DE2647908A1

DE2647908A1 - System zum einfuehren von sekundaerluft in das abgas eines verbrennungsmotors

Info

Publication number: DE2647908A1
Application number: DE19762647908
Authority: DE
Inventors: Hideo Miyagi
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1976-05-01
Filing date: 1976-10-22
Publication date: 1977-11-10
Also published as: DE2647908C3; JPS5654444B2; DE2647908B2; JPS52133412A; US4087964A

Description

System zum Einführen von Sekundärluft in das Abgas

eines Verbrennungsmotors

Die Erfindung bezieht sich auf ein System zum Einführen von Sekundärluft in das Abgas eines Verbrennungsmotors, der mit einem katalytischen 3-Weg-Konverter im Abgassystem ausgerüstet ist.

Es ist bereits ein katalytischer 3-Veg-Konverter bekannt, der die drei wesentlichen Schadstoffkomponenten (HC, CO und NO ) im Abgas eines Verbrennungsmotors beseitigen kann. Ein solcher Konverter arbeitet nur zufriedenstellend, wenn ihm ein Abgas angeboten wird, das nahe dem stöchiometrischen Punkt eingeregelt ist, doh. kein wesentlicher Luft- oder Kraftstoffüberschuß im Abgas vorhanden ist. Das Luftüberschußverhältnis A des Abgases liegt daher nahe bei 1,0.

Es ist jedoch bei bekannten Verbrennungsmotoren, speziell bei Vergasermotoren, unmöglich, den Wert von A nahe bei 1,0 zu halten, weshalb eine befriedigende Arbeitsweise des vorerwähnten Konverters nicht erwartet werden kann.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, hier Abhilfe zu schaffen und ein System anzugeben, mit dessen Hilfe die erwähnte Größe von Λ eingestellt werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebene Erfindung gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung soll nachfolgend unter Bezugnahme auf in den Zeichnungen dargestellte Ausführungsbeispiele in ihrer Wirkungsweise und mit ihren Vorzügen näher erläutert werden. Es zeigt:

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Fig. 1 ein Schema einer ersten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 1a die Charakteristik eines ^-Sensors;

Fig. 2a und 2b graphische Darstellungen der Betriebsweise des Systems nach Fig. 1;

Fig. 2c das Blockschaltbild eines Rechners nach Fig. 1;

Fig. 3 eine modifizierte Ausführungsform des Systems nach Fig. 1, und

Fig. 4 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung, das ein Rückschlagventil bei der Einführung von Sekundärluft verwendet.

In Fig. 1 ist eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Ansaugluft wird den Verbrennungskammern des im ganzen mit 10 bezeichneten Motorblocks über ein Luftfilter 11, einen Vergaser λΚ mit einer Drosselklappe 13 und
einer Ansaugleitung 16 zugeführt. Das Abgas wird in einer verzweigten Leitung 18 zusammengefaßt und in die Abgasleitung abgegeben, in welcher ein katalytischer 3-Weg-Konverter 22
ange ordne t ist.

Mit 24 ist ein Durchflußsteuerventil bezeichnet, mit dessen
Hilfe die Menge der Sekundärluft, die in die Abgasleitung 20 eingeführt wird, so eingestellt werden kann, daß sich in der Abgasleitung eine stöchiometrische Atmosphäre ergibt, in der kein Luft- oder Kraftstoffüberschuß im Abgas vorhanden ist,
d.h. das Luftüberschußverhältnis \ nahe 1,0 ist· Das Durchflußsteuerventil 2k weist ein Gehäuse 26 auf, das in zwei Luftkammern 28 und 30 unterteilt ist. Die Luftkammer 28 ist mit der

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Abgasleitung 20 über eine Rohrleitung 32 und weiterhin mit einer Luftpumpe 36 über eine Rohrleitung 34 verbunden. Die Antriebswelle 37 der Luftpumpe 36» die vorzugsweise eine Flügelpumpe ist, wird von der Kurbelwelle 39 des Motors 10 über einen Riemen 38 angetrieben. Die Luftkammer 30 des Durchflußsteuerventils 24 öffnet sich über einen Kanal 4o in die freie Atmosphäre»

Das Durchflußsteuerventil 24 weist einen Ventilkörper 48 auf, der zwischen einem Ventilsitz 42 zwischen den beiden Luftkammern 28 und 30 und einem Ventilsitz 44, der die Luftkammer 28 mit der Rohrleitung 32 verbindet, beweglich ist. Am Ventilgehäuse 26 ist ein Membrangehäuse 50 befestigt, in dem sich quer eine Membran 52 erstreckt, die den Innenraum des Membrangehäuses 50 in eine erste und eine zweite Steuerkammer 54 bzw. 56 unterteilt. Die Membran 52 ist mit dem Ventilkörper 48 durch einen Ventilschaft 57 verbunden, dessen Mittelteil in der Wand des Gehäuses 26 gleitend geführt ist.

Mit 58 ist ein Sensor bezeichnet, der die Atmosphäre im Abgas abfühlt, mit anderen Worten, das Überschußluftverhältnis λ in der Abgasleitung 20 misst. Dieser Sensor ist beispielsweise ein /\-Sensor, Dieser A-Sensor 58» der bekannt ist, arbeitet so, daß er elektrische Spannungen im wesentlichen zweier unterschiedlicher Pegel abgibt, wie es in Fig. 1a dargestellt ist. Der niedrige Signalpegel, der mit ρ bezeichnet ist, wird bei einem Luftüberschuß im Abgas erzeugt, d.h., wenn A ^* 1 ist. Der hohe Signalpegel, der mit q bezeichnet ist, wird bei einem KraftstoffÜberschuß im Abgas erzeugt, d.h., wenn Λ ^. 1 ist. Anstelle eines /|-Sensors können auch andere Sensorarten eingesetzt werden, beispielsweise ein Sensor, der die CO-Anteile im Abgas misst. Bei der Ausführungsform, die in Fig. dargestellt ist, befindet sich der /Λ -Sensor 58 stromabwärts vom katalytischen Konverter 22. Es ist jedoch auch mög-

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lieh., ihn stromaufwärts vom Konverter 22 anzuordnen. Entsprechend des ersten oder zweiten Signalniveaus ρ bzw. q wird ein vom Motor stammendes Unterdrucksignal entweder zur ersten Steuerkammer 5^ oder zur zweiten Steuerkammer 56 des Durchflußsteuerventils 2h unter Zuhilfenahme zweier elektromagnetischer Ventile 6o und 60¹ geleitet, die nachfolgend noch im Detail beschrieben werden. Hierdurch wird die Menge der Sekundärluft, die in die Abgasleitung 20 eingeleitet wird, vermindert oder gesteigert, so daß die Atmosphäre des dem 3-Weg-Konverter 22 zugeführten Abgases nahe am stöchiometrisehen Punkt, bei dem Λ = 1 »0 ist, eingestellt wird*

Das elektromagnetische Ventil 6o, das dazu bestimmt ist, die Übertragung des Unterdrucksignals vom Motor zur ersten Steuerkammer 54 des Durchflußsteuerventils 24 zu bewirken, weist zwei Ventilkammern 62 und 64 auf. Die Ventilkammer 62 steht mit der ersten Steuerkammer $h über eine Verbindungsleitung 66 und weiterhin mit einem Kanal I6¹ in der Ansaugleitung 16 des Motors stromabwärts von der Drosselklappe 13 über eine Leitung 68 in Verbindung. Die andere Ventilkammer 64 öffnet sich über eine Öffnung 70 in die freie Atmosphäre. Zwischen den beiden Kammern 62 und 64 ist ein Ventilsitz 72 angeordnet, auf welchem ein Ventilkörper 74 sitzt. Der Ventilkörper 74 ist über einen Ventilschaft 77 mit einem $>ermanentmagnetischen Anker 78 verbunden. Der Ventilschaft 77 ist in seiner Mitte im Ventilgehäuse gleitend geführt. Der Anker 78 ist von einer ringförmigen Magnetspule 76 umgeben. Wenn die Magnetspule 76 nicht erregt ist, wird das elektromagnetische Ventil 60 von einer Schraubendruckfeder 79 in eine erste (Ausschalt-) Stellung gebracht, in welcher der Ventilkörper 74 auf dem Ventilsitz 72 sitzt, wie es durchgezogen mit Y₁ in Fig. 1 dargestellt ist, so daß die Leitung 68 zur Verbindungsleitung 66 durchgeschaltet ist und das Unterdrucksignal vom Kanal 16* zur ersten Steuerkammer 54 gelangen kann. Venn die Magnetspule 76 erregt ist, dann wird das elektromagnetische Ventil 60 in seine zweite

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(Ausschalt-) Stellung gebracht, in welcher der Ventilkörper 7k gegen die Kraft der Feder 79 einen Ventilsitz 63 schließt, wie es gestrichelt mit Y in Fig. 1 eingezeichnet ist, so daß die
Verbindung zwischen den Leitungen 66 und 68 unterbrochen und
die Leitung 66 über die Öffnung 70 mit der Umgebungsatmosphäre in Verbindung steht.

Das elektromagnetische Ventil 60¹, das zur Zuleitung des Unterdrucksignals vom Motorkanal 16¹ zur zweiten Steuerkammer 56 des Durchflußsteuerventils 2k bestimmt ist, hat den gleichen Aufbau wie das elektromagnetische Ventil 60. Wenn die Magnetspule 76' nicht erregt ist, befindet sich der Ventilkörper 7^·' in einer
ersten (Ausschalt-) Stellung, in welcher der Ventilkörper 7^¹
unter der Kraft einer Schraubendruckfeder auf dem Ventilsitz
72· sitzt, wie mit Y ' in Fig. 1 eingezeichnet ist. Das Unterdrucksignal wird vom Kanal 16¹ über eine Unterdruckleitung 80, die mit der Unterdruckleitung 68 verbunden ist und durch eine
Verbindungsleitung 66^X zur zweiten Steuerkammer 56 des Durchflußsteuerventils 2k geleitet. Wenn die Magnetspule 76' erregt ist, dann schaltet das elektromagnetische Ventil 6O¹ in seine
zweite (Einschalt-) Stellung um, in welcher der Ventilkörper 7k* gegen die Kraft der Feder 79' bewegt wird und einen Ventilsitz 63' verschließt, wie es gestrichelt mit Y^¹ eingezeichnet ist. Die Verbindung zwischen der Leitung 80 und der Leitung 66' ist unterbrochen und die Leitung 66· ist über eine Öffnung 70· mit der Umgebungsatmosphäre verbunden.

Die beiden Magnetspulen 76 und 76· werden über elektrische Leitungen L und L¹ von einem Rechner C erregt, dem als Steuergröße die Ausgangsspannung des A-Sensors 58 über eine elektrische
Leitung L" zugeführt wird. Der Rechner. C weist, wie Fig. 2c
zeigt, einen Komparator 96 mit zwei Eingängen 96A und 96B auf. Der Eingang 96A. ist mit dem λ-Sensor 58 verbunden, der andere Eingang 9^B mit einer Batterie B. Am Ausgang 96C des Komparators 96 steht ein Signal an, wenn die Eingangsspannung am Eingang 96A

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größer ist als die Batteriespannung am Eingang 96B. Der Komparator 96 gibt keine Ausgangsspannung ab, wenn die Eingangsspannung an 96A kleiner ist als am Eingang 96B. Die Größe der Batteriespannung ist so eingestellt, daß sie niedriger ist als der hohe Spannungspegel q (Fig.1a) eines Signals, das anzeigt, daß Λ ^- 1»Ο ist. Daher gibt der Komparator 96 am Ausgang 96c einen Impuls ab, wenn Ä j£ 1 >0 ist. Er gibt keinen Impuls ab, wenn A^ 1,0 ist. Der Ausgang 96c des Komparators 96 ist über einen Verstärker 97 mit dem Elektromagneten 76 des ersten Umschaltventils 60 und über einen Inverter 98 und einen weiteren Verstärker 99 mit dem Elektromagneten 76· des zweiten Umschaltventils 60¹ verbunden. Der Inverter 98 gibt an seinen Ausgang 98B keinen Impuls ab, wenn an seinem Eingang 98A ein Impuls vorhanden ist. Der Rechner arbeitet demnach so, daß jeweils nur einer der Elektromagneten 76 und 76· erregt wird. Der Elektromagnet 76 wird erregt, wenn der ^-Sensor 58 den Spannungskegel q (Pig. 1a) abgibt, wenn also /( £_ 1 ,0 ist, um die Menge der in die Abgasleitung 20 eingeführten Sekundärluft zu steigern. Er erregt den Elektromagneten 76', wenn die vom /\-Sensor 58 abgegebene Spannung den Pegel ρ aufweist, d.h., wenn \ ^. 1,0 ist, um die Menge der in die Abgasleitung 20 eingeführten Sekundärluft zu verringern. Auf diese Weise wird im Abgas eine Atmosphäre aufrechterhalten, die nahe der stöchiometrischen Atmosphäre mit /\ = 1,0 liegt. Diese Betriebsweise soll nachfolgend näher erläutert werden.

Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist eine Verzögerungseinheit, bestehend aus einem Unterdruck-Verzögerungsventil 8k und einem Unterdrucktank 88 in der Verbindungsleitung 66 zwischen dem elektromagnetischen Ventil 60 und der ersten Steuerkammer $k des Durchflußsteuerventils Zk angeordnet, um die Übertragung eines Unterdrucksignals vom Motorkanal 16 * zur ersten Steuerkammer 5k zu verzögern. Das Unterdruck-Verzögerungsventil 84 besteht aus einem Gehäuse 83 mit einer Einlaßöffnung 83A, die an das elektromagnetische Ventil 60 angeschlossen ist,

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und einer Auslaßöffnung 83B. Eine Trennwand 89 zwischen den beiden Öffnungen 83A und 83B teilt die Venti!kammer. Diese Trennwand 89 ist mit einer engen Öffnung 85 versehen, die die Übertragung des Unterdrucksignals behindern soll. Weiterhin ist in der Trennwand 89 ein Rückschlagventil 87 angeordnet, Dieses stellt einen Nebenschluß für die Luft dar, wenn das elektromagnetische Ventil 60 erregt ist. Der Tank 88 weist einen Einlaß 88A auf, der mit dem Auslaß 83B des Ventils 84 verbunden ist. Sein Auslaß 88B ist mit der ersten Steuerkammer 54 verbunden. Die Bauteile 84 und 88 sind dazu bestimmt, eine plotsliehe Bewegung der Membran 52 des Durchflußsteuerventils 24 zu verhindern, wenn das elektromagnetische Ventil 6O umgeschaltet wird.

Ein weiteres Unterdruck-Verzögerungsventil 84 * und ein weiterer Unterdrucktank 88' sind zwischen dem zweiten elektromagnetischen Ventil 60¹ und der zweiten Steuerkammer 56 des Ventils 24 angeordnet, um die Übertragung eines Unterdrucksignals vom Motorkanal 16^f zur zweiten Steuerkammer 56 zu verzögern.

Stromaufwärts von den elektromagnetischen Ventilen 60 und 6O¹ ist ein Unterdrucktank 90 in der Rohrleitung 68 angeordnet, die vom Motorkanal I6¹ zu den elektromagnetischen Ventilen führt. Dieser Unterdrucktank 90 stellt sicher, daß ein Unterdrucksignal genügender Größe den ersten und zweiten Steuerkammern 54 bzw. 56 zugeführt wird, wenn der Motor sich im Beschleunigungszustand befindet, in welchem der Unterdruck am Motorkanal 16' verhältnismäßig niedrig ist.

Ein Rückschlagventil 92 ist in der Verbindungsleitung 68 zwische: dem Motorkanal i6^f und dem Unterdrucktank 90 angeordnet. Dieses Rückschlagventil 92 dient dazu, das Unterdrucksignal vom Motor in Richtung auf die Steuerkammern 54 und 56 zu übertragen, während es verhindern soll, daß Luft aus den elektromagnetischen Ventilen 60 und 6O¹ zum Vergaser 14 fließen kann.

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Die Betriebsweise der ersten Ausführungsform der Erfindung soll nachfolgend beschrieben werden.

Wenn das Lufttiberschußverhältnis /\ größer als 1,0 ist, dann erzeugt der ^-Sensor 58 ein elektrisches Signal niedrigen Pegels ρ (Fig. 1a), das zum Rechner G geleitet wird und anzeigt, daß im Abgas Luft vorhanden ist. Dieses elektrische Signal des Pegels ρ wird dem Eingang 96A (Fig. 2c) des Komparators 96 im Rechner C zugeleitet. Da der Spannungspegel am anderen Eingang 96B so eingestellt ist, daß er größer ist als der Pegel p, erzeugt der Komparator 96 an seinem Ausgang 96D keinen Impuls, so daß der Elektromagnet 76 am ersten Umschaltventil 60 nicht erregt wird. Da am Eingang 98A des Inverters 98« der mit dem Ausgang des !Comparators verbunden ist, kein Impuls vorhanden ist, erzeugt der Inverter 98 an seinem Ausgang 98B einen Impuls, der über den Verstärker 99 dem Elektromagneten 76' des zweiten Umschaltventils 60^f zugeleitet wird.

Auf diese Weise wird das elektromagnetische Ventil 60' in seine Einschaltstellung umgeschaltet, wodurch der Ventilkörper 74» den Ventilsitz 63« verschließt, wie es gestrichelt mit Y ' in Fig. 1 eingezeichnet ist, womit die zweite Steuerkammer 56 des Durchflußsteuerventils 2k über die Öffnung 70', ein Rückschlagventil 87' des Unterdruck-Verzögerungsventile 84· und den Unterdrucktank 88' in die Umgebungsatmosphäre geöffnet wird. Da der Rechner C den Elektromagneten 76 des ersten Umschaltventils 60 nicht erregt, bleibt dieses in seiner Ausschaltstellung, in welcher der Ventilkörper 74 den Ventilsitz 72 verschließt, wie es in durchgezogenen Linien mit Y₁ eingezeichnet ist, da die Feder 79 den Ventilkörper in dieser Stellung hält. Ein Unterdruckeignal vom Motorkanal 16¹ wird der ersten Steuerkammer 54 des Durchflußsteuerventils 24 über das Rückschlagventil 92, den Unterdrucktank 90, die Ventilkammer 62, die Öffnung 85 und den Unterdrucktank 88 zugeleitet. Da

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der Unterdruckpegel an der ersten Steuerkammer 5^ wegen der engen Öffnung 85 allmählich, ansteigt, während die zweite Steuerkammer 56 über das Rückschlagventil 87 und das Umschaltventil 76* von Beginn an unter Atmosphärendruck steht, nimmt die Druckdifferenz zwischen der ersten und der zweiten Steuerkajnmer }}k und 56 allmählich zu, so daß die Membran 52 vom Zeitpunkt t₁ an allmählich nach oben angehoben wird, wie es durch den Pfeil X₁ angedeutet ist, womit sich der Ventilkörper 48 allmählich nach oben in Richtung auf den Ventilsitz kk anhebt, wie es durch die Linie £. ^f in Fig. 2b dargestellt ist. Die Menge der Sekundärluft, die von der Luftpumpe 36 durch die Rohrleitungen 34 und 32 in die Abgasleitung 20 gefördert wird, nimmt somit allmählich ab, weil der Durchflußwiderstand zwischen den Rohrleitungen 32 und 3k zunimmt. Der überflüssige Luftanteil von der Luftpumpe 36 wird durch die Ventilkammern 28 und 30 und den Auslaßkanal ho in die freie Atmosphäre abgeleitet. Weil die Menge der Sekundärluft allmählich abnimmt, wird auch das Luftübersohußverhältnis Λ im Abgas ab einem Zeitpunkt t„ reduziert, wie es mit der Linie £_Λ in Fig. 2a eingezeichnet ist. Bs erreicht den Punkt Q, bei dem ^ = 1 ist, d.h. eine stöohiometrische Atmosphäre vorliegt. Danach nimmt ^ allmählich ab, wie mit der Linie ^₂ eingezeichnet ist, da der Ventilkörper hS gegen den Ventilsitz kk bewegt wird, wie durch die Linie -£₂' in Fig. 2b eingezeichnet ist.

Wenn A kleiner als 1,0 wird, dann erzeugt der ^ -Sensor 58 ein zweites elektrisches Signal vom Pegel q (Fig. 1a), der dem Singang 96Λ des Komparatore 96 im Rechner C zugeführt wird. Da der Spannungspegel am Komparatoreingang 96B so eingestellt ist, daß er kleiner ist als der Spannungspegel am Eingang 96A, erzeugt der Komparator 96 an seinem Ausgang 96c einen Impuls, der den Elektromagneten 76 am ersten Umschaltventil 60 erregt. Da in diesem Falle ein Impuls auch am Eingang 98A des Inverters 98 ansteht, erzeugt der Inverter an seinem Ausgang 98B keinen Impuls, der Elektromagnet 76· am zweiten Umschaltventil 60¹ wird daher nicht erregt.

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Der Rechner C bewirkt also eine Erregung des elektromagnetischen Ventils 60 und bringt dessen Ventilkörper gegen die Kraft der Feder 79 in die Einschaltstellung, in welcher der Ventilsitz 63 verschlossen wird, wie mit gestrichelten Linien Y₂ eingezeichnet ist, so daß die erste Steuerkammer 5k des Ventils 2k über die Öffnung 70, das Rückschlagventil 87 und den Unterdrucktank 88 in die Umgebungsatmosphäre geöffnet wird. Da der Rechner C den Elektromagneten 76· am zweiten Umschaltventil 6O¹ nicht erregt, sich dieses Ventil somit im Aussehaltzustand befindet, in welchem der Ventilkörper 7^' den Ventilsitz 72* verschließt, wie mit Y ' in Pig. 1 eingezeichnet ist, kann das Unterdrucksignal vom Motorkanal 16¹ zur zweiten Steuerkammer 56 über das Rückschlagventil 92, den Unterdrucktank 90, die Öffnung 85' und den Tank 88' gelangen. Da das Unterdruckniveau in der zweiten Steuerkammer 56 aufgrund der verengten Öffnung 85' allmählich ansteigt, während die erste Steuerkammer $h von Beginn an aufgrund des Rückschlagventils 87 unter Atmosphärendruck steht, nimmt die Druck· differenz zwischen der ersten und der zweiten Steuerkammer 5h bzw· 56 allmählich zu, so daß die Membran 52 allmählich nach unten bewegt wird, wie es durch den Pfeil X„ in Fig, 1 angezeigt ist. Dies findet vom Zeitpunkt t«, an statt. Der Ventilkörper hS wird somit in Richtung auf den Ventilsitz h2. bewegt, wie es durch die Linie £ * in Fig. 2b eingezeichnet ist. Die Menge der Sekundärluft, die von der Pumpe 36 in die Abgasleitung 20 gefördert wird, nimmt somit zu. Das Überschußluftverhältnis /i im Abgas nimmt somit vom Zeitpunkt t^ an allmählich zu, wie es mit der Linie *&. in Fig. 2a eingezeichnet ist, bis es schließlich A= 1,0 erreicht.

Aue der vorangehenden Beschreibung der Erfindung geht hervor, daß die Atmosphäre des Abgases nahe der stöchiometrischen Atmosphäre eingestellt wird, wie es durch die Punkte Q, R usw. bezeichnet ist, bei welcher Λ die Grosse 1,0 hat, weil die

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Menge der Sekundärluft, die in die Abgasleitung 20 eingeführt wird, vom Durchflußsteuerventil Zh in Übereinstimmung' mit den vom Sensor 58 erzeugten elektrischen Signalen gesteuert wird· Der katalytische 3-^weg-Konverter 22 kann somit optimal arbeiten, um die giftigen Abgasbestandteile auf ein Minimum zu reduzieren.

Aus der obigen Beschreibung geht zugleich hervor, daß die Differenz der in den Steuerkammern ^h und 56 des Ventils Zh herrschenden Drücke allmählich zunimmt, wenn das elektromagnetische Ventil 60 (oder 60') umgeschaltet wird, um die Membran 52 in Richtung des Pfeils X (oder X„) zu bewegen. Dieser Druckanstieg erfolgt jedoch nur langsam, weil ein Unterdruck-Verzögerungsventil 84 (oder 84·) und ein Unterdrucktank 88 (oder 88') vorhanden sind. Das Überschußluftverhältnis \ im Abgas wird nahe 1,0 eingestellt, wie es in Fig. 2a dargestellt ist, was für den Betrieb des Konverters 22 wichtig ist. ¥enn die Verzögerungselemente 84 und 88 (bzw. 84' und 88·) nicht vorhanden sind, dann wird das Überschußluftverhältnis ^ so geregelt, wie es mit den gestrichelten Linien K in Fig. 2 dargestellt ist, was für die Betriebsweise des Konverters 22 nicht geeignet ist.

Der Unterdrucktank 90 hält ein ausreichendes Unterdruckniveau in den Steuerkammern 84 oder 56 aufrecht, wenn der Motor beschleunigt wird. Hierbei ist nämlich der Unterdruck am Motorkanal 16 · wegen der 'großen Drosselöffnung verhältnismäßig niedrig. Das Ventil Zh ist somit auch in diesem Betriebszustand in der Lage, das Überschußluftverhältnis ^ in der Nähe von 1,0 zu halten.

In einer Modifikation des ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung, die in Fig. 3 dargestellt ist, sind die Rückschlagventile, kier mit 87bis und 87"bis bezeichnet, in den Verzögerungsventilen 84bis und 84'bis in ihrer Tfirkungsrichtung gegen-

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über dem zuerst erläuterten Fall umgekehrt. Diese Verzögerungsventile 84bis und 84'bis bewirken daher eine Behinderung der Übertragung atmosphärischer Luft in die Steuerkammern 5k und 56.

Dieses Ausführungsbeispiel der Erfindung gemäß Fig. 3 arbeitet wie folgt. Wenn das erste elektrische Signal vorhanden ist, das anzeigt, daß ^^- 1,0 ist, dann befindet sich das elektromagnetische Ventil 60 in seiner Ausschaltstellung, in welcher der Ventilkörper 74 den Ventilsitz 72 verschließt, während das elektromagnetische Ventil 6o' in seiner Einschaltstellung steht, in welcher der Ventilkörper 74' den Ventilsitz 63' verschließt. Dieser Zustand ist schon anhand der Fig. 1 erläutert worden. Hierbei nimmt der Druck in der zweiten Steuerkammer 56 allmählich bis zum atmosphärischen Druck zu, weil die Luft von der Öffnung 70^! des elektromagnetischen Ventils 6O¹ auf ihrem Wege zur zweiten Steuerkammer 56 nur durch die enge Öffnung 85'bis des Verzögerungsventils 84'bis fließen kann. Die erste Steuerkammer 5k steht unter-dessen von Anfang an unter vollem Unterdruck, weil der Weg für die abzusaugende Luft durch das Rückschlagventil 87*>is im Ventil 84bis freigemacht wird. Als Folge davon nimmt die Druckdifferenz zwischen erster und zweiter Steuerkammer $k und 56 allmählich zu, so daß sich die Membran 52 allmählich in Richtung des Pfeils X₁ bewegt, wodurch der Ventilkörper 48 allmählich in Richtung auf den Ventilsitz kk bewegt wird, um die zugeführte Sekundärluftmenge zu verringern.

Wenn das zweite elektrische Signal anzeigt, daß \ ^ 1,0 ist, dann wird das elektromagnetische Ventil 60 in seine Einschaltstellung umgeschaltet, in welcher der Ventilkörper 74 den Ventilsitz 63 verschließt. Das andere elektromagnetische Ventil 60· wird in seine Ausschaltstellung geschaltet, in welcher der Ventilkörper 74· den Ventilsitz 72' verschließt. Der Druck in der ersten Steuerkammer 5k nimmt somit allmählich bis zum atmosphärischen Druck zu, da die Luftströmung nur durch die

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enge Öffnung 05bis fließen kann. Die zweite Steuerkanuner 56 steht währenddem von Anfang an unter vollem Unterdruck, da sich beim Absaugen das Rückschlagventil 87'bis öffnet. Die Membran 52 wird allmählich in Richtung des Pfeils X bewegt, so daß der Ventilkörper 48 allmählich in Richtung auf den Ventilsitz 42 bewegt wird, um die in die Abgasleitung 20 geförderte Luftmenge allmählich zu steigern. Bei dieser modifizierten Ausführungsform der Erfindung ist somit die Bewegung des Ventilkörpers 48 ebenfalls verlangsamt, womit der gewünschte Wert für λ in geeigneter Weise, wie in Pig. 2a dargestellt, angesteuert wird.

Fig. 4 zeigt eine zweite Ausführungsform der Erfindung. Anstelle einer Luftpumpe 36, wie sie im ersten Ausführungsbeispiel vorhanden war, wird hier ein Rückschlagventil 136 verwendet, das eine Blattfeder 137 aufweist, die sich unter der Wirkung eines in der Abgasleitung 120 entstehenden Unterdrucks öffnet, um den Durchfluß von Sekundärluft zuzulassen. Das Durchflußsteuerventil 124 ist leicht abgewandelt, es weist eine Auslaßöffnung 129 auf, die in die freie Atmosphäre führt, um den Zufluß von Luft in die zur Abgasleitung 120 führende Leitung 134 und 132, in welcher das Rückschlagventil 136 angeordnet ist, zuzulassen. Ein /V-^Sensor 158 ist stromaufwärts von einem katalytischen 3-Weg-Konverter 122 angeordnet. Der übrige Aufbau dieser Anordnung ist der gleiche wie beim in Fig. 1 erläuterten Ausführungsbeispiel.

Dieses zweite Ausführungsbeispiel arbeitet im wesentlichen in gleicher Weise wie das ersterläuterte Ausführungsbeispiel mit der Ausnahme, dass die Sekundärluft in die Abgasleitung 120 über die Öffnung 129, die Rohrleitung 134, das Rückschlagventil 136 und die Rohrleitung 132 unter der Saugwirkung zufließt, die in der Abgasleitung 120 erzeugt wird. Die so zugeführte Luftmenge wird vom Durchflußsteuerventil 124 geregelt, das von ersten und zweiten elektromagnetischen Ventilen 160 und 160¹

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in Abhängigkeit von ersten und zweiten elektrischen Signalen vom ^-Sensor I58 angesteuert wird. Auch bei dieser Ausführungsform der Erfindung sind Verzbgerungsglieder 184 und 188 bzw. 18k* und 188¹ der schon zuvor erläuterten Art vorgesehen, um die Bewegung des Ventilkörpers 148 zu dämpfen.

Claims

PATENTANWÄLTE

fferkörner<L QtIy 2 6 /, 7 9 O 8

D-a MÜNCHEN 22 · WIDENMAYERSTRASSE 48 D-1 BERLIN-DAHLEM 33- PODBIELSKIALLEE 68

BERLIN: DIPL.-ING. R. MÜLLER-BÖRNER

MÜNCHEN: DIPL.-INQ. HANS-HEINRICH WEY DIPL.-INQ. EKKEHARD KÖRNER

28 484

TOYOTA JIDOSHA KOGYO KABUSHIKI KAISHA
Ai chi-ken / Japan

System zum Einführen von Sekundärluft in das Abgas
eines Verbrennungsmotors

Ansprüche

Iij-System zum Einführen von Sekundärluft in das Abgas eines Verbrennungsmotors, der mit einem katalytischen 3-Weg-Konverter im Abgassystem ausgerüstet ist, gekennzeichnet durch eine Rohrleitung (32,34) zum Einführen von Sekundärluft in das Abgassystem des Motors, ein Durchflußsteuerventil (24) in der Rohrleitung (32,34) mit einem beweglichen Ventilkörper (48) zum Beeinflussen der Durchflußmenge der Sekundärluft, der mit einer Membran (52) verbunden ist, die sich quer durch den Innenraum einer Membrankammer (50) erstreckt, um eine erste und eine zweite Steuerkammer (54,5^) zu beiden Seiten der Membran (52) auszubilden, wobei Vorzeichen und Betrag der Differenz der in den Steuerkammern (54,5^) herrschenden Drücke die Bewegung des Ventilkörpers (48) in dem Sinne beeinflussen, daß bei positiver Druckdifferenz zwischen erster und zweiter Steuerkammer (54,56) die ins Abf^-S^Men» m geleitete Sekundär-

TELEFON (O3O) 8312O88
KABEL: PROPINDUS -TELEX O5 24 244 KABEL: PROPINDUS-TELEX O184O57

MÜNCHEN: TELEFON (O89) 225585/ O 9 Π A 5 / U Cb4 Ff L I N :

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ORIGINAL INSPECTED

luftmenge vergrößert wird, eine erste Verbindungsrohrleitung (66) zwischen der ersten Steuerkammer (54) und einem am Motor ausgebildeten Kanal (i6) zum Zuführen eines Drucksignals in die erste Steuerkammer (54), eine zweite Verbindungsrohrleitung (66·) zwischen der zweiten Steuerkammer (56) und dem Motorkanal (16), einen im Abgassystem des Motors angeordneten Sensor (58) zum Erzeugen eines vom darin herrschenden Luftverhältnis ^ abhängigen elektrischen Signals, ein erstes Umschaltventil (60) in der ersten Verbindungsrohrleitung (66), das die erste Steuerkammer (54) in Abhängigkeit von seinem Schaltzustand mit dem Motorkanal (i6) oder der Umgebungsluft verbindet, ein zweites Umschaltventil (6O¹) in der zweiten Verbindungsrohrleitung (66*), das die zweite Steuerkammer (56) in Abhängigkeit von seinem Schaltzustand mit dem Motorkanal (16) oder der Umgebungsluft verbindet, eine vom Ausgangssignal des Sensors (58) beeinflußte Steuervorrichtung (c) für die Umschaltventile (6θ,6θ·), die auf diese so einwirkt, daß bei λ ^ 1 »0 das erste Umschaltventil (60) in seiner ersten, die erste Steuerkammer (54) mit dem Motorkanal (16) verbindenden Stellung und das zweite Umschaltventil (60¹) in seiner zweiten, die zweite Steuerkammer (56) mit der Umgebungsluft verbindenden Stellung gebracht sind, so daß die in das Abgassystem geförderte Sekundärluftmenge abnimmt, und daß bei λ ^ 1,0 die Umschaltventile in die entgegengesetzten Stellungen gebracht sind, so daß die in das Abgassystem geförderte Sekundärluftmenge vergrößert wird, wodurch das Überschuß-Luftverhältnis A nahe 1,0 eingeregelt wird.
2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Verbindungsrohrleitungen (66_t66^l) zwischen den Umschaltventilen (60,6ο¹) jeweils Verzögerungseinrichtungen (84,84·) angeordnet sind, um das Drucksignal in den Steuerkammern (54,56) zur Verlangsamung der Bewegung des Ventilkörpers (48) erst allmählich wirksam werden zu lassen.

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3« System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Drucksignal ein Unterdrucksignal ist, das an einer Öffnung (i6^f) im Ansaugkanal (16) des Motors stromabwärts von der Drosselklappe (13) gewonnen wird.
4. System nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungseinrichtungen (84,84·) Unterdruck-Verzögerungsventile sind, jeweils bestehend aus einem Gehäuse (83) mit zwei Anschlußöffnungen (83A,83B) mit einer Trennwand (89) im Inneren zwischen den Anschlußöffnungen (83A,83B) mit einer engen Durchlaßöffnung (85,85*) zum Begrenzen der Durchleitung des Unterdrucksignals in die entsprechende Steuerkammer (54,56) und einem Rückschlagventil (87,87') als Nebenschluß bei der Durchleitung von Umgebungsluft, und daß zwischen den Verzögerungseinrichtungen (84,84·) und den Steuerkammern (54,56) in den Verbindungsrohrleitungen (66,66·) Unterdrucktanks (88,88·) angeordnet sind.
5. System nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungseinrichtungen Luftdurchfluß-Verzögerungsventile (84 bis, 84' bis) aufweisen, bestehend jeweils aus einem Gehäuse mit zwei Anschlußöffnungen mit einer Trennwand im Inneren zwischen den Anschlußöffnungen mit einer engen Durchlaßöffnung (85 bis, 85· bis) zum Begrenzen der Durchleitung der Umgebungsluft in die entsprechende Steuerkammer (54,56) und einem Rückschlagventil (87 bis, 87' bis) als Nebenschluß bei der Durchleitung des Unterdrucksignals, und daß zwischen den Verzögerungseinrichtungen (84 bis, 84· bis) und den Steuerkammern (54,56) in den Verbindungsrohrleitungen Tanks angeordnet sind.
6. System nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß in der Sekundärluft-Rohrleitung (32,34) eine von der Kurbelwelle (39) des Motors getriebene Luftpumpe (36) angeordnet ist.

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7. System nach einem der Ansprüche T bis 51 dadurch gekennzeichnet, daß in der Sekundärluft-Rohrleitung ein Rückschlagventil (136) angeordnet ist, das sich bei plötzlich auftretendem Unterdruck im Abgassystem des Motors öffnet₀
8. System nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsrohrleitungen (66,66*) mit der Öffnung (16¹) am Ansaugkanal (16) über eine gemeinsame Leitung (68) verbunden sind, in welcher ein Unterdrucktank (90 ) angeordnet ist, um ein Unterdrucksignal geeigneter Größe beim Beschleunigen des Motors sicherzustellen.
9. System nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschaltventile (6θ,6θ·) elektromagnetisch betätigt sind.