DE3024080C2

DE3024080C2 - Mischungsverhältnis-Regeleinrichtung für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3024080C2
Application number: DE3024080A
Authority: DE
Inventors: Takeshi Katsuta Atago; Taiji Nakaminato Hasegawa
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1979-06-27
Filing date: 1980-06-26
Publication date: 1983-01-20
Also published as: US4363209A; DE3024080A1; JPS566053A

Description

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erzeugt,
gekennzeichnet durch

— einen Unierdruckerzeuger (7), der aufgrund des Ausgangssignals der Steuei-schaltung (6) einen Unierdruck erzeugt;

— Einheiten zum Einstellen des Niedrigdrehzahlbzw, des Haupt-Kraftstoffsystems aufgrund des vom UntTdruckerzeuger (7) erzeugten Unterdrucks;

— eine Einheit zum EKistellen Jer Nebenluftzufuhr aufgrund des vom Unterdruckerzeuger (7) erzeugten Unterdrucks.

und

— einen Erfasser (21), der den Niedrig- und den Hochdrehzahlbereich der Brennkraftmaschine (1) erfaßt und ein Ausgangssignal erzeugt, das der Steuerschaltung (6) zum Ändern des Stcuersignalpegels zuführbar ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet.

— daß die Einheit zum Einstellen des Niedrigdrchzahl-Kraftstoffsystems den Öffnungsquerschnitt einer Bypaß-Leerlaufbelüftungsdüse (14) umgekehrt proportional dem Unterdruck mittels eines Stellglieds (8) einstellt, das von dem vom Unterdrucker/euger (7) erzeugten Unterdruck betätigbiir ist.

3. Einrichtung nach Anspruch I. dadurch gekennzeichnet.

— daß die Einheii /um Einstellen des Haupt-Kraftstoffsystems den Öffnungsquerschnitt einer Bypaß-Hauptkraftstoffdüse (12) proportional dem Unterdruck mittels eines Stellglieds (10) einstellt, das von dem vom Unterdrückerzeuger (7) erzeugten Unterdruck betäligbar ist

4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn^ zeichnet,

— daß die Einheit zum Einstellen der Nebenluftzu' fuhr einen Strömungs-Durchgangsquerschniu der Nebenluftzufuhr durch ein vom Unterdruck des Unierdruckerzeugers (7) betätigbares Stellglied (9) so einstellt, daß er im Niedrigdrehzahlbereich der Brennkraftmaschine (1) dem Unterdruck umgekehrt proportional ist, und einen vorbestimmten kleinen Strömungs-Durchgangsquerschnitt im Hochdrehzahlbereich der Brennkraftmaschine (1) unterhält.

5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

— daß die Steuerschaltung (6) aufweist:

— einen Vergleichet (32), der das Ausgangssignal des Abgaszusammensetzungs-Fühlers (4) mit einer Bezugsspannung vergleicht,

— ein Intergrierglied (34) das das Ausgangssignal des Vergleichers (32) integriert,

— ein Addierglied (40), das dem Ausgangssignal des Drehzahlbereichs-Fühlers (21) das Ausgangssignal des Intergrierglieds (34) hinzuaddiert,

und

— einen Impulserzeuger (38), der einen Signalimpuls gleicher Breite wie das Ausgangssignal des Addierglieds (40) erzeugt (F i g. 8).

6. Einrichtung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet.

— daß der Unterdruckerzeuger (7) von einer elektromagnetischen Dreiwegeventileinheit mit einem Elektromagnetventil zum Einstellen des Verhältnisses, bei dem der von einer Konstantunterdruck-Versorgung erzeugte Unterdruck mit Atmosphärendruck vermischt wird, gebildet ist.

40 Die Erfindung bezieht sich auf eine Mischungsverhältnis-Regeleinrichtung für eine Brennkraftmaschine, umfassend

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— einen Vergaser mit einem Niedrigdrehzahl- und einem Haupt-Kraftstoffsystem, zum Einstellen des Mischungsverhältnisses eines der Brennkraftmaschine zugeführtitn Kraftstoff-Luft-Gemischs:

— einen thermischen Reaktor, in dem Abgas aus der Brennkraftmaschine mit dem Reaktor zugeführter Nebenluft umgesetzt wird;

— ein Dreiwege-Katalysatorrohr, das mit dem thermischen Reaktor verbunden ist:

— einen Abgaszusammensetzungs-Fühler. der zwischen dem thermischen Reaktor und dem Dreiwege-Katalysatorrohr angeordnet ist.
und

— eine Steuerschaltung, die aulgrund des Ausgangssignals des Fühlers ein Steuersignal erzeugt.

Eine derartige Einrichtung zeigt die DE-AS 22 16 705. Dabei wird dem Auspuffsystem Sekundärluft zugeführt, Um eine Wiederverbrennung der Abgase herbeizuführen und diese durch den Dreiwege-Katalysator zu reinigen. Das Kraftstoffmischungsverhällnis wird in der Weise gesteuert, daß das Öffnen der veränderbaren Drosselstelle für die Sekundärluft abhängig ist von

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einem Signal des Temperaturfühlers am Reaktor (erster Regelkreis), wobei das Kraftstoff-Luft-Misehungsverb'ältnis so gesteuert wird, daß die Temperatur des Reaktors schnell ansteigt Die Charakteristik des Kraftstoff-Luft-Mischungsverhältnisses zwischen niedriger und hoher Maschinendrehzahl kann dabei nicht geändert werden, weil keine Beziehung zu der Reaktortemperatur und der hohen bzw. niedrigen Drehzahl der Maschine vorhanden ist.

In der US-PS 38 27 237 ist ein Mischungsverhältnis-Regelverfahren angegeben, bei dem die zugeführte Neben'.uftmenge als eine Funktion der Temperatur des thermischen Reaktors einstellbar ist, während die Kraftstoffzufuhrmenge in Abhängigkeit des Ausgangssignals eines (VFühlers einstellbar ist Da jedoch die Nebenluftzuful· r nicht durch denselben O2-Fühler geregelt wird, der zum Einstellen der Kraftstoffzufuhr dient, sondern in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des linderen, die Reaktortemperatur erfassenden Fühlers, kann diese Regeleinrichtung im Ansaugsystem der Brennkraftmaschine nicht das Mischungsverhältnis aufrechterhalten, das einen optimalen Betriebszustand mit möglichst hoher Genauigkeit gewährleistet.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Regeleinrichtung für eine Brennkraftmaschine, die einen gleichmäßigen Betrieb des Motors sicherstellt, während eine gleichbleibende und positive Abgasreinigung über den Gesamtbetriebsbereich vom Niedrigzum Hochdrehzahlbereich dadurch gewährleistet wird, daß im Niedrigdrehzahlbereich ein Kraftstoff-Luft-Gemisch zugeführt wird, dessen Mischungsverhältnis (A/F) niedriger als das stöchiometrische Verhältnis ist

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die im Kennzeichen des Hauptanspruchs aufgeführten Merkmale. Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprijchen.

Die Betriebscharakteristik einer mit der erfindungsgemäßen Regeleinrichtung versehenen Brennkraftmaschine verhält sich so. daß der Motor von einer bestimmten Saugluftmenge an in einem Betriebszustand läuft, in dem das Überschuß-Luftverhältnis λ gleich 1 ist. bzw das Verhältnis gleich 14.7 ist.

Bei diesem Mischungsverhältnis hat der Dreiwege Katalysator seinen höchsten Wirkungsgrad bei der Reinigung der Abgase, der Gehalt an Schadstoffen im austretenden Abgjs kann auf ein im sehr niedrigen Wert gehalten werden, und zwar sowohl im Niedrig- als auch im Hochdrehzahlbereich. Der bevorzugte Betriebszustand wird dabei im Niedrigdrehzahlbereich dadurch erreicht, daß c-s Kraftstoffluftgemisch etwas fetter und bei hoher Drehzahl magerer gemacht wird Dadurch ist die Zusammensetzung des durch das Dreiwege-Katalysatorrohr strömenden Abgases so einstellbar, daß sie im wesentlichen unverändert bleibt. Die Leistung des Dreiv-ege-Katalysators ist somit voll nut/bar, ohne daß der Betriebszustand des Motors nachteilig beeinflußt wird, in dem die Kraftstoffmenge für den Niedrigdrehzahl-Betrieb, die Haupt-Kraftstoff- und die Nebenluftzufuhr durch drei Stellglieder in Abhängigkeit von dem nach Maßgabe des Ausgangssignals des Ö2'Fühlers erzeugten Unterdrück bestimmt wird, Wobei der 02-Fühler die Zusammensetzung der Abgase nach Wiederverbrennung im thermischen Reaktor erfaßt. Damit kann das Abgas, das aus der Brennkraftmaschine austritt, öptiffiJ gereinigt werden. Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 schematisch eine Gesamtansicht einer Mi-

schungsverhältnis-Regeieinrichtung nach der Erfindung, Fi g. 2 eine Kennlinie eines Unterdruckerzeugers, der in der Einrichtung nach F i g. 1 vorgesehen ist, Fig.3 Kennlinien einzelner in der Einrichtung nach Fig. 1 verwendeter Stellglieder,

Fig.4 eine Leistungskennlinie einer Brennkraftmaschine, mit der die Regeleinrichtung nach der Erfindung bevorzugt verwendet wird,

F i g. 5 eine Grafik, die die Änderung des Unterdrucks um einen Punkt A von F i g. 4 zeigt,

F i g. 6 das Mischungsverhältnis eines der Brennkraftmaschine zugeführten Gemischs gegenüber der Nebenluftzufuhr von einer Luftpumpe,

Fig.7 eine Beziehung zwischen einer Luftzahl (dem Überschußluft-Verhältnis), die von einem in der Einrichtung nach Fig. 1 verwendeten Oo-Fühler erfaßt wird, und der Ansaugluftmenge,

F i g. 8 ein Blockschaltbild der in der Einrichtung nach F i g. 1 verwendeten Steuerschaltung und

Fig.9 Signalverlauf-Diagramme zur Verdeutlichung der Betriebsweise der Steuerschaltur. nach F i g. 8.

Nach Hg. 1 wird einer Brennkraiin ischine 1 ein Kraftstoff-Luft-Gemisch aus einem Vergaser 2 zugeführt. Das Mischungsverhältnis des Gemischs wird in der nachstehend erläuterten Weise eingestellt. Der Vergasi..· 2 umfaßt ein Leerlauf-Kraftstoffsystem für Niedrigdrehzahlbetrieb in Verbindung mit einem Haupt-Kraftstoffsystem. Im Leerlauf-Kraftstoffsystem wird eine durch eine Leerlaufdüsenöffnung 13 dosierte Kraftstoffmenge mit durch eine Leerlaufbelüftungsdüse 15 und eine Bypaß-Leerlaufbelüftungsdüse 14 angesaugter Luft vermischt und dann durch eine Leerlaufbohrung 20 in einen Saugkanal geleitet. Die Kraftstoffmenge des Gemischs kann durch Verstellen des Öffnungsquer-Schnitts oder der Öffnung der Bypaß-Leerlaufbelüftungsdüse 14 mit einem Niedrigdrehzahl-Stellglied 8 (ACt) eingestellt werden. Das Haupt-Kraftstoffsystein dagegen dient zum Vermischen einer Kraftstoffmenge, die durch eine Hauptdüse 11 und eine BypaC-Hau^tdüsc _4Q 12 dosiert wird, mit durch eine Hauptbelüftungsdüse angesaugter Luft, so daß das resultierende Kraftstoft-Luit Gemisch durch eine Haupt-Kraftstoffdüse in den Saugkanal gefördert wird. Die durch das HauptKraftsioffsystem des Vergasers 2 eingefühlte Kraftstoffmenge ist einstellbar durch Verstellen des Öffnungsquerschnitts der Bypaß-Hauptdüse 12 mit einem H;iupt-Stellglied 10 (ACi). Wenn der Bet,.ebszustand der Brennkraftmaschine 1 durch Ändern des Öffnungsgrads oder der Öffnung einer Drosselklappe 18 geändert werden soll, wirken das Haupt- und das Leerlauf-Kraft-Stoffsystem zusammen und bestimmen dadurch das Mischungsverhältnis des der Brennkraftmaschine 1 zugefuhrten Gemischs.

DuS der Brennkraftmaschine so zugeführte Gemisch wird verbrannt und dann in einen thermischen Reaktor 3 geleitet, dem Lim von einer Luftpumpe J^ durch ein Nebenluft-Stellglied 9 (Ad) zugeführt wird. Infolgedes sen kann die dom Reaktor 3 zugeführte Luftmenge durch Verstellen des Öffnungsgrads des Nebenluft Stellglieds9eingestellt werden.

Die Zusammensetzung des Abgases, das im Reaktor 3 erneut verbrannt Würde, wird Von einem CV Fühler 4, der im Auspuffkrümmer 22 angeordnet ist, erfaßt Anschließend wird das Abgas durch ein Dreiwege-Katalysatorrohr 5, das mit einem Dreiwege-Katalysatof gefüllt ist, zur Atmosphäre abgegeben. Die Katalysatoreigenschaften sind so gewählt, daß das Abgas am besteh gereinigt werden kann, wenn das Luft-Kraftstoff-Ver-

hilitiils f-4/F; des dem Motor zugeführten Gemischs einen vorbestimmten Wert (normalerweise 14,7) hat. Das heißt, durch Einstellen des Mischungsverhältnisses derart, daß das Abgas eine Zusammensetzung hat, für die der Dreiwege-Katalysator den höchsten Wirkungsgrad hat, kann der Gehalt an Schadsitoffen im austretenden Abgas auf einen sehr niedrigen Wert vermindert werden. Infolgedessen kann das Abgas schließlich in einem maximal gereinigten Zustand entweder in einem Niedrig- oder einem Hochdrehzahl- ₎₀ bereich durch entsprechende Einstellung de!t Niedrigdrehzahl-Stellglieds 8, des Haupt-Stellglieds 10 und des Nebenluft-Stellglieds 9 des Vergasers 2 abgegeben werden. Nachstehend wird die Arbeitsweise dieser Stellglieder erläutert:

Das Ausgangssignal des O₂-Fühlers 4 wird dem Eingang einer später zu erläuternden Steuerschaltung 6 zugeführt und dort verarbeitet zwecks Erfassung der O₂-Konzenirauuii im uciViucfi W₂-ι ϋπιβΓτ KGil!!Si\ticrcri den Abgas. Aufgrund des Signals des O₂-Fühlers 4 erzeugt die Steuerschaltung 6 ein solches Steuersignal für einen Unterdruckerzeuger 7. daß das Mischungsverhältnis des der Brennkraftmaschine 1 zugeführten Gemischs an einen Sollwert angenähert wird. Der Unterdruckerzeuger 7 erzeugt dann einen Unterdruck, dessen Größe dem Eingangs-Steuersignal proportional ist. wodurch das Niedrigdrehzahi-Stellglied 8, das Haupt-Stellglied 10 und das Nebenluft-Stellglied 9 zum Einstellen der Zusammensetzung des mit dem O₂-Fühler 4 in Kontakt gelangenden Abgases in einer Rückführungsschleife betätigt werden. Hierbei ist zu erwähnen, daß die Steuerschaltung 6 elektrisch an einen Drosselklappen-Schalter bzw. Drehzahlbereich-Erfasscr 21 angeschlossen ist. der mit einer Drosselklappe 18 so verriegelt ist, daß er in einer vorbestimmten Stellung der Drosselklappe 18 betätigbar ist. Das vom Schalter 21 erzeugte Signal bezeichnet den Drosselklappen-Öffnungsgrad. Damit können die Steuerschaltung 6 und somit der Unterdruckerzeuger 7 allen Änderungen des Betriebszustandes der Brennkraftmaschine 1 sehr schnell folgen.

In Fig.2 ist auf der Abszisse ein Verhältnis (t/T) zwischen der Einschaltdauer t eines Ventils 7/4, das einen Teil des Unterdruckerzeugers 7 bildet, und einer Periode Γ vorbestimmter Länge aufgetragen, während auf der Ordinate ein Unterdruck V_c aufgetragen ist. Die relative Einschaltdauer t/T wird auch als Arbeitsphase des Ventils 7A bezeichnet. Wie aus Fig. 1 hervorgeht, ist das Ventil 74 mit einer Unterdruckversorgung verbunden, die so steuerbar ist. daß sie ständig einen vorbestimmten Diack hat. Die Unterdruckversorgung selbst ist bekannt und üblicherweise mit dem Ansaugkrümmer der Brennkraftmaschine verbunden. Der dem Niedrigdrehzahl-Stellglied 8. dem Haupt-Stellglied 10 und dem Nebenluft-Stellglied 9 zugeführte Unterdruck y_c ist in Abhängigkeit von der relativen Einschaltdauer (t/T) des Ventils 7A bestimmbar, d. tu durch Einstellen der relativen Einschaltdauer des Ventils 7Λ des Unterdruckerzeugers 7 kann das Unterdruck-Ausgangssignal mit einer der relativen Einschaltdauer (t/T) umgekehrt proportionalen Größe vom Unterdruckerzeuger 7 erhalten werden (vgl. F i g. 2). Der Unterdruckerzeuger kann z. B. durch eine elektromagnetische Dreiwegeventil-Einheit gebildet sein.

Ip. F i g. 3, die Kennlinien der einzelnen Stellglieder zeigt, ist der Unterdruck V_c auf der Abszisse und der Durchgangsquerschnitt des Stellglieds auf der Ordinate aufgetragen. Der Unterdruck nähert sich nach rechts längs der Abszisse in Fig.3 dem Vakuum. Die Strichlinienkurve .Ad bezeichnet die Kennlinie des Niedrigdrehzahl-Sliellglieds 8. Es ist ersichtlich, daß der Öffnungsgrad odef -querschnitt der Bypaß-Leerlaufbelüftungsdüse 14 umgekehrt proportional dem Unterdruck abnimmt, vrährend dieser sich zum Vakuum erhöht, was bedeutet, daß die vom Leerlauf-Kraftstoffsystem zugeführte Kraftstoffmenge entsprechend erhöht wird. Die Strichpunkllinie AQ bezeichnet die Kennlinie des Haupt-Stellglieds 10, Wie daraus hervorgeht, vergrößert sich der Öffnungsquerschnitt der Bypaß-Hauptdüse 12 als eine ansteigende Funktion des Unterdrucks V₀ was die Zufuhr einer entsprechend erhöhten Kraftstoffmenge vom Haupt-Kraftstoffsystem des Vergasers bedingt. Die Vollinienkurve AC₃ bezeichnet die Kennlinie des Nebenluft-Stellglieds 9. Der dem Reaktor 3 zugeführte Luftstrom nimmt umgekehrt proportional zum Unterdruck V_c ab. bis der letztere einen _.jj.j, V1/2;·; gfr-gjjh; IgHpc Stellglied ist durch

ein Membranventil gebildet und umfaßt eine Ventilspindel, die so angeordnet ist. daß die Einstellung in der erwünschten Richtung gewährleistet ist. Die vorstehend erläuterten Stellglied-Kennlinien werden dadurch erhalten, daß zusätzlich zu der Anordnung des Stellglieds relativ zum Unterdruckerzeuger die Ventilspindel und die Federkennlinie der zugehörigen Feder konstruktionsmäßig geeignet gewählt werden, wie dies auf diesem G .biet bekannt ist.

In Fig.4. die eine Betriebscharakteristik der Brennkraftmaschine 1 zeigt, ist eine Saugluftpumpe Qu,« auf der Abszisse und das Überschußluft-Verhältnis auf der Ordinate aufgetragen. Wenn die Saugluftmenge Qun größer als ein Wert A ist. kann der Motor in einem erwünschten Betriebszustand laufen, vorausgesetzt, daß die Luftzahl bzw. das Überschußluft-Verhältnis λ gleich 1 oder alternativ das Verhältnis gleich 14.7 ist. Dagegen kann in einem relativ niedrigen Drehzahlbereich, in dem die Saugluftmenge Quit kleiner als der Wert A ist. der erwünschte Betriebszustand des Motors erreicht werden, wenn das Verhältnis λ einen höheren Wert von z. B. λ = 0,8 hat. Eine typische Brennkraftmaschine mit der vorstehend erläuterten Charakteristik ist z. B. ein Drehkolbenmotor. Dieser Motortyp zeigt eine solche Charakteristik, daß der bevorzugte Betriebszustand im Niedrigdrehzahlbereich dadurch gewährleistet ist. daß das Kraftstoff-Luft-Gemisch etwas fetter gemacht wird.

In dem Betriebsbereich, in dem die Saugluftmenge Qujfi klein bleibt, spielt das Niedrigdrehzahi-Stellglied 8 eine hervorragende Rolle bei der Änderung des Mischungsverhältnisses. Zu diesem Zeitpunkt wird der Öffnungsquerschnitt der Bypaß- Leerlaufbelüftung, .»se 14 durch das Niedrigdrehzahi-Stellglied 8 vergrößert (vgl.F i g. 3). Infolgedessen kann die aus dem Leerlauf-Kraftstoffsystem zugeführte Kraftstoffmenge zwar in Anbetracht der Kennlinie nach F i g. 3 klein erscheinen. Der Vergaser ist jedoch so ausgelegt, daß das Soll-Luft-Kraftstoff-Mischungsverhältnis (ζ. Β. λ = 0,8) für den Niedrigd^ehzahlbereich gewährleistet ist durch Einstellen des Öffnungsgrads des Stellglieds 8 auf den Unterdruck V«* _i entsprechend der Luftzahl λ = 1. Damit ist es möglich, dem Motor ein fettes Gemisch zuzuführen, um die Anforderungen des Motors entsprechend der Charakteristik nach F i g. 4 zu erfüllen.

Das Nebenluft-Stellgüed 9 dagegen wird im wesentlichen im niedrigen Unterdruckbereich betätigt (vgl. Fig.3). Infolgedessen kann die Einstellung so erfolgen, daß die Zusammensetzung der Abgase, die am O₂-Fühler 4 vorbeiströmen, in λ = 1 resultiert, und zwar

durch Ändern der dem Reaktor 3 zugeführten Nebenluflmenge. In dem Bereich, in dem die Saugluftmenge CW, der Brennkraftmaschine 1 relativ hoch ist, ist der vom Unterdruckerzeüger 7 zugeführle Unterdruck Vc höher als ein Wert V*. In diesem Zustand wird das Mischungsverhältnis des der Brennkraftmaschine zugeführten Gemischs sowohl durch das Nledrigdrehzahl-S>dlglied AQ als auch das Haupt-Stellglied AC₂ bestimm«.

Die Grafiken von Fig.5 und 6 zeigen die Änderung des Unterdrucks V_c als eine Funktion der Zeit am Punkt bzw. Pegel A von Fig.4. Die Erfassung des Pegels A erfolgt durch den Drosselklappen-Schalter 21. Insbesondere wird der Schalter 21 geschlossen (EIN), wenn die Saugluftmenge geringer als der Wert A ist, und wird geöffnet (AUS) wenn die Saugluftmenge höher als der Wert A ist. d. h„ der Schalter 21 wird vom EIN- in den AUSZustand und umgekehrt am Punkt A von F ig. 4 umgeschaltet. Wenn also der Unterdruck sich plötzlich beim Wert Rändert, ändert sich das Iviischungsvernäiinis des der Brennkraftmaschine zugeführten Gemischs abrupt. Da eine solche plötzliche Änderung des Mischungsverhältnisses den gleichmäßigen oder ruhigen Lauf der Brennkraftmaschine beeinträchtigt, ist im Betrieb des Unterdruckerzeugers 7 eine Zeitverzöge- ₂s rung vorgesehen, d. h_H selbst wenn das Ventil TA seine Stellung abrupt ändert, wird die Änderung des Unterdrucks V₀ gedämpft. In Fig. 5 bezeichnet die Vollinienkurve die Änderung des Unterdrucks V₀ wenn die Saugluftmenge CW, über den Pegel A von F i g. 4 hinars erhöht wird, während die Strichlinienkurve die Änderung des Unterdrucks V_c bezeichnet, wenn die Saugluftmenge CW, unter den Pegel A vermindert wird. Aus den Grafiken ist ersichtlich, daß die Änderung des Unterdrucks gedämpft verläuft.

Fig.6 zeigt die Änderung des Mischungsverhältnisses des der Brennkraftmaschine zugeführten Gemischs (bei A) im Vergleich zu einer Änderung des von der Luftpumpe zugeführten Nebenluftstroms CW,. Es ist ersichtlich, daß beim Übergang vom Niedrig- zum Hochdrehzahlbereich oder umgekehrt sowohl das Mischungsverhältnis als auch die Nebenluftmenge langsam, d. h. mit Zeitverzögerung, geändert werden.

F i g. 7 zeigt die Beziehung zwischen der Luftzahl (bzw. dem Überschußluft-Verhältnis) λ, die vom O₂-Fühler 4 erfaßt wird, und der Saugluftmenge CW,-Wie ersichtlich, erfolgt die Einstellung so, daß die Luftzahl λ über den gesamten Betriebsbereich vom Niedrig- zum Hochdrehzahlbereich im wesentlichen gleich 1 bleibt Dabei ist der Dreiwege-Katalysator am S₀ wirksamsten und reinigt die Abgase optimal. Im Niedrigdrehzahlbereich unterhalb des Punkts A ist das der Brennkraftmaschine 1 zugeführte Gemisch fett (vgl. Fig.4). Infolgedessen kann es scheinen, als ob die Luftzahl λ vermindert werden müßte. Da jedoch zu diesem Zeitpunkt eine entsprechend erhöhte Nebenluftmenge zugeführt wird, wird der Wert von λ stromab vom Reaktor 3 im wesentlichen gleich 1 gehalten, und zwar auch im Betriebsbereich unterhalb des Punkts A (vgl. F ig. 7).

Fig.8 zeigt im einzelnen die Auslegung der Steuerschaltung 6 nach Fig. 1. Dabei umfaßt die Steuerschaltung 6 zum Steuern des elektromagnetischen Ventils TA des Unterdruckerzeugers 7 einen Verstärker 30., der das Ausgangssignal des 02-Fühlers 4 verstärkt, einen Vergleicher 32, der das Ausgangssignal des Verstärkers 30 mit einer Bezugsspannung vergleicht einen Proportional-Integral-Steuerverstärker (kurz: Pl-Steuerverstärker bzw. Integrierglied) 34, der das Ausgangssignal des Vergleichers 32 ändert, einen Oszillator 36, der ein Dreiecksignal mit vorbestimmter Frequenz erzeugt, einen Impulserzeuger 38, der ein Reclüecksignal mit gleicher Dauer Γ wie das Dreiecksignal erzeugt, ein Addierglicd bzw. einen Pegelumsetzer 40, der dem Ausgangssignal des PI-Steuerverstärkers 34 einen vorbestimmten Spannungspegel hinzuaddiert, wenn der Drosselklappen-Schalter 21 geschlossen ist, und einen Verstärker 42, der das Ausgangssignal des Impulserzeugers 38 verstärkt.

Nächstehend wird unter Bezugnahme auf die Signalverläufe von F i g. 9 die Arbeitsweise der Steuerschaltung 6 erläutert. Wie bekannt, ändert sich die vom Ö2-Fühler 4, der im Auspuffkrümmer 22 angeo-dnet ist, abnehmbare Ausgangsspannung wesentlich über das stöchiometrische Mischungsverhältnis (ca. 14,7). Insbesondere steigt die Größe des Ausgangssignals des 02-Fühlers 4 im Bereich unterhalb des stöchiometrischcn Verhältnisses und nimmt im Rereich oberhalb dieses Verhältnisses ab. Infolgedessen ist durch Vergleich der Ausgangsspannung des O₂-Fühlers 4 mit der Bezugsspannung am Vergleicher 32 leicht und genau erfaßbar, ob das vom Vergaser 2 erzeugte Ist-Mischungsverhältnis größer oder kleiner als das stöchiometrische Verhältnis ist. Angenommen, daß das Ist-Mischungsverhältnis kleiner als das stöchiometrische Verhältnis ist. d. h., solange die Ausgangsspannung des 02-Fühlers 4, die durch eine Vollinienkurve in F i g. 9(A) bezeichnet ist, höher als die Bezugsspannung ist. erzeugt der Pl-Steuerverstärker 34 ein Ausgangssignal, dessen Amplitude weiter ansteigt, wie durch die Strichpunktlinienkurve in Fig.9(C) angegeben ist. Wenn der Drosselklappen-Schalter 21 geschlossen ist (d. h. sich im EIN-Zustand befindet), wird vom Addierglied (bzw. dem Pegelumsetzer) 40 eine Spannung Vd vorbestimmter Größe hinzuaddiert, so daß das Ausgangssignal des PI-Steuerverstärkers 34 um Vn geändert wird (vgl. die Vollinienkurve in Fig.9(B). Der Oszillator 36 erzeugt zwar ein Signal mit kontinuierlicher Dreieckform, das eine gleichbleibende Amplitude bei gleichbleibender Frequenz hat (vgl. Fig.9(D)). aber die Breite der einzelnen vom Impulserzeuger 38 erzeugten Impulse vergrößert sich (vgl. Fig. 9(D)), solange die Amplitude des Ausgangssignals des Addierglieds 40 sich erhöht. Wenn dagegen die Amplitude des Ausgangssignals des Addierglieds 40 abnimmt, nimmt auch die Impulsbreite des vom Impulserzeuger 38 erzeugten Signalimpulses ab. Wenn der Impulszug nach F i g. 9(E) an die elektromagnetische Spule TB des Unterdruckerzeugers 7 durch den Verstärker 42 angelegt wird, wird das Ventilglied TA näher zur Bohrung 25 verschoben. Auf diese Weise wird, während die relative Einschaltdauer i/Tdes Ventils TA vergrößert wird, der Unterdruck dem Atmosphärendruck angenähert (vgl. F i g. 2).

Wenn das Ausgangssignal des O_rFühlers 4 sich mit kurzer Dauer ändert (vgl. die Strichlinienkurve von Fig.9(A)(in diesem Zustand ist die Rückführungsregelung, die das Ausgangssignal des 02-Fühlers nutzt, idealerweise wirksam), wird ein Spannungssignal erzeugt, das sich mit einer sehr kleinen Amplitude um den Ausgangsspannungspegel Vx _ 1 des Verstärkers 34 entsprechend λ = 1 (d. h. bei geschlossenem Schalter 21) ändert (vgl die Strichlinienkurve in Fig.9(B)). In gleicher Weise ändert sich, wenn der Schalter 21 geöffnet ist, das entsprechende Spannungssrgnal mit kleiner Amplitude um den Ausgangsspannungspegel

Va . ι.

Es sei nun angenommen, daß das vom O₂-Fühlei· 4 erzeugte Erfassungssignal eine Größe hat, die angenähert dem stöchiometrisehen Mischungsverhältnis (λ = 1) entspricht dann nimmt der Unterdruck einen Wert VcX . ι (vgl. F i g. 2) im Niedrigdrehzahlbereich an, d. h. wenn der Schalter 21 geschlossen ist, während er einen V'a. -1 annimmt, wenn der Drehzahlbereichs-Erfasser 21 geöffnet ist. Die Ventilöffnungsgrade der Stellglieder bei diesen Unterdruckpegeln sind in Fig.3 angegeben.

Angenommen, der O₂-Fühler 4 erzeugt ein Signal MAGER entsprechend einem mageren Kraftstoff-Luft-Gemisch im Niedrigdrehzahlbereich, d. h. wenn der Schalter 21 geschlossen ist, so wird der Unterdruck V_c aufgrund der Abnahme der relativen Einschaltdauer t/T erhöht, so daß die öffnungsquerschnilte der Stellglieder AC, und ACi kleiner werden, während der Öffnungsquerschnitt des Stellglieds AC₂ größer wird. Infolgedessen ist das vom O₂-Fühler 4 nunmehr erzeugte Signal ein Signal FETT, das ein fettes Gemisch bezeichnet. Wenn dagegen der O₂-Fühler 4 das Signal FETT erzeugt, werden die Öffnungsquerschnitte der Stellglieder AQ und AC-i verkleinert und gleichzeitig der Öffnungsquerschnitt des Stellgliedes AC₂ vergrößert, so daß das Mischungsverhältnis A/Fdwch das Ausgangssignal des 02-Fühlers 4 gegen MAGER verschoben wird. Auf diese Weise wird die normale Rückführungsregelung auf der Grundlage des Erfassungssignals des O₂-Fühlers 4 durchgeführt. Das Öffnen des Schalters 21 resultiert nur in der Verschiebung des Unterdrucks vom Pegel Vd = 1 zum Pegel V'd-r, wenn A=I. Die Regelvorgänge werden aus dem Kennliniendiagramm von F i g. 3 bestimmt. Das Ventil des Stellgliedes Ad ist zu diesem Zeitpunkt im wesentlichen vollständig geschlossen. Die Bereiche, innerhalb deren der Unterdruck sich ändert, sind durch 4V(wenn der Schalter 21 geschlossen ist) und Δ V (wenn der Schalter 21 geöffnet ist) in Fig.3 bezeichnet. Die Werte von Δ V und Δ V definieren den Bereich, in dem sich die Ausgangsspannung des Verstärkers 34 ändern daK Hierzu ist auf die F i g. 9(B) und 9(C) Bezug zu nehmen.

Im Niedrigdrehzahlbereich, in dem der Schalter 21 geschlossen ist, werden die Öffnungsquerschnitte der Stellglieder AC\ und AC₂ weiter vergrößert als bei geöffnetem Schalter 21. was bedeutet, daß die Leerlauf-Belüftun^'sdüse sich im Zustand MAGER befindet und die dem Reaktor 3 zugeführte Nebenluftmenge erhöht wird. Infolgedessen könnte es scheinen, daß in dem Bereich unterhalb des Punkts A in F i g. 3 die Zufuhr eines angereicherten Gemischs nicht durchführbar ist. Die Zufuhr eines angereicherten Gemischs zum Motor ist jedoch auch im Niedrigdrehzahlbereich nach F i g. 4 dadurch möglich, daß der Vergaser so eingestellt

wird, daß der Öffnungsbereich SAC, des Stellglieds AC\ ein erwünschtes Mischungsverhältnis (z. B. A = 0,8) bei einem Unterdruck Vd - ι ergibt. Unter diesen Bedingungen bei abgeschaltetem Schalter 21 kann es scheinen, daß der Öffnungsquerschnitt des Stellglieds AC, verkleinert wird, um das Mischungsverhältnis zu vermindern, so daß somit das Gemisch im Gegensatz zu der erwünschten Auswirkung angereichert wird. Tatsächlich spielt jedoch das Hauptkraftstoffsystem (AC₂) eine Hauptrolle im Hochdrehzahlbereich, in dem der Schalter 21 geöffnet ist. Infolgedessen hat ein geringes Anreichern des Gemischs im Leerlauf-Kraftstoffsystem keinen merklichen Einfluß auf das gesamte dem Motor zugeführte Gemisch, so daß das erwünschte Mischungsverhältnis (A = I) aufrechterhalten werden kann. Dies

gilt unter der Voraussetzung, daß das Haupt-Kraftstoffsystem so ausgelegt ist. daß der Querschnittsbereich SAC₂ des Stellglieds AC₂ bei dem Unterdruck V'cj _ ι das erwünschte Mischungsverhältnis (ζ. Β. A = 1) im Hochdrehzahlbereich ergibt.

Aufgrund des vorstehend erläuterten Regelbetriebs ist die Zusammensetzung des mit dem O₂-Fühler 4 kontaktierten Abgases so einstellbar, daß sie sich unabhängig von der Saugluftmenge der Brennkraftmaschine im wesentlichen nicht ändert. Zu dieser Zeit ist die Zusammensetzung des Abgases so einstellbar, daß A = 1 ist. Das vom Vergaser 2 zugeführte Gemisch ist im Niedrigdrehzahlbereich, in dem die Saugluftmenge gering ist, im angereicherten Zustand FETT, während das normale Mischungsverhältnis im Hochdrehzahlbe-

reich über dem Punkt A (Fig.4) aufrechterhalten wird, so daß der Brennkr,- -maschinenbetrieb über den gesamten Drehzahlbereich in einem erwünschten Betriebszustand gehalten werden kann. Im Hochdrehzahlbereich erfolgt keine Nebenluftzufuhr. Nahe dem

Punkt A arbeiten sowohl das Leerlauf-Kraftstoffsystem als auch das Haupt-Kraftstoff system mit entsprechenden zeitlichen Verzögerungen.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1, Mischungsverhältnis-Regeleinrichtung für eine Brennkraftmaschine, umfassend

— einen Vergaser mit einem Niedrigdrehzahl- und einem Haupt-Kraftstoffsystem, zum Einstellen des Mischungsverhältnisses eines der Brennkraftmaschine zugeführten Kraftstoff-Luft-Gemischs;

— einen thermischen Reaktor, in dem Abgas aus der Brennkraftmaschine mit dem Reaktor zugeführter Nebenluft umgesetzt wird;

— ein Dreiwege-Katalysatorrohr, das mit dem thermischen Reaktor verbunden ist;

— einen Abgaszusammensetzungs-Fühler, der zwischen dem thermischen Reaktor und dem Dreiwege-Katalysatorrohr angeordnet ist,

und

— eine S'-P'ierschaltung, die aufgrund des Aus-

des Fühlers ein Steuersignal