DE2711944C2

DE2711944C2 - Sekundärluftsteuereinrichtung für einen Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE2711944C2
Application number: DE2711944A
Authority: DE
Inventors: Hideo Susono Shizuoka Miyagi
Original assignee: Toyota Jidosha Kogyo KK
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1976-11-15
Filing date: 1977-03-18
Publication date: 1982-07-15
Also published as: JPS5362019A; JPS6018807B2; US4100735A; DE2711944A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Sekundärluft-Steuereinrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Es ist aus der US-PS 39 11 674 eine Sekundärluftsteuereinrichtung gemäß dem Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1 bekannt, bei dem die Unterdruck-Umschaltvorrichtung in Abhängigkeit der verschiedenen Betriebssignale des Triebwerks pneumatische Ausgangssignale erzeugt, die daraufhin ein Sekundärluft-Steuerventil betätigen, durch das die Strömung von Sekundärluft in das Abgas freigegeben oder unterbrochen wird. Das Sekundär-Steuerventil ist als Kippschalter ausgebildet, der zwei Anschlagstellungen einnehmen kann, in dem er die IVuckluftleitung entweder mit dem Katalysator oder mit dem Ansaugsystem verbindet Die Unterdruck-Umschaltventileinrichtung besitzt eine mechanisch aufgebaute Logik-Schaltung, die unter Ausnutzung des im Unterdruckspeicher und im Druckluftkreislauf herrschenden Drucks die Stellglieder der diversen Ventile mit pneumatischen Signalen versorgt. Die Energie für die Betätigung der Unterdruck-Umschalteinrichtung sowie des Sekundärluft-Steuerventils wird durch den Unterdruck in der Ansaugleitung bzw. durch den Unterdruck der Sekundärluft-Pumpe zur Verfügung gestellt. Die Charakteristik des Umschaltvorgangs wird somit vom Unterdruck im Unterdruckspeicher bestimmt Dieser Unterdruckspeicher sorgt dafür, daß immer der in einer gewissen Zeitspanne der Nichtbetätigung des Ventils auftretende maximale Unterdruck für die Schaltcharakteristik entscheidend ist, um die Funktion der Steuerschieber und des Sekundärluft-Steuerventils gut abzusichern. Der maximale Unterdruck ist jedoch unter verschiedenen Betriebsbedingungen des Motors unterschiedlich groß, und der Umschaltvorgang ist damit variabel und beispielsweise lastabhängig.

Die Steuerung der Sekundärluftzufuhr über die Steuerschieber ermöglicht ferner nur eine begrenzte Zufuhr der Sekundärluft und erlaubt in Kombination mit der relativ trägen pneumatischen Signalübertragung keine schnelle und befriedigende Steuerung der optimalen Abgas-Zusammensetzung.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, eine Sekundärluftsteuereinrichtung zu schaffen, die eine gleichmäßige Regelung in einem Bereich um die stöchiometrisch optimale Abgaszusammensetzung herum ermöglicht, wobei der Einfluß der Motor-Betriebsbedingungen ausgeschaltet werden soll.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Sekundärluft-Steuerventils in Form einer veränderbaren Drosselstelle ermöglicht eine kontinuierliche und stetige Drosselung der Sekundärluftzufuhr. Die Drossel-Ein-

stellung wird mittels eines in diesem Ventil integrierten steuermembrangesteuerten Ventilkörpers bewirkt, der vom Differenzdruck zwischen Unterdruckspeicher und Umgebung verschoben wird. Der von der stöchiometrisch optimalen Linie abweichende Pegel wird durch das weitere erfindungswesentliche Merkmal minimiert, indem der für die Ansprechcharakteristik des Steuerventils entscheidende Unterdruck unter allen Betriebsbedingungen des Motors konstant gehalten wird. Dadurch wird beispielsweise ausgeschlossen, daß die Sekundärluftzufuhr bei niedriger Last des Motors langsamer nachregelt als bei hoher Last Darüber hinaus ergibt sich durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen der zusätzliche Vorteil, daß nun mit einfachen Mitteln die Stellgeschwindigkeit des Sekundärluft-Steuerventils den unterschiedlichen Fahrzuständen des Kraftfahrzeugs bzw. Betriebszuständen des Motors angepaßt werden können, so daß auch bei extremen und in kurzer Zeit ablaufenden Veränderungen des Betriebszustands des Motors die Voraussetzungen für eine ausreichende Abgasreinigung gegeben sind.

Die Weiterbildung der Sekundärluft-Steuereinrichtung gemäß Unteranspruch 4 hat den besonderen Vorteil, daß die Stellgeschwindigkeit des Vemilkörpers des Sekundärluft-Steuerventils auf einfache Weise in Abhängigkeit von der Abgasmenge verändert werden kann.

Mit der Weiterbildung gemäß Unteranspruch 5 gelangt man zu dem vorteilhaften Effekt, daß selbst dann, wenn der Motor ausgehend von der Leeriaufdrehzahl äußerst stark belastet und das Fahrzeug stark beschleunigt wird, die Stellgeschwindigkeit des Stellkörpers kurzfristig derart angehoben wird, daß die benötigte Sekundärluftmenge im richtigen Moment und zuverlässig zugeführt werden kann.

Die Weiterbildung gemäß Unteranspruch 6 führt unter besonders vorteilhafter Ausnutzung der Kupplungsmechanik und mit geringstmöglichem Aufwand zu dem oben angegebenen vorteilhaften Effekt, daß bei Beschleunigungen aus dem Leerlauf oder aus der Verzögerung unmittelbar nach dem Gangwechsel kurzfristig erhöhte Stellgeschwindigkeiten des Stellkörpers zur Verfugung stehen.

Nachstehend werden anhand schematischer Zeichnungen mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erlärtert Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform der Sekundärliiftsteuereinrichtung,

F i g. 2 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Funktionsweise der ! Interdruck-Umschaltventüeinrichtung,

Fig.3 -.in Blockschaltbild zur Erläuterung eines Beispiels für die elektrische Schaltung eines Steuerrechners,

Fig.4A ein Diagramm, das die Kennlinie des Sekundärluft-Steuerventils der Steuereinrichtung gemäß Fig. 1 im Vergleich zur Kennlinie einer vorgeschlagenen Steuereinrichtung zeigt, wobei die Kennlinien für den Fall niedriger Motorbelastung gelten,

Fig.4B ein Fig.4A entsprechendes Diagramm, μ jedoch für den Fall höher Motorbelastung,

Fig.5 eine schematische Teil-Darstellung einer zweiten Ausfuhrungsform der Sekundärluftsteuereinrichtung,

F i g. 6 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der angesaugten Luftmenge und dem Unterdruck in einer kleinen Venturidüse zein·,

Fig.7A und 7B Diagramme, die den Diagrammen gemäß F i g. 4A und 40 entsprechen, sich jedoch auf die zweite Ausführungsform beziehen,

Fig.8 eine schematische Teil-Darsteliung einer dritten Ausführungsform der Sekundärluftsteuereinrichtung, und

F i g. 9 eine Abwandlung der Ausführungsform gemäß Fig. 8.

Zunächst wird auf F i g. 1 eingegangen. Darin sind ein Luftfilter 2, ein Auspuffrohr 3, eine Venturidüse 4, eine Drosselklappe 6, ein Ansaugkrümmer 8, ein Motorblock 10 sowie ein Abgaskrümmer 14 dargestellt Durch eine Eintritisöffnung 21 einer Sekundärluftleitung 20 kann Sekundärluft in den Abgaskrümmer 14 eingeblasen werden. Im bzw. am Abgaskrümmer 14 oder dem Auspuffrohr 3 ist ein Sauerstoffühler 16 stromab der Eintrittsöffnung 21 angeordnet, der die 02-Konzentration im Abgas, d. h. genauer im Gemisch aus Abgas und Sekundärluft, feststellt. Der Sauerstoffühler 16 kann durch einen Kohlenmonoxidfühler oder einen beliebigen andersn Fühler ersetzt sein, der zur Feststellung einer Abgaskomponente und dair'; des LKV (Luft-Kraftstoff-Verhältnis) geeignet ist. F=mer ist eine Abgasreinigungsvorrichtung 18 zum Reinigen des Abgases vorgesehen, bei der es sich beispielsweise um einen Reaktor oder einen Katalysator handeln kann, die an siel·, bekannt sind. Vorzugsweise wird jedoch ein Dreifachkatalysator verwendet, der nicht nur unverbrannte Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid oxidiert, sondern auch Stickoxide desoxidiert. Der Sauerstoffühler 16 kann entweder stromab oder stromauf des Dreifachkatalysators 18 eingebaut sein. Zwischen der Eintrittsöffnung 21 für die Sekundärluft und dem Sauerstoffühler 16 besteht ein gewisser räumlicher Abstand, damit die Sekundärluft mit dem Abgas ausreichend gemischt werden kann.

Die Sekundärluftleitung 20 ist mit einer Kammer 23 eines Sekundärluft-Steuerventils 30 verbunden. Das Sekundärluft-Steuerventil 30 hat drei Kammern 31, 32 und 33, die durch Trennwände 13 und 15 ubgetult sind, in denen sich jeweils eine Ventilöffnung 40 bzw. 41 befindet. Die Trennwände dienen als Ventilsitze für einen Ventilkörper 38. Die Kammer 31 stellt eine Ablaßkammer dar, die direkt oder über den Luftfilter 2 mit der umgebenden Atmosphäre ve* bunden ist, und die mittlere Kammer 33 ist über eine Leitung 24 mit einer Sekundärluftquelle 12 verbunden.

Neben der Ablaßkammer 31 und der Kammer 32, die als Lieferkammer bezeichnet wird, da aus dieser die einzublasende Sekundärluft geliefert wird, befindet sich jeweils ein Membranantrieb 17 bzw. 19. Diese Membranantriebe 17 und 19 sind mit einer Membran 34 bzw. 36 und einer Membransteuerkammer 35 bzw. 37 versehen. Die beiden E:iden eines Ventilschaftes 39 des ^en/ilkörpers 38 sind mit den Membranen 34 und 36 verbunden. Der Ventilkörper 38, der sich in der mittleren Kammer 33 befindet, wird bei ehier Auslenkung der Membranen 34 und 36 so verschoben, daß er die freie Durchfiußfläche der Ventilöffnungen 40 und 41 verändert.

Die Membransteuerkammern 35 und 37 sind jeweils über eine Signaldruckleitung 43 bzw. 45 mit einer Unterdruck-Umschaltventileinrichtung 44 bzv». 46 verbunden. Bei jedem der Unterdruck-Umschaltventilein· richtungen 44 und 46 handelt es sich um ein an sich bekanntes elektromagnetisches Dreiwegeventil, das in der Weise arbeitet, daß es im erregten Zustand eine Verbindung zwischen einer Leitung »A« und einer Leitung »B« (siehe F i g. 2) herstellt und daß es eine

Verbindung zwischen der Leitung »Au und einer Leitung »C« herstellt, wenn es nicht erregt ist.

Das Ausgangssignal des Sauerstoffühlers 16 wird auf einen Rechner 22 gegeben, der beispielsweise eine elektrische Schaltung mit einem Vergleicher 23 und einem Vergleicher 25 umfaßt, wie dies in F i g. 3 dargestellt ist. Ein Rechner, wie er in F i g. 3 gezeigt ist, ist an sich bekannt. Die Ausgangsspannung des Sauerstoffühlers 16, d. h. der Meßwert, wird vom Vergleicher 23 im Rechner 22 mit einem vorgegebenen Sollwert bzw. einer vorgegebenen Sollspannung verglichen. Der Rechner 22 stellt fest, ob das vorhandene Gemisch mager oder fett ist, d. h. ob das als Quotient aus vorliegendem Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu stöchiometrischem Luft-Kraftstoff-Verhältnis definierte Luftverhältnis λ größer oder kleiner I (λ > t oder λ < I) ist. Diese Feststellung wird aufgrund des Unterschiedes zwischen dem Sollwert und dem Meßwert getroffen,

liefert ein dementsprechendes Steuersignal auf die Unterdruck-Umschaltventileinrichtungen 44 und 46, wie dies durch gestrichelte Linien in Fig. I dargestellt ist. Wenn das Luftverhältnis kleiner 1 ist. d. h. wenn das Gemisch fett ist. werden die Umschaltventileinrichtungen 44 und 46 erregt, und wenn das Luftverhältnis größer 1 ist, d. Ii. wenn das Gemisch mager ist, werden die Umschaltventileinrichtungen 44 und 46 nicht erregt. Die Umschaltventileinrichtungen 44 und 46 sind jeweils mit einer Drosseleinrichtung 48 bzw. 42 versehen, die in Verbindung mit der Atmosphäre steht. Durch geeignete Auslegung der Drosseleinrichtungen 48 und 42 kann das Betriebsvertialten bzw. die Kennlinie des Ventilkörpers 38 zusätzlich richtig eingestellt werden.

Eine eigene ältere vorgeschlagene Steuereinrichtung ist ähnlich wie die vorstehend beschriebene Steuereinrichtung konstruiert. Bei der vorgeschlagenen Steuereinrichtung (JP-A 49 388-76) sind jedoch die Umschaltventileinrichtungen 44 und 46 über eine einer Signaldruckleitung 47 in Fig. 1 entsprechende Signaldruckleitung direkt mit dem Ansaugkrümmer 8 verbunden, so daß die Arbeits- bzw. Stellgeschwindigkeit des Ventilkörpers 38 direkt von der Stärke des Unterdrucks im Ansaugkriimmer abhängt, wodurch ebenfalls die vorstehend erwähnten Schwierigkeiten auftreten.

Die Unterdruck-Umschaltventileinrichtungen 44 und 46 sind über die Signaldruckleitung 47 mit einem Unterdruck-Steuerventil 60 verbunden, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist. Das Unterdruck-Steuerventil 60 weis! eine atmosphärische Kammer 61 sowie eine Membrankamner 66 auf. die durch eine Steuermembran 63 von der jtmosphärischen Kammer 61 getrennt ist. Die Membrankammer 66 steht in Verbindung mit einem Sekundärluftspeicher 50, der sich in der Signaldruckleitung 47 befindet. An der Steuermembran 63 ist ein Ventiikörper 67 befestigt der eine Ventüöffnung 62 öffnen und schließen kann. In der Membrankamrner 66 befindet sich eine Feder 64, die ständig auf die Steuermembran 63 in Richtung zur atmosphärischen Kammer 61 drückt Die Membrankammer 66 ist ferner über einen Unterdruckanschluß 65 mit einem Unterdruckspeicher 70 verbunden, der seinerseits über eine Signaldruckleitung 74 mit einem darin befindlichen Rückschlagventil 72 mit dem Ansaugkrümmer 8 oder einem anderen Bereich verbunden ist in dem Ansaugunterdruck herrscht Das Rückschlagventil 72 öffnet nur dann, wenn der Unterdruck in der Signaldruckleitung 74 größer als der im Unterdruckspeicher 70 herrschende Druck ist so daß dann der stärkere Unterdruck im Unterdruckspeicher 70 gespeichert wird. Dies hat zur Folge, daß immer dann, wenn im Ansaugkriimmer 8 oder in einem beliebigen anderen Bereich mit Ansaugunterdruck ein höherer Unterdruck entsteht, dieser höhere Unterdruck im zweiten Unterdruckspeicher 70 gespeichert wird. Dieser höhere Unterdruck gelangt in der Regel auch zum Sekundärluftspeicher 50, wenn die Ventüöffnung 62 des Unterdruck-Steuerventils 60 offen ist. Der Unterdruck im Sekundärluftspeicher 50 wird jedoch jedesmal geringer, wenn die Umschaltventileinrichtungen 44 und 46 abwechselnd erregt sind oder nicht mehr erregt v/erden. Dies wiederum hat zur Folge, daß der Unterdruck in der Membrankammer 66 geringer wird, so daß die Feder 64 schließlich die Steuermembran 63 mit dem Ventilkörper 67 entgegen der Kraft des Unterdrucks in der Membrankammer 66 (nach links in Fig. I) auslenkt, so daß dadurch die Ventüöffnung 62 tCöffr*"' n-'fA riiAc ivioHpriim führt Ha7ii Haft cirh rlpr hohe Unterdruck im Unterdruckspeicher 70 auf den Druck in der Membrankammer 66 und dem Sekundärluftspeicher 50 so auswirken kann, daß die Kraft des Unterdrucks in der Membrankammer 66 die Kraft der Feder 64 überwindet und dadurch die Ventüöffnung 62 erneut geschlossen wird. Dies heißt mit anderen Worten, daß der Unterdruck im Sekundärluftspeicher 50 praktisch konstant bleibt. Der Sekundärluftspeicher 50 di: ·.,*. somit dazu, Schwankungen des an den Umschaltventileinrichtungen 44 und 46 anliegenden

jo Unterdrucks möglichst gering zu halten, während der Unterdruckspeicher 70 für einen ausreichend starken Unterdruck selbst dann sorgen soll, wenn der Ansaugunterdruck schwächer wird oder wenn sich der Fahrzustand von geringer Belastung zu hoher Belastung ändert. Wenn der Rechner 22 ein »fettes Signal« liefert, was bedeutet, daß das vorliegende Gemisch aus Sekundärluft und Abgas fett ist, werden die Umschaltventileinrichtungen 44 und 46 erregt. Dadurch verbindet die Umschaltventileinrichtung 44 die Signaldruckleitung 43 mit der Signaldruckleitung 47, während gleichzeitig Umschaltventileinrichtung 46 die Signaldruckleitung 45 über die Drosseleinrichtung 42 mit der umgebenden Atmosphäre verbindet. Dadurch wirkt einerseits der Unterdruck des Sekundärluftspeichers 50 auf die Membrankammer 35 des Sekundärluft-Steuerventils 30 über die Signaldruckleitung 43, während andererseits der atmosphärische Druck über die Umschaltventileinrichtung 46, die dann über die Drosseleinrichtung 42 mit der Atmosphäre verbunden ist, auf die Membrankammer 37 des Sekundärluft-Steuerventils 30 wirkt, so daß der Ventilkörper 38 zusammen mit den Membranen 34 und 36 (nach oben in F i g. 1) bewegt wird. Dadurch wird die Ventüöffnung 41 (bzw. deren freie Durchflußfläche) größer, während die Ventüöffnung 40 (bzw. deren freie

Durchflußfläche) kleiner wird. Dies wiederum führt zu einer Erhöhung der eingeblasenen Sekundärluftmenge, die von der Sekundärluftquelle 12 über die Leitung 24 in die mittlere Kammer 33 eingespeist wird, von dort durch die Ventüöffnung 41 und die Lieferkammer 32 in die Sekundärluftleitung 20 strömt und durch die Eintrittsöffnung 21 ausgeblasen wird. Dadurch wird das Gemisch aus Sekundärluft und Abgas abgemagert Die übrige Sekundärluft wird durch die Ventüöffnung 40 und die Ablaßkammer 31 zur Atmosphäre abgegeben.

Wenn der Rechner 22 ein »mageres Signal« liefert, was bedeutet daß das vorliegende Gemisch mager ist werden die Umschaltventileinrichtungen 44 und 46 nicht erregt Dadurch verbindet die Umschaltventileinrich-

tung 44 die .Signaldruckleitung 43 über die Drosseleinrichtung 48 mit der Atmosphäre, während die Umschaltventileinrichtung 46 die Signaldruckleitung 45 mit der Signald'^-uckleitung 47 verbindet. Der Unterdruck im Sekundärluftspeicher 50 wirkt daher über die Leitung 45 auf die Membrankammer 37, während der atmosphärische Druck über die Drosseleinrichtung 48 und r!^;e Leitung 43 auf die Membrankammer 35 wirkt. Dementsprechend wird der Ventilkörper 38 (nach unten in Fig. 1) verschoben, so daß die freie Durchflußfläche der Ventilöffnung 40 vergrößert und die freie Durchflußfläche der Ventilöffnung 41 verkleinert wird. Die Menge der aus der Eintrittsöft'niing 21 eingeblasencn Sekundärluft nimmt daher ab. so daß das Abgas fetter wird.

Da der Unterdruck in den Membrankammern 35 und 37 /um Verstellen des Ventilkörpers 38 des Sekundärliift-Steuerventils 30 praktisch konstant gehalten wird, ohne daß er den Schwankungen des Ansuugunterdrucks und somit der Motorbclastung unterliegt, kann auch die Arbeits- bzw. Stellgeschwindigkeit des Ventilkörpers 58 praktisch konstant gehalten werden. Dies heißt mit anderen Worten, daß die Arbeitsgeschwindigkeit des Ventilkörpers 38 unabhängig davon, in welchem Belastungszustand sich der Motor befindet, praktisch konstant ist. so daß der Unterschied /wischen der Verstellung des Ventilkörpers 38 bei hoher Motorbelastung und der Verstellung des Ventilkörpers bei niedriger Motorbelastung gering wird. Diese Wirkungsweise wird im folgenden ausführlicher unter Bezugnahme "uf die F i g. 4A und4B erläutert.

Die F i g. 4A und 4B zeigen die Beziehung zugehen der Zeit Tund dem Vcrstellweg bzw. dem Hub // des Ventilkörpers 38 für die Fälle, daß die Last gering ist (hoher Ansausrunterdruck) und daß die Last hoch ist (niedriger Ansaugunterdruck). In den Fig. 4A und 4B geben die gestrichelten Kurvenzüge die Kennlinien bei einer älteren vorgeschlagenen (IP-A 49 388-7b) Steuereinrichtung wieder, bei der die Signaldruckleitung 47 (siehe Fig. 1) direkt mit dem Ansauekrünimer verbunden ist. Die ausgezogenen Kurvenzüge gellen für die erfindungsgemäße Steuereinrichtung, und zwar insbesondere für die in F i g. 1 dargcsiellte erste Ausführungsform. Die horizontale Linie S gibt die dem stöchiometrischen Luft-Brennstoff-Verhältnis entsprechende Stellung des Ventilkörpers 38 an.

Der Winkel θ (θ,, θ,'. θ>. θ/. Θ,. B₁' ...) ist durch die Stellgeschwindigkeit des Ventilkörpers 38 bestimmt und kann durch entsprechende Dimensionierung der Drosseleinrichtungen 42 und 48 eingestellt werden. Da bei der vorgeschlagenen Einrichtung — wie bereits erwähnt — die Stellgeschwindigkeit des Ventilkörpers hoch ist, wenn der Ansaugunterdruck hoch ist. besteht immer die Ungleichung θι > Θ3. sobald der Winkel θ einmal eingestellt ist. Da jedoch bei der Erfindung die Stellgeschwindigkeit des Ventilkörpers 38 unabhängig von den Schwankungen des Ansaugunterdrucks praktisch immer konstant ist. kann die Beziehung θι' = Θ3' erreicht werden. Die Zeitdauer, während der der Ventilkörper verstellt wird, ist bei starkem Ansaugunterdruck größer, da die Strömungsgeschwindigkeit des Abgases mit zunehmendem Ansaugunterdruck geringer wird, wie bereits erwähnt wurde. Dies gilt auch für die in F i g. 1 dargestellte Steuereinrichtung. Es gilt also die Ungleichung t< > ί> Aus dem Vorstehenden ergibt sich. dsß bsi der älteren vorgeschlagenen Einrichtuni? we^n der zwei Ungleichungen Θ; > Θ3 und /_: > /· die Ungleichung Λ; > /?> gilt. Dabei ist die Differenz zwischen h\ und h\ (h\ — Iu) recht groß. Aufgrund der Beziehungen /1 > i\ und θι' « 0j' gilt auch beim Anmeldungsgegetistand die Ungleichung ΛΓ > hj, der Unterschied zwischen lh' und h\ (b\ — ht') ist jedoch wegen der Beziehung θι' » θι' recht klein. Dies heißt mit anderen Worten, daß h_t' wesentlich kleiner als /ii ist. Je nach den Anforderungen des Motors bestehen die zwei Möglichkeiten, daß die Steuerung beim »fetten Signal«, die durch die Winkel θ, (θ,\ θι, Θϊ) gekennzeichnet ist, gleich oder anders verläuft als die Steuerung beim »mageren Signal«, die durch die Winkel θ> (f-)/, Θ4, Ba) gekennzeichnet ist. Diese beiden Lösungsmöglichkeiten können auf einfache Weise durch Einstellung der Drosseleinrichtungcn 42 und 48 verwirklicht werden. Aus der vorstehenden Erläuterung der Steuerung bei »fettem Signal« dürfte leicht verständlich sein, daß eine ähnliche Beziehung auch bei der Steuerung bei »magcrem Signal« erhalten wird, d. h. daß h;' wesentlich kleiner als Λ» ist. Aufgrund der Ausbildung der Sekundarluftsteuercinrichtung ist tier Unterschied zwischen dem Hub des Ventilkörpers 38 bei hohem Ansaugunterdruck und dem Hub des Ventilkörpers bei niedrigem Ansaugunterdruck verhältnismäßig gering, so daß die Schwankungen des LKV gering sind.

Ls tritt jedoch auch bei der ersten Ausführungsform der Sckundärluftstcuereinrichtung noch eine Schwierigkeit auf. Wenn bei dieser Ausführungsform die .Stellgeschwindigkeit des Ventilkörpers 38 so bemessen wird, daß sie für niedrigen Ansaugunterdruck geeignet ist. werden zwar die Schwankungen des LKV beträchtlich verringert, es kommt jedoch bei geringer Belastung und geringer Motordrehzahl, d. h. bei geringer Abgasmenge, zu einem zu großen Hub //des Ventilkörpers 38. da dann die Zeit T. während der eine Verstellung erfolgt, größer ist. Diese Schwierigkeit ist bei der in F i g. 5 dargestellten zweiten Ausführungsform der Sekundärluftsteuercinrichtung behoben, bei der die Stellgeschwindigkeit des Ventilkörpers 38 geringer ist. wenn die Abgasmenge klein ist und umgekehrt.

Im folgenden wird die zweite Ausführungsform unter Bezugnahme auf F i g. 5 erläutert.

Die in F i g. 5 ausschnittsweise dargestellte Steuereinrichtung stimmt weitgehend mit der in F i g. 1 dargestellten Steuereinrichtung mit der Ausnahme überein, daß das Unterdruck-Steuerventil 60 in F i g. 1 durch ein Unterdruck-Steuerventil 60a ersetzt ist. Dem Unterdruck-Steuerventil 60 (Fig. 1) entsprechende Elemente des Unterdruck-Steuerveritils 60a sind mit dem um »3« ergänzten gleichen Bezugszeichen •ersehen.

Das l'nterdruck-Steuerventil 60a besitzt eine erste Membrankammer 66a. eine atmosphärische Kammer 61a sowie eine weitere Unterdruck-Steuerkammer 69. wobei diese drei Kammern von einer Steuermembran 63a sowie einer Sekundärmembran 68 abgeteilt werden. Die erste Membrankammer 66a ist einerseits mit dem Sekundärluftspeicher 50 (siehe Fig. 1: nicht dargestellt in Fig. 5) und andererseits mit dem zweiten Unterdnjckspeicher 70 (siehe Fig. 1: nicht dargestellt in Fig. 5) über eine Leitung 65a verbunden. Die Steuermembran 63a ist mit der Sekundärmembran 68 verbunden und bewegt sich zusammen mit dieser. Die weitere Unterdruck-Steuerkammer 69 ist über eine Signaldruckieitung 7 mir der Venturidüse 4 des Vergasers verbunden, wobei es sich bei dieser Venturidüse vorzuesweise um eine kleine Venturidüse

handelt. Der Grund dafür, daß eine kleine Venturidüse günstiger als eine große Venturidüse ist, liegt darin, daß der Unterdruck in einer kleinen Venturidüse in der Regel größer als der in einer großen Venturidüse ist. Das Unterdruck-Steuerventil 60,7 der Steuereinrichtung gemäß Fig. 5 besteht somit — kurz gesagt — im wesentlichen aus einer Kombination der weiteren Unterdruck-Steuerkammer 69 und der Sekundärmembran 68 mit dem in Fig. I dargestellten Unterdruck-Steuerventil 60.

Wie in Fig.6 gezeigt ist. steigt der Unterdruck in einer kleinen Venturidüse in bekannter Weise mit Zunahmt.· der angesaugten I.uftmcngc Ferner ändert sich die Abgasmenge proportional zu einer Abnahme oder Zunahme der Menge angesaugter Luft, so daß der Unterdruck in der kleinen Venturidüse hoch ist, wenn die Menge des Abgases groß ist, und umgekehrt. Demzufolge ist der Unterdruck 111 tier weiteren Un'.erdrUck-StCücrkiH'nniCr 69 ^ί?|"ίησ wnnn flip Ahp;t<;-menge klein ist. Durch öffnen und Schließen der Ventilöffnung 62,i wird der Unterdruck in der Unterdruckkammer 66a proportional zum Anstieg des Unterdrucks in der weiteren Unterdruck-Steuerkammer 69 erhöht, und umgekehrt. Da die Stellgeschwindigkeit des Ventilkörpers 38 (Fi g. I) von der Stärke des in der Membrankammer 35 oder der Membrankammer 37 des Sekundärluft-Steuerventils 30 (Fig. 1) herrschenden Unterdrucks abhängt, nimmt die Stcllgcschwindigkeit zu, wenn der Unterdruck in der Unterdruckkammer 66a des Unterdruck-Steuerventils 60a steigt. Dies heißt mit anderen Worten, daß die Stellgeschwindigkeit des Ventilkörpers 38 (Fig. I) geringer ist. wenn die Abgasmenge klein ist. Andererseits nimmt die Stellgeschwindigkeit des Ventilkörpers 38 zu. wenn der Unterdruck in der weiteren Unterdruck-Steuerkammer 69 erhöht wird, da der Unterdruck in der ersten Unterdruckkammer 66,1 dadurch ebenfalls steigt.

Die F i g. 7A und 7B entsprechen den F i g. 4A und 4B und gelten für die zweite Ausführungsform der Sekundärluftsteuereinrichtung gemäß F i g. 5. Die F i g. 7A und 7B zeigen somit die Beziehungen zwischen der Zeit Fund dem Hl^ // des Ventilkörpers 38 für niedrige Last (hoher Ansaugunterdruck) bzw. hohe Last (niedriger Ansaugunterdruck). Da bei der zweiten Ausführungsform die Stellgeschwindigkeit des Ventilkörpers 38 mit zunehmender Motorbelastung größer wird, gelten die Ungleichungen Θ-, < Θ7 und θ* < 8j. Andererseits gilt analog auch für die F i g. 7A und 7B die Ungleichung t-, < ?-. so daß durch geeignete Wahl von θ unter Berücksichtigung der Stellzeit T die Beziehung As β Λ7 (ti*, = hs) erreicht werden kann. Dies heißt mit anderen Worten, daß es möglich ist. den Hub H des Ventilkörpers 38 unabhängig von der Motorbelastung praktisch konstant zu halten und die Schwankungen des im Abgas festgestellten LKV des Motors so klein wie möglich zu machen. Bei der Ausführungsform gemäß F i g. 5 ist die weitere Unterdruck-Steuerkammer 69 mit der kleinen Venturidüse 4 verbunden. Die weitere Unterdruck-Steuerkammer 69 kann jedoch auch mit einer großen Venturidüse, einem Bereich, in dem Abgasdruck herrscht, oder einem beliebigen anderen Bereich des Motors verbunden sein, der ein Parametersignal liefern kann, das den Änderungen der angesaugten Luftmenge oder der Abgasmenge entspricht

Da die benötigte Sekundärluftmenge stark zunimmt wenn sich der Betriebszustand des Motors von Leerlauf oder Verzögerung zu Beschleunigung ändert oder wenn der Motor unmittelbar nach einem Gangwechsel beschleunigt wird, ist es zweckmäßig, zusätzlich die Stellgeschwindiykeit des Ventilkörpers 38 des Sekundärluft-Steuerventils 30 nur zu dem Zeitpunkt zu ändern, zu dem sich der Motor bzw. das Fahrzeug in einem solchen Zustand befindet.

Diesem Zweck dient die in F i g. 8 dargestellte dritte Ausführungsforni der Sekundärluftsteuereinrichtung. Bei der in F i g. 8 dargestellten dritten Ausführungsform ist der Sekundärspeicher 50, der auch in Fig. I dargestellt ist, über eine Signaldruckleitung 80 mit einer Öffnung 82 verbunden. In der Signaldruckleitung 80 befindet sich ein Rückschlag- bzw. Einwegventil 84. Mit Ausnahme dieser Abweichungen stimmt die dritte Ausführungsform gemäß F i g. 8 mit der ersten Ausfüh- -, riingsform gemäß F i g. I bzw. der zweiten Ausführungsform gemäß Fig.') überein. Dies heißt mit anderen Worten, daß der Sekundärluftspeicher 50 mit dem I liiterdriick-Stcuerventil 60 gemäß F i g. I oder mit del*¹, Unterdruck-Steuerventil 60a gemäß F i κ. 5 verbunden sein kann. Vorzugsweise befindet sich die Öffnung 82 an solcher Stelle, daß sie etwas stromab der Drosselklappe 6 mündet, wenn sich diese in Leerlaufslellung befindet. Der Ort der Öffnung 82 entspricht daher dem Ort einer sogenannten drosselklappenstellungsabhängigen Düse.

Dies hat zur Folge, daß hoher Ansaugunterdruck direkt im Sekundärluitspeicher 50 gespeichert werden kann, ohne daß er über das Unterdruck-Steuerventil zu strömen braucht, was nur dann eintritt, wenn sich die Drosselklappe 6 in Leerlaufstellung befindet. Wenn die

ίο Drosselklappe 6 weiter geöffnet ist. als es der Leerlaufstellung entspricht, herrscht an der Öffnung 82 kein Ansaugunterdruck, so daß das Rückschlagventil 84 geschlossen ist und dadurch den Sekundärluftspeicher 50 von der Öffnung 82 trennt. Da fast alle Fahrzustände,

j5 die eine schnelle Erhöhung der benötigten Sekundärluftmenge erfordern, auftreten, wenn die Drosselklappe aus ihrer Leerlaufstellung bzw. ihrer geschlossenen Stellung in eine teilweise oder vollständig geöffnete Stellung gebracht wird, kann die Stellgeschwindigkeit des Ventilkörpers zusätzlich nur unter den erwähnten Fahrbedingiingen durch Erhöhung des wirksamen Unterdrucks vergrößert werden.

F i g. 9 zeigt eine Abwandlung zu Fig. 8. wobei die in Fig. 9 dargestellte Ausführungsforni dem gleichen Zweck wie die Ausführungsform gemäß Fig. 8 dient, d. h. zusätzlich die Stellgeschwindigkeit des Ventilkörpers des Sekundärluft-Steuerventils nur dann erhöht, wenn die Menge der benötigten Sekundärluft schnell ansteigt. Bei der Ausführungsform gemäß F i g. 9 ist der Sekundärluftspeicher 50 über eine Signaldruckleitung bzw. eine Zusatz-Unterdruckleitung 96 mit einem Bereich verbunden, in dem Ansaugunterdruck herrscht. Bei diesem Bereich kann es sich beispielsweise um den Ansaugkrümmer 8 (siehe Fig. 1) handein. In der Signaldruckleitung 96 befindet sich ein Unterdruck-Umschaltventil 94. Auch bei der Ausführungsform gemäß F i g. 9 kann es sich bei dem Unterdruck-Steuerventil, an das der Sekundärluftspeicher 50 angeschlossen ist um das Unterdruck-Steuerventil 60 gemäß F i g. 1 oder um das Unierdruck-Steuerventil 60a gemäß F i g 5 handeln. Das Unterdruck-Umschaltventil 94, das beispielsweise als an sich bekanntes elektromagnetisches Ventil ausgebildet sein kann, ist so ausgebildet, daß es eingeschaltet wird, wenn ein Kupplungspedal 99

6= niedergetreten wird, und daß es ausgeschaltet wird, wenn das Kupplungspedal freigegeben wird. Das Signal zur Steuerung des Unterdruck-Steuerventils 94 wird von einem Kupplungsschalter 98 geliefert Der Kupp-

lungsschalter 98 liefert ein Ein-Signal. wenn das Kupplungspedal 99 niedergetreien wird, und ein Aus-Signa!, wenn das Kupplungspedal 99 freigegeben wird und ist. Die Ausführungsform gemäß F i g. 9 macht von der Tatsache Gebrauch, daß Beschleunigung aus ; dem Leerlauf oder aus der Verzögerung oder eine Beschleunigung unmittelbar nach einem Gangwechsel in der Regel beginnt, nachdem — im Falle von Fußkupplungen — das zuvor niedergetretene Kupplungspedal freigegeben worden ist. Bei der Ausführungsform gemäß Fig.9 kann der Ansaugunierdruek im Sekundärluftspeicher 50 nur gespeichert werden, während das Kupplungspedal niedergetreten ist.

Die vorstehende Beschreibung macht klar, daß es durch die bei der beschriebenen Sekundärluftsteuercin- ι, richtung getroffenen Maßnahmen möglich ist. die Stellgeschwindigkeit des Ventilkörpers des Sekundärluft-Steuerventils in einem weiten Bereich von Fahrzuständen und Betriebsbedingungen praktisch konstant /u halten. Ferner ist es auch möglich, die Stellgeschwindi^- keit des Ventilkörpers entsprechend den Fahrzuständen zu ändern, indem der auf die Unterdruckkammern des Sekundärluft-Steuerventils wirki nde Unterdruck entsprechend gesteuert wird, so daß dadurch die Menge der in die Abgasanlage eingeleiteten sekundärluft wirkungsvoll und genau gesteuert worden kann, was zu einer Erhöhung der Reinigungswirkung der Abgasieinigungsvorrichtung führt. Ferner ermöglichen diese Maßnahmen, die Menge der benötigten Sekundärluft schnell zu erhöhen, indem der am Sekundärluft-Steuerventil wirksame Arbeitsunterdruck während einer kur/en Zeitdauer unmittelbar nach der Beschleunigung aus dem Leerlauf oder Verzögerung oder während einer Beschleunigung, die unmittelbar nach einem Gangwechsei beginnt, erhöht wird, so daß dadurch die Stellgeschwindigkeit des Ventilkorpers des SekundärMft-Steuerventils größer wird.

Hierzu 5 Blatt Zcichnuneen

Claims

Patentansprüche:

1. Sekundärluftsteuereinrichtung für einen Verbrennungsmotor, mit einem Sekundärluft-Steuerventil zur Steuerung der in eine Abgasanlage einzuleitenden Sekundärluftmenge, die von einer Sekundärluftquelle geliefert wird, wobei für die Betätigung des Sekundärluft-Steuerventils ein vom Unterdruck in der Ansaugleitung über ein Rückschlagventil aufladbarer Unterdruck-Speicher vorgesehen ist, der seine gespeicherte Unterdruckenergie in Abhängigkeit von der Abgaszusammensetzung über eine Unterdruck-Umschaltventileinrichtung dem Sekundärluft-Steuerventil zuführt, dadurch gekennzeichnet, daß das Sekundärluft-Steuerventil (30) ein Schiebeventil mit einem Ventilkörper (38) ist, der durch die Unterdruck-Umschaltventileinrichtung (44,46) auf seiner einen Seite mit Unterdruck und auf seiner anderen Seite mit Umgebungsdruck beaufschlagbar ist und durch den die Verbindiiflg der Sekundärluftquelle (12) mit der Abgasanlage (3) dosierbar ist, und daß zwischen, dem Unterdruckspeicher (70) und der Unterdruck-Umschaltventileinrichtung (44,46) ein Sekundärluftspeicher (50) mit vorgeschaltetem Unterdrucksteuer/entil (60) eingegliedert ist, das eine Membran (63) besitzt, durch die in der Wirkungsweise eines selbststeuernden Unterbrechers die Unterdruckversorgung des Sekundärluftspeichers (50) sperrbar ist.

2. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß das Sekundärluft-Steuerventil (30) ein doppeimembrangesteuertes Schiebeventil ist, dessen Membranen (34,36) - .lit dem Ventilkörper (38) verbunden sind, und Jeweils eine Membransteuerkammer (35,37) begrenzen, die wechselweise über die Unterdruck-Umschaltventileinrichtung (44, 46) mit Unterdruck vom Sekundärluftspeicher (50) bzw. mit Umgebungsdruck beaufschlagbar sind.

3. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Unterdrucksteuerventil (60) eine mit dem Unterdruckspeicher (70) über einen Unterdruckanschluß (65) in Verbindung stehende Unterdruckkammer (66) und eine atmosphärische Kammer (61) aufweist, die von der Unterdruckkammer (66) durch die Steuermembran (63) abgetrennt ist, die auf ihrer, dem Unterdruckanschluß (65) zugewandten Seite einen Ventilkörper (67) trägt, durch den der Unterdruckanschluß (65) gegen die Kraft einer sich am Unterdrucksteuerventilgehäuse und an der Membran (63) abstützenden Feder (64) verschließbar ist.

4. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Unterdruck-Steuerventil (GOa) eine weitere Unterdruck-Steuerkammer (69) aufweist, die mittels einer Sekundärnvembran (68) von der atmosphärischen Kammer (61 aj abgetrennt ist und über eine Unterdruckleitung (7) mit einer Venturidüse (4) im Ansaugsystem verbunden ist, wobei die Sekundärmembran (68) und die Steuermembran (63a^ über eine Koppel miteinander in Verbindung stehen.

5. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche I bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Unterdruck-Signalleitung (80) von einer Öffnung (82) im Bereich einer im Ansaugsystem eingebauten Drosselklappe (6) abzweigt und über ein Rückschlagventil (84) zum Sekundärluftspeicher (50) führt

6. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1

bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zusatz-Unterdruckleitung (96) vom Ansaugsystem abzweigt und über ein in Abhängigkeit von der Stellung eines Kupplungspedals (99) aktivierbares Unterdruck-Umschaltventil (94) in den Sekundärluftspeicher (50) mündet, wobei durch das Unterdmck-Umschaltventil (94) bei durchgetretenem Kupplungspedal (99) eine Verbindung zwischen dem Ansaugsystem und dem Sekundärluftspeicher (50) herstellbar ist