DE2724151C3

DE2724151C3 - Regelsystem zur Einstellung des Luft/Brennstoff-Verhältniswertes eines einer Brennkraftmaschine zugeführten Luft/Brennstoff-Gemisches

Info

Publication number: DE2724151C3
Application number: DE2724151A
Authority: DE
Inventors: Takamichi Gamagori Nishio Nakase
Original assignee: Nippon Soken Inc
Current assignee: Soken Inc
Priority date: 1976-05-28
Filing date: 1977-05-27
Publication date: 1981-12-10
Also published as: US4114578A; DE2724151A1; JPS5924265B2; JPS52145628A; GB1549909A; DE2724151B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Regelsystem zur Einstellung des Luft/Brennstoff-Verhältniswertes eines einer Brennkraftmaschine über einen Vergaser zugeführten, im wesentlichen fetten Luft/Brennstoff-Gemisches gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bekanntermaßen muß zur Gewährleistung einer optimalen katalytischen Abgasreinigung bei Brennkraftmaschinen das Luft/Brennstoff-Verhältnis des aufbereiteten GeT.isches ständig über einen weiten Drehzahlbereich genau geregelt werden. Zu diesem Zweck ist es bekannt, den Sauerstoffanteil der Abgase festzustellen und über einen Regler das Luft/Brennstoff-Verhältnis durch Einleiten von Zusatzluft in die Saugleitung stromabwärts der Vergaser-Drosselklappe auszugleichen.

Hierbei wird allerdings die eingespeiste Zusalzluftmenge in hohem Maße vom Saugleitungsunterdruck

■to beeinflußt, welcher eine -.imgekchrt proportionale Abhängigkeit von der Belastung der Brennkraftmaschine aufweist. Der erforderliche Ausgleich läßt sich somit nicht erzielen, bevor nicht die Öffnung der Drosselklappe bei niedriger Belastung erheblich verringert und bei

■»5 hoher Belastung erheblich vergrößert worden ist. Hierdurch treten Regelschwingungen auf, durch die sich der Regelbereich des Luft/Brennstoff-Verhältnisses vergrößert und eine vollständige Ausnutzung der Reinigungseigenschaften eines Abgasreinigungskatalysators nicht mehr gewährleistet ist, wobei darüber hinaus bei einem Kraftfahrzeug unangenehme Rüttelerscheinungen beim Fahren auftreten, die das Fahrverhalten beeinträchtigen.
So ist es zum Beispiel aus der DE-OS 23 57 410 bekannt, das Lufl/Brennstoff-Verhältnis bei der Gemischaufbereitung für eine Brennkraftmaschine durch Rückkopplung des Ausgangssignals eines den Abgasen ausgesetzten Sauerstoff-Meßfühlers auf einen für zweckmäßig erachteten Betriebswert einzuregeln. Dies erfolgt im wesentlichen in Form einer Zweipunkt-Regelung, indem bei einer durch die jeweilige Sauerstoffkonzentration in den Abgasen ermittelten Abweichung zum unterstöchiometrischen bzw. überstöchiometrischen Bereich des Gemisches in Abhängigkeit von einem Vergleich mit einem vorgegebenen Sollwert Steuersignale für eine entsprechende Erhöhung der Luft- bzw. Brennstoffzufuhr abgeleitet werden, deren Zeitdauer von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine, wie

dem Saugleitungsunterdruck usw., abhängt.

Darüber hinaus ist aus der DE-AS 22 54 961 eine Regeleinrichtung für die Zumessung einer Zusatzluftmenge bei Brennkraftmaschinen bekannt, bei der zur Verbesserung der Verbrennung in Brennkraftmaschi- ί nen oder der Nachverbrennung der Abgase mehrere Führungsgrößen in einem geschlossenen Regelkreis Verwendung finden sollen, die im weitesten Sinne aus dem Saugrohrunterdruck, dem Auspuffgasgegendruck, der Maschinenirehzahl und dem Sauerstoffgehalt oder dem Kohlenmonoxidgehalt der Abgase bestehen. Diese Führungsgrößen dienen zur Regelung der Entnahme und Ruckführung einer von einer Luftpumpe drehzahlabhängig in die Regeleinrichtung eingepumpten Luftmenge, was im wesentlichen in einem mechanischen ΐϊ Luft- bzw. Druckregler durch zwei auf einer gemeinsamen Führungsstange übereinander angeordnete Dosierkegel erfolgt, die derart angeordnet sind, daß bei Zunahme der abströmenden Zusatzluftmenge die rückgeführte Luftmenge abnimmt und umgekehrt.

Hierbei kann die Zugabe der Zusatzluft auf der Saugseite der Brennkraftmaschine erfolgen, wobei in einem Zusatzluftkanal außer einem Hauptrtgler noch ein Regelventil angeordnet ist, das Schwankungen des Saugleitungsunterdruckes von dem Hauptregler fernhalten soll, indem der geregelte Druck in dem Zusatzluftkanal einem Steuerdruckraum des Hauptreglers als Führungsgröße zugeführt wird. Zwischen diesem Regelventil und den Hauptregler ist ein Stellglied in Form eines elektromagnetisch betätigbaren Schaltventils angeordnet, das in direkter Abhängigkeit von den Ausgangssignalen eines im Abgassystem befindlichen C^-Meßfühlers die Verbindung zwischen dem die Zusatzluft zumessenden Hauptregler und dem Regelventil abwechselnd herstellt und unterbricht, wodurch drehzahlabhängig eingepumpte Zusatzluft über den Hauptregler, das Schaltventil und das Regelventil in das Saugsystem der Brennkraftmaschine eingespeist wird. Hierbei findet im Hauptregler eine vom Saugleitungsunterdruck abhängige Zusatzluftregelung unter Kompensation der üegendruckwirkung durch das Regelventil statt, so daß der Hauptregler eine der Ansaugluftmenge annähernd proportionale Zusatzluftmengs an das Schaltventil abgibt, das in synchroner Abhängigkeit von den Ausgangssignalen des C^-Meßfühlers geöffnet und geschlossen wird. Das zwischen dem Schaltventil und der Saugleitung befindliche Regelventil öffnet sein Schließelement gegen die Kraft einer federbelasteten Membran erst bei Erreichen eines bestimmten Ventileingangsdruckes und kompensiert auf diese Weise Schwankungen des Ansaugleitungsunterdrucks.

Grundsätzlich wird somit der über den Zusatzluftkanal fließende Zusatzluftstrom durch das Schaltventil in synchroner Abhängigkeit von dem Impulssignal des Gasmeßfühlers unterbrochen. Das Luft/Brennstoff-Verhältnis des Gemisches auf der Ansaugseite der Brennkraftmaschine zeigt daher trotz eines recht aufwendigen Regelkreises die Tendenz, stark zwischen unter- und überstöchiometrischen Verhäitniswerten zu schwanken, insbesondere, da die Regelung in synchroner Abhängigkeit von dem Gasmeßfühlersignal und demzufolge mit der niedrigen Frequenz von ca. 1 bis 4 Regelzyklen/Sekunden erfolgt, was erhebliche Regelamplituden zur Folge hat.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Regelsystem für eine Vergaser-Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 derart auszugestalten, daß bei erheblich einfacherem Aufbau des Regelkreises starke Regelschwingungen vermieden werden und eine genauere Regelcharakteristik erzielbar ist.

Diese Aufgabe wird mit den im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Mitteingelöst.

Die erfindungsgemäß vorgesehene Regeleinheit besteht somit aus zwei von einer Hauptmembran getrennten Druckkammern, denen eine mit einer Zusatzmembran versehene und mit dem Ansaugleitungsunterdruck beaufschlagte dritte Druckkammer zugeordnet ist. Ein von dieser Regeleinheit gesteuertes einzelnes Bypaßventil wird durch eine über ein Magnetventil erfolgende Beaufschlagung der ersten oder zweiten Druckkammer mit dem Saugleitungsunterdruck betätigt, wobei das Magnetventil seinerseits von einer Steuerschaltung in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal eines dem Abgasstrom der Brennkraftmaschine ausgesetzten Gasmeßfühlers und darüber hinaus in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung auch in Abhängigkeit von den Ausgangssignalen eines Drehzahlgebers und eines Beschlr >iigungs-Verzögerungsschalters gesteuert wird. Die driue Druckkammer dient zur Kompensation von Schwankungen des Saugleitungsunterdrucks, jedoch erfolgt diese Kompensation nicht durch ein unabhängiges Regelventil, sondern vorteilhafterweise bereits in Form einer direkten Beeinflussung der Stellung des Bypaßventils. Während beim Stand der Technik die Zusatzluft unter Druck mittels einer Luftpumpe zugeführt werden muß und dadurch bereits ein komplizierter Aufbau des Hauptreglers mit zwei Dosierkegeln erforderlich ist, der Kompensationsmaßnahmen in bezug auf den Saugleitungsunterdruck im Hauptregler selbst erschwert, wenn nicht gar unmöglich macht und ein separates Regelventil erfordert, erfolgt die Zusatzluftzufuhr erfindungsgemäß durch natürliche Saugwirkung ohne das Erfordernis einer aufwendigen leistungszehrenden Luftpumpe unter gleichzeitiger Kompensation von Ansaugleitungsdruckschwankungen durch eine einzige Regeleir.beit, so daß sich ein separates Regelventil erübrigt. Darüber hinaus erfolgt die erfindungsgemäße Regelung der Luf;zufuhr im wesentlichen auf analoge Weise, da das Bypaßventil in Abhängigkeit von der Druckdifferenz zwischen der ersten und der zweiten Druckkammer aus einer neutralen Lage in Öffnungs- oder Schließrichtung versteilt wird, und zwar mit Ausnahme des Leerlaufbetriebes, bei dem das Bypaßventil vollständig geschlossen ist. Hierdurch lassen sich starke Übergangsschwankungen bzw. Regelschwingungen des Luft/Brennstoff-Verhältnisses vermeiden, so daß ein wesentlich besseres Ansprechverhalten des Regelkreises bei erheblich einfacherem Aufbau gewährleistet ist.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels des Regelsystems,

Fig.2 die Aus^angskennlinie des bei dem Ausführungsbeispisl gemäß Fig. 1 verwendeten Gasmeßfühlers,

F i g. 3 ein Schaltbild der bei dem Ausfükrungsbeispiel gemäß F i g. I verwendeten Steuerschaltung,

Fig.4 ein Diagramm zur Veranschaulichung des Betriebes eines bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. I verwendeten Bypaßventils,

F i g. 5 eine schematische Darstellung der Hauptbau-

teile eines weiteren Ausfiihrungsbeispiels des Regelsystems,

F i g. 6 den Aufbau eines bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 verwendeten Beschleunigungs-ZVerzögerungsschallers und

Fig. 7 einen Signal- bzw. Impulsplan, der die Wirkungsweise der bei dem Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 5 verwendeten Steuerschaltung veranschaulicht.

Bei dem in Fig. I schematisch dargestellten Ausführungsbcispiel des Regcisystems bezeichnet die Bczugszahl 1 einen üblichen Fallstromvergaser zur Aufbereitung eines aus Luft und Brennstoff bestehenden Gemisches, der einen Vcnturiabschnitt \n und eine Drosselklappe ib. die in dem gewünschten Maß /ur F.instellung der Ansaugluftmenge betätigt wird, aufweist. Der Vergaser 1 ist zur Bildung eines Luft-Brcnnstoffgcmisches eingestellt, das hinsichtlich seines Brenn-

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I.uft/Brennstoff-Verhältnis ein wenig angereichert bzw. fell ist. Die Bezugszahl 2 bezeichnet eine Ansaugleitung, die das in dem Vergaser 1 gebildete Gemisch einer Brennkraftmaschine 3 zuführt, die Bezugszahl 4 eine Auslaßleitung zum Ableiten der Abgase aus der Brennkraftmaschine 3 und die Bezugszahl 5 einen in dem stromabwärts gelegenen Teil der Auslaßleitung 4 angebrachten katalytischen Umsetzer. Bei dieser Ausführungsform besteht die Brennkraftmaschine 3 aus einem üblichen Viertakt-Ottomotor oder einer Flüssiggasmaschine. In der Auslaßleitung 4 ist ein Gasmeßfühler 6 angebracht, der unter Verwendung eines Metalloxyds wie z. B. Zirkondioxyd oder Titandioxyd die Konzentration an Sauerstoff in den Abgasen erfaßt, dadurch das Luft/Brennstoff-Verhältnis des Gemisches feststellt und ein Ausgangssignal erzeugt, das dem Luft/Brennstoff-Verhältnis des Gemisches entspricht. Falls bei dem Gasmeßfühler 6 Zirkondioxyd verwendet wird, was in F i g. 2 veranschaulicht ist. erzeugt der Gasmeßfühler 6 eine EMK von ungefähr I Volt, wenn das zugeführte Gemisch ein unterstöchiometrisches Luft/Brennstoff-Verhältnis aufweist, während eine EMK von ungefähr 100 mV erzeugt wird, wenn das zugeführte Gemisch ein überstöchiometrisches Luft/ Brennstoff-Verhältnis aufweist, so daß sich die Ausgangs-EMK in der Nähe des stöchiometrischen Luft/Brennstoff-Verhältnisses sprungartig ändert. Das Ausgangssignal des Gasmeßfühlers 6 wird einer Steuerschaltung 7 zugeführt, von deren Ausgangssignal wiederum Dreiwege-Magnetventile 8 und 9 entsprechend betätigt werden.

Wie F i g. 3 zu entnehmen ist. besteht die Steuerschaltung 7 aus einer Spannungsvergleicherschaltung. die einen Eingangswiderstand 71, Spannungsteilerwiderstände 72 und 73 und einen Operationsdifferenzverstärker 74 aufweist sowie aus einem Schaltkreis, der einen Eingangswiderstand 75, einen Transistor 76 und eine Gegenspannungssperrdiode 77 aufweist wodurch der Betrag der Ausgangs-EMK des Gasmeßfühlers 6 zur Steuerung des den Erregerspulen der Magnetventile 8 und 9 zugeführten Stromes unterschieden wird. Die Steuerschaltung 7 und die Magnetventile 8 und 9 werden von einer Gleichstromquelle 106 über einen Schalter 10a, der mit dem Zündschalter der Brennkraftmaschine in Wirkverbindung steht mit Strom versorgt

Die Magnetventile 8 und 9 besitzen jeweilige Einlaßöffnungen 8a. Sb und 9a, 9ö sowie Äusiaßöffnungen 8c und 9c und weisen die übliche Bauart auf, so daß eine von beiden Einlaßöffnungen entsprechend der Erregung und Abschaltung der Erregerspule mit der Auslaßöffnung verbunden ist. Die Einlaßöffnungen 8<i und 9b öffnen sich zur Atmosphäre, während die Einlaßöffnungen 8bund 9a über Rohre 11 und 12 mit der Ansaugleitung 2 in Verbindung stehen.

Die Bezugszahl 13 bezeichnet einen Zusatzluftkanal zur Zufuhr von Zusatzluft, dessen eines Endteil sich stromabwärts der Drosselklappe \b in die Ansaugleitung 2 öffnet, während das andere Endteil sich in einen nicht dargestellten Luftfilter öffnet. Eine Regeleinheit

in 20 ist derart angeordnet und aufgebaut, daß ein Bypaßventil 34 zur Änderung des Durchlaßbereiches des Zusatzluftkanals 13 zwecks Steuerung der Zusatzluftmenge entsprechend unterschiedlichen Drucksignalen betätigt wird. Die Regeleinheit 20 umfaßt vier

ι -, Gehäuse 21, 22, 23 und 24 und vier Druckkammern 28, 29, 30 und 31. die jeweils von einer Hauptmembran 26 und /'.isatZmcmbranen 25 und 27 gebildet werden.

Druckkammer 29 durch die Hauptmembran 26 vonein-

2(i ander getrennt sind.

Die erste Druckkammer 28 steht mit der Auslaßöffnung 8c des Magnetventils 8 über ein Rohr 14 in Verbindung, während die zweite Druckkammer 29 über ein Rohr 15 mit der Auslaßöffnung 9cdes Magnetventils

ji 9 und die dritte Druckkammer 30 über die Rohre 12 und lft mit der Ansaugleitung 2 in Verbindung stehen und sich di·■. vierte Druckkammer 31 zur Atmosphäre hin öffnet. In der dritten Druckkammer 30 und der vierten Druckkammer 31 sind jeweilige Federn 32 und 36

in angeordnet. Die Hauptmembrar. 26 sowie die Zusatzmembranen 25 und 27 sind iiiiteinander über eine Stange 33 verbunden, so daß sie miteinander in Wirkverbindung stehen, wobei die druckaufnehmende Fläche der Hauptmembran 26 größer als die Zusatz-

3, membranen 25 und 27 ist. Am vorderen Endteil der Stange 33 ist das aus einem Nadelventil bestehende Bypaßventil 34 angebracht, wobei das den Abschnitt des Zusatzluftkanals 13 bildende Teil des Gehäuses 24 mit einem Ventilsitz 35 versehen ist, der zusammen mit dem Ventilkörper einen veränderlichen Durchlaßbereich bildet.

Vorzugsweise erfolgt die Einstellung der Regeleinheit 20 derart, daß. wenn keine Druckdifferenz zwischen den Druckkammern 28 und 29 besteht, das Bypaßventil 34 von dem in der dritten Druckkammer 30 in der vollständig geöffneten Stellung der Drosselklappe \b wirkenden Druck vollständig geöffnet ist, während in der vollständig geschlossenen Stellung der Drosselklappe \b (im Leerlauf, d.h. wenn der Saugleitungsunterdruck zwischen 400 und 500 mm Hg lieg \ das Bypaßventil 34 durch den in der dritten Druckkammer 30 wirkenden Druck vollständig geschlossen ist.

Die Steuerschaltung 7, die Dreiwege-Magnetventile 8 und 9 sowie die Rohre 12,14 und 15 bilden somit einen Regler, der den Druck in der ersten Druckkammer 28 und der zweiten Druckkammer 29 der Regeleinheit 20 entsprechend dem Ausgangssignal des Gasmeßfühlers 6 einstellt bzw. regelt

Gemäß dem vorstehend beschriebenen Aufbau wird

μ die reguläre Hauptluft mit der entsprechenden Brennstoffmenge in dem Vergaser 1 gemischt, der Brennkraftmaschine 3 über die Ansaugleitung 2 zugeführt, in der Brennkraftmaschine 3 verbrannt und sodann über die Auslaßleitung 4, den katalytischen Umsetzer 5 und den nicht dargestellten Auspuff in die Atmosphäre abgeleitet

Der Gasmeßfühler 6 ist derart aufgebaut, daß er einen Bestandteil der Abgase zur Feststellung des mit diesem

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Abgasbestandteil in enger Wechselbeziehung stehenden Luft/Brennstoff-Verhältnisses des Gemisches erfaßt und hierbei tin elektrisches Signal erzeugt, das dem erfaßten Luft/Brennstoff-Verhältnis entspricht. Dieses elektrische Signal wird der Steuerschaltung 7 zugeführt und mit einem von den Spannungsteilerwiderständen 72 und 7i»bestimmten, vorgegebenen Wert verglichen (d. h. mit demjenigen Spannung, die gleich der von dem Gasmeßfühler 6 im Bereich des stöchiometrischen Luft/Brennstoff-Verhältnisses erzeugten FMK ist).

Wenn daher das Ausgangssignal des Gasmeßfühlers 6 größer als der vorgegebene Wert ist. gibt der Operationsdifferenzverstärker 74 ein Signal des Wertes »I« ab und legt fest, daß das Gemisch ein unterstöchiometrisches Luft/Brennstoff-Verhältnis aufweist, während er ein Signal des Wertes »0« abgibt und festlegt, daß das Gemisch ein iiberstöchiometrisches Luft/ Rrrnnsloff-Verhältnis aufweist, wenn das AusEansssignal des Gasmeßfühlers kleiner als der vorgegebene Wert ist.

Wenn das Gemisch unterstöchiometrisch ist. wird der Transistor 76 entsprechend dem von dem Operationsdifferenzverstärker 74 abgegebenen Signal des Wertes »I« durchgeschaltet, so daß die Erregerspulen der Magnetventile 8 und 9 erregt werden. Dies hat zur Folge, daß die Einlaßöffnung Bb des Magnetventils 8 mit dessen Auslaßöffnung 8c und die Einlaßöffnung 9b des Magnetventils 9 mit dessen Auslaßöffnung 9c verbunden werden, was dazu führt, daß der Saugleitungsunterdruc¹'. in die erste Druckkammer 28 der Regeleinheit 20 gelangt, während der atmosphärische Druck bzw. Luftdruck in der zweiten Druckkammer 29 wirkt. Entsprechend der Druckdifferenz zwischen der ersten Druckkammer 28 und der zweiten Druckkammer 29 wird daher die Hauptmembran 26 derart verschoben, daß das Bypaßventil 34 in der Figur aufwärts bewegt und entsprechend der Verschiebung der Hauptmembran 26 geöffnet wird, wodurch die Zusatzluftmenge erhöht und dadurch das Gemisch abgemagert werden.

Wenn dagegen das Gemisch überstöchiometrisch ist. wird der Transistor 76 durch das von dem Operationsdifferenzverstärker 74 abgegebene Signal des Wertes »0« gesperrt, so daß die Erregerspulen der Magnetventile 8 und 9 abgeschaltet werden. Dementsprechend sind die Einlaßöffnung 8a des Magnetventils 8 mit dessen Auslaßöffnung 8c und die Einlaßöffnung 9a des Magnetventils 9 mit dessen Auslaßöffnung 9c verbunden, was dazu führt, daß der atmosphärische Druck bzw. Luftdruck in die erste Druckkammer 28 der Regeleinheit 20 und der Saugleitungsunterdruck in die zweite Druckkammer 29 gelangen. Dies hat zur Folge, daß das Bypaßventil 34 durch die Bewegung der Hauptmembran 26 in der Figur abwärts verstellt wird, was bedeutet, daß das Bypaßventil 34 in Schließrichtung bewegt wird, so daß die Zusatzluftmenge verringert und dadurch das Gemisch angereichert wird. Auf diese Weise wird das Luft/Brennstoff-Verhältnis des Gemisches zur Erreichung des stöchiometrischen Verhältnisses geregelt

Wenn sich dagegen die Belastung der Brennkraftmaschine 3 ändert, so daß sich der Saugleitungsunterdruck aufgrund der Tatsache, daß auf der Luftfilterseite des Zusatzluftkanals 13 der im wesentlichen als konstant anzusehende atmosphärische Druck bzw. Luftdruck herrscht, ändert, venirsacht diese in den Zusatzluftkanal 13 gelangende Änderung des Druckes in der Ansaugleitung eine Änderung der Druckdifferenz an dem von dem Bypaßventil 34 und dem Ventilsitz 35 gebildeten

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veränderlichen Durchlaßbereich, so daß sich die Zusalzluftmenge auch dann ändert, wenn die Öffnung des Bypaßventils 34 unverändert bleibt. Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel des Regelsystems gelangt jedoch der Saugleitungsunterdruck in die dritte Druckkammer 30 der Regeleinheit 20. so daß das Bypaßventil 34 entsprechend dem Saugleitungsunterdruck ein wenig bewegt und dadurch die Öffnung des Bypaßventils 34 eingestellt wird.

Wenn daher der Saugleitungsunterdruck wie im Falle von Betriebsperioden geringer Belastung ansteigt und eine Tendenz zur Erhöhung der Zusatzluftmenge verursacht, wird die Öffnung des Bypaßventils 34 im Ganzen in der Schließrichtung des Ventils verändert, was dazu führt, daß die Ventiiöffnung, deren Änderung vorher entsprechend der ausgezogenen Linie in Fig. 4 erfolgte, nunmehr entsprechend der gestrichelten Linie gemäß Fig.4 verändert wird, wodurch der Einfluß des Saugleitungsunterdrucks auf die Zusatzluftmenge verhindert und dadurch das Gemisch mittels der Zusatzluft genau geregelt wird.

Natürlich hängt die Änderungsgeschwindigkeit des Druckes in der ersten Druckkammer 28 und der zweiten Druckkammer 29 jeweils von der Wirkfläche bzw. dem Wirkquerschnitt des Einlasses der Druckkammer und dem Volumen der Kammer ab. so daß diese Kammern vorzugsweise in Anpassung an den Typ der verwendeten Brennkraftmaschine zu entwerfen sind.

Anstelle der bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel einzig in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal des Gasmeßfühlers 6 erfolgenden Steuerung der Regeleinheit 20 ist auch eine Berücksichtigung anderer Betriebsparameter der Brennkraftmaschine wie etwa der Drehzahl der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine und der Beschleunigung und Verzögerung der Brennkraftmaschine möglich, wodurch sich eine zufriedenstellende Regelung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses über einen größeren Bereich von Betriebszuständen der Brennkraftmaschine erzielen läßt. Dies läßt sich durch ein zweite; Ausführungsbeispiel des Regelsystems realisieren, das nachstehend unter Bezugnahme auf die F i g. 5, 6 und 7 beschrieben wird. Gemäß Fig. 5 besteht eine Steuerschaltung 100 aus einer Vergleicherschaltung 100a des gleichen Typs wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel, die Widerstände 7t, 72 und 73 sowie einen Operationsdifferenzverstärker 74 aufweist, einem Steuerimpulsgenerator 1006 zur Erzeugung von Zeitsteuerimpulsen entsprechend der Drehzahl der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine und der Beschleunigung oder ^verzögerung der Brennkraftmaschine, und einem Schaltkreis 100c zur Erregung und Abschaltung der Dreiwege-Magnetventile 8 und 9. Hierbei stellen die Steuerschaltung 100, die Dreiwege-Magnetventile 8 und 9 und die Rohre 12,14 und 15 den erforderlichen Regler dar.

Bei diesem Ausführungsbeispiel stehen die erste Druckkammer 28 und die zweite Druckkammer 29 normalerweise mit der Ansaugleitung 2 in Verbindung, so daß der Ansaugleitungsunterdruck normalerweise über die jeweiligen Magnetventile 8 und 9 in die beiden Kammern 28 und 29 gelangt, während der atmosphärische Druck bzw. Luftdruck unter Steuerung durch die Steuerschaltung 100 intermittierend einer der Kammern 28 und 29 zugeführt wird.

Der Steuerimpulsgenerator 1006 besteht aus einer Widerstände 101, 102 und 103, einen Kondensator 104 und einen Transistor 105 aufweisenden Regenerations-

oder Impulsformerschaltung, einem Binärzähler 106 und einer monostabilen Kippstufe, die einen Inverter 107, einen Widerstand 108, einen Kondensator 109 und ein UND-Verknüpfungsglied 110 aufweist, während der Schalt-Kreis 100c aus einem Inverter 111, UND-Verknüpfungsgliedern 112 und 113, Widerständen 114 und 115, Transistoren 116 und 117 sowie Gegenspannungssperrdioden 118 und 119 besteht.

Ein DrehzsMgeber 140 erzeugt ein Signal synchron mit der Drehbewegung der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine 3 oder entsprechend der Drehzahl der Brennkraftmaschine 3. wobei bei diesem Ausführungsbeispiel das an dem negativen Anschluß der Primiirwicklung der üblicherweise als Zündsystem der Brennkraftmaschine 3 verwendeten Zündspule intermittierend abgegebene Signal Verwendung findet. Das Ausgangssignal des Drehzahlgebers 140 wird der Steuerschaltung 100 zugeführt. Ein Beschleunigungs-/ Verzögerungsschalter 150 ist in der Ansaugleitung 2 angebracht und wird entsprechend Änderungen des Ansaugleitungsunterdrucks elektrisch ein- und abgeschaltet, d. h., der Schalter 150 wird bei einer plötzlichen Änderung des Ansaugleitungsunterdrucks eingeschaltet, die z. B. bei Beschleunigungs- und Verzögerungsperioden auftritt, und sein Ausgangssignal der Steuerschaltung 100 zugeführt.

Der Aufbau des BeschleunigungS'/Verzogcrungsschalters 150 ist in Fig.6 dargestellt und veranschaulicht, daß der Schalter 150 ein sogenannter Membranschalter ist. Wie Fig. 6 zu entnehmen ist, werden von einem Gehäuse 15a und einer Membran 156 zwei Kammern 15c und 15t/gebildet, die über eine Öffnung 15e miteinander in Verbindung stehen. In den Kammern 15c und 15c/ sind jeweilige Gegenfedern 15/Ί und 156 angeordnet, die einen Druck auf die Membran 156 ausüben, wobei die Kammer 15c außerdem mit der Ansaugleitung 2 in Verbindung steht. An der Membran 156 ist ein elektrisch leitendes Achselement i5g fest angebracht, das an seinem vorderen Endteil einen Kontakt 15Λ aufweist. Ein Gleitkontakt 15/steht ständig mit dem Achselement 15^ in Berührung, während Anschlüsse ISj'und 15Ar derart angeordnet sind, daß sie jeweils nur dann mit dem Achselement \5g in Kontakt stehen, wenn dieses bestimmte vorgegebene Stellungen einnimmt. Ein Relais 15m wird in Abhängigkeit davon, ob das Achselement \5g mit den Anschlüssen 15/ und 15/c in Kontakt steht, derart betätigt, daß ein Kontakt 15ίΠι einen Kontakt 15m2 berührt, wenn die Anschlüsse Kontakt haben, während der Kontakt 15mi einen Kontakt 15/nj berührt, wenn die Anschlüsse keinen Kontakt haben. Auf diese Weise wird das Relais 15m in Abhängigkeit von einer Beschleunigung oder Verzögerung der Brennkraftmaschine 3 von einer Schaltstellung in die andere gebracht

Der Drehzahlgeber 140 und der Beschleunigungs-/ Verzögerungsschalter 150 bilden zusammen eine Verzögerungszeit-Erfassungseinheit zur Feststellung der Verzögerungszeit zwischen demjenigen Zeitpunkt bei dem die Abgaszusammensetzung in der Brennkraftmaschine 3 durch die Zusatzluft geändert wird, und demjenigen Zeitpunkt bei dem diese Änderung von dem Gasmeßfühler 6 erfaßt wird.

Das von dem Drehzahlgeber 140 intermittierend abgegebene Signal wird von der Impulsformerschaltung des Steuerimpulsgenerators 1006 regeneriert und geformt und sodann in dem Binärzähler 106 in ein Impulssignal mit einer geeigneten ImpulsfoJgefrequenz umgesetzt Dieses Impulssignal wird weiter in ein

Impulssignal mit einer geeigneten Zeitdauer umgesetzt. Das Frequenz!*ilverhä!tnis des Binärzählers 106 wird von einem Verhältnis zu einem anderen durch den Beschleunigungs-ZVerzögerungsschalter 150 geändert, wobei bei diesem Ausführungsbeispiel die Einstellung des Binärzählers 106 derart erfolgt, daß das Teilverhältnis während Beschleunigungs- und Verzögerungsperioden 2 : I ist, während es im Verlaufe von Normalbetriebsperioden 8: I ist. Der Ausgangsimpuls der monostabilen Kippstufe weist daher eine der Drehzahl der Brennkraftmaschine proportionale Dauer bzw. Periode auf. die während der Dauer von Beschleunigungs- und Verzögerungsperioden ungefähr Ά des im Normalbetricb erhaltenen Wertes beträgt.

Nachstehend wird auf die Wirkungsweise der Steuerschaltung 100 unter Bezugnahme auf F i g. 7 näher eingegangen. Wenn die Brennkraftmaschine. 3 beschleunigt oder verzögert wird, wie dies unter (A) \n F i g. 7 dargestellt ist, ändert sich das Ausgangssignal des Beschieunigurigs-/Vt:i'£ÜgeiuMg!>!>CMimci'ä 5jC entsprechend dem Verlauf des unter (A) in F i g. 7 dargestellten Signals. Entsprechend den von dem Drehzahlgeber 140 und dem Beschleunigungs-ZVerzögerungsschalter 150 abgegebenen Signalen erzeugt der Steuerimpulsgenerator 1006 die unter (B) in Fig. 7 dargestellten Zeitsteuerimpulse. In diesem Falle beträgt während des Zeitintervalls von einer Zeit ii bis I₂. d. h. während einer Beschleunigungs- oder Verzögerungsperiode, die Dauer bzw. Periode der Zeitsteuerimpulse praktisch ungefähr 'Λ der bei stationären bzw. eingeschwungenen Betriebszuständen erhaltenen Werte, und zwar weiterhin in Abhängigkeit von der Drehzahl der Brennkraftmaschine 3. Außerdem wird das entsprechend der Änderung des Luft-/Brennstoff-Verhältnisses des in dem Vergaser 1 gebildeten Gemisches variable Signal des Gasmeßfühlers 6 von der Vergleicherschaltung 100a verglichen bzw. unterschieden, die wiederum ein Ausgangssignal erzeugt, wie es unter (C)'m F i g. 7 dargestellt ist.

Wenn das Gemisch ein unterstöchiometrisches Luft/Brennstoff-Verhältnis aufweist, nimmt das Ausgangssignal des Operationsdifferenzverstärkers 74 den Wert »1« an und das UN D-Verknüpfungsglied 113 des Schalt-Kreises 100c wird geöffnet, so daß der Transistor 117 entsprechend einem jeden Zeitsteuerimpuls durchgeschaltet und dadurch bewirkt wird, daß das Magnetventil 9 intermittierend von einem Signal erregt wird, wie es unter (D) in F i g. 7 dargestellt ist. Der atmosphärische Druck bzw. Luftdruck gelangt daher intermittierend in die zweite Druckkammer 29 der Regeleinheit 20, und der Unterdruck in der zweiten Druckkammer 29 fällt ab, wie es unter (F) in Fig. 7 dargestellt ist (der absolute Druck steigt an). Wenn dagegen das Gemisch ein überstöchiometrisches Luft/ Brennstoff-Verhältnis aufweist, wird das Magnetventil 8 durch das Signal (E) gemäß F i g. 7 intermittierend erregt so daß der atmosphärische Druck bzw. Luftdruck in die erste Druckkammer 28 der Regeleinheit 20 gelangt und der Unterdruck in der ersten Druckkammer 28 abfällt, wie dies unter (G)\n F i g. 7 dargestellt ist Die Einlaßöffnungen des Magnetventils 8 werden dann hinsichtlich der Darstellung gemäß F i g. 1 in umgekehrter Weise verbunden.

Jeweils bei Erzeugung eines Zeitsteuerimpulses gelangt somit der atmosphärische Druck bzw. Luftdruck während einer vorgegebenen Zeit in die zweite Druckkammer 29, wenn das Gemisch relativ angereichert bzw. fett ist und in die erste Druckkammer 28, wenn das Gemisch relativ mager ist mit der Folge, daß

die Druckdifferenz zwischen der ersten Druckkammer 28 und der zweiten Druckkammer 29 sich in der unter (H) gemäß Fig.7 dargestellten Weise ändert und das Bypaßvenii! 34 entsprechend der Druckdifferenz geöffnet und geschlossen wird, wodurch das Luft/ ^r> Brennstoff-Verhältnis des Gemisches mittels der Zusatzluft geregelt wird. Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführuftgsbeispiel wird der atmosphärische Druck bzw. Luftdruck entweder der ersten oder der zweiten Druckkammer zugeführt. Die gleiche bzw. eine in ähnliche Wirkung läßt sich jedoch auch erzielen, indem der Ansaugleitungsunterdruck intermittierend aufgebracht bzw. zugeführt wird, während die erste Druckkammer 28 und die zweite Druckkammer 29 normalerweise zur Atmosphäre hin geöffnet sind. \s

Im Betrieb mit niedriger Drehzahl und geringer Belastung, bei dem die in die Brennkraftmaschine 3 gesaugte Luftmenge klein ist, wird somit das Intervall zwischen den Zeitsteuerimpu'sen erhöht, wodurch die Öffnen" des B^i>nsßver!t!!s 34 über die Re^eleinhsi! ^ allmählich Kompensiert wird, während bei hohen

Drehzahlen, bei denen die Ansaugluftmenge groß ist, d^;e Dauer der Zeitsteuerimpulse verringert wird, wodurch die öffnung des Bypaßventils 34 rasch kompensiert wird. Während der Dauer von Beschleunigungs- und Verzögerungsperioden wird die öffnung des Bypaßventils 34 schnell gesteuert, und zwar aufgrund der Wirkung des der dritten Druckkammer 30 zugeführten Ansaugleitungsunterdrucks sowie der erheblich verringerten Dauer bzw. Periode der Zeitsteuerimpulse. Sowohl die Menge als auch die Geschwindigkeit der Kompensatior. von Zusatzluft sind daher genau regelbar, so daß das Luft/Brennstoff-Verhältnis des Gemisches in zufriedenstellender Weise auf dem Wert des stöchiometrischen Luft/Brennstoff-Verhältnisses gehalten werden kann. Anstelle der bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel erfolgenden Änderung der Dauer der Zeitsteuerimpulse während Beschleunigungs- und Verzögerungsperioden kann natürlich auch die gleiche Wirkung erzielt werden, indem das Tastverhältnis der Zei^l.£teuer!rnⁿⁱj!'tC

t wird.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Regelsystem zur Einstellung des Luft/Brennstoff-Verhältniswertes eines einer Brennkraftmaschine über einen Vergaser zugeführten, im wesentlichen fetten Luft/Brennstoff-Gemisches durch Regelung einer über einen Zusatzluftkanal stromab des Vergasers in eine Saugleitung der Brennkraftmaschine eingespeisten Zusatzluftmenge, mit einer Steuerschaltung, die in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal eines die Abgaszusammensetzung ermittelnden Gasmeßfühlers ein Steuersignal erzeugt, einer zur Verstellung des Durchlaßbereiches eines in dem Zusatzluftkanal angeordneten Bypaßventils vorgesehenen Hauptregeleinrichtung mit einer ersten und einer zweiten Druckkammer, die durch eine mit dem Bypaßventil über eine Stange verbundene Hauptmembran voneinander getrennt und zur Verstellung des Bypaßventils durch Druckdifferenzbiiciung über eine mit der Saugleitung verbundene Zuleitung mil dem Saugleilungsunterdruck beaufschlagbar sind, und einer Zusatzregeleinrichtung mit einer dritten Druckkammer und einer vom Saugleitungsunterdruck beaufschlagten Zusatzmembran zur Einstellung des Durchlaßbereiches des Bypaßventils in Abhängigkeit von dem in der dritten Druckkammer wirkenden Ansaugleitungsunterdruck, dadurch gekennzeichnet, daß die über den Zusatzluftkanal (13) stromab einer Vergaser-Drosselklappe (\b) in die Ansaugleitung (2) vorgenommene Zusatzlufteinspeisung durch natürliche Saugwirkung erfoljrt, daß in der Zuleitung (11,12) ein Magnetventil (8,9) angeordnet ist, durch das der Ansaugleitungsunlerdruck in Abhängigkeit von dem Steuersignal der Steuerschaltung (7 bzw. 100) der ersten oder zweiten Druckkammer (28 bzw. 29) der Hauptregeleinrichtung (21, 22, 23, 25,36, 28, 29) zuführbar ist und daß die Hauptregeleinrichtung und die Zusatzregeleinrichtung (24, 27, 30) als Regeleinheit ausgebildet sind, der das mit der Stange (33) verbundene Bypaßventil (34) gemeinsam zugeordnet ist, wobei die Zusatzregeleinrichtung d^^ Bypaßventil mit einer Gegenkraft zur Verringerung des Zusatzluft-Durchlaßbereiches beaufschlagt.

2. Regelsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Druckkammer (30) der Zusatzregeleinrichtung neben der ersten oder der zweiten Druckkammer der Hauptregeleinrichtung angeordnet und von dieser durch die eine kleinere aktive Fläche als die Hauptmembran aufweisende Zusatzmembran (27) getrennt ist.

3. Regelsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Drehzahlgeber (140) zur Erzeugung eines die Drehzahl der Brennkraftmaschine bezeichnenden Signals und ein Beschleunigungs7Verzögerungsschalter (150) zur Erzeugung eines einen Beschleunigungs- oder Verzögerungsbetriebszustand bzw. den Normalbetriebszustand der Brennkraftmaschine bezeichnenden Signals vorgesehen sind und daß die Steuerschaltung (100) eine mit dem Gasmeßfühler (6) verbundene Vergleicherschaltung (10Oa^ zum Vergleichen des Ausgangssignals des Gasmeßfühlers mit einem vorbestimmten Wert und Erzeugung eines einen unter- oder überstöchiometrischen Wert des Luft/Brennstoff-Verhältnisses angebenden Signals, einen mit dem Drehzahlgeber und dem Beschleunigungs-ZVerzöge-

rungsschalter verbundenen Steuerimpulsgenerator (iOQb) zur Bildung eines Zeitsteuerimpulses mit einer der Drehzahl der Brennkraftmaschine proportionalen und in Abhängigkeit vom Vorliegen eines Beschleunigungs- und Verzögerungsbetriebszustandes oder eines Normalbetriebszustandes veränderlichen Dauer und einen mit der Vergleicherschaltung und dem Steuerimpulsgenerator verbundenen Schalt-Kreis (iOQc) aufweist, der das Steuersignal zur intermittierenden Beaufschlagung der ersten oder zweiten Druckkammer mit dem Saugleitungsunterdruck in Abhängigkeit von den Betriebszuständen der Brennkraftmaschine erzeugt.

4. Regelsystem nach einem der Ansprüche I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Bypaßventil ein Nadelventil (34) mit einem zwischen dem Ventilkörper und einem Ventilsitz (35) gebildeten variablen Durchlaßbereich ist.