DE2841311A1

DE2841311A1 - Einrichtung zur regelung der zusammensetzung des in den brennraeumen einer brennkraftmaschine zur verbrennung kommenden betriebsgemisches

Info

Publication number: DE2841311A1
Application number: DE19782841311
Authority: DE
Inventors: Valerio Dipl Ing Dr Bianchi; Reinhard Dipl Ing Dr Latsch
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1978-09-22
Filing date: 1978-09-22
Publication date: 1980-04-03
Also published as: DE2841311C2

Description

R. 49 9 5

22.8.1978 Bö/Ba

ROBERT BOSCH GMBH₅ 7OOO STUTTGART 1

Einrichtung zur Regelung der Zusammensetzung des in den Brennräumen einer Brennkraftmaschine zur
Verbrennung kommenden Betriebsgemisches

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Einrichtung nach der Gattung des Hauptanspruchs. Eine solche Einrichtung ist durch die DE-OS 25 54 988 bekannt. Dort wird der Umfang der Nachreaktion mit Hilfe einer Ionenstromsonde erfaßt und von einer elektronischen Regeleinrichtung ausgewertet. Bei der Erfassung
der Nachreaktion mit Hilfe einer Ionenstromsonde besteht jedoch die Gefahr, daß die mit einer
Spannung beaufschlagte Elektrode verschmutzt
und daß durch Nebenschluß das Meßefgebnis verfälscht' wird. Die Wirksamkeit der Einrichtung hängt ferner stark davon ab, daß sich die Elektroden der Ionen-

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stromsonde in Bereichen befindet, in denen noch eine ausreichende Dissoziierung der Gasbestandteile vorliegt. Die Meßeinrichtung ist somit im wesentlichen nur im Bereich heftiger Reaktionen der Gasbestandteile miteinander wirksam, so daß der gesamte Umfang der Nachreaktion nicht in das Meßergebnis eingehen kann.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Einrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß im weit größeren Maße der Umfang der Nachreaktion erfaßbar sind, wobei die Lage des oder der temperaturempfindlichen Elemente in Bezug auf die Kernzone der Nachreaktion stromabwärts der Auslaßventile sich nicht so wesentlich auf das Meßergebnis auswirkt.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Einrichtung möglich. Besonders vorteilhaft ist es, zur Erfassung der Nachreaktionsenergie unmittelbar stromabwärts wenigstens eines Auslaßventils zwei temperaturempfindliche Elemente anzuordnen, von denen eines katalytisch wirksam ist und geeignet ist, die dorthin gelangenden Gasgemischbestandteile ztf? Reaktion miteinander zu bringen und daß die Differenz des Meßwerts beider temperaturempfindlichen Elemente als Steuergröße für die Regeleinrichtung dient. Damit wird das Meßergebnis unabhängig vonder sich ändernden Abgastemperatur. Es wird in vorteilhafter Weise nur die Energie erfaßt, die aus der Reaktion von Gasbestandteilen frei wird, die wegen eines zu großen Sauerstoffanteils oder zu großem Kraftstoffanteils am Be-

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-*■■ ²⁸⁴¹³Bs

triebsgemisch während der Entflammungsphase in den Brennräumen der Brennkraftmaschine nicht miteinander reagieren konnte.

Die von der erfindungsgemäßen Einrichtung gemäß dem Hauptanspruch und den Unteransprüchen erfaßte Temperatur ist ein Maß dafür, wieweit sich die Betriebsweise der Brennkraftmaschine der Laufgrenze genähert hat. Vorteilhaft wird man wegen des deutlichen Anstiegs des Umfangs von verschleppten Verbrennungen an der mageren Laufgrenze und der dort günstigen, resultierenden Abgas zusammensetzung im Hinblick auf den Schadstoffgehalt für die Regelung des Gemisches den dort zu messenden Temperaturanstieg wählen. Zur Beeinflussung der Betriebsgemischzusammensetzung kann in bekannter Weise entweder der Sauerstoffanteil oder der Luftanteil oder der Anteil an Inertgas ζ. B. in Form von rückgeführtem Abgas oder der Zündwinkel verändert werden. Einrichtungen dazu sind bekannt.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Pig. I ein Diagramm, in dem der Temperaturmeßwert über der Luftzahl als Kurve aufgetragen ist, in Bezug zu den gleichfalls aufgetragenen Abgasbestandteilen und Fig. 2 die schematische Darstellung des Ausführungsbeispiels mit Regeleinrichtung und Meßstellen.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In Fig. 1 wird anhand eines Diagramms zunächst der bekannte Verlauf von Kennlinien über der Luftzahl Lambda gezeigt, die den Gehalt an unverbrannten Kohlenwasserstoffen (HC) und den Restsauerstoff (O₂)

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ti: r'

•7·

in den Abgasen angeben. Das Minimum der Kohlenwasserstoffkurve im Bereich von Luftzahl 7)^1 zeigt den Bereich des geringsten Kraftstoffverbrauchs einer Brennkraftmaschine an. Ferner wird durch die Kurve T die durch die nachfolgend beschriebene Einrichtung erfaßte Steuergröße dargestellt. Es zeigt sich ein deutlicher Anstieg im Bereich von hohen Luftzahlen

Das ist darauf zurückzuführen, daß mit zunehmender Abmagerung des einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine zugeführten Kraftstoff/Luftgemisches die Verbrennung mehr und mehr in den Bereichen des Expansionshubs der Kolben der Brennkraftmaschine verschoben wird und schließlich nachfolend eine immer ausgeprägtere Nachverbrennung im Auspuffsystem der Brennkraftmaschine auftritt. Dies ist vorwiegend auf den mit steigender Abmagerung auch steigenden Prozentsatz von unverbranntem Sauerstoff in den Abgasen zurückzuführen. Je nach dem Grad der Durchmischung des angesaugten Betriebsgemisches der Brennkraftmaschine tritt pro Arbeitstakt diese verschleppte Verbrennung in mehr oder weniger starkem Maße auf. Die Bennkraftmaschine weist daher mit der Annäherung an die durch die Entflammbarkeit des Gemisches gegebene Laufgrenze einen zunehmenden unruhigen Lauf auf. Der Sollwert, der den Punkt des Wiederanfettens des Betriebsgemisches betimmt, wird nur so ausgewählt, daß im Hinblick auf die Belastbarkeit der Brennkraftmaschine und dem noch zumutbaren unruhigen Lauf einerseits im Hinblick auf Drehmoment, KraftStoffersparnis und Abgaszusammensetzung andererseits ein optimaler Betriebspunkt der Brennkraftmaschine erhalten wird.

In Fig. 2 ist vereinfacht ein Teil eines Zylinders einer Brennkraftmaschine wiedergegeben. Im Zylinder

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bewegt sich in bekannter Weise ein Kolben 3 auf und ab und saugt bei seinem ersten Abwärtshub über Ansaugrohr 4 und ein geöffnetes Einlaßventil 5 das Kraftstoff /Luft-Gemisch, das z. B. in einem Gemischerzeuger in Form eines Vergasers 1 gebildet wird, in den Brennraum 6. Von diesem Brennraum führt in bekannter Weise eine Abgasleitung 7 zum nicht weiter gezeigten Abgassystem der Brennkraftmaschine ab. Die Verbindung zwischen Brennraum 6 und Abgasleitung wird durch ein Auslaßventil 8 in bekannter Weise gesteuert. Erfindungsgemäß ist nun im Anschluß an das Auslaßventil 8 in der Abgasleitung 7 des Abgassystems ein temperaturempfindliches Element 9 angeordnet. Die kann entweder ein Thermoelement oder ein temperaturempfindlicher Widerstand sein, der schnellen Temperaturänderungen folgen kann. Solche Temperaturmessungen sind z. B. in der SAE-Paper 750 225 beschrieben. Die vom temperaturempfindlichen Element 9 abgegebene Meßgröße wird einer Regeleinrichtung 11 zugeleitet, in der der gemessene Temperaturwert mit dem Sollwert verglichen und daraus eine Korrektursteuergröße gebildet wird, die auf ein Stellglied im Gemischerzeuger 1 wirkt.

Zur Sollwertbildung können Betriebsparameter berücksichtigt werden, die Einfluß auf die Lage der Laufgrenze in verschiedenen Betriebspunkten der Brennkraftmaschine haben oder die bestimmte ausgewählte Betriebsweisen der Brennkraftmaschine berücksichtigen.

Vorteilhafterweise wird die Temperatur über einen Arbeitstakt eines Kolbens der Brennkraftmaschine integriert, um somit aufeinanderfolgende Werte der schwankenden Antriebsleistung der Brennkraftmaschine und damit die Annäherung an die Laufgrenze der Brennkraftmaschine zu erfassen. Durch weitere Differenzbildung zwischen drei aufeinanderfolgenden Werten kann auch die Dynamik, z. B. ein Beschleunigungsvorgang der Brennkraftmaschine berücksichtigt werden.

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Λ-

Die Ausgestaltung der hier nicht näher zu beschreibenden Regeleinrichtung kann ähnlich sein wie bei den in der eingangs genannten DjS-OS 25 5²I 988 offenbarten Regeleinrichtungen.

In Fig. 2 ist gestrichelt ein zweites temperaturempfindliches Element 12, das in der Abgasleitung 7 unmittelbar stromabwärts des Auslaßventils 8 angeordnet ist, gezeigt. Dieses zweite temperaturempfindliche Element bildet zusammen mit dem ersten temperaturempfindlichen Element 9 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das zweite temperaturempfindliche Element ist dabei katalytisch wirksam, so daß an ihm die dorthin gelangenden Gasgemischbestandteile voll zur Reaktion miteinander kommen und durch das temperaturempfindliche Element die freiwerdende Reaktionsenergie als Temperaturwert erfaßt werden kann. Das nichtkatalytisch wirkende temperaturempfindliche Element 9 dient dazu, das allgemeine Temperaturniveau der Abgase als Temperatursignal zu erfassen. In der Regeleinrichtung wird die Differenz der Meßwerte der beiden temperaturempfindlichen Elemente 9 und 12 gebildet, wobei die dann erzielte Steuergröße ein Maß für die in dem Abgas nach Verlassen der Brennräume noch enthaltene Reaktionsenergie ist. Diese Energie ist gleichfalls ein Maß für die genügende" Reaktionsfähigkeit des Betriebsgemisches in den Brennräumen der Brennkraftmaschine und somit ein Maß für die Annäherung des Betriebspunkts der Brennkraftmaschine an die Laufgrenze. Dabei wird ein Fehler, der auf die in verschiedenen Betriebspunkten der Brennkraftmaschine unterschiedliche Abgas temperatur zurückzuführen ist, ausgeschaltet.

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AO-

Statt der Temperaturmessung mit Hilfe von Thermoelementen oder temperaturempfindlichen Widerständen kann die Messung auch durch optische Erfassung der Gasstrahlung mit Hilfe von Fotodioden oder Fototransistoren durchgeführt werden.

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Claims

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Ansprüche

( 1/ Einrichtung zur Regelung der Zusammensetzung des in den Brennräumen einer Brennkraftmaschine zur Verbrennung kommenden Betriebsgemisches mit Mitteln zur Bildung einer dem Umfang der Nachreaktion der aus den Brennräumen der Brennkraftmaschine auftretenden Gasbestandteile miteinander entsprechenden Steuergröße und mit einer Vergleichseinrichtung innerhalb einer Regeleinrichtung zum Vergleich der Steuergröße mit einem Sollwert, wobei in der. Regeleinrichtung eine * Korrektursteuergröße zur Steuerung einer Stelleinrichtung für die Verstellung der Zusammensetzung des Betriebsgemisches gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur Messung der Nachreaktion wenigstens ein den Gasen unmittelbar stromabwärts wenigstens eines Auslaßventils (8) der Brennkraftmaschine ausgesetztes temperaturempfindliches Element (9, 12) vorgesehen ist, das

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- 2 -ORIGINAL INSPECTED

- 2 - ki 9

eine variable der Regeleinrichtung (11) zugeführte Steuergröße abgibt.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß unmittelbar stromabwärts wenigstens eines Auslaßventils (8) zwei temperaturempfindliche Elemente (9,12) angeordnet sind, von denen eines katalytisch wirksam ist und geeignet ist, die dorthin gelangenden Gasgemischbestandteile zur Reaktion miteinander zu bringen, und daß die Differenz des Meßwertes beider temperaturempfindlichen Elemente als Steuergröße für die Regeleinrichtung dient.
3· Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als temperaturempfindliches Element ein Thermoelement dient.
4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als temperaturempfindliches Element ein schnell auf Temperaturähderungen ansprechender Widerstand dient. ♦
5· Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein die Temperatur über Gasstrahlung erfassendes Element, wie z. B. eine Fotodiode oder ein Fototransistor, als temperaturempfindliches Element dienen.

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6. Einrichtung nach einem der vorstehnden Anspruches dadurch gekennzeichnet, daß durch die Regeleinrichtung (11) die von den temperaturempfindlichen Element(en) abgegebene Steuerspannung periodisch insbesondere über ein Arbeitsspiel eines Kolbens der Brennkraftmaschine integriert wird und zur Bildung der Korrektursteuergröße mit einem Sollwert verglichen wird.

7· Einrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Regeleinrichtung die von den temperaturempfindlichen Elementen abgegebene Steuergröße periodisch, insbesondere über ein Arbeitsspiel eines Kolbens der Brennkraftmaschine, integriert werden und die Schwankungen der aufeinanderfolgenden Werte durch ein- oder mehrfache Differenzbildung erfaßt und zur Bildung der Korrektursteuergröße mit dem Sollwert in der Regeleinrichtung verglichen werden.

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