellt).

Der Vergaser 1o weist je einen TreibstoffVersorgungskreis für die Hauptversorgung und für niedere Drehzahlen auf, durch die Kraftstoff in emulgiertem Zustand in das Vergaser-Luftrohr 12 während des Betriebs eingebracht wird. Der Kreis für die Haupt-Treibstoff-Versorgung hat seinen Ursprung in einem Schwimmerbehälter 2o mit

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einem Schwimmer 22, der in dessen Innerem angeordnet ist. Der Schwimmerbehälter 2o steht über ein Durchfluß-Regelventil mit dem Treibstoff-Vorratsbehälter in Verbindung (nicht dargestellt), das vom Schwimmer 22 betätigt wird, und weist in seinem Inneren einen gleichmäßigen Treibstoffvorrat 24 auf, der vom Treibstoff-Vorratsbehälter herbeigepumpt wird. Der Kreis zur Treibstoff-Hauptversorgung weist eine Treibstoff-Hauptverbindung 26 auf, die vom unteren Teil des Schwimmerbehälters 2o durch eine Treibstoff-Hauptdosierdüse 28 führt. Die Treibstoff-Hauptverbindung 26 endet in einer Treibstoff-Hauptmischkammer 3o, die ein perforiertes Treibstoff-Zerstäuberrohr 32 aufweist, das aus der Umgebungsluft über ein Haupt-Lufteinlaßloch 34 belüftet wird, das an der Oberseite der Hauptmischkammer 3o angeordnet ist. Eine Hauptspritzdüse 36 führt von der Hauptmischkammer 3o weg und weist ein offenes Ende auf, das in den Venturiabschnitt 14 hineinragt. Der flüssige Treibstoff im Schwimmerbehälter 2o wird somit über die Treibstoff-Hauptverbindung 26, die Hauptmischkammer 3o und die Hauptspritzdüse 36 aufgrund der Saugwirkung in den Venturiabschnitt 14 gesogen, wenn der Motor läuft, während sich das Vergaser-Drosselventil 16 in voll geöffneter oder in teilweise gedrosselter Stellung befindet. Auf seinem Weg in den Venturiabschnitt 14 wird der Treibstoff mit atmophärischer Luft emulgiert, die über das Haupt-Lufteinlaßloch 34 in die Hauptmischkammer 3o gelangt, und die resultierende Treibstoff emulsion wird im Vergaserluftrohr 12 mit Luft vermischt, die durch den Venturiabschnitt 14 tritt. Die Mischung- von Luft und Kraftstoff wird somit im Vergaser-Luftrohr '12 erzeugt und zu einem Durchsatz, der mittels des Drosselventils 16 variiert wird, weiter an die Motorzylinder geleitet.

Der Treibstoffversorgungskreis für Langsamgeschwindigkeit bzw. der Nebenkreis weist andererseits eine Treibstoff-Nebenverbindung 38 auf, die von der Tr eibs to ff-Hauptverbindung 26 nach der Treibstoff-Dosierdüse 28 abzweigt. Die Treibstoff-Nebenverbindung 38 endet in einer Treibstoff-Nebenmischkammer 4o, die ein perforiertes Zerstäuberrohr 42 aufweist, das von der Umgebungsluft her über ein Neben-Lufteinlaßloch 44 belüftet wird, das an der Oberseite der

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Nebenmischkammer 4o angeordnet ist. Von der Unterseite der Nebenmischkammer 4o aus erstreckt sich eine Kraftstoff-Nebenspeiseleitung 46, die an ihrem Ende durch eine Kraftstoff-Nebenspritzöffnung 48 in das Vergaserluftrohr 12 mündet, die in unmittelbarer Nähe zu einem Abschnitt der Umfangskante der Vergaserdrosselklappe 16 angeordnet ist, wenn sich diese in voll geschlossener Stellung befindet. Ist die Vergaserdrosselklappe 16 in voll geschlossener oder in teilweise gedrosselter Stellung, dann wird Treibstoff von der Treibstoff-Hauptverbindung 26 über die Treibstoff-Nebenspeiseleitung 46 und die Nebenspritzöffnung 48 in das Vergaserluftrohr 12 abgegeben und erzeugt unterhalb der Vergaserdrosselklappe 16 eine Mischung von Luft und Treibstoff. Während teilweise gedrosselten Betriebes wird eine Mischung von Luft und Treibstoff im Vergaserluftrohr 12 mit Treibstoff erzeugt, der zum Teil vom Hauptgemischversorgungskreis und zum Teil vom Nebengemischversorgungskreis geliefert wird. In der Regel weist der Treibstoff-Nebenversorgungskreis ferner eine Standgasdüse auf (nicht dargestellt) , die von der Kraftstoff-Nebenspeiseleitung 46 abzweigt und in das Vergaserluftrohr 12 ein wenig unterhalb der Treibstoff-Nebenspritzöffnung 48 einmündet.

Die oben beschriebenen Anordnungen von Kraftstoffhaupt- und -nebenversorgungskreis sind zum Zweck der Erläuterung dargestellt und können, falls gewünscht, Gegenstand einer Modifizierung und Änderung sein.

Der Motor weist eine Auspuffanlage 5o auf, die mit einem katalytischen Konverter 52 zur Abgasreinigung versehen ist. Der katalytische Konverter 52 kann entweder im Auspuffrohr oder in der Auspuff-Sammelleitung oberhalb des Auspuffrohrs angeordnet sein. Wenn der katalytische Konverter 52 an der Auspuff-Sammelleitung angebracht ist, dann ist es von Vorteil, daß der katalytische Konverter 52 in dem sich verengenden Rohrabschnitt der Auspuff-Sammelleitung angeordnet ist, so daß die Abgase, die in alle Rohrverzweigungen der Auspuff-Sammelleitung hineingeblasen werden, durch den kataly-

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tischen Konverter 52 treten.

Der katalytisch^ Konverter 52 kann irgendeiner Gattung angehören, die auf zumindest eine der luftverschmutzenden Verbindungen anspricht, wie beispielsweise auf Kohlenwasserstoffe (HC) auf Kohlenmonoxid (CO) oder auf Stickoxide (NO ), aber es soll hier beispielsweise unterstellt werden, daß es sich um einen eingangs genannten dreifach wirkenden Konverter oder Drei-Weg-Konverter handelt, der in der Lage ist, alle die drei Arten luftverschmutzender Verbindungen in Abgasen, die ihn durchströmen, zu verarbeiten.

Wie bereits vorher dargelegt, bietet ein dreifach wirkender katalytischer Konverter einen maximalen Konversions-Wirkungsgrad gegenüber den drei Arten luftverschmutzender Verbindungen dann, wenn die in den Motorzylindern verbrannte Luft-Treibstoff-Mischung ein stöchiometrisches Verhältnis aufweist, und es ist demnach gewünscht, daß ein Verbrennungsmotor, er mit einem dreifach wirkenden kata-Iytischen Konverter ausgestattet ist, auch mit einer Einrichtung -" zum Regeln des Mischungsverhältnisses versehen wird, die dazu eingerichtet ist, das Luft-Treibstoff-Verhältnis des in der Einrichtung zur Gemischzufuhr erzeugten Gemischs bei einem stöchiometrischen Wert auszuregeln oder innerhalb eines vorher festgelegten, verhältnismäßig engen Bereichs zu halten, der einen derartigen Wert aufweist, und zwar während des Betriebs oder während der oben beschriebenen Betriebszustände des Motors. Zu diesem Zweck ist der in Fig. 1 gezeigte Vergaser 1o mit einer Einrichtung zum Regeln des Mischungsverhältnisses versehen, die dazu eingerichtet ist, das Luft-Treibstoff-Verhältnis zu regeln, indem Luft dem Treibstoff sowohl im Treibstoffhaupt- als auch im Treibstoffnebenversorgungskreis unter einem gesteuerten Durchsatz zugeführt wird, der vom LuffcTreibstoff-Verhältnis der Mischung abhängt, die tatsächlich im Vergaser erzeugt wird, wie in der Auspuffanlage 5o durch Überwachung festgestellt wird. . ■

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Die Einrichtung zum Steuern des Mischungsverhältnisses weist Haupt- und Neben-Lufteinlaßleitungen 54 und 56 auf, die von der Haupt-Mischkammer 3o bzw. Neben-Mischkammer 4o ausgehen, um eine steuerbare Luftverbindungsleitung zwischen der Außenluft und sowohl Haupt- als auch Neben-Treibstoffversorgungskreis zusätzlich zur festgelegten Verbindung für Luft vorzusehen, die ihrerseits zwischen der Umgebungsluft und jedem der beiden Kreise jeweils über Lufteinlaßlöcher 34 und 44 vorgesehen ist. Die Haupt-.und Neben-Lufteinlaßleitungen 54 und 56 werden von der Umgebungsluft her über elektromagnetisch betätigte Ventileinrichtungen 58 bzw. 6o belüftet. Jede der Venti!einrichtungen 58 und 6o ist so ausgelegt, daß sie kontinuierlich zwischen einem ersten Betriebszustand, in dem jede der beiden Lufteinlaßleitungen 54 und 56 abgeschlossen ist, und einem zweiten Betriebszustand, in dem ein maximaler Luftdurchsatz durch jede der Leitungen vorgesehen ist, betätigbar sind. Aus Gründen der Bequemlichkeit wird von der Annahme ausgegangen, daß sich jede der Ventileinrichtungen 58 und 6o in der ersten Betriebsstellung befindet, wenn sie nicht erregt wird; sie wird kontinuierlich betätigt, wenn sie sich zwischen der ersten oder zwei-, ten Betriebsstellung befindet, solange sie mit einem analogen Steuersignal versorgt wird, das zusammen mit dem durch Überwachung ermittelten Luft-Treibstoff-Verhältnis des im Vergaser-Luftrohr 12 erzeugten Gemischs variiert. Wenn jede der Ventileinrichtungen 58 und 6o sich im ersten Betriebszustand befindet und hierbei jede der Lufteinlaßleitungen 54 und 56 absperrt, dann wird das im Vergaser-Luftrohr 12 erzeugte Luft-Treibstoff-Gemisch verfettet, wodurch ein bestimmtes Luft-Treibstoff-Verhältnis bewirkt wird, das aufgrund der Abwesenheit einer Luftzufuhr durch jede der beiden Lufteinlaßleitungen 54 und 56 zu dem Treibstoff sowohl im Hauptais auch im Neben-Treibstoffversorgungskreis kleiner ist als ein stöchiometrisches Verhältnis.. Wenn jede der Ventileinrichtungen 58 und 6o aus ihrem ersten Betriebszustand kontinuierlich bis zu ihrem zweiten Betriebszustand betätigt wird, dann wird Umgebungsluft durch jede der beiden Lufteinlaßleitungen 54 und 56 sowohl in den Haupt- als auch in den Neben-Treibstoffversorgungskreis mit

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einem kontinuierlich zunehmenden Durchsatz eingeleitet, so daß das im Vergaser-Luftrohr 12 erzeugte Luft-Treibstoff-Gemisch magerer wird. Wenn sich jede Ventileinrichtung in ihrem zweiten Betriebszustand befindet und einen maximalen Luftdurchsatz durch jede der beiden Lufteinlaßleitungen 54 und 56 sicherstellt, dann wird das im Vergaser-Luftrohr 12 erzeugte Gemisch am magersten und bewirkt ein bestimmtes Luft-Treibstoff-Verhältnis, das größer ist als das stöchiometrische Verhältnis. Das Luft-Treibstoff-Verhältnis des im Vergaser-Luftrohr 12 erzeugten Gemischs wird auf diese Weise innerhalb eines gewissen Bereichs verändert, der das stöchiometrische Verhältnis enthält, soweit jede der beiden Ventileinrichtungen 58 und 6o zwischen ihrer ersten und zweiten Betriebsstellung kontinuierlich betätigt wird. Werden die Ventileinrichtungen 58 und 6o hinlänglich gesteuert, dann kann demnach das Luft-Treibstoff -Verhältnis des im Vergaser-Luftrohr 12 erzeugten Gemischs auf das stöchiometrische Verhältnis hinreguliert werden. Um diesen Endzustand zu erreichen, werden die Ventileinrichtungen 58 und 6o elektrisch in Parallelschaltung mit dem Ausgangsanschluß der Regelschaltung 62 verbunden..

Die Regelschaltung 62 weist einen Eingangsanschluß auf, der mit einem Abgasfühler 64 verbunden ist, der in der Auspuffanlage 5o vorzugsweise oberhalb des katalytischen Konverters 52 und unterhalb der Rohrverzweigungsabschnitte der Auspuff-Sammelleitung angeordnet ist. Es wird beispielsweise davon ausgegangen, daß der Abgasfühler 64 einer Art angehört, die geeignet ist, die Konzentration von Sauerstoff aufzuspüren, der in den Auspuffgasen enthalten ist, die durch die Abgassammelleitung geführt werden, und der ferner geeignet ist, ein analoges Ausgangssignal So zu erzeugen, das repräsentativ ist für die aufgespürte Sauerstoffkonzentration. Wie aber bereits schon vorher bemerkt, kann der Abgasfühler, der in der erfindungsgemäßen Einrichtung zum Regeln des Mischungsverhältnisses vorgesehen ist, auch einer anderen Art angehören, und beispielsweise auf Kohlenwasserstoffe, Kohlenmonoxid oder Kohlendioxid, Stickoxide oder auf zwei oder mehr dieser sowie Sauerstoff ansprechen.

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Das. analoge Ausgangssignal So, das vom Abgasfühler 64 erzeugt wird, besteht üblicherweise aus einer Spannung, die mit der aufgespürten Sauerstoffkonzentration variiert und die für das Luft-Treibstoff-Verhältnis der in den Motorzylindern verbrannten Mischung und dementsprechend für die im Vergaserluftrohr 12 erzeugte Mischung repräsentativ ist. Das analoge Signal So wird der Regelschaltung 62 eingegeben, die dazu eingerichtet ist, das Signal So mit einem Bezugssignal Sr zu vergleichen, das repräsentativ ist für ein stö- chiometrisches Luft-Treibstoff-Verhältnis, und die ein analoges Ausgangssignal Sc an jedes der Ventileinrichtungen 58 und 6o liefert. Das analoge Ausgangssignal Sc, das von der Regelschaltung 62 erzeugt wird, ist eine Funktion des Grundsignals So, das vom Abgasfühler 64 geliefert wird,und es wird mit dem Grundsignal So derart verändert, daß es gegebenenfalls stetig die Differenz zwischen den beiden Eingangssignalen So und Sr abbaut. Wenn daher das analoge Ausgangssignal So des Abgasfühlers 64 in seiner Höhe bzw. in seinem Betrag größer ist als das Bezugssignal Sr, wie es während eines Betriebszustandes der Fall ist, in dem das im Vergaser-Luftrohr 12 erzeugte Luft-Treibstoff-Gemisch magerer als das stöchiometrische Gemisch ist, dann ist das analoge Steuersignal, das von der Regelschaltung 62 geliefert wird, derart, daß es das Steuern jedes der beiden Ventileinrichtungen 58 und 6o auf den eingangs erwähnten ersten Betriebszustand hin bewirkt, in dem jede der beiden Lufteinlaßleitungen 54 und 56 verschlossen wird, so daß das Gemisch im Vergaser-Luftrohr 12 angereichert wird. Wenn im umgekehrten Fall das analoge Ausgangssignal So des Abgasfühlers in seiner Größe bzw. seinem Betrag kleiner ist als das Bezugssignal ι Sr, wie es während eines Betriebszustandes der Fall ist, in dem das Luft-Treibstoff-Gemisch, das im Vergaser-Luftrohr 12 erzeugt wird, fetter als das stöchiometrische Gemisch ist, dann bewirkt das Ausgangssignal Sc der Regelschaltung 62 das Ansteuern jeder der beiden Ventileinrichtungen 58 und 6o auf deren zweite Betriebsstellung hin, um somit die Mischung im Vergaser-Luftrohr 12 abzumagern. Die Regelschaltung 62, die die oben beschriebenen Funktionen vorsieht, kann von einem Fachmann fertig erstellt werden, wes-

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wegen kein praktisches Ausführungsbeispiel gezeigt ist.

Fig. 2 zeigt detailliert den Aufbau einer jeweiligen Ventileinrichtung 58 und 6o, die der Einrichtung zum Regeln des Mischungsverhältnisses einbezogen ist, die voranstehend im Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben wurde.

Die in Fig. 2 und ebenso auch in Fig. 1 dargestellte Ventileinrichtung weist einen zylindrischen Permanentmagneten 66 und ein im wesentlichen zylindrisches, hohles Polteil 68 auf, das unterteilte, zueinander parallele End-Wandabschnitte 7o und 72 aufweist und mit einer kreisförmigen Öffnung 74 in einem der End-Wandabschnitte 7o ausgebildet ist. Der Permanentmagnet 66 ist mit seinem einen Ende fest an der inneren Stirnfläche des anderen Bnd-Wandabschnitts des Polstücks 68 befestigt und weist mit seinem anderen, freien Endabschnitt axial in die Öffnung 74 hinein, so daß ein ringförmiger Luftspalt 76 zwischen der peripheren Oberfläche des freien Endabschnitts des Magneten 66 und dem inneren Umfang des End-Wandabschnitts 7o des Polstücks 68 begrenzt wird, wie gezeigt. Es wird beispielsweise angenommen, daß der Permanentmagnet 66 den Südpol S an seinem freien Ende aufweist, wo er vom Luftspalt 76 umgeben wird, und der Nordpol N an dem Ende des Magneten 66 vorgesehen ist, an dem er am End-Wandabschnitt 72 des Polstücks 68 befestigt ist, so daß das Polstück 68 seinen Nordpol N längs seiner Umfangskante aufweist, die die Öffnung 74 im End-Wandabschnitt 7o.begrenzt. Das Polstück 68 ist in einem nichtmagnetischen und nichtleitfähigen Gehäuse 78 fest angebracht, das einen zylindrischen Abschnitt 78a aufweist, der in Achsrichtung vom äußeren Umfang des mit öffnung versehenen End-Wandabschnitts 7o des Polstücks 68 nach außen he- rausragt.

Eine Spule 8o, die von einem spiralig gewickelten Leiter gebildet ist, ist durch den Luftspalt 76 in Achsrichtung beweglich angeordnet. Die Spule 8o ist an ihrem axialen äußeren Ende an einem' nichtmagnetischen und nichtleitfähigen Ring 82 befestigt, der zusammen

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mit der Spule 80 auf den Luftspalt 76 zu und von ihm weg beweglich ist. Der Ring 82 ist bezüglich des zylindrischen Abschnitts 78a des Gehäuses 78, der vom Ende des Polstücks 68 absteht, konzen- ' trisch angeordnet und wird an der inneren peripheren Oberfläche des Abschnitts 78a des Gehäuses 78 mittels eines flexiblen ringförmigen Trageteils 84 festgehalten, das längs seiner gesamten inneren Umfangskante an der äußeren peripheren Oberfläche des Rings 82 und längs dessen gesamtem äußeren Umfangs-Endabschnitt an der inneren peripheren Oberfläche des Abschnitts 78a befestigt ist. Der Ring 82 ist axial mit seinem äußeren Ende an einem konischen Ventilelement 86 befestigt, das zusammen mit dem Ring und der Spule 80 axial auf das freie Ende des Permanentmagneten 66 zu und von ihm weg beweglich ist und das in Achsrichtung nach seinem vorderen Ende hin, das dem Permanentmagneten 66abgewandt ist, konisch abgeschrägt ist.

Eine Lufteinlaßröhre 88 weist einen offenen Endabschnitt auf, der nächst dem Ventilelement 86 angeordnet ist. Der offene Endabschnitt 9o weist eine kegelstumpfförmige innere Oberfläche auf, die passend zu der konisch abgeschrägten äußeren Oberfläche des konischen Ventilelements 86 geformt ist. Das Ventilelement 86 wird mit der kegelstumpfförmigen inneren Oberfläche des Endabschnitts 9o in Berührung gebracht und verschließt den Endabschnitt 9o, wenn es axial nach vorne und vom Permanentmagneten 66 weg bewegt wird. Wenn das Ventilelement 86 axial zum Permanentmagneten 66 hin bewegt wird, dann wird es aus dem Sitz mit der kegelstuirtpfförmigen inneren Oberfläche des End-Abschnitts 9o gelöst und bildet einen kegelstumpfförmigen Spalt 92 zwischen der konischen Oberfläche des Ventilelements 86 und der kegelstumpfförmigen inneren Oberfläche des offenen Endabschnitts 9o an der Röhre 88, wie dargestellt, wobei es die Belüftung des Rohres 88 von der Umgebungsluft her durch den Spalt 92 zuläßt. Der Spalt 92 wird kontinuierlich vergrößert und dementsprechend wird auch der Luftstrom durch den Spalt 92 kontinuierlich gesteigert, wenn das Ventilelement 86 von der kegelstumpf förmigen inneren Oberfläche des End-Abschnitts 9o am Rohr 88 wegbewegt wird.

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Die Spule 80 liegt mit ihrem einen Ende an Masse und ist mit ihrem anderen Ende mit dem Ausgangsanschluß der vorher beschriebenen Regelschaltung 62 verbunden (Fig. 1). Wenn die Spule 80 somit vom analogen Steuersignal Sc erregt -wird, das von der Regelschaltung 62 ausgeht, dann wird die Spule 80 durch den Luftspalt 76 axial in einer Richtung und über einen Abstand hinweg bewegt, die von der Stromrichtung und von der Stromstärke in der Spule 80 bestimmt werden, bzw. von der Polarität und der Stärke des analogen Steuersignals Sc. Wenn beispielsweise der Strom durch die Spule 80 in einer Richtung fließt, die in Fig. 2 symbolisch angezeigt ist, dann wird die Spule 80 in Achsrichtung zusammen mit dem Ring 82 und dem Ventilelement 86 vom Permanentmagneten 66 wegbewegt, und sie verringert den kegelstumpfförmigen Spalt 92 und dementsprechend den Luftstrom durch diesen Spalt 92. Falls gewünscht, kann das flexible Trageteil 84 aus elastischem Material hergestellt und so angeordnet werden, daß es das Ventilelement 86 vorspannt, um es in einer Position zu halten, innerhalb deren der kegelstumpfförmige Spalt 92 eine derartige Größe aufweist, daß ein vorher festgelegter Luftdurchsatz durch diesen Spalt geschaffen wird. Das. Lufteinlaßrohr 88 bildet jeweils eine der Lufteinlaßleitungen 54 und 56 der in Fig. 1 dargestellten Anordnung, Der oben erwähnte, vorher festgelegte Luftdurchsatz durch den Spalt 92 kann so ausgewählt werden, daß er im Vergaser-Luftrohr 12 ein stöchiometrisches Gemisch bewirkt.

Das Ausführungsbeispiel der Einrichtung zur Regelung des Mischungsverhältnisses, die voranstehend unter Bezugnahme auf Fig. 1 und 2 beschrieben wurde, ist dazu geeignet, das Luft-Treibstoff-Verhältnis des Gemischs durch Regulieren der Luft zu regeln, die dem Treibstoff zugeführt wird, der durch die Einrichtung zur Gemischzufuhr abgegeben wird. Es ist allerdings auch möglich, daß das Luft-Treibstoff«Verhältnis des in der Einrichtung zur Gemischzufuhr zu erzeugenden Gemischs durch Regulieren des Treibstoff-Durchsatzes oder des Durchsatzes von Treibstoff und Luft geregelt wird, die an die Einrichtung zur Gemischzufuhr abgegeben werden sollen. Fig. 3 und

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4 zeigen vorzugsweise Ausführungsbeispiele einer Ventileinrichtung, . die zum Steuern des Treibstoffdurchsatzes in einem Treibstoffversorgungskreis einer Einrichtung zur Gemischzufuhr eines Verbrennungsmotors der beschriebenen Art geeignet sind, aber nicht auf diese Verwendung beschränkt sind. Während die unter Bezugnahme auf Fig. 2 beschriebene Ventileinrichtung einer Gattung mit Permanentmagnet und bewegter Spule angehört, gehört jede der in Fig. 3 und 4 gezeigten Ventileinrichtungen einer Gattung an, die mit Elektromagneten und beweglichem Kern ausgestattet ist.

Die in Fig. 3 dargestellte Ventileinrichtung weist ein nichtmagnetisches - und nichtleitfähiges Gehäuse 96 auf, das mit einer langgestreckten zylindrischen Bohrung 94 versehen ist, die an ihrem einen Ende von einem End-Wandabschnitt 98 des Gehäuses 94 verschlossen ist; ferner weist die Ventileinrichtung eine Ventilkammer 1oo auf, die mit der Bohrung 96 fluchtet und an deren anderes, freies Ende anschließt. Das Gehäuse 94 ist ferner mit einer Fluid-Einlaßöffnung 1o2, die sich senkrecht zur Längsachse der Ventilkammer 1oo in diese hineinerstreckt, und einer Fluid-AuslaßÖffnung 1o4 versehen, die angrenzend an das vordere Ende der Ventilkammer 1oo und gegenüber der zylindrischen Bohrung 96 angeordnet ist und sich axial fluchtend mit der Bohrung 96 erstreckt. Das Gehäuse 94 weist einen Wandabschnitt 1o6 mit kegelstumpfförmiger innerer Oberflüche auf, die sich in Achsrichtung im Durchmesser kontinuierlich von der Fluid-Auslaßöffnung 1o4 aus erweitert und die einen orderen Endabschnitt der Ventilkammer 1oo gegenüber" der zylindrischen Bohrung 96, wie dargestellt, bildet. Am Gehäuse 94 ist eine Magnetspule 1o8 fest angebracht, die einen langgestreckten Abschnitt der zylindrischen Bohrung 96 im Gehäuse 94 konzentrisch umgibt. Ein langgestreckte Stößel 11o aus ferromagnetischen Material erstreckt sich axial verschieblich durch die zylindrische Bohrung 96 im Gehäuse 94 und ragt in Achsrichtung zum Teil in die Ventilkammer 1oo hinein. Der Stößel 11o weist einen konischen vorderen End-Abschnitt 112 auf, der passend zur kegelstumpfförmigen inneren Oberfläche des Wandabschnitts 1o6 des Gehäuses 94 geformt ist.

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Der Stößel 11o ist federnd mittels einer Vorspannfeder 114 in eine axiale Lage gedrückt, in der sein konischer vorderer EndAbschnitt 112 in Berührung mit der kegelstumpfförmigen inneren Oberfläche des Wandabschnitts 1o6 des Gehäuses 94 tritt; die Feder 114 ist innerhalb der Bohrung 96 angeordnet und weist an ihrem einen Ende am rückwärtigen Ende des Stößels 11o und an ihrem anderen Ende an der inneren Oberfläche des End-WandabSchnitts 98 des Gehäuses 94 jeweils einen Sitz auf.

Die Magnetspule 1o8 ist mit ihrem einen Ende an Masse gelegt (nicht dargestellt) und mit ihrem anderen Ende mit dem Ausgangsanschluß einer Regelschaltung verbunden, die ihrer Art nach dazu eingerichtet ist, ein analoges Steuersignal auf der Grundlage eines analogen Ausgangssignals So vom Abgasfühler 64 zu erzeugen, wie unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben. Wenn bei fehlendem Ausgangssignal von der Regelschaltung die Spule 1o8 nicht angeregt ist, dann befindet sich der Stößel 111 in der oben erwähnten axialen Lage, in der er die kegelstumpfförmige innere Oberfläche des Wand-Ab-- ;-Schnitts. 1o6 am Gehäuse 94 aufg'rund der Andruckkraft der Feder''"-''-■"."""-. 114 berührt und somit die FluidAuslaßöffnung 1o4 verschließt. 'Wenn aber die Magnetspule 1o8 von einem Signal aus der Regelschaltung -· angeregt wird, dann wird der Stößel 11o axial von der kegelstumpfförmigen Oberfläche des Wand-Abschnitts 1o6 gegen die Wirkung der Feder 114 wegbewegt, so daß er einen kegelstumpfförmigen Spalt 116 zwischen dem konischen vorderen Ende 112 des Stößels 11o und der kegelstumpfförmigen inneren Oberfläche des Wand-Abschnitts 1o6 bildet, wie dargestellt, wobei eine Verbindung zwischen den Einlaß- und Auslaßöffnungen 1o2 und 1o4 für Fluid über den Spalt 116 hergestellt wird. Es wird dementsprechend Fluid wie beispielsweise Treibstoff von der Fluid-Einlaßöffnung 1o2 zur Fluid-Auslaßöffnung 1o4 durch den Spalt 116 mit einem Durchsatz durchgeführt, der von der Querschnittsfläche des Spalts 116 bzw. von der relativen Stellung des Stößels 11o bezüglich des Wand-Abschnitts 1o6 des Gehäuses 94 bestimmt ist. Der Stößel 11o ist umso weiter von der Fluid-Auslaßöffnung 1o4 wegbewegt und dementsprechend ist

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der Fluiddurchsatz durch den Spalt 116 umso höher, je höher der Strom wird, der an die Magnetspule 1o8 abgegeben wird. Der Fluid-Durchsatz durch die Ventileinrichtung wird auf diese Weise kontinuierlich zwischen Null und einem Maximalwert vom Steuersignal reguliert, das an die Magnetspule 1o8 abgegeben wird.

Fig. 4 zeigt ein modifiziertes Ausführungsbeispiel der oben beschriebenen Ventileinriehtung mit Elektromagnet und bewegtem Kern. Während die Ventileinriehtung nach Fig. 3 ein konisches Nadelventil verwendet, das von dem konischen vorderen End-Abschnitt 112 des Stößels gebildet wird, ist die in Fig. 4 dargestellte Ventileinriehtung gekennzeichnet durch ein ringförmiges Ventilteil,bzw. einen zylinderischen Ventilschieber.

In Fig. 4 weist die Ventileinriehtung ein nichtmagnetisches, nichtleitfähiges Gehäuse 118 auf, das mit einer langgestreckten zylindrischen Bohrung 12o ausgebildet ist, die an beiden Enden durch End—Wandabschnitte 122 und 124 des Gehäuses 118 verschlossen ist. Das Gehäuse 118 ist ferner mit Fluid-Einlaß- und Auslaß-Öffnungen 126 und 128 versehen, die sich senkrecht zur Längsachse der Bohrung 12o in diese hinein öffnen. Die entsprechenden Mittelachsen von Fluid-Einlaß-Öffnung 126 und Fluid-Auslaßöffnung 128 sind gegeneinander in axialer Richtung des Gehäuses 118 ein wenig verschoben. Einlaß 126 und Auslaß 128 fluchten in der Darstellung nicht miteinander, können aber, falls erwünscht, teilweise miteinander seitlich der Bohrung 12o zum Fluchten gebra'cht werden.

Am Gehäuse 118 ist an einem axial gerichteten Abschnitt eine Magnetspule 13o fest angebracht, die konzentrisch die Bohrung 12o umgibt. Die Magnetspule 13o ist (nicht dargestellt) mit ihrem einen Ende an Masse angelegt, und mit ihrem anderen Ende mit einer elektrischen Regelschaltung verbunden, deren Art bereits früher im Zusammenhang mit der in Fig. 3 dargestellten Ventileinriehtung erwähnt wurde. Ein langgestreckter Stößel 132 aus ferromagnetischem Material ist axial verschieblich in der zylindrischen Bohrung 12o

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zwischen den End-Wandabschnitten 122 und 124 des Gehäuses 118 angeordnet. Der Stößel 132 ist als Ringventil mit zwei Stegabschnitten 134 und 136 ausgebildet, die voneinander in Achsrichtung getrennt sind und somit eine Umfangsnut 138 zwischeneinander bilden. Fluid- Einlaß-Öffnung 126 und Fluid-Auslaß-Öffnung 128 im Gehäuse 118 sowie die Umfangsnut 138 im Stößel oder Ring-Ventilelement 132 sind derart angeordnet und bemessen, daß die Nut 138 es gestattet, daß sowohl Einlaß- als auch Auslaß-Öffnung 126, 128 sich voll in die Bohrung 12o im Gehäuse 118 hinein öffnen, wenn sich der Stößel 132 in einer ersten axialen Stellung relativ zum Gehäuse 118 bzw. in einer axialen Stellung nächst dem einen End-Wandabschnitt 122 des Gehäuses 118 befindet, wie dargestellt, sowie derart,daß der Steg 134, der dem End-Wandabschnitt 122 näherliegt als der Steg 136, die Fluid-Einlaß-Öffnung 126 schließt, wenn sich der Stößel 132 in einer zweiten axialen Stellung relativ "zum Gehäuse 118 befindet, bzw. um einen vorher festgelegten Abstand aus der ersten axialen Stellung axial verschoben ist. Wenn sich somit der Stößel 132 in seiner ersten axialen Stellung befindet,"dann ist eine unbehinderte Verbindung zwischen Fluid-Einlaß- und Flüid-AuslaßÖffnung 126 und 128 hergestellt, so daß das Fluid in der Einlaß-Öffnung 126 zur Auslaß-Öffnung 128 durch die Nut 138 im Stößel 132 bei größtmöglichem Druchsatz tritt. Die Verbindung zwischen den Öffnungen 126 und 128 wird aber blockiert, wenn"sich der Stößel 132 in seiner zweiten axialen Stellung befindet, in der er die Einlaß-Öffnung 126 abschließt. Während der Stößel 132 von der ersten axialen Stellung in die zweite axiale Stellung bewegt wird, wird der Öffnungsgrad der Fluid-Einlaß-Öffnung 126 in die Bohrung 12o und dementsprechend der Fluid-Durchsatz durch die Nut 138 im Stößel 132 kontinuierlich reduziert, bis die Fluid-Einlaßöffnung 126 voll vom Steg 134 im Stößel 132 verschlossen ist, wenn dieser seine zweite axiale Stellung erreicht. Der Stößel 132 wird mittels einer Vorspannfeder 14o zu seiner ersten axialen Stellung hin vorgespannt; die Feder 14o sitzt zwischen dem Ende des Stegs 136 am Stößel 132 und der inneren Oberfläche des End-Wandabschnitts 124 des Gehäuses 118. Der Stößel 132 wird somit

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in seiner ersten axialen Stellung gehalten, in der er eine unbehinderte Verbindung zwischen den Öffnungen 126 und 128 vorsieht, solange die Magnetspule 13o unangeregt bleibt. Sobald aber die Magnetspule 13o von der oben erwähnten Regelschaltung angeregt wird, wird der Stößel 132 in Achsrichtung aus der ersten Axialstellung auf die zweite axiale Stellung hin über einen Abstand bewegt, der von der Intensität des Stroms bestimmt wird, der der Spule 13o zugeführt wird. Der Fluid-Durchsatz durch die Ventileinrichtung, wird auf diese Weise kontinuierlich zwischen Null und einem Maximum ebenso wie die Größe des Analogsignals reguliert, das der Magnetspule 13o eingegeben wird.

Es ist möglich, daß Fluid-Einlaß- und -Auslaß-Öffnungen 126 und 128 auch in umgekehrter Weise als Pluid-Auslaßbzw. -Einlaß-Öffnungen verwendet werden können.

Während ferner die erfindungsgemäße Einrichtung zum Regeln des Mischungsverhältnisses - im Zusammenhang mit ihrer Anwendung an einem Verbrennungsmotor mit einem Vergaser als Einrichtung zur Gemischzufuhr beschrieben wurde, kann die erfindungsgemäße Regeleinrichtung auch bei einem Motor mit Treibstoffeinspritzung vorgesehen werden, wobei eine Ventileinrichtung vorzugsweise der in Fig. 3 oder 4 gezeigten Ausführungsform im Treibstoff-Zufuhrkreis oder als Treibstoff-Einspritzdüse der Einrichtung zur Gemischzufuhr verwendet wird.

- Ansprüche -

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Claims

Patentansprüche

1.J Verfahren zum Regeln des Luft-Treibstoff-Verhältnisses eines in einer Einrichtung zur Gemischzufuhr zu erzeugenden Gemischs bei einem Verbrennungsmotor mit einer derartigen Einrichtung zum Erzeugen des Luft-Treibstoff-Gemischs und dessen Weitergabe an die Zylinder des Motors, und mit einer Auspuffanlage, die mit einer Einrichtung zur Abgasreinigung versehen ist, die die Umwandlung mindestens einer Art luftverschmutzender Bestandteile in den durch die Einrichtung geleiteten Auspuffgasen in eine unschädliche Verbindung bewirkt und die einen maximalen Umwandlungs-Wirkungsgrad bezüglich der Auspuffgase aufweist, die von einem Gemisch herrühren, das ein vorher festgelegtes Luft-Treibstoff-Verhältnis aufweist, gekennzeichnet durch folgende Verfahr enssehritte:

- Aufspüren der Konzentration zumindest einer Gattung

eines chemischen Bestandteils der durch die Auspuff-■'■-_.ν -_ _' '· anlage geleiteten Abgase^- ^: ~ ' " 'V:~^τ:^;-^τ. r.l../

- Erzeugen eines analogen Gruridsignals (So) , das für-die.-" ~^:/ '' aufgespürte Konzentration des chemischen Betsandteils .repräsentativ ist,

- unter Ausgang vom Grundsignal (So) Erzeugen eines ana·^ logen Steuersignals (Sc) um die Differenz zwischen dem Grundsignal (So) und einem festen Bezugssignal (Sr), das für das vorbestimmte Luft-Treibstoff-Verhältnis repräsentativ ist, zu verringern,-sofern eine solche; Differenz besteht, und

- kontinuierliches Regulieren des Luft- oder Treibstoff-Durchsatzes, der in Übereinstimmung mit dem Steuersignal (Sc) an die Einrichtung zur Gemischzufuhr (1o) zur Regelung des Luft-Treibstoff-Verhältnisses des in der Einrichtung erzeugten Gemischs auf den vorher festgelegten Wert abgegeben werden soll.

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2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das vorher festgelegte Luft-Treibstoff-Verhältnis etwa ein stöchiometrisches Verhältnis ist, wenn die Einrichtung zur Abgasreinigung einen dreifach wirkenden katalytischen Konverter (52) aufweist.

3. Einrichtung zum Regeln des Mischungsverhältnisses bei einem Verbrennungsmotor mit einer Einrichtung zur Gemischzufuhr zum Erzeugen des Luft-Treibstoff-Gemischs und dessen Weitergabe an die Zylinder des Motors und mit einer Auspuffanlage, die mit einer Einrichtung zur Abgasreinigung versehen ist, die die Umwandlung mindestens einer Art luftverschmutzender Bestandteile in den durch die Einrichtung geleiteten Auspuffgasen in eine unschädliche Verbindung bewirkt und die einen maximalen Umwandlungs-Wirkungsgrad bezüglich der Auspuffgase aufweist, die von einem Gemisch herrühren, das ein vorher festgelegtes Luft-Treibstoff-Verhältnis aufweist, gekennzeichnet durch

eine Spüreinrichtung (64) , die in der Auspuffanlage (5o) zum Aufspüren der Konzentration mindestens einer vorgeschriebenen Gattung eines chemischen Bestandteiles der durch die Auspuffanlage (5o) geleiteten Abgase und . zum Erzeugen eines analogen Ausgangssignals (So) vorgesehen ist, das für die Konzentration des aufgespürten chemischen Bestandteils repräsentativ ist,

- eine elektrische Regelschaltung (62), die dazu verwendbar ist, aus dem Ausgangssignal (So) ein analoges Steuersignal (Sc) zu erzeugen, durch das gegebenenfalls die Differenz zwischen Ausgangssignal (So) der Spüreinrichtung (64) und einem festgelegten Bezugssignal (Sr) verringerbar ist, das für das vorher festgelegte Luft-Treibstoff-Verhältnis repräsentativ ist und

- eine Ventileinrichtung (58, 60), die auf das Steuersignal (Sc) zur Regelung des Luft- oder Treibstoffstromes, der der Einrichtung zur Gemischzufuhr zugeführt wird und zum Aussteuern des Luft-Treibstoff-Verhältnisses des Gemischs auf den vorher festgelegten Wert anspricht, das in der Einrichtung zur Gemischzufuhr (10) erzeugt werden soll.

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4. Einrichtung zum Regeln des Mischungsverhältnisses nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventileinrichtung (58, 6o) einen Durchlaß (92; 1o2, 116, 1o4; 126, 138, 128) zum Durchtritt von Luft oder Treibstoff aufweist, zu der Einrichtung zur Gemischzufuhr (1o) gefördert werden sollen, ein Ventilelement (86; 112; 132), das zwischen einer Stellung, in der es den Durchlaß schließt und einer Stellung, in der es einen Maximaldurchsatz durch den Durchlaß ermöglicht, kontinuierlich beweglich ist, wobei die Größe des Durchsatzes durch den Durchlaß kontinuierlich mit der Verlagerung des Ventilelements zwischen den beiden Stellungen variierbar ist, und eine elektromagnetische Betätigungseinrichtung (8o; 1o8; 13o), die leitend mit dem Ausgangsanschluß der Regelschaltung (62) verbunden ist und die mit den Ventilelementen in Wirkverbindung steht, um das Ventilelement in der Schließstellung des Durchlasses zu halten, solange die elektromagnetische Betätigunseinrichtung unerregt bleibt, wobei die Betätigungseinrichtung zum kontinuierlichen Bewegen des Ventilelements zwischen den genannten beiden Stellungen betätigbar ist, wenn die. Betäti- """ gungseinrichtung vom analogen Steuersignal (Sc) erregt wird _f wobei die Verschiebung des Ventilelejnents·kontinuierlich mit der Größe des Steuersignals variierbar ist.

5. Einrichtung zum"Regeln des Mischungsverhältnisses nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die elektromagnetische Betätigungseinrichtung eine Einrichtung zum Aufbau eines magnetischen Flusses mit einem stationären Permanentmagneten (66) aufweist, sowie einen ringförmigen Luftspalt (76), eine von einem spiralig aufgewickelten Leiter gebildete Spule (8o), die durch den Luftspalt in Axialrichtung beweglich ist und mit dem Äusgangsanschluß der Regelschaltung (62) verbunden ist, und ein flexibles Trageteil (84), das die Spule in einer Stellung gegenüber der Einrichtung zum Aufbau eines magnetischen Flusses abstützt, während sie die Axialbewegung der Spule durch den Luftspalt zuläßt, wobei das Ventilelement (86) zusammen mit der Spule zwischen deren beiden Positionen beweglich ist, wenn die Spule vom analogen Steuersignal (Sc) in und außer Erregung gesetzt wird.

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6. Einrichtung zum Regeln des Mischungsverhältnisses nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilelement (86; 112) einen konischen Wandabschnitt aufweist und daß der Durchlaß ein Fliud-Einlaß- bzw.-Auslaßrohr (88; 1o4) mit einem offenen End-Abschnitt (9o; 1o6) mit kegelstumpfförmiger innerer Oberfläche aufweist, die im wesentlichen passend zum konischen Wand-Abschnitt des Ventilelements ausgebildet ist, das seinerseits kontinuierlich zwischen einer axialen Stellung, wo es mit der inneren Oberfläche des End-Abschnitts in Berührung steht, und einer zweiten axialen Stellung, bei einem maximalen Abstand von der inneren Oberfläche zur Bildung eines kegelstumpfförmiges Spalts zwischen dem konischen Wand-Abschnitt und der inneren Oberfläche beweglich ist, während hierbei eine Verbindung zwischen dem Fluid-Einlaß-(1o2) und -Auslaß-Öffnung (88; 1o4) hergestellt wird, wobei der Spalt kontinuierlich im Querschnitt variierbar ist, indem das Ventilelement zwischen der ersten und der zweiten axialen Stellung bewegt wird, wobei die erste axiale Stellung der Schließstellung des Durchlasses und die zweite axiale Stellung der Stellung des Durchlasses entspricht, in der ein maximaler Durchsatz durch den Durchlaß bewirkt wird. . " " '

7. Einrichtung zum Regeln des Mischungsverhältnisses nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das flexible Trageteil (84) aus bzw. unter Verwendung von elastischem Material gebildet ist und das Ventilelement (86) in eine Position drückt, in der es die Entstehung eines Gemisches verursacht, das das vorher festgelegte Luft-Treibstoff-Verhältnis in der Einrichtung zur Gemischzufuhr (1o) aufweist.

8. Einrichtung zum Regeln des Mischungsverhältnisses nach Anspruch 4,. dadurch gekennzeichnet, daß die elektromagnetische Betätigungseinrichtung eine stationäre Spule ("1o8, 13o) aus einem schraubenförmig gewickelten Leiter aufweist, die elektrisch mit der Regelschaltung (62) verbunden ist, sowie einen ferromagnetischen Stößel(112, 132), der einen konzentrisch von der Spule umgebenen Längsabschnitt aufweist, der axial und relativ zur Spule

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dann beweglich ist, wenn die Spule vom analogen Steuersignal (Sc) der Regelschaltung in und außer Erregung gesetzt wird, wobei der Stößel einen Abschnitt (134, 138, 136) aufweist, der das Ventilelement bildet.

9. Einrichtung zum Regeln des Mischungsverhältnisses nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchlaß (102, 116, 104) eine Ventilkammer (100) aufweist, innerhalb deren das Ventilelement /112) axial beweglich ist, eine erste öffnung (102), die seitlich zur Bewegungsrichtung des Ventilelements in die Ventilkammer mündet, und eine zweite öffnung (104), die von vorne her und mit den Ventilelementen fluchtend in die Ventilkammer mündet, wobei ein Abschnitt (106) der Ventilkammer von einem kegelstumpfförmigen inneren Oberflächenabschnitt begrenzt wird, der, von der zweiten öffnung (104) ausgehend, sich allmählich im Durchmesser"erweitert, wobei das Ventilelement (112) einen konischen vorderen End-Abschnitt aufweist, der im wesentlichen passend zum inneren kegelstumpf förmigen Oberflächenabschnitt ausgebildet ist, wobei^das .^-^i Ventilelement (11.2) axial ^zwischen einer ersten axialen Stellung/^T wo es mit dem inneren Oberflächenabschnitt in Kontakt steht .und ,.4..Γ. die zweite öffnung schließt, und einer zweiten axialen Stellung, in der es einen maximalen Abstand von dem inneren Oberflächenabschnitt aufweist, beweglich ist, wobei der Spalt im Querschnitt variiert, wenn das Ventilelement zwischen der ersten und der zweiten axialen Stellung bewegt wird, wobei die erste axiale Stellung der Schließstellung des Durclasses und die zweite Stellung der Stellung entspricht, in der der Maximaldurchsatz durch den Durchlaß vorgesehen ■ ist (Fig. 3).

10. Einrichtung zum Regeln des Mischungsverhältnisses nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchlaß (126, 138,128) eine langgestreckte Bohrung (120) aufweist, durch die das Ventilelement (132) axial beweglich ist, sowie eine erste (126) und eine zweite (128) öffnung , die quer zur Bewegungsrichtung des Ventilelements in die Bohrung hineinmünden, wobei das Ventilelement mit

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einer Umfangsnut (138) ausgebildet und zwischen einer ersten axialen Stellung, in der es eine ungehinderte Verbindung zwischen der ersten und der zweiten öffnung über seine Nut vorsieht, und einer zweiten axialen Stellung, in der es eine der öffnungen abschließt und mit seiner Nut von der einen dieser öffnungen abgetrennt ist, beweglich ist, wobei die erste axiale Stellung der Stellung entspricht, in der der maximale Durchsatz durch den Durchlaß gebildet ist, und die zweite axiale STellung der Stellung, in der der Durchlaß verschlossen ist (Fig. 4).

11. Einrichtung zum Regeln des Mischungsverhältnisses nach einem der Ansprüche 4 bis 10,dadurch gekennzeichnet, daß die Ventileinrichtung (58, 6o) zusätzlich eine Einrichtung aufweist, die das Ventilelement (86; 112, 132) in die Position drückt, in der es den Durchlaß (92; 102, 116, 104; 126, 138, 128) verschließt, wobei das Ventilelement in die Position, in der es den maximalen Durchsatz durch den Durchlaß vorsieht, dann bewegt wird, wenn die elektromagnetische-Betätigungseinrichtung (80; 108; 130};;'vom ana---· logen Steuersignal (Sc) aus-der Regelschaltung (62) erregt wird.

12. Einrichtung zum Regeln des Mxschungsverhältnxsses nach einem der Ansprüche-4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventileinrichtüng (58 _r 60) eine Einrichtung aufweist, die das Ventilelement (86; 112; 132) in die Position drückt, in der der maximale Durchsatz durch den Durchlaß (92; ₍102, 116, 104; 126, 138, 128) vorgesehen ist, wobei das Ventilelement in die Stellung, in der es den Durchlaß verschließt, dann bewegt wird, wenn die elektromagnetische Betätigungseinrichtung (80; 108; 130) vom analogen Steuersignal (Sc) aus der Regelschaltung (62) erregt wird.

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