DE2631020C2

DE2631020C2 - Elektropneumatische Regelvorrichtung für die Beigabe von Zusatzluft in das Ansaugrohr einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2631020C2
Application number: DE2631020A
Authority: DE
Inventors: Jean-Pierre Paris Rivere
Original assignee: Automobiles Peugeot SA; Regie Nationale des Usines Renault
Current assignee: Automobiles Peugeot SA; Regie Nationale des Usines Renault
Priority date: 1975-07-11
Filing date: 1976-07-09
Publication date: 1982-04-08
Also published as: GB1541618A; DE2631020A1; JPS5266831U; JPS585079Y2; SU860714A1; BE843965A; FR2317511B1; FR2317511A1; SE7607783L; US4109623A; IT1071245B; SE421947B

Description

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Die Erfindung geht von einer elektropneumatischen Regelvorrichtung für die Beigabe von Zusatzluft in das Ansaugrohr einer Brennkraftmaschine hinter der Drosselklappe eines Vergasers aus, mit einem mittels einer Feder in Schließrichtung beaufschlagten Dosierventil, das über eine Ventilstange und eine Membrane betätigbar ist, wobei eine auf der Seite des Dosierventils von der Membrane begrenzte Innenkammer über eine Öffnung mit dem Ansaugrohr in Verbindung steht, während eine auf der anderen Seite der Membrane liegende Außenkammer über eine Drossel mit kleinerem Durchtrittsquerschnitt als die Öffnung mit dem Druck in dem Ansaugrohr beaufschlagbar ist und deren Innendruck durch ein in Abhängigkeit von dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine betätigbares elektrisches Steuerventil beeinflußbar ist.

Aus der US-PS 38 41 282 ist eine derartige pneumatische Regelvorrichtung bekannt, die jedoch nur bei starkem Gaswegnehmen bzw. dem Abstellen des Motors aktiviert wird. Die bekannte Steuereinrichtung enthält in einem Gehäuse ein von einer Membrane über eine Stange betätigtes Steuerventil, das über eine Verbindungsleitung mit dem Ansaugrohr eines Vergasermotors in Verbindung steht

Die Membrane ist in einer entsprechenden Kammer des Gehäuses untergebracht und feilt diese in eine über öffnungen mit dem Druck in dem Ansaugrohr beaufschlagte Innenkammer und eine auf der Rückseite der Membrane befindliche Außenkammer, während eine in der Membrane angeordnete, als Drossel wirkende Öffnung für einen Druckausgleich zwischen der Innen- und der Außenkammer sorgt Weiterhin steht die Außenkammer über ein elektrisch betätigtes Absperrventil mit der Außenluft in Verbindung, das bei laufendem Motor die Verbindung der Außenkammer mit der Außenluft absperrt und bei stillstehendem Motor freigibt

Im stationären Motorbetriebszustand herrscht in der Innen- und der Außenkammer der gleiche Druck, so daß das Dosierventil durch die zugeordnete Feder in der geschlossenen Stellung gehalten ist und keine Beeinflussung des von dem Vergaser bereitgestellten Gemisches erfolgt. Wenn der Fahrer, ausgehend von einem stationären Motorbetriebszustand, die Drosselklappe schließt, fällt der Druck in dem Ansaugrohr und in der Folge auch der Druck in der Innenkammer, die nunmehr einen geringeren Druck als die Außenkammer aufweist, womit die Membrane gegen die Wirkung der Feder das Dosierventil öffnet und Zusatzluft unter Umgehung der Drosselklappe in das Ansaugrohr einströmen kann, um eine beim Gaswegnehmen auftretende Überfettung des Gemisches zu vermeiden. Nach einer gewissen Zeit tritt ein Druckausgleich aufgrund der Öffnung in der Membrane auf und das Dosierventil wird wieder durch die Feder geschlossen. Beim Gasgeben hingegen wird das Dosierventil nicht geöffnet, weil hierbei der Druck in der Innenkammer größer ist als in der Außenkammer, so daß die Schließfeder des Dosierventils und die Membrane in der gleichen Richtung wirken, nämlich in der Ventilschließrichtung. Wird der Motor abgestellt, wird eine Belüftungsöffnung der Außenkammer freigegeben, so daß beim Schließen der Drosselklappe und dem durch das Nachlaufen des Motors erzeugten Unterdruck rasch das Zusatzventil geöffnet wird, um den Unteidruck im Ansaugrohr abzubauen.

Da mit der bekannten Steuereinrichtung lediglich Katalysatoren in der Abgasanlage des Verbrennungsmotors vor einer vorzeitigen Abnutzung geschützt werden sollen, die durch eine Überfettung des Gemisches beim Gaswegnehmen auftritt, spricht die bekannte Steuervorrichtung auch nur auf das Gaswegnehmen an und es fehlen ihr Einrichtungen, die es gestatten, die Gemischzusammensetzung des Vergasers durch Zufuhr von Zusatzluft auch während des stationären Betriebs bzw. beim Gasgeben zu beeinflussen.

Aus der GB-PS 12 82 880 ist eine elektropneumatische Steuervorrichtung für die Leerlaufdrehzahl eines Verbrennungsmotors beschrieben, die ein in einer Kammer angeordnetes Membranventil enthält, das einen Bypaßkanal, der die Drosselklappe des Vergasers umgeht, mehr oder weniger stark öffnet. Hierzu trägt die Membrane ein Ventilverschlußglied, das den Bypaßkanal absperrt, wobei durch eine Feder die Membrane in der Offenstellung gehalten ist. Die durch die Membrane abgeteilte Außenkammer steht über einen weiteren Kanal mit dem äußeren Luftdruck in Verbindung, während ein elektrisch betätigtes Steuerventil die Außenkammer mit dem Saugrohr verbindet, um auf diese Weise den Druck in der Außenkammer

gezielt absenken zu können.

Im Normalbetrieb, d. h. nicht bei der Leerlaufdrehzahl, ist das Steuerventil geschlossen, so daß der volle AuDendruck auf der Membrane lastet und das Ventilverschlußglied gegen die Wirkung der Feder auf den Ventilsitz gepreßt wird, um den Bypaßkanal zu schließen. Wird die Drosselklappe geschlossen, d. h. der Leerlaufbetrieb eingeschaltet, öffnet das Steuerventil, so daß der Schließdruck auf der Membrane verringert wird, womit das Ventilverschlußglied durch die Feder vom Sitz abgehoben wird und der Bypaßkanal entsprechend freigegeben wird.

Diese Anordnung kann nicht dazu verwendet werden, die Gemischzusammensetzung im normalen Motorbetrieb durch das Zuführen von Zusatzluft hinter der Drosselklappe im Sinne einer Abgasentgiftung zu korrigieren, denn das in dem Bypaßkanal vorgesehene Ventil ist in die Offenstellung vorgesperrt und wird bei plötzlichem Druckabfall im Ansaugrohr, d. h. beim Gaswegnehmen, geschlossen und beim Gasgeben geöffnet, während zur Korrektur der Gemischzusammensetzung ein der Drosselklappe gegenläufiges Verhalten des Dosierventils erforderlich ist.

In der DE-OS 20 14 633 ist schließlich ein rein elektronisches Gemischdosierungssystem beschrieben, bei dem als Eingangsparameter die Motordrehzahl, die Stellung der Drosselklappe und die Luftmenge eingehen. Das bekannte Gemischdosierungssystem ist in erster Linie für eine direkte oder Saugrohrbenzineinspritzung vorgesehen und nur in diesem Zusammenhang erläutert.

Ein Dosierventil, mit dem strömungsmäßig hinter der Drosselklappe Zusatzluft in das Ansaugrohr des Verbrennungsmotors eingespeist werden kann, um das von einem Vergaser gelieferte Gemisch den unterschiedlichen Lastzuständen des Motors anzupassen, ist nicht vorgesehen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit der bei Vergasermotoren sowohl im stationären Betriebszustand als auch bei plötzlichen Änderungen des Betriebszustandes eine genaue Regelung der Gemischzusammensetzung möglich ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die im Kennzeichen des Hauptanspruches angegebenen Merkmale.

Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung dargestellt. Es zjigt

F i g. 1 eine elektropneumatisch^ Regelvorrichtung für die Beigabe von Zusatzluft gemäß der Erfindung in schematischer Darstellung und

F i g. 2 einen Vergaser mit konstantem Unterdruck, dessen Nadel durch die elektropneumatische Regelvorrichtung nach F i g. 1 gesteuert ist, in scher.iatischer Darstellung.

Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung weist eine Öffnungs-Regelstufe 1 auf, deren Zentralkammer 2 mit einem Rohr 3 in das Ansaugrohr 4 hinter der Drosselklappe 5 einmündet. Die Öffnungs-Regelstufe 1 ist durch eine den Sitz 8 eines Dosierventils 9 enthaltende Wandung ? von einer Zwischenkammer 6 getrennt. Der Schieber 4es Dosierventils 9 sitzt auf einer Ventilstange 10, dereri anderes Ende mit zwei eine Membrane 13 einklemmenden Platten U und 12 verbunden ist. Auf die Membran wirkt in Schließrichtung des Dosierventils 9 eine Feder 15. Unter der Membran 13 befindet sich eine unter einem Steuerdruck stehende Außenkamner 14. Die Zwischenkammer 6 wird über eine in die Wandung 7 eingefügte Luftdüse oder einfach über eine Leerlauf-Offenstellung des Dosierventils 9 mit Unterdruck beaufschlagt, wobei die Größe der Offenstellung durch eine einen einstellbaren Anschlag bildende Schraube 16 bestimmt ist, die in die Wandung 17 der Außenkamme- 14 eingeschraubt ist, so daß die für den Leerlauf des Motors notwendige Luft ganz oder teilweise durch das gewollte Leck strömt

ίο Die Vorrichtung besitzt weiterhin eine Druck-Regelstufe 18, deren Aufgabe es ist, den in der Zwischenkammer 6 herrschenden Druck so zu steuern, daß dieser proportional dem ir. dem Saugrohr 4 oder dem in der Zentralkammer 2 herrschenden Druck ist. Dazu weist die Druck-Regelstufe 18 ein über eine zweite Membran 21 gesteuertes Ventil 19 auf, über das die Zwischenkammer 6 mit dem äußeren atmosphärischen Druck verbunden werden kann. Die zweite Membran 21 ist mit einer Steuerstange 20 verbunden und wird durch eine Feder 22 und durch den Ansaugdruck im Öffnungssinne des Ventils 19 betätigt. Dazu ist die obere Kammer 23 durch eine Rohrverbindung 24 mit dem Rohr 3 oder der Zentralkammer 2 verbunden. Die Feder 22 ist derart eingestellt, daß ihre Kraft im wesentlichen der durch den Luftdruck au^f die Wirkungsfläche des Ventil? 19 ausgeübten Kraft entspricht. Man kann leicht zeigen, daß sich unter diesen Bedingungen der Zwischendruck in der Zwischenkammer 6 auf einen Wert einregelt, der proportional dem absoluten Ansaugdruck ist.

Der unter der Membran 13 herrschende Steuerdruck wird erzeugt, indem die Außenkammer 14 über eine Drossel 25 und eine Verbindungsleitung 26 mit dem Rohr 3 oder der Zentralkammer 2, d. h. mit dem Ansaugdruck, verbunden ist, während andererseits die Außenkammer 14 mit der Zwischenkammer 6 über die Leitung 27 und 28 verbunden ist, zwischen denen ein einsinnig gerichtetes, normalerweise geschlossenes magnetisch arbeitendes Steuerventil 29 liegt.

Das Steuerventil 29 wird mit einem Rechteckstrom in bekannter Weise versorgt, dessen Frequenz F von der Drehzahl des Motors abhang! und dessen Impuls dauer / von einer nicht dargestellten dektroni sehen Vorrichtung moduliert wird, die in Abhängigkeit von der Motordrehzahl und einer binären Ausgangsgröße einer analysierenden Abgassonde gesteuert ist. Unter der Voraussetzung, daß diese Frequenz verhältnismäßig hoch (10 bis 100 Hz) ist und wenn man den Öffnungsquerschnitt des völlig geöffneten Steuerventils 29 mit s bezeichnet, entspricht das abwechselnd

so geöffnete Steuerventil einer Drosselstelle mit dem äquivalenten Wirkungsquerschnitt s ■ /■" ■ /. Bezeichnet man daneben den Ansaugdruck mit Pa und den in der Außenkammer 14 herrschenden Druck mit Pc, so ergibt sich

Pc-Pa =

Pa

Dabei ist r das Verhältnis zwischen dem gerade so betrachteten äquivalenten Wirkungsquerschnitt und dem Querschnitt s' der Drossel 25. Da r² gegenüber 1 praktisch vernachlässigbar ist, ergibt sich, daß Pc-Pa proportional Pa und F²t² ist. Der sich ergebende Lineantätsfehler kann gemäß der Erfindung korrigiert weraen, indem t durch F mit Hilfe eines elektronischen Rechners so geregelt wird, daß ί umgekehrt proportional zu /F ist. Demzufolge wird der differentielle Steuerdruck Pc-Pa proportional Pa ■ F. Daraus ergibt

sich, daß der Steuerdruck oder, was das gleiche bedeutet, der Hub der Ventilstange 10 und die Öffnung des Dosierventilschiebers 9 proportional Pa · F sind, d. h. der von dem Motor angesaugten Luftmenge. Die Regelung gemäß der Erfindung wirkt daher mit einer ausgezeichneten Näherung im Nutzungsbereich proportional.

Wie oben erwähnt, wird der das Steuerventil ?."} speisende Rechteck-Strom mit Hilfe eines elektronischen Rechners auch in Abhängigkeit von der in Ausgangsgröße einer Abgassonde bestimmt. Da diese Abgassonde in einem engen Mischverhältnisbereich binär (ein-aus)arbeitet, muß der elektronische Rechner zunächst das von der Sonde abgegebene Rechtecksignal in Abhängigkeit von der Zeit integrieren, um die r> Impulsdauer ides Rechteckstromes mit der Frequenz F, den er zu dem Steuerventil 29 leitet, zu bestimmen. Gleichzeitig wird, wie oben erwähnt, die Zeit r in Abhängigkeit von 1 IyT korrigiert. Die Regelung wirkt daher integral.

Eine Trennwand 30 trennt die Zentralkammer 2 von einer Innenkammer 31, die über der Membran 13 liegt. Die beiden Kammern 2 und 31 stehen über eine als Drossel wirkende Öffnung 32 in Verbindung, die vorteilhafterweise durch das Spiel zwischen Ventilstange 10 der Öffnung in der Trennwand 30 in der diese geführt ist, gebildet ist. Dabei ist die Öffnung 32 so gewählt, daß die Zeitkonstante beim Füllen der Innenkammer 31 über die öffnung 32 beispielsweise kleiner als die Zeitkonstante beim Füllen der Außen- jo kammer 14 über die Drossel 25 ist.

Man erkennt, daß unter diesen Bedingungen die erfindungsgemäße Vorrichtung nicht nur auf den Ansaugdruck selbst, sondern auch auf Änderungen dieses Druckes anspricht. Nimmt man an, daß der Absolutwert des Ansaugdrucks Pa plötzlich größer wird, wie das beispielsweise bei einem plötzlichen Öffnen der Drosse'klappe 5 vor einer Beschleunigungsphase der Fall ist, so steigt der Druck in der Innenkammer 31 schneller als in der Außenkammer 14, so daß das Dosierventil 9 schließt und den Einlaß von Zusatzluft drosselt.

Diese Wirkung ist besonders erwünscht, weil in der Beschleunigungsphase das Gemisch fetter gemacht werden muß und nicht der Wirkung der Beschleunigerpumpe entgegengearbeitet werden soll.

Wenn der Einlaßdruck Pa umgekehrt plötzlich sinkt, wie dies beispielsweise bei einem plötzlichen Schließen der Drosselklappe 5 vor einer Verzögerung geschieht, so entleert sich die Innenkammer 31 schneller als die Außenkammer 14, so daß das Dosierventil 9 weiter geöffnet wird. Auch in diesem Fall ist die Wirkung günstig, weil die Zufuhr von Zusatzluft vergrößert wird und einen Ausgleich für die störende Rückgewinnung der auf den Wandungen niedergeschlagenen Kohlenwasserstoffe ermöglicht, die somit eine Überfettung des Gemisches verursachen wurden. Diese beiden Wirkungen können zusammengefaßt werden, indem festgestellt wird, daß die Regelung differenzierend wirkt.

Zusammenfassend ergibt sich, daß die erfindungsgemäße elektropneumatische Regelvorrichtung eine Regelung ermöglicht, die sowohl proportional, integral als auch differenzierend wirkt, so daß sie nach der Theorie der Regelungstechnik und der Informationstheorie eine optimale Wirkungsweise besitzt.

Die strenge Proportionalität zwischen dem Hub der Ventilstange 10 und der durch den Motor angesaugten Luftmenge erlaubt, wie oben erläutert, die Verwendung dieses pneumatischen Ventils, um neben der Regelung der Zufuhr von Zusatzluft eine zusätzliche Funktion zu gewährleisten, indem außerdem eine steuerbare Benzineinspritzdüse in einem Vergaser mit konstantem Unterdruck betätigt wird.

Ein solches Ausführungsbeispiel ist in Fig.2 dargestellt, die einen Vergaser 33 mit konstantem Unterdruck mit einer exzentrischen Klappe 34 zeigt, auf deren Drehachse 35 eine Rückholfeder 36 sitzt, sowie eine Drosselklappe 5a zeigt, unter der sich die Mündung des Rohres 3 für die Zufuhr von Luft befindet. Ober ein Schwimmergehäuse 37 mit konstanter Niveauhöhe wird eine Düse 38 versorgt, deren Durchlaßöffnung mit Hilfe einer Nadel 39 steuerbar ist. Gemäß der Erfindung kann diese Nadel 39 unmittelbar von dem Dosierventil 9 betätigt werden, d. h. unmittelbar mit der Ventilstange 10 fest verbunden sein, so daß sie die Verlängerung der Ventilstange 10 bildet, wobei sie abgedichtet durch die Wandung 17 geführt ist Die Anschlagschraube 16 ist dazu seitlich versetzt oder durch eine andere Anschlagvorrichtung ersetzt

Im letzten Fall wird zusätzlich zu der großen Einfachheit des so aufgebauten Vergasers dank der ganzen Regelungen eine sehr genaue Dosierung erreicht

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Elektropneumatische Regelvorrichtung für die Beigabe von Zusatzluft in das Ansaugrohr einer ϊ Brennkraftmaschine hinter der Drosselklappe eines Vergasers, mit einem mittels einer Feder in Schließrichtung beaufschlagten Dosierventil, das über eine Ventilstange und eine Membrane betätigbar ist, wobei eine auf der Seite des Dosierventils iu von der Membrane begrenzte Innenkammer über eine Öffnung mit dem Ansaugrohr in Verbindung steht, während eine auf der anderen Seite der Membrane liegende Außenkammer über eine Drossel mit kleinerem Durchtrittsquerschnitt als die r> Öffnung mit dem Druck in dem Ansaugrohr beaufschlagbar ist und deren Innendruck durch ein in Abhängigkeit von dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine betätigbares elektrisches Steuerventil beeinflußbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Drossel (25) in einer die Innenkammer (31) umgehenden Verbindungsleitung (26) zwischen der Außenkammer (14) und dem Ansaugrohr (4) liegt, daß das elektrische Steuerventil (29) durch einen Rechteckstrom gesteuert ist, dessen Frequenz (F) der Motordrehzahl proportional ist und dessen Impulsdauer (t) durch eine Abgassonde bestimmt ist, und daß durch die öffnung (32) zwischen der Innenkammer (31) und dem Ansaugrohr (4) eine zweite Drossel gebildet ist.

2. Regelvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsdauer (t) des Rechteckstromes mittels eines elektronischen Rechners in Abhängigkeit von dem über die Zeit integrierten Ausgangssignal der Abgassonde und in J5 Abhängigkeit des Kehrwertes der Quadratwurzel der Frequenz /T^ einstellbar ist.

3. Regelvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Dosierventil (9) eine gesteuerte Düsennadel (39) einer Düse (38) eines ίο Vergasers (33) mit konstantem Unterdruck verbunden ist.