DE2800190C3

DE2800190C3 - Zusatzluft-Steuerungssystem bei einer mit einer Abgasreinigungsanlage ausgerüsteten Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2800190C3
Application number: DE2800190A
Authority: DE
Inventors: Kaisou Susono Shizuoka Takeda
Original assignee: Toyota Jidosha Kogyo KK
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1977-05-13
Filing date: 1978-01-03
Publication date: 1981-12-10
Also published as: US4299089A; DE2800190A1; JPS6027804B2; DE2800190B2; JPS53140414A

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Zusatzluft-Steueriingssystem nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein solches System ist aus der DE-OS 20 64 266 bekannt Das bekannte System stellt die Zusatzluftmenge in Abhängigkeit an der Brennkraftmaschine gemessener Betriebsbedingungen ein. Eine falsche Einstellung einer bestimmten Zusatzluftmenge wird bei diesem System erst dann korrigiert, wenn ein nachteiliger Einfluß auf das Abgassystem der Maschine bereits festgestellt worden ist Ein ähnliches System, das unter dem gleichen Nachteil leidet, ist aus der DE-OS 22 722 bekannt.

Die DE-OS 22 16 705 beschreibt ein regelndes System für die Beeinflussung der einer Abgasreinigungsanlage bei einer Brennkraftmaschine zugeführten Zusatzluftmenge. Bei diesem System wird die Temperatur des Abgaskonverters gemessen und gesteuert davon die Zusatzluftmenge eingestellt Der verwendete Temperaturfühler ist jedoch für die Messung relativ großer Temperaturunterschiede von einigen hundert Grad ausgelegt. Für die Registrierung kleiner Temperaturunterschiede, wie sie durch die Schwankungen der Temperatur der Ansaugluft hervorgerufen werden, ist ein solcher Temperaturfühler zu unempfindlich und bei dem bekannten System auch nicht vorgesehen. Das bekannte System läßt Schwankungen der Betriebsbedingungen, die durch die Umgebungstemperatur her- vorgerufen werden können, unberücksichtigt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein System der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß bei der Zumessung der Zusatzluftmenge die Temperatur der Umgebungsluft berücksichtigt wird,

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist Gegenstand des Unterasispruchs.

Da die Temperatur der Luft einen Einfluß auf deren Dichte und somit deren Sauerstoffgehalt pro Volumeneinheit hat, eine Tatsache, die eine A-St nde im Abgassystem von selbst berücksichtigen würde, wird wegen des Fehlens einer Α-Sonde beim erfindungsgemäßen System die Temperatur der Luft im Abgassystem auf andere Weise berücksichtigt, und zwar sowohl die Temperatur der Ansaugluft als auch der Zusatzluft, da beide Luftmengen auf die Abgaszusammensetzung einen Einfluß haben. Aus diesem Grund sind zwei Thermofühler an entsprechenden Stellen angeordnet und werden deren Meßergebnisse in einem Rechner verarbeitet, der — als Unterdruckmeßwert — auch Information über die fließende Ansaugluft erhält Das System bestimmt nun nicht nur den Wert der erforderlichen Zusatzluftmenge, sondern kontrolliert auch das Ergebnis und regelt erforderlichenfalls nach.

Bei dem Steuerungssystem wird die erforderliche Zusatzluftmenge auf der Basis des charakteristischen λ-Wertes des Vergasers anstatt vom gemessenen Luft/Kraftstoffverhältnis errechnet Es wird hierbei von der Erkenntnis ausgegangen, daß man bei der Konstruktion eines Vergasers den λ-Wert vorherbestimmen und bei der Herstellung des Vergasers ziemlich genau einhalten bzw. erzielen kann.

Die Erfindung soll nachfolgend unter Bezugnahme auf ein in der Zeichnung dargestelltes Ausführungsbeispiel nilher beschrieben werden.

Eine Hauptkraftstoffleitung 34 führt den Kraftstoff von einer nicht dargestellten Schwimmerkammer eines Vergasers 2 in eine Venturidüse 3. Stromabwärts der Venturidüse 3 ist eine Drosselklappe 4 in der Ansaugleitung der Maschine 31 angeordnet, von welcher noch der Kolben 30 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 14 angeschlossen. Eine Auslaßleitung 16 führt von der Luftpumpe 14 zu einem Einlaß 38 eines membrangesteuerten Ventils 12, weiches die Zusatzluft steuert Dieses Zusatzluft-Steuerungsventil 12 weist einen ersten Auslaß 36 und einen zweiten Auslaß 37 auf. Der zweite Auslaß 37 dient Entspannungszwecken. Ein Zusatzluft-Zuführungsrohr 17 verbindet den ersten Auslaß 36 mit der Abgasleitung 33 der Maschine 31. Eine Entspannungsleitung 18 verbindet den zweiten Auslaß 37 mit 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 40 des Zusatzluft-Steuerventils 12 ist über eine Rohrleitung 41 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 40 ein. Ein Rückschlagventil 6, ein Unterdruckspeicher 7 und ein Regulator 8 sind in einer Rohrleitung 42 angeordnet, die von der Einlaßleitung 5 zum Dreiwegeventil 10 führt

Der Unterdruck an der Venturidüse 3 wird über eine Unterdruckleitung 32 einem Sensor 33 vermittelt. Dieser Unterdrucksensor 33 ist elektrisch mit einem Rechner 24 verbunden. Mit diesem Rechner 24 ist weiterhin ein Thermofühler 23 verbunden, der die Temperatur der Einlaßluft mißt In der Zusatzluft-Zuführungsleitung 17 sind ein Durchflußmesser 19 und ein Thermofühler 22 angeordnet, die ebenfalls mit dem Rechner 24 verbunden sind. Die Ausgangsleitung 35 des Rechners 24 ist mit einem Stellantrieb 9 des Dreiwegeventils 10 verbunden. In der zur Membrankammer führenden Leitung 41 ist eine Drosselstelle 11 angeordnet

Die Wirkungsweise dieses Systems ist folgende: Der Vergaser 2 ist so eingestellt daß das Kraftstoff-Luftverhältnis fetter als das stöchiometrische 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 Zusatzluft zugeführt. Die Einlaßluftmenge G_a ist wie folgt definiert:

G. = KYÄP

273,15

273,15 + T₁

AP = AV_x,

wobei 7Ί die Temperatur der eingelassenen Luft in °C, Vi der Unterdruck an der Venturidüse 3 und k sowie A konstante Koeffizienten sind.

Die optimale Zusatzluftmenge G₂ ist wie folgt definiert:

(i-0

worin λ das A/F-Äquivalenzverhältnis ist welches wie folgt definiert ist:

λ =

herrschendes A/F-Verhältnis
stöchiometrisches A/F-Verhältnis

Die herrschende Zusatzluftmenge Ci ist wie folgt definiert:

G', = b

273,15°

273,15° + T₂

V₁,

worin b ein konstanter Koeffizient, T₂ die Temperatur der Zusatzluft in °C und V₂ der Ausgabewert des Luft-DurchfluBmessers 19 sind.

Der Rechner 24 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 errechnet der Rechner 24 die optimale Zusatzluftmenge G₂ auf der Basis der errechneten Luftmenge G₃. Weiterhin errechnet der Rechner 24 die herrschende Zusatzlul'tmenge G₂' aus den Signalen vom Durchflußmesser 19 und dem Thermofühler 22. Sodann vergleicht der

ίο Rechner 24 die Werte G₂ und G₂', um daraus einen Steuerbefehl für die Zusatzluft wie folgt abzuleiten. Der durch den Vergleich erhaltene Wert wird dem Stellmotor des Ventils 10 zugeleitet Das Ventil 10 wird in Abhängigkeit der Größe des aus dem Vergleich erhaltenen Wertes so eingestellt, daß die herrschende Menge G₂' dem Optimalwert G₂ gleicht Das Verhältnis des eingeführten atmosphärischen Drucks zum eingeführten Unterdruck (beide Drücke werden der Membrankammer 40 des Steuerventils 12 zugeführt) wird vom Venul 10 eingestellt Als Folge davon wird die öffnung des Ventils 13 so eingeisdh, daß durch die Zuführleitung 17 die optimale Zusatzlurtmenge strömt Um speziell die Reduzierung der NCVAnteile im Dreifachkatalysator 27 zu fördern, ist es wünschenswert daß das Zusatzluft-Steuerventil 12 so eingestellt wird, daß der Wert λ des Abgases im Dreifachkatalysator 27 leicht unter 1 liegt d. h. die Zusatzluftmenge, die durch die Rohrleitung 17 zugeführt wird, ist geringfügig kleiner als diejenige, die das Abgas stöchiometriseh

machen würde. Die Überschußluft das ist die Luft die der Differenz zwischen der durch den Einlaß 38 von der Pumpe 14 zugeführten und der durch den Auslaß 36 abgeführten Luft entspricht wird durch die Ablaßleitung 18 direkt stromaufwärts des Oxidationskatalyssitors 28 diesem zugeführt Die Oxidation von Kohlenmonoxid und Kohlenwasserstoffen im Katalysator 28 erfolgt auf Grund der großen Luftmenge, die durch diese Leitung 18 zugeführt wird. Die drei Schadstoffanteile CO, HC und NO_x werden beim Durchleiten des Abgases durch die beiden Katalysatoren 27 und 28 sehr wirkungsvoll beseitigt

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

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

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1, Zusatzluft-Steuerungssystem bei einer mit einer Abgasreinigungsanlage und einer Einrichtung zum s Zuführen von Zusatzluft zu dieser ausgerüsteten Brennkraftmaschine, enthaltend ein Steuerventil in einer Zusatzluft-Zuführleitung, das in Abhängigkeit des in der Ansaugleitung der Brennkraftmaschine gemessenen Unterdrucks beeinflußbar ist, und bei ι ο welchem einem Rechner ein dem Ansaugunterdruck entsprechendes Signal zugeführt wird und der Rechner damit die Zusatzluftmenge verändert, dadurch gekennzeichnet, daß dem Rechner darüber hinaus ein von einem ersten Thermofüh- ler (23) für die Ansaugluft und ein von einem zweiten Thermofühler (22) für die Zusatzluft geliefertes Signal zugeführt werden und der Rechner daraus den Wert der optimalen Zusatzluftmenge errechnet, diesen errechneten Wert mit der von einem DurchflußTnesser(19) in der Zusatzluftleitung (15,16, 17) gemessenen, augenblicklich fließenden Zusatzluftmenge vergleicht und daraus ein Steuersignal für das Steuerventil (12) erzeugt
2. Steuerungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventil (12) zwei Ausgänge (36, 37) aufweist, 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