DE2800190A1

DE2800190A1 - Sekundaerluft-steuerungssystem bei einer brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2800190A1
Application number: DE19782800190
Authority: DE
Inventors: Kaisou Takeda
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1977-05-13
Filing date: 1978-01-03
Publication date: 1978-11-16
Also published as: DE2800190B2; DE2800190C3; JPS6027804B2; US4299089A; JPS53140414A

Description

28001

Sekundärluft-Steuerungasyatem bei einer Brenn-

kraftmas chine

Zur Verminderung von Schadstoffanteilen in den Abgasen von Verbrennungekraftmaschinen, wie Kohlenmonoxid, Kohlenwasserstoffe und Stickoxide (NO ) sieht man in der Abgasleitung der Brennkraftmaschine einen Dreifachkatalysator vor. Dieser Dreifachkatalysator oxidiert Kohlenmonoxid und die Kohlenwasserstoffe und reduziert gleichzeitig die NO -Anteile und wandelt diese in ungiftige Komponenten um· Der Dreifachkatalysator verarbeitet die drei Schadstoffkomponenten Jedoch nur dann zufriedenstellend, wenn das Abgas stöchiometrisch. ist» Das Luft/Kraftstoffverhältnis muß daher sehr genau eingestellt werden, um ein stöchiometrisches Abgas zu erhalten· Zur Erreichung dieses Zieles ist ein Verfahren vorgeschlagen worden, bei welchem stromaufwärts vom Dreifachkatalysator Sekundärluft in die Abgasleitung eingeführt wird. Die Menge der zugeführten Sekundärluft wird so gesteuert, daß das Gas in der Abgasleitung stöchiometrisch wird. Bei diesem Verfahren wird gewöhnlich ein Sauerstoffsensor zum Messen des Sauerstoff Verhältnisses im Abgas verwendet, dessen Ausgangssignal eine Stellgröße für die Menge der zuzuführenden Sekundärluft ist. Bei einem solchen Steuerungsverfahren kann jedoch die Sekundärluftmenge nicht sehr präzise gesteuert werden, weil die Empfindlichkeit eines Sauerstoffsensors im Laufe der Zeit abnimmt·

Es ist auch schon ein anderes Sekundärluft-Steuerungssystem vorgeschlagen worden, welches keinen Sauerstoffsensor verwendet· Bei diesem Verfahren wird die Sekundärluft in Abhängigkeit von der Ansaugluftmenge gesteuert· Die Ansaugluftmenge wird auf der Basis des Ansaug-Unterdrucks der Brennkraft-

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maschine und der Drehzahl berechnet_o Bei diesem zweiten Verfahren 1st Jedoch die Genauigkeit aufgrund der Verwendung dieser Variablen gering, weil diese häufig Bit den Fahrbedingungen ändern·

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Sekundärluft-Steuerungs syst ent anzugeben, welche· in der Lage ist, die Sekundärluft in genauer Abhängigkeit von der Einlaßluftmenge zuzuführen, um im Abgas eine optimale Gaszusammensetzung zu erreichen, damit die Abgasreinigungsanlage optimal arbeiten kann.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst« Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche·

Die Erfindung soll nachfolgend unter Bezugnahme auf ein in den Zeichnungen dargestelltes Ausführungsbeispiel näher beschrieben werden.

Eine Hauptkraftstoffleitung 3k führt den Kraftstoff von einer nicht dargestellten Schwimmerkammer eines Vergasers 2 in eine enge Venturidüse 3· Stromabwärts von der Venturidüse 3 1st eine Drosselklappe 4 in der Ansaugleitung der Maschine 31 angeordnet, von welcher noch der Kolben JO dargestellt ist· In der Abgasleitung 39 der Maschine 31 ist ein Dreifachkatalysator 27 angeordnet« Weiterhin ist in der Abgasleitung 39 noch ein Oxidationskatalysator 28 stromabwärts vom Dreifachkatalysator 27 vorgesehen. Am Luftfilter 1 ist über eine Saugleitung 15 eine Luftpumpe Ik angeschlossen» Eine Auslaßleitung 16 führt von der Luftpumpe 14- zu einem Einlaß 38 eines membrangesteuerten Ventils 12, welches die Sekundärluft steuert· Dieses Sekundärluft-Steuerungsventil 12 weist einen ersten Auslaß 36 und einen zweiten Auslaß 37 auf· Der zweite Auslaß 37

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dient Entspannungszwecken. Ein Sekundärluft-Zufiihrungerohr 17 verbindet den ersten Auslaß 36 mit der Abgasleitung 39 der Maschine 31· Eine Entspannungeleitung 18 verbindet den zweiten Auslaß 37 nit der Abgasleitung 29 der Maschine an einer Stelle, die zwischen den beiden Katalysatoren 27 und 28 liegt· In der Leitung 17 sind ein Rückschlagventil 20 und ein Verzweigungsrohr 21 angeordnet. In der Entspannungsleitung 18 sind ebenfalls ein Rückschlagventil 25 und eine Rohrverzweigung 26 angeordnet. Die Membrankammer kO des Sekundärluft-Steuerventils 12 ist über eine Rohrleitung kl mit einem elektromagnetisch betätigten Dreiwegeventil 10 verbunden. Dieses Dreiwegeventil 10 führt atmosphärischen Druck oder Unterdruck aus der Einlaßleitung 5 der Maschine 31 in. die Membrankammer ^O ein. Ein Rückschlagventil 6, ein Unterdruckspeicher 7 und ein Regulator 8 sind in einer Rohrleitung k2 angeordnet, die von der Einlaßleitung 5 zum Dreiwegeventil 10 führt. Der Unterdruck an der engen Venturidüse 3 wird über eine Unterdruckleitung 32 einem Sensor 33 vermittelt. Dieser Unterdrucksensor 33 ist elektrisch mit einem Rechner 2k verbunden. Mit diesem Rechner 2k ist weiterhin ein Temperaturfühler 23 verbunden, der die Temperatur der Einlaßluft mißt. In der Sekundärluft-Zuführungsleitung 17 sind ein Durchflußmesser 19 und ein Temperaturfühler 22 angeordnet, die ebenfalls mit dem Rechner 2k verbunden sind. Die Ausgangsleitung 35 des Rechners 2k ist mit einem Stellantrieb 9 des Dreiwegeventils 10 verbunden« In der zur Membrankammer führenden Leitung kl ist eine Drosselstelle 11 angeordnet.

Die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Systems ist folgendet Der Vergaser 2 ist so eingestellt, daß das Kraftstoff-Luftverhältnis fetter als das stöohiometrische Verhältnis ist, jedoch in einem Bereich liegt, in welchem die Maschine gleichmäßig laufen kann. Um die Verminderung des Luftanteils für den Dreifachkatalysator 27 auszugleichen, wird der Abgasleitung 39 in Abhängigkeit von der Einlaßluftmenge Sekundärluft zugeführt. Die Einlaßluftmenge G ist wie folgt definiert:

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= K

K = k · 273 > 1

273 / 15°+ T

AP

in ⁰C

wobei T₁ die Temperatur der eingelassenen Luft/ V₁ der Unterdruck an der Venturidüse 3 und k sowie A konstante Koeffizienten sind·

Die optimale Sekundärluftmenge G₂ ist wie folgt definiert:

worin }\ das A/F-Äquivalenzverhältnis ist, welches wie folgt definiert ist:

χ herrschendes A/F-Verhältnis

stöchiometrisches A/F-Verhältnis Die herrechende Sekundär luft ment, G₂ ¹ ist wie folgt definiert:

r ι - * 273 / 15° . _v

^G2 ^{= b} 273/ 15"+ T₂ * ^V2 *

worin h ein konstanter Koeffizient, T_ die Temperatur der Sekundärluft in ⁰C und V₂ der Ausgabewert des Luft-Durchflußmessers 19 sind.

Der Rechner Zk errechnet die der Maschine zugeführte Luftmenge G auf der Grundlage der oben gegebenen Definitionen aus den von den Sensoren 33 und 23 gegebenen Informationen. Sodann er-

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rechnet der Rechner 2k die optimale Sekundärluftmenge G₂ auf der Basis der errechneten Luftmenge G . Weiterhin errechnet der Rechner 2k die herrschende Sekundärluftmenge G₂* aus den Signalen vom Durchflußmesser 19 und dem Temperaturfühler 22· Sodann vergleicht der Rechner 2k die Werte G₂ und G-', um daraus einen Steuerbefehl für die Sekundärluft vie folgt abzuleiten. Der durch den Vergleich erhaltene Wert vird dem Stellmotor des Ventils 10 zugeleitet· Das Ventil wird in Abhängigkeit der Größe des aus dem Vergleich erhaltenen Wertes so eingestellt, daß die herrschende Menge G · dem Optimalwert G₂ gleicht. Das Verhältnis des eingeführten atmosphärischen Drucks zum eingeführten Unterdruck (beide Drücke werden der Membrankammer kO des Steuerventils 12 zugeführt) wird vom Ventil 10 eingestellt. Als Folge davon wird die öffnung des Ventils 13 se eingestellt, daß durch die Zuführleitung 17 die optimale Sekundärluftmenge strömt. Um speziell die Reduzierung der NO -Anteile im Dreifachkatalysator 27 zu fördern, ist es wünschenswert, daß das Sekundärluft-Steuerventil 12 so eingestellt wird, daß der Wert ^ des Abgases im Dreifachkatalysator 27 leicht unter 1 liegt, d.h. die Sekundärluftmenge, die durch die Rohrleitung 17 zugeführt wird, ist geringfügig kleiner als diejenige, die das Abgas stöchiometrisch machen würde« Die Überschußluft, das ist die Luft, die der Differenz zwischen der durch den Einlaß 38 von der Pumpe Ik zugeführten und der durch den Auslaß 36 abgeführten Luft entspricht, wird durch die Ablaßleitung 18 direkt stromaufwärts des Oxidationskatalysators 28 diesem zugeführt« Die Oxidation von Kohlenmonoxid und Kohlenwasserstoffen im Katalysator 28 erfolgt aufgrund der großen Luftmenge, die durch diese Leitung 18 zugeführt wird· Die drei Schadstoffanteile CO, HC und NO werden beim Durchleiten des Abgases durch die beiden Katalysatoren 27 und 28 sehr wirkungsvoll beseitigt«

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Das Ventil 13 des Sekundärluft-Steuerventils 12 kann auch von einem Schrittmotor anstelle einer Membran verstellt
werden« In diesem Falle wird der Schrittmotor durch Impulse angetrieben, die aus der Differenz zwischen den Werten G₂ und G₂ ^f abgeleitet werden.

Im beschriebenen Sekundärluft-Steuersystem wird die Menge der dem Dreifachkatalysator zugeführten Sekundärluft präzise in Abhängigkeit von der der Brennkraftmaschine zugeführten Luft geregelt, da die Menge letzterer von dem Rechner auf der Basis des Drucks an der Venturidüse bestimmt wird· Zusätzlich wird die gesamte Überschußluft dem Oxidationskatalysator zugeführt. Die Sehadstoffanteile im Abgas werden durch die beiden Katalysatoren wirkungsvoll beseitigt.

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Claims

Ansprüche

^j), Sekundärluft-Steuerungssystem bei einer Brennkraftmaschine mit Einrichtungen in der Abgasleitung zum Beseitigen von Sohadstoffanteilen aus dem Abgas, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen (16,17,18) zum Zuführen von Sekundärluft zu den Einrichtungen (27t28) der Abgasleitung (39) vorgesehen sind, zu denen ein in einer Zuführungsleitung (16,17) angeordnetes Sekundärluft-Steuerventil (12) gehört, daß ein Durchflußmesser (19) in der Sekundärluft-Zuführungsleitung (17) angeordnet ist, an der engen Venturidüse (3) der Einlaßleitung (5) ©in Unterdrückeensor (33) angeordnet ist, und daß ein Rechner (24) vorgesehen ist, der das Sekundärluft-Steuerventil (12) in Abhängigkeit der Signale vom Durchflußmesser (19) und dem Unterdrucksensor (33) so steuert, daß die zugeführte Sekundärluftmenge optimal ist.
2. Steuerungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen in der Abgasleitung ein Dreifachkatalysator (27) und ein Oxidationskatalysator (28) stromabwärts vom Dreifachkatalysator (27) sind und das Sekundärluft -Steuerventil (12) zwei Ausgänge (36,37) aufweist, von

MÜNCHEN: TELEFON (Ο89) 326S85 KABEL: PROPINDUS · TELEX 0634244

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BERLIN: TELEFON (030) 8312088 KABEL: PROPINDUS · TELEX O1840S7

von denen der eine Ausgang (36) mit einer stromaufwärts vom Dreifachkatalysator (27) in die Abgasleitung (39) mündenden Rohrleitung (17) und der andere Ausgang (37) mit einer zwischen den Katalysatoren (27»28) in die Abgasleitung (39) mündenden Rohrleitung (18) verbunden ist·

Steuerungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechner (2k) eine optimale Sekundärluftmenge auf der Grundlage des Signals vom Unterdrucksensor (33) errechnet und diesen Wert (G„) mit der herrschenden Sekundär luftmenge (G₂ ¹) vergleicht, die von dem Durohflußmesser (19) ermittelt wird und daraus eine Stellgröße für die Beeinflussung der Sekundärluftmenge ableitet,

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