DE3204969A1

DE3204969A1 - FUEL FUEL DEVICE IN COMBINATION WITH A DEVICE FOR REGULATING THE FUEL AIR RATIO

Info

Publication number: DE3204969A1
Application number: DE19823204969
Authority: DE
Inventors: Kenneth R. Westfield N.J. Burns; Jack J. Perth Amboy N.J. Early
Original assignee: Engelhard Corp
Current assignee: BASF Catalysts LLC
Priority date: 1981-02-13
Filing date: 1982-02-12
Publication date: 1982-08-19
Also published as: CA1183238A; BR8200773A; SE8200867L; GB2093228A; JPS57151042A

Description

Kraftstoffbrennvorrichtung in Kombination mit einer Vorrichtung zum Regeln des KraftstoffluftverhältnissesFuel combustion device in combination with a device for regulating the fuel-air ratio

Description

Die Erfindunq betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Regeln des Kraftstoffluftverhältnisses eines einer Verbrennungsvorrichtung zugeführten verbrennbaren Gemisches. Das erfindungsgemäße Verfahren und die er-The invention relates to a device and a method for regulating the fuel-air ratio of a a combustible mixture fed to a combustion device. The method according to the invention and the

• 5 findungsgemäße Vorrichtung sind im breitesten Sinne für derartige Zwecke anwendbar und eignen sich insbesondere zum Regeln oder Einstellen des Kraftstoffluftverhältnisses eines verbrennbaren Gemisches, das einer Brennkraftmaschine oder einem katalytischen Brenner zugeführt wird. 10• 5 inventive device are in the broadest sense for Such purposes can be used and are particularly suitable for regulating or adjusting the fuel-air ratio a combustible mixture that is fed to an internal combustion engine or a catalytic burner. 10

Es sind eine Vielzahl von Methoden zum Regeln des Kraftstoff luftverhältnisses, insbesondere zum Regeln des Kraftstoffluftverhältnisses eines einer Brennkraftmaschine zuoeführten verbrennbaren Gemisches bekannt. Der Zweck der Regelung des Kraftstoff luftverhältnisses besteht oftmals darin, die Arbeit einer katalytischen Abgasreinigungseinrichtung zu verstärken, während gleichzeitig die Leistung und der Wirkungsgrad der Maschine auf annehmbaren Werten gehalten werden. In der US PS 4 202 301 ist eine Vorrichtung zum Regeln des Kraftstoffluftverhältnisses beschrieben, die teilweise auf eine Steuerschaltung ansprechend arbeitet, die ihrerseits auf das Ausgangssignal eines Sauerstoff sensors anspricht, der in der Abgasleitung der Maschine angebracht ist. Diese Anordnung ist allgemein bekannt und wird oftmals als eine mit geschlossener Schleife arbeitende Anordnung bezeichnet, bei der der Vergaser oder eine andere Kraftstoff und Luft bemessende Einrichtung über eine Steuereinrichtung geregelt wird, die als Eingangs signal ein Signal empfängt, das dem vom Sensor wahrgenomme-There are a variety of methods for regulating the air fuel ratio, in particular for regulating the air fuel ratio one fed to an internal combustion engine combustible mixture known. The purpose of regulating the fuel air ratio is often to the work of a catalytic exhaust gas purification device to amplify, while at the same time keeping the performance and the efficiency of the machine at acceptable levels will. In US PS 4 202 301 a device for regulating the fuel-air ratio is described, which operates in part in response to a control circuit which in turn operates on the output of an oxygen sensors, which is attached in the exhaust pipe of the machine. This arrangement is well known and is often referred to as a closed loop arrangement in which the carburetor or another fuel and air metering device is regulated via a control device, which receives a signal as an input signal that is perceived by the sensor

nen Gehalt an Sauerstoff im Maschinenabgas entspricht.corresponding to the content of oxygen in the engine exhaust gas.

Aus der US PS 4 019 474 ist eine Vorrichtung zu entnehmen, die einen Detektor umfaßt, der die Dichte eines Bestandteils, beispielsweise des Sauerstoffs in den Abgasen einer Brennkraftmaschine aufnimmt, um das Kraftstoffluftverhältnis zu regeln. Die Regelung basiert auf dem aufgenommenen Wert des Bestandteiles derart, daß das Kraftstoffluftverhältnis dem theoretisch richtigen Kraftstoffluftverhältlis, d.h. dem stöchiometrischen Verhältnis, nahekommt. A device can be found in US Pat. No. 4,019,474, which comprises a detector which measures the density of a constituent, for example oxygen, in the exhaust gases an internal combustion engine receives to the fuel air ratio to regulate. The regulation is based on the recorded value of the constituent in such a way that the fuel-air ratio comes close to the theoretically correct fuel-air ratio, i.e. the stoichiometric ratio.

In der US PS 3 986 352 wird eine Kraftstoffregelung für eine Maschine mit einem katalytischen Wandler beschrieben, wobei die Maschine normalerweise mit geschlossener Regelschleife mit einem Rückführungssignal von einem Kraftstoffluftverhältnissensor im Maschinenabgas betrieben wird. Wie es in dieser Druckschrift dargestellt ist, erzeugt ein Abgassensor eine Ausgangsspannung, die auf Zusammensetzungsänderungen ansprechend ein großes Maß an Änderung zeigt, wenn in der Nähe des stöchiometrischen Kraftstoffluftverhältnisses gearbeitet wird. Das vom Sensor erzeugte Signal geht durch eine Steuereinheit und beeinflußt schließlich die das Kraftstoffluftverhältnis steuernde Einrichtung eines Vergasers. Ein mit relativ geringen Kosten verbundener und käuflich erhältlicher Zirkonerde-Sauerstoffsensor zeigt diese Kennlinie mit einer großen Änderung in der Spannung des Ausgangssignals mit einer Änderung des Kraftstoffluftverhältnisses in der Nähe des stöchiometrischen Kraftstoffluftverhältnisses. Seine Empfindlichkeit auf eine Änderung im Kraftstoffluftverhältnis nimmt jedoch schnell ab, wenn das Kraftstoffluftverhältnis vom stöchiometrischen Wert weg entweder zur armen oder.zur reichen Seite wandert. Wenn es daher wünschenswert ist, in einem erheblichen Abstand vom stöchiometrischen Wert auf der reichen oder armen Seite zu arbeiten, ist es nicht möglich, mit einem Zirkonerde-In US PS 3,986,352 a fuel control for described a machine with a catalytic converter, the machine normally with closed loop control with a feedback signal from an air-fuel ratio sensor is operated in the engine exhaust. As shown in this document, an exhaust gas sensor generates an output voltage showing a large amount of change in response to compositional changes, when near stoichiometric air-fuel ratio is being worked on. The signal generated by the sensor goes through a control unit and ultimately influences the device of a carburetor controlling the fuel-air ratio. One with a relatively low cost and commercially available zirconia oxygen sensor shows this characteristic with a large change in the voltage of the output signal with a change in the air-fuel ratio near the stoichiometric air-fuel ratio. However, its sensitivity to a change in the air-fuel ratio quickly decreases when the fuel air ratio moves away from the stoichiometric value either to the poor or to the rich side. if it is therefore desirable to be at a considerable distance from the stoichiometric value on the rich or poor side it is not possible to work with a zirconia

Sauerstoffsensor das Kraftstoffluftverhältnis auf einen gewählten Wert zu regeln, der sich erheblich vom stöchiometrischen Wert unterscheidet.Oxygen sensor adjusts the fuel air ratio to one to regulate the selected value, which differs significantly from the stoichiometric Value differs.

Diese Sauerstoffsensoren oder Sensoren für andere Gasbestandteile eigene Beschränkung stellt kein Problem bei herkömmlichen Brennkraftmaschinen, beispielsweise bei Kraftfahrzeugmotoren dar, die mit sogenannten Dreiwegeumwandlungskatalysatoren ausgerüstet sind, die dazu dienen, das Abgas zu reinigen. Dreiwegeumwandlungskatalysatoren dieser Art sind in der US PS 4 157 316 beschrieben und dienen im typischen Fall dazu, die Abgase zu behandeln, indem im wesentlichen gleichzeitig Kohlenmonoxid und nicht verbrannte Kohlenwasserstoffe oxidiert und Stickstoffoxide zu Stickstoff·reduziert werden. Damit diese Katalysatoren am wirkungsvollsten arbeiten, sollte die Maschine bei stöchiometrischen Kraftstoffluftverhältnissen oder sehr nahe an diesen Verhältnissen betrieben werden. Ein herkömmlicher Zirkonerde-Sensor oder ein anderer Sensor ist somit verwendbar, da er für Änderungen in einem Kraftstoffluftverhältnis bereich um die stöchiometrischen Verhältnisse herum empfind lieh ist. Das vom Sensor erzeugte Bezugssignal kann daher dazu verwandt werden, Einstellungen an der Kraftstoffluftverhältnissteuerung des Vergasers oder der Kraftstoffeinspritzvorrichtung vorzunehmen, um den Betrieb bei stöchiometrischen Verhältnissen oder sehr nahe an diesen Verhältnissen zu halten.These oxygen sensors or sensors for other gas components own limitation poses no problem with conventional ones Internal combustion engines, for example in motor vehicle engines, are those with so-called three-way conversion catalysts are equipped, which serve to clean the exhaust gas. Three way conversion catalysts of these Art are described in US PS 4,157,316 and are used in typically to treat the exhaust gases by essentially carbon monoxide and non-combusting at the same time Hydrocarbons are oxidized and nitrogen oxides too Nitrogen · be reduced. So that these catalysts on work most effectively, the machine should operate at or very close to stoichiometric air-fuel ratios operated under these conditions. A conventional zirconia sensor or another sensor can thus be used since he is responsible for changes in an air-fuel ratio range around the stoichiometric ratios around is sensitive borrowed. The reference signal generated by the sensor can therefore used to do this are settings on the air-fuel ratio control the carburetor or the fuel injector undertake to operate at stoichiometric ratios or very close to these ratios to keep.

Bei bestimmten Anwendungszwecken ist es jedoch wünschenswert, entweder auf der reichen oder auf der armen Seite des stöchiometrischen Verhältnisses mit einem Kraftstoffluftverhältnis zu arbeiten, das außerhalb des Empfindlichkeitsbereiches oder des Ansprechbereiches der verfügbaren Sauerstoffsensoren oder der verfügbaren Sensoren für andereFor certain applications, however, it is desirable either on the rich or on the poor side of the stoichiometric ratio with an air-fuel ratio to work that is outside the sensitivity or response range of the available Oxygen sensors or the sensors available for others

Gasbestandteile liegt. Es kann beispielsweise angenommen werden, daß die Wirtschaftlichkeit des Kraftstoffverbrauches bei armen Kraftstoffluftverhältnissen,allgemein um etwa 1 bis 3 ärmeren Kraftstoffluftverhältnissen als dem stöchiometrischen Wert erhöht oder maximiert werden kann. Eine Arbeit in diesem Bereich schließt jedoch die Verwendung eines Systems mit geschlossener Regelschleife unter Verwendung eines Abgassensors aus, der nur in einem beqrenzten Bereich um den stöchiometrischen Wert herum empfindlich ist. Bei bestimmten anderen Anwendungszwecken ist es wünschenswert, auf der reichen Seite des stöchiometrischen Wertes außerhalb des Ansprechbereiches herkömmlicher Sensoren zu arbeiten. Mit Erdgas als Kraftstoff betriebene Brennkraftmaschinen von einem Typ wie er beispielsweise in Pipelines oder auf ölfeidern verwandt wird, erfordern die Aufrechterhaltung eines reichen Kraftstoffluftverhältnisses, das außerhalb des begrenzten Bereiches der mit vertretbaren Kosten verbundenen und zur Verfügung stehenden Sensoren liegt.Gas components lies. It can be assumed, for example, that the economy of fuel consumption in poor fuel air conditions, generally around about 1 to 3 poorer air-fuel ratios than the stoichiometric value can be increased or maximized. However, work in this area includes the use of a closed loop system Use of an exhaust gas sensor that is only sensitive in a limited range around the stoichiometric value is. For certain other purposes it is desirable on the rich side of the stoichiometric value outside the response range of conventional sensors to work. Internal combustion engines operated with natural gas as fuel of a type such as this, for example used in pipelines or on oil fields maintaining a rich air-fuel ratio that is outside the limited range of acceptable fuel levels Cost associated and available sensors lies.

Obwohl es Einrichtungen gibt, die die Konzentrationswerte eines Abgasbestandteiles bestimmen, die aus Kraftstoffluftverhältnissen resultieren, die außerhalb des Ansprechbereiches herkömmlicher Sensoren liegen, sind derartige Ausrüstungen oder Einrichtungen mit hohen Kosten verbunden, kompliziert und/oder empfindlich verglichen mit Sensoren des oben beschriebenen Typs, so daß sie sich bei Anwendungen bei den meisten Brennkraftmaschinen oder katalytischen Brennern nicht eignen. Unabhängig von der Verwendung bei einem Kraftfahrzeug oder bei einer ortsfesten Anlage, beispielsweise bei einer ortsfesten Brennkraftmaschine oder einem katalytischen Brenner wäre es wünschenswert, einen mit geringeren Kosten verbundenen und relativ unempfindlichen Sensor statt der komplizierteren,empfindlicheren und/Although there are devices that determine the concentration values of an exhaust gas component from fuel-air conditions Such equipment is the result that is outside the response range of conventional sensors or devices costly, complicated and / or sensitive compared to sensors of the type described above, so that they are useful in most internal combustion or catalytic applications Not suitable for burners. Regardless of the use in a motor vehicle or in a stationary system, for example in the case of a stationary internal combustion engine or a catalytic burner, it would be desirable to have one with lower cost and relatively insensitive sensor instead of the more complicated, more sensitive and /

oder mit höheren Kosten verbundenen Sensoren oder analytischen Einrichtungen verwenden zu können.or to use sensors or analytical equipment associated with higher costs.

Ziel der Erfindung sind daher ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Regeln des Kraftstoffluftverhältnisses auf einen gewählten Wert oder auf gewählte Werte, die außerhalb des Ansprechbereiches eines herkömmlichen Sauerstoffsensors oder eines Sensors für einen anderen Gasbestandteil liegen können, jedoch nicht notwendigerweise müssen, wobei dennoch ein derartiger Sensor als Abgassensoreinrichtung verwandt wird.The aim of the invention is therefore a method and a device for regulating the fuel-air ratio a selected value or to selected values that are outside the response range of a conventional oxygen sensor or a sensor for another gas component may, but not necessarily have to be, such a sensor is nevertheless used as an exhaust gas sensor device.

Ein weiteres Ziel der Erfindung sind ein Verfahren und eine Vorrichtung, die einen Sensor für einen Abgasbestandteil zum Steuern des Kraftstoffluftverhältnisses eines einer Verbrennungseinrichtung, beispielsweise einer Brennkraftmaschine oder einem katalytischen Brenner zugeführten Gemisches, verwenden, ohne daß ein schnelles Schwingen zwischen einem Betrieb mit reichem und armen Gemisch notwendig ist.Another object of the invention is a method and apparatus that includes a sensor for an exhaust gas component for controlling the fuel-air ratio of a combustion device, for example a mixture fed to an internal combustion engine or a catalytic burner, without the need for rapid oscillation between a rich and poor mixture operation.

Ziel der Erfindung ist es weiterhin, das von einem herkömmlichen Sauerstoffsensor oder von einem Sensor für einen anderen Gasbestandteil erzeugte Signal dazu zu verwenden, eine Verbrennungseinrichtung, beispielsweise eine Erdgasbrennkraftmaschine, auf einem Kraftstoffluftverhältnis zu regeln, das vom stöchiometrischen Verhältnis versetzt ist, beispielsweise reicher als das stöchiometrische Verhältnis ist, während Abwanderungen des Kraftstoffluftverhältnisses zur falschen Seite, beispielsweise zur armen Seite vom stöchiometrischen Verhältnis auf ein Minimum herabgesetzt oder im wesentlichen ausgeschlossen werden.The aim of the invention is furthermore that of a conventional oxygen sensor or of a sensor for another Gas component generated signal to use a combustion device, for example a natural gas internal combustion engine, on a fuel air ratio too rule that is offset from the stoichiometric ratio, for example richer than the stoichiometric ratio is while the fuel air ratio migrates to the wrong side, for example to the poor side of the stoichiometric ratio can be reduced to a minimum or essentially eliminated.

Ziel der Erfindung ist auch eine Regelvorrichtung, die mit offenem Wirkungskreis für einen Anteil der Arbeitszeit, d.h. ohne fortlaufende Nachstellung des Kraftstoffluftverhältnisses, arbeitet.The aim of the invention is also a control device which, with an open range of action, for a portion of the working time, i.e. without continuous readjustment of the fuel-air ratio, is working.

Dazu wird erfindungsgemäß eine Kraftstoffbrennvorrichtung in Kombination mit einer Vorrichtung zum Regeln des Kraftstoffluftverhaltnisses geschaffen, wobei die Kraftstoffbrennvorrichtung eine einstellbare Kraftstoff und Luft proportionierende Einrichtung, eine Verbrennungskammer und eine Abgasleitung aufweist, die in Reihe und in Strömungsverbindung miteinander verbunden sind, wobei ein wahlweise proportioniertes Kraftstoffluftgemisch von der Kraftstoff und Luft proportionierenden Einrichtung zur Verbrennung in die Verbrennungskammer eingeführt werden kann und die Abgase von der Verbrennungskammer durch die Abgasleitung abgezogen werden können. Die Vorrichtung zum Regeln, des Kraftstoffluftverhaltnisses umfaßt eine Sensoreinrichtung, die sich in der Abgasleitung befindet und einen begrenzten Bereich des Ansprechens auf die Höhe des Anteils eines gasförmigen Bestandteils im Abgas aufweist, um ein dieser Höhe entsprechendes Bezugssignal zu erzeugen. Eine Rücksetzeinrichtung steht in Arbeitsverbindung mit der Kraftstoff und Luft proportionierenden Einrichtung, um periodisch das Kraftstoffluftverhältnis auf einen ersten Wert einzustellen, der so gewählt ist, daß sich eine Höhe des Anteils des Bestandteils im Abgas ergibt, die im Ansprechbereich des Sensors liegt, um dadurch periodisch ein von der Sensoreinrichtung erzeugtes Bezugssignal auszulösen.According to the invention, a fuel combustion device is used for this purpose in combination with a device for regulating the fuel air ratio created, wherein the Fuel burning device an adjustable fuel and air proportioning device, a combustion chamber and an exhaust line connected in series and in flow communication with one another, wherein a selectively proportioned fuel-air mixture from the fuel and air proportioning device for combustion can be introduced into the combustion chamber and the exhaust gases from the combustion chamber through the exhaust pipe can be pulled off. The device for regulating the fuel air ratio comprises one Sensor device located in the exhaust pipe and having a limited range of response to the altitude of the proportion of a gaseous component in the exhaust gas to a reference signal corresponding to this level to create. A reset device is in working communication with the fuel and air proportioning device, to periodically increase the air-fuel ratio to set a first value which is selected so that the level of the proportion of the component in the exhaust gas results, which is in the response range of the sensor, thereby periodically generating a reference signal generated by the sensor device trigger.

Eine Stelleinrichtung steht in Arbeitsverbindung mit der Kraftstoff und Luft proportionierenden Einrichtung und spricht auf das Bezugssignal an, um das Kraftstoffluftverhältnis auf einen zweiten Wert einzustellen, der um einen gewählten Betrag vom ersten Wert abweicht und zu einer Höhe des Anteils des Bestandteils im Abgas führen kann, jedoch nicht muß, der außerhalb des Ansprechbereiches liegt, wobei das "Kraftstoffluftverhältnis periodisch auf den zweiten Wert eingestellt wird. Die Stelleinrichtung kann soAn adjusting device is in working connection with the fuel and air proportioning device and is responsive to the reference signal to adjust the fuel air ratio to a second value that is around one The selected amount differs from the first value and can lead to the proportion of the component in the exhaust gas, but does not have to, which is outside the response range, the "air-fuel ratio" periodically increasing to the second Value is set. The adjusting device can so

<- " 3204968<- "3204968

ausgebildet sein, daß sie das Kraftstoffluftverhältnis entweder auf der reichen oder der armen Seite vom stöchiometrischen Verhältnis einstellt.be designed to control the air-fuel ratio either on the rich or the poor side of the stoichiometric Relationship sets.

Gemäß der Erfindung kann die Sensoreinrichtung eine Sauerstoff sensoreinrichtüng, beispielsweise ein Zirkonerde-Sensor sein, der auf einen Bereich des Sauerstoffanteils im Abgas anspricht, der einem Betrieb um das stöchiometrische Kraftstoffluftverhältnis herum entspricht, wobei die Stelleinrichtung einstellbar sein kann, um die Wahl des Betrages der Abweichung vom ersten gewählten Wert zu ermöglichen, mit der die Kraftstoff und Luft bemessende Einrichtung durch die Stelleinrichtung beaufschlag wird.According to the invention, the sensor device can be an oxygen sensor device, for example a zirconia sensor be that on a range of oxygen content responds in the exhaust gas corresponding to operation around the stoichiometric air-fuel ratio, the Adjustment device can be adjustable in order to allow the choice of the amount of deviation from the first selected value, with which the fuel and air measuring device is acted upon by the actuating device.

Gemäß der Erfindung kann weiterhin die Kraftstoffbremsvorrichtung einen katalytischen Brenner oder eine Brennkraftmaschine umfassen, wobei im^;'zuletzt genannten Fall ein Katalysator zum Reinigen des Abgases in der Abgasleitung stromabwärts von der Sensoreinrichtung angeordnet sein kannAccording to the invention, the fuel braking device can further comprise a catalytic burner or an internal combustion engine, wherein im ^; 'In the last-mentioned case, a catalytic converter for cleaning the exhaust gas can be arranged in the exhaust line downstream of the sensor device

Weiterhin wird durch die Erfindung ein Verfahren zum Regeln des Kraftstoffluftverhältnisses für eine Kraftstoffbrennvorrichtung unter Verwendung der wahrgenommenen Höhe des Anteils eines Bestandteils im Abgas geschaffen,das es erlaubt das Verhältnis auf Werten zu halten, die zu Anteilen des Bestandteiles im Abgas außerhalb des Ansprechbereiches der zur Wahrnehmung des Anteils des Bestandteiles verwandten Sensoreinrichtung führen, wobei die Verbrennungseinrichtung eine einstellbare Kraftstoff und Luft propor- tionierende Einrichtung, eine Verbrennungskammer und eine Abgasleitung aufweist, die in Reihe und in Strömungsverbindung miteinander verbunden sind, und ein wahlweise proportioniertes Kraftstoffluftgemisch von der Kraftstoff und Luft proportionierenden Einrichtung in die Verbrennungskammer zur Verbrennung darin eingeführt werden kann, während die Abgase von der Verbrennungskammer über die Abgas-The invention also provides a method for regulating the fuel-air ratio for a fuel combustion device created using the perceived level of the proportion of a constituent in the exhaust gas that allows it to keep the ratio at values that correspond to the proportions of the constituent in the exhaust gas outside the response range the sensor device used to perceive the proportion of the component, the combustion device having an adjustable fuel and air propor- tioning device, a combustion chamber and an exhaust line which are in series and in flow communication are interconnected, and an optionally proportioned fuel-air mixture of the fuel and Air proportioning device can be introduced into the combustion chamber for combustion therein while the exhaust gases from the combustion chamber via the exhaust gas

leitung abgezogen werden können. Das erfindungsgemäße Verfahren umfaßt die folgenden Verfahrensschritte. Das Kraftstoffluftverhältnis wird periodisch auf einen ersten Wert eingestellt, der so gewählt ist, daß sich eine Höhe des Anteils des Bestandteils im Abgas ergibt, die im Ansprechbereich des Sensors liegt, um dadurch periodisch ein vom Sensor erzeugtes Ansprechbereichbezugssignal auszulösen. Das Kraftstoffluftverhältnis wird auf das Bezugssignal ansprechend in eine Richtung entgegen der, die zum Erzielen des ersten Wertes verwandt wurde, und um einen Betrag zur Erzielung eines zweiten Wertes des Kraftstoffluftverhältnisses verstellt, der vom ersten Wert um einen gewählten Betrag abweicht und der zu einer Höhe des Anteils des Bestandteiles im Abgas führt, die außerhalb des Sensoransprechbereiches liegt. Das hat zur Folge, daß das Kraftstoffluftverhältnis periodisch auf das periodische Auslösen des Bezugssignals ansprechend auf den zweiten Wert eingestellt wird.line can be withdrawn. The inventive Process comprises the following process steps. The fuel air ratio is periodically to a first Set value which is chosen so that there is a level of the proportion of the constituent in the exhaust gas that is in the response range of the sensor, thereby periodically generating a response range reference signal generated by the sensor trigger. The fuel air ratio is responsive to the reference signal in a direction opposite to that which was used to achieve the first value and an amount used to achieve a second value of the Adjusted the fuel air ratio, which deviates from the first value by a selected amount and to a The amount of the component in the exhaust gas that lies outside the sensor response range. That has to As a result, the air-fuel ratio is periodically responsive to the periodic triggering of the reference signal is set to the second value.

Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird das Kraft stoffluftverhältnis in die arme Richtung zum Erreichen des ersten Wertes und in die reiche Richtung zum Erreichen des zweiten Wertes verstellt, während bei einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung das Kraftstoffluftverhältnis in die reiche Richtung zum Erreichen des ersten Wertes und in die arme Richtung zum Erreichen des zweiten Wertes verstellt wird.In one embodiment of the invention this becomes force air-to-air ratio in the poor direction to achieve the first value and adjusted in the rich direction to reach the second value, while in another embodiment of the invention, the air-fuel ratio in the rich direction to reach the first value and is adjusted in the poor direction to reach the second value.

. Im folgenden werden anhand der zugehörigen Zeichnung bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschrie ben:. In the following, preferred exemplary embodiments of the invention are described in more detail with reference to the accompanying drawings ben:

Figur 1 zeigt eine graphische Darstellung, bei der auf der vertikalen Achse das Ausgangssignal des im Abgas von einer Verbrennungskammer angeordnetenFIG. 1 shows a graphic representation in which the output signal of the im Exhaust gas from a combustion chamber arranged

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Sauerstoffsensors in Millivolt gegenüber dem später definierten spezifischen Kraftstoffluftverhältnis des verbrennbaren Gemisches aufgetragen ist, das der Kammer zugeführt wird.Oxygen sensor in millivolts compared to the specific fuel-air ratio defined later of the combustible mixture supplied to the chamber.

Figur 2 zeigt eine graphische Darstellung, in der auf derFigure 2 shows a graphic representation in which on the

vertikalen Achse das spezifische Kraftstoffluftverhältnis des verbrennbaren Gemisches, das einer Verbrennungskammer zugeführt wird/ gegenüber der Zeit aufgetragen 1st, um die Arbeitsweise einer -Q bekannten Regelvorrichtung darzustellen.vertical axis shows the specific fuel air ratio of the combustible mixture fed to a combustion chamber / opposite the Time is plotted to illustrate the operation of a -Q known control device.

Figur 3 zeigt das schematische elektrische und mechanische Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels der Erfindung mit einer Brennkraftmaschine, die mit einer Vorrichtung zum Regeln des Kraftstoffluftverhältnisses ausgerüstet ist und einen KataFIG. 3 shows the schematic electrical and mechanical block diagram of an exemplary embodiment of the invention with an internal combustion engine with a device for regulating the fuel-air ratio equipped and a kata

lysator zum Behandeln des Abgases von der Maschine verwendet.lysator used to treat the exhaust from the engine.

Figur 4 zeigt das schematische elektrische und mechanische Blockschaltbild des elektrischen Schaltungsteils des in Figur 3 dargestellten AusführungsFIG. 4 shows the schematic electrical and mechanical block diagram of the electrical circuit part of the embodiment shown in Figure 3

beispiels mehr im einzelnen.for example more in detail.

Figur 5 zeigt das schematische elektrische Schaltbild eines Ausführungsbeispiels der elektronischen Schaltung, die gemäß der Erfindung verwendbar ist.Figure 5 shows the schematic electrical circuit diagram of an embodiment of the electronic Circuit that can be used in accordance with the invention.

Figur 6 zeigt eine graphische Darstellung, in der auf der vertikalen Achse das spezifische Kraftstoffluftverhältnis eines verbrennbaren Gemisches, das einer Verbrennungskammer zugeführt wird, gegenüber der Zeit aufgetragen ist, um die ArbeitsFIG. 6 shows a graph in which the specific fuel air ratio is on the vertical axis of a combustible mixture that is fed to a combustion chamber the time is plotted to the labor

weise eines Ausführungsbeispielsweise der erfindungsgemäßen Regelvorrichtung darzustellen.way to represent an embodiment of the control device according to the invention.

Wie es bereits angegeben wurde, besteht ein Ziel der Erfindung darin, die Regelung des KraftstoffluftverhältnissesAs stated earlier, it is an object of the invention to provide control over the air fuel ratio

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- ys - - ys -

auf eine gewählte Einstellung außerhalb des Bereiches des Ansprechvermögens eines bekannten Sauerstoffsensors oder Sensors für einen anderen Gasbestandteil zu ermöglichen. Der Ansprechbereich¹, eines derartigen Sensors ist durch die graphische Darstellung von Figur 1 gezeigt, in der auf der vertikalen Achse das Ausgangssignal in Millivolt aufgetragen ist, das von einem herkömmlichen Zirkonerde-Sauerstoffsensor erzeugt wird, der sich im unbehandelten Abgas von einer Brennkraftmaschine befindet.to allow a selected setting outside the range of the response of a known oxygen sensor or sensor for another gas component. The response range ¹ of such a sensor is shown by the graph of Figure 1, in which the output signal in millivolts is plotted on the vertical axis, which is generated by a conventional zirconia oxygen sensor located in the untreated exhaust gas from an internal combustion engine.

Auf der horizontalen Achse ist das Verhältnis des tatsächlichen Kraftstoffluftverhältnisses zum stöchiometrischen Kraftstoffluftverhältnis aufgetragen, das im folgenden als spezifisches Kraftstoffluftverhältnis L bezeichnet wird. Die Bezugnahme auf das spezifische Verhältnis ist gebräuchlich, da diese Bezugnahme zweckmäßig ist, um Verwirrungen oder Verwechslungen bei der Durchführung der Vergleiche zwischen verschiedenen Arbeitsweisen zu vermeiden. Ein Kraftstoffluftverhältnis von 14,65 (Gewicht der Luft zum Gewicht des Kraftstoffes) ist das stöchiometrische Verhältnis, das der Verbrennung eines Kohlenwasserstoffkraftstoffes der mittleren Formel CH_{1 Qö} entspricht. Kraft-The ratio of the actual air-fuel ratio to the stoichiometric air-fuel ratio, which is referred to below as the specific air-fuel ratio L, is plotted on the horizontal axis. The reference to the specific ratio is common because it is useful to avoid confusion or confusion when making comparisons between different ways of working. An air-fuel ratio of 14.65 (weight of air to weight of fuel) is the stoichiometric ratio that corresponds to _{the combustion of a hydrocarbon fuel with the mean formula CH 1 Qö.} Force-

Ί , ooΊ, oo

stoffe mit verschiedenen Kohlenstoff-Wasserstoffverhältnissen benötigen verschiedene Kraftstoffluftverhaltnisse, um ein stöchiometrisches Gemisch zu erzeugen. Mit L wird daher die Beziehung eines bestimmten oder tatsächlichen Kraftstoffluftverhältnisses zum stöchiometrischen Verhältnis wiedergegeben. Das tatsächliche Kraftstoffluftverhältnis wird durch das stöchiometrische Kraftstoffluftverhältnis geteilt, so daß L =1 das stöchiometrische Gemisch, L <^ 1 ein an Kraftstoff armes Gemisch und L ^> 1 ein an Kraftstoff reiches Gemisch bezeichnet. Bei einem tatsächlichen Kraftstoffluftverhältnis von 14,5 für einen Kohlenwasserstoff kraftstoff mit CH_{1 88} ist L=14,5:14,65= 0,9898 ein an Kraftstoff reiches Gemisch.substances with different carbon-hydrogen ratios require different fuel-air ratios in order to produce a stoichiometric mixture. L therefore represents the relationship of a specific or actual fuel air ratio to the stoichiometric ratio. The actual air-fuel ratio is divided by the stoichiometric air-fuel ratio, so that L = 1 denotes the stoichiometric mixture, L <^ 1 a fuel-poor mixture and L ^> 1 a fuel-rich mixture. With an actual air-fuel ratio of 14.5 for a hydrocarbon fuel with CH _{1 88} , L = 14.5: 14.65 = 0.9898 is a fuel-rich mixture.

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In Figur 1 ist auf der vertikalen Achse bei L = 1,0 der stöchiometrische Betrieb einer Brennkraftmaschine wiedergegeben, wobei die graphische Darstellung zeigt, daß unter diesen Umständen das Ausgangssignal des Zirkonerde-Sensors im Abgasstrom einen Signalpegel von etwa 400 Millivolt hat. Wie es durch die graphische Darstellung von Figur 1 gezeigt ist, hat die Kurve des Ausgangssignals vom Sensor einen steilen Abfall in einem relativ engen Bereich auf beiden Seiten des stöchiometrischen Kraftstoffluftverhältnisses, der von etwa 900 Millivolt bei L = 0,985 auf etwas weniger als 100 Millivolt bei L = 1,015 geht. Die Form der Kurve variiert etwas mit Änderungen im Maschinenbetrieb. Grundsätzlich kann die Kurve jedoch eine sehr kleine Neigung außerhalb des Bereiches L = 0,985 bis 1,015 haben, so daß es sich von dieser Kurve ohne weiteres ergibt, daß es schwierig oder unmöglich ist, eine zuverlässige Anzeige für Werte von L außerhalb des obigen Bereiches zu erhalten.In Figure 1, on the vertical axis at L = 1.0 is the reproduced stoichiometric operation of an internal combustion engine, the graph showing that under these circumstances the output of the zirconia sensor has a signal level of about 400 millivolts in the exhaust gas flow. As indicated by the graphic representation of figure 1, the curve of the output signal from the sensor has a steep slope in a relatively narrow range on both sides of the stoichiometric air-fuel ratio, which goes from about 900 millivolts at L = 0.985 to a little less than 100 millivolts at L = 1.015. The shape of the curve varies somewhat with changes in machine operation. In principle, however, the curve can be a have a very small slope outside the range L = 0.985 to 1.015, so that it can easily be different from this curve reveals that it is difficult or impossible to obtain a reliable indication of values of L outside the above range to obtain.

Herkömmliche Regelvorrichtungen mit geschlossenem Wirkungskreis sind hauptsächlich für die katalytische Abgasreinigung unter Verwendung eines Dreiwegeumwandlungskatalysators bestimmt, der,wie oben erwähnt, einen Betrieb beim stöchiometrischen Wert für die Wirkungsvollste Reinigung des Abgases benötigt. Das wird dadurch erreicht, daß das Kraftstoff luftverhältnis so beeinflußt wird, daß es schnell um den stöchiometrischen Wert schwingt. Ein derartiger Arbeits Vorgang macht einen genauen und empfindlichen Vergaser oder eine genaue und empfindliche Kraftstoffeinspritzanlage mit einer logischen Steuerschaltung speziell für die Charakteristiken der gegebenen Maschine erforderlich, bei der die Regelvorrichtung angewandt wird. Eine derartige Regelvorrichtung ist daher mit relativ hohen Kosten verbunden. Eine derartige bekannte Arbeitsweise ist schematisch in Figur 2 dargestellt, in der das spezifische Verhältnis LConventional closed loop control devices are primarily used for catalytic exhaust gas purification using a three way conversion catalyst which, as noted above, is determined to operate at stoichiometric Value required for the most effective cleaning of the exhaust gas. This is achieved in that the fuel air ratio is influenced so that it swings quickly around the stoichiometric value. Such a work Operation makes an accurate and sensitive carburetor or an accurate and sensitive fuel injection system with a logic control circuit specifically required for the characteristics of the given machine in which the control device is applied. Such a control device is therefore associated with relatively high costs. Such a known mode of operation is shown schematically in FIG. 2, in which the specific ratio L

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auf der vertikalen Achse gegenüber der Zeit auf der horizontalen Achse aufgetragen ist. Der Wert L= 1,0 auf der horizontalen Achse gibt den stöchiometrischen Betrieb wieder, während der Betrieb oberhalb des Wertes L = 1,0 der arme Bereich und der Betrieb unterhalb L = 1,0 der reiche Bereich ist. Der Bereich des Ansprechvermögens des Sensors ist durch gestrichelte horizontale Linien jeweils bei L = 0,985 und L = 1/015 angegeben. Die bekannte Regelvorrichtung ist darauf eingestellt, ein Signal zu erzeugen, wenn das Kraftstoffluftverhältnis den stöchiometrischen Wert bei L = 1,0 kreuzt. Da der Ansprechbereich so schmal ist, ist es nicht möglich, Verhältnisse in dem sehr schmalen Band zwischen L = 0,985 und 1,015 beizubehalten» Es wird daher versucht, schwingende reiche und arme Verhältnisse längs der Arbeitslinie 0 beizubehalten. Der Dreiwege umwandlungskatalysator kann begrenzte Abwanderungen in den reichen und armen Bereich tolerieren, die sich auf einen annähernd stöchiometrischen Betrieb herausmitteln. Es ist daher wünschenswert, daß die Arbeit im armen Bereich außerhalb eines sehr schmalen Bandes um den stöchiometrischen Wert beispielsweise in dem von a,b,c,a in Figur 2 begrenzten Flächenbereich durch eine sich anschließende Arbeit im reichen Bereich in einem Flächenbereich,der von d,e,f,d begrenzt wird, kompensiert wird. Da der Sensoransprechbereich begrenzt ist, sind die vom Sensor wahrgenommenen Verhältnisse durch die gestrichelte Sensorlinie S wiedergegeben. Dieses Regelsystem arbeitet in der folgenden Weise. Es sei angenommen, daß der Vergaser oder eine andere Kraftstoff und Luft proportionierende Einrichtung sich in ■ die arme Richtung längs der Arbeitslinie 0 bewegt und zum Zeitpunkt t₀ den Wert L = 1,0 kreuzt. An den Punkten P₁, Ρ- und P-. nimmt der Sensor eine Änderung zwischen einem reichen und einem armen Gemisch wahr. Ausgehend vom Zeitpunkt t₁ wird das System eine Änderung des Vergasers oder der anderen Kraftstoff und Luft proportionierenden Einrich-is plotted on the vertical axis versus time on the horizontal axis. The value L = 1.0 on the horizontal axis represents the stoichiometric operation, while the operation above the value L = 1.0 is the poor range and the operation below L = 1.0 is the rich range. The range of the response of the sensor is indicated by dashed horizontal lines at L = 0.985 and L = 1/015. The known control device is set to generate a signal when the fuel air ratio crosses the stoichiometric value at L = 1.0. Since the response range is so narrow, it is not possible to maintain ratios in the very narrow band between L = 0.985 and 1.015. The three way conversion catalyst can tolerate limited migrations into the rich and poor regions, which average out to near stoichiometric operation. It is therefore desirable that the work in the poor area outside a very narrow band around the stoichiometric value, for example in the area bounded by a, b, c, a in FIG d, e, f, d is limited, is compensated. Since the sensor response range is limited, the conditions perceived by the sensor are shown by the dashed sensor line S. This control system works in the following way. It is assumed that the carburetor or some other fuel and air proportioning device moves in the poor direction along the working line 0 and crosses the value L = 1.0 _{at time t 0.} At points P ₁ , Ρ- and P-. the sensor senses a change between a rich and a poor mixture. Starting from time t ₁ , the system will change the carburetor or the other fuel and air proportioning device.

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tung weg von der armen Richtung zur reichen Richtung für ein gewähltes Zeitintervall t, mit einer gewählten Bewegungsgeschwindigkeit oder mit gewählten Bewegungsgeschwindigkeiten auslösen. Zum Zeitpunkt t_ wird die Richtung des Vergasers oder der anderen Kraftstoff und Luft proportionierenden Einrichtung umgekehrt, um sich in die reiche Richtung für ein Zeitintervall t mit einer gewählten Be-Wegungsgeschwindigkeit oder gewählten Bewegungsgeschwindigkeiten zu bewegen. Am Ende des ZeitIntervalls t , d.h.direction away from the poor direction to the rich direction for a chosen time interval t, with a chosen speed of movement or trigger with selected movement speeds. At time t_ the direction becomes of the carburetor or other fuel and air proportioning device is reversed to get into the rich Direction for a time interval t with a selected movement speed or selected movement speeds to move. At the end of the time interval t, i.e.

zum Zeitpunkt t.,, wird der Vergaser oder die andere Einrichtung zu armen Verhältnissen zurückgeführt, um den Arbeitszyklus zu wiederholen.at time t. ,, becomes the carburetor or the other device returned to poor conditions to repeat the work cycle.

Diese Art des Regelzyklus ist in der SAE (Society of Automotive Engineers) Veröffentlichung "Development of the Volvo Lambda-Sond System" von Grüne T. Engh und Stephen Wallman unter der Veröffentlichungs-Nr. 770295 herausgegeben von International Automotive Engineering Congress and Exposition, Cobo Hall, Detroit, 28. Februar bis 4. März 1977, insbesondere Figur 23 dieser Veröffentlichung beschrieben. Bei dieser Art der Regelung kann das Ausmaß der jeweiligen Abwanderungen in den reichen und den armen Bereich durch den Sensor nicht bestimmt werden und können Verhältnisse auftreten, unter denen eine Abwanderung beispielsweise längs des Weges a'b'c' in den reichen Bereich oder längs des Weges d'e'f in den armen Bereich auftreten. Eine Abweichung in den reichen Bereich kann natürlich nicht notwendigerweise durch eine entsprechende Abweichung in den armen Bereich kompensiert werden und extreme Abwanderungen können sehr wohl die Toleranz des Dreiwegeumwandlungskatalysators überschreiten. Das hat zur Folge, daß die schädlichen Bestandteile im Abgas nicht wirksam behandelt werden. Schnei!schwingende Regelsysteme sind nichtsdestoweniger für Dreiwegeumwandlungskatalysatoren bei Maschinen brauchbar, die einen flüssigen Kohlen-This type of control cycle is described in the SAE (Society of Automotive Engineers) publication "Development of the Volvo Lambda-Sond System "by Green T. Engh and Stephen Wallman under Publication No. 770295 issued by the International Automotive Engineering Congress and Exposition, Cobo Hall, Detroit, February 28th to March 4, 1977, in particular Figure 23 of this publication. With this type of regulation that can Extent of the respective migration into the rich and the poor area cannot be determined by the sensor and Conditions can arise in which an emigration, for example, along the path a'b'c 'into the rich Area or along the path d'e'f in the poor area appear. A deviation in the rich range can of course not necessarily be caused by a corresponding one Deviation in the poor area can be compensated for and extreme migration can very well reduce the tolerance of the Exceed three way conversion catalyst. That has to As a result, the harmful components in the exhaust gas are not treated effectively. Snow swinging control systems are nonetheless useful for three-way conversion catalysts in machines using liquid carbon

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wasserstoffkraftstoff,beispielsweise Benzin, verbrennen. Die Erfindung ermöglicht jedoch nicht nur eine bessere Regelung und eine bessere Arbeit bei einem gewählten Kraftstoffluftverhältnis, das erheblich reicher oder armer als das stöchiometrische Verhältnis sein kann, sondern ist auch ohne weiteres bei einer Vorrichtung mit gasförmigem Kraftstoff anwendbar, die nicht die kurze Kraftstoff Strömungsansprechzeit hat, die eine Vorrichtung mit flüssigem Kraftstoff liefert. Wenn die in Figur 2 dargestellte bekannte Regelung bei gasförmigem Kraftstoff verwandt würde, wären größere Abwanderungen längs der Linien a'b'c¹ und d'e'f' der Arbeitslinie 0' die Folge, was von einer wirksamen katalytischen Behandlung wegführt. Im Gegensatz zu den schwingenden Regelungen erlaubt die vorliegende Erfindung gleichfalls wesentliche Zeitspannen des Betriebes mit offenem Wirkungskreis, über die die Regelvorrichtung nicht aktiv das Kraftstoffluftverhältnis einstellt. burn hydrogen fuel such as gasoline. However, the invention not only provides better control and operation at a selected air-fuel ratio, which may be significantly richer or poorer than the stoichiometric ratio, but is also readily applicable to a gaseous fuel device that does not have the short fuel flow response time delivering a device with liquid fuel. If the known regulation shown in FIG. 2 were used with gaseous fuel, larger drifts along the lines a'b'c ¹ and d'e'f 'of the working line 0' would result, which leads away from an effective catalytic treatment. In contrast to the oscillating controls, the present invention also permits substantial periods of time for operation with an open-action circuit, over which the control device does not actively set the fuel-air ratio.

In Figur 3 ist schematisch ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, bei dem eine Brennkraftmaschine 2, die eine mit Erdgas als Kraftstoff arbeitende Brennkraftmaschine vom Typ eines Otto-Motors sein kann, mit Luft und Erd-' gas als Kraftstoff über jeweilige Leitungen 4 und 6 versorgt wird. Ein Kraftstoffsteuerventil 8 befindet sich in der Leitung 6. Die Leitungen 4 und 6 bilden einen Teil eines Vergasers 10, der eine Kraftstoff und Luft proportionierende Einrichtung 12 umfaßt, die ein verbrennbares Kraftstoffluftgemisch mit einem gewählten Kraftstoffluftverhältnis über eine Leitung 14 der Maschine 2 zuführt. Die Maschine weist eine Abgasleitung 16, 16a, 16b auf, durch die die Verbrennungsabgase gehen. Ein Sensor 18 von einem Typ mit einem begrenzten Ansprechbereich, wie er in der graphischen Darstellung von Figur 1 gezeigt ist, ist in der Abgasleitung zwischen den Leitungsteilen 16 und 16a angeordnet.An exemplary embodiment of the invention is shown schematically in FIG shown, in which an internal combustion engine 2, which is an internal combustion engine operating with natural gas as fuel can be of the Otto engine type, supplied with air and natural gas as fuel via respective lines 4 and 6 will. A fuel control valve 8 is located in line 6. Lines 4 and 6 form part of a Carburetor 10, which is a fuel and air proportioning Device 12 comprises a combustible fuel-air mixture with a selected fuel-air ratio feeds the machine 2 via a line 14. The machine has an exhaust pipe 16, 16a, 16b through which the Combustion fumes go. A sensor 18 of a type with a limited response range, as shown in the graphic Representation of Figure 1 is shown, is arranged in the exhaust line between the line parts 16 and 16a.

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Ein Katalysator 19 befindet sich in der Abgasleitung, um die Gase zu reinigen, bevor sie über den Leitungsteil 16b ausgegeben werden. Es kann irgendein geeigneter Katalysator verwandt werden.A catalytic converter 19 is located in the exhaust pipe to purify the gases before they pass through the pipe part 16b are issued. Any suitable catalyst can be used.

Das Ausgangssignal des Sensors 18 liegt über eine elektrische Verbindung 20 an einer Steuereinheit 22, die eine Rücksetzeinrichtung 22a und eine Stelleinrichtung 22b umfaßt. Das elektrische Ausgangssignal von der Rücksetzein- richtung 22a wird über eine elektrische Verbindung 24a,26 übertragen, um das Kraftstoffsteuerventil 8 zu betätigen. Das elektrische Ausgangssignal von der Stelleinrichtung 22b wird gleichfalls über eine elektrische Verbindung 24b, 26 übertragen, um das Kraftstoffsteuerventil 8 zu betätigen. The output signal of the sensor 18 is via an electrical connection 20 to a control unit 22, which is a Resetting device 22a and an adjusting device 22b comprises. The electrical output signal from the reset Direction 22a is transmitted via an electrical connection 24a, 26 in order to actuate the fuel control valve 8. The electrical output signal from the actuating device 22b is also transmitted via an electrical connection 24b, 26 transmitted to operate the fuel control valve 8.

Bei dem in Figur 3 dargestellten Ausführungsbeispiel dient das Kraftstoffsteuerventil 8 als Stelleinrichtung der das Kraftstoffluftverhältnis bemessenden Einrichtung über eine Einstellung des Anteils des Kraftstoffes relativ zur Luft, der dem Vergaser 10 zugeführt wird. Es kann ersichtlich irgendeine das Kraftstoffluftverhältnis proportionierende Einrichtung, beispielsweise ein Vergaser oder eine Kraftstoffeinspritzanlage verwandt werden, und es kann eine geeignete Antriebseinrichtung angeschlossen sein, um die Stellschrauben am Vergaser oder die Steuereinrichtungen einer Kraftstoffeinspritzanlage zu betätigen und dadurch das Kraftstoffluftverhältnis gemäß der Erfindung einzustellen. Bevor im folgenden die Arbeitsweise des in Figur gezeigten Ausführungsbeispiels beschrieben wird, werden einige zusätzliche Einzelheiten einer Form des Aufbaues gemäß der Erfindung anhand des schematischen Schaltbildes von Figur 4 dargestellt. Wie es in Figur 4 gezeigt ist, wird eine Brennkraftmaschine 2¹ mit einem verbrennbaren Kraftstoffluftgemisch über eine Leitung 14' versorgt und werden die Abgase über Abgasleitungen 16',16" und 16a¹ ausgegeben,In the exemplary embodiment shown in FIG. 3, the fuel control valve 8 serves as an adjusting device for the device which measures the fuel-air ratio by setting the proportion of fuel relative to the air that is fed to the carburetor 10. Obviously, any device proportioning the fuel air ratio, for example a carburetor or a fuel injection system, can be used, and suitable drive means can be connected to operate the adjusting screws on the carburetor or the control devices of a fuel injection system and thereby set the fuel air ratio according to the invention. Before the mode of operation of the exemplary embodiment shown in FIG. 4 is described in the following, some additional details of a form of construction according to the invention are illustrated with the aid of the schematic circuit diagram of FIG. As shown in Figure 4, an internal combustion engine 2 ^{1 is} supplied with a combustible fuel-air mixture via a line 14 'and the exhaust gases are output ^{via exhaust lines 16', 16 "and 16a 1,}

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durch einen Katalysator 19' geführt und schließlich über einen Leitungsteil 16b¹ abgegeben. Ein Sauerstoffsensor 18 befindet sich mit seinem Sondenende in der Abgasleitung 16' und erzeugt auf die Höhe des Sauerstoffanteils, der im Abgas wahrgenommen wird, ein Ausgangssignal Ξ , das über eine geeignete elektrische Verbindung 21 auf einen Komparator 28 übertragen wird. Ein Bezugssignal E wird gleichfalls über eine geeignete elektrische Verbindung 25 von einer Bezugssignalquelle 30 dem Komparator 28 zugeführt. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel kann die Bezugssignalquelle 30 so eingestellt sein, daß das Bezugssignal E_r einen Wert von 400 Millivolt hat, was dem stöchiometrischen Betrieb für den in Figur 1 dargestellten Fall entspricht. Der Komparator 28 ist über eine elektrisehe Verbindung 32 mit einem Zeitglied B verbunden, das seinerseits über eine elektrische Verbindung 34 mit einem in die Richtung eines armen Gemisches steuernden Motor 36 verbunden ist, der über eine Verbindungseinrichtung 38 mit der das Kraftstoffluftverhältnis bemessenden Einrichtung in Arbeitsverbindung steht. Eine Rücksetzverbindung 44 verbindet den Ausgang des Zeitgliedes B mit einem Zeitglied A, das seinerseits über eine elektrische Verbindung 46 mit einem in die Richtung eines armen Gemisches steuernden Motor 48 verbunden ist. Der Motor 48 steht über eine Verbindungseinrichtung 50 in Arbeitsverbindung mit der das Kraftstoffluftverhältnis bemessenden Einrichtung 42.passed through a catalytic converter 19 'and finally discharged ^{via a line part 16b 1.} An oxygen sensor 18 is located with its probe end in the exhaust line 16 ′ and generates an output signal Ξ at the level of the oxygen content that is perceived in the exhaust gas, which is transmitted to a comparator 28 via a suitable electrical connection 21. A reference signal E is also fed from a reference signal source 30 to the comparator 28 via a suitable electrical connection 25. In the exemplary embodiment shown, the reference signal source 30 can be set in such a way that the reference signal E _{r has} a value of 400 millivolts, which corresponds to the stoichiometric operation for the case shown in FIG. The comparator 28 is connected via an electrical connection 32 to a timing element B, which in turn is connected via an electrical connection 34 to a motor 36 which controls the direction of a poor mixture and which is in working connection via a connection device 38 with the device measuring the fuel-air ratio . A reset connection 44 connects the output of the timer B to a timer A, which in turn is connected via an electrical connection 46 to a motor 48 which controls the direction of a lean mixture. The engine 48 is in working connection via a connection device 50 with the device 42 which measures the fuel / air ratio.

Es sei angenommen, daß während des Betriebes die Brennkraftmaschine 2¹ mit einem reichen Kraftstoffluftgemisch läuft.It is assumed that the internal combustion engine 2 ^{1 runs} with a rich fuel-air mixture during operation.

Das wären die normalen gewünschten Verhältnisse bei einer mit Erdgas als Kraftstoff arbeitenden Brennkraftmaschine. Das Zeitglied A läuft und ist auf ein vorbestimmtes Zeitintervall von beispielsweise 5 Minuten eingestellt. Wenn das 5 Minuten-Intervall erreicht ist, gibt das Zeitglied A ein Signal über die elektrische Verbindung 46 aus, das den Mo-These would be the normal desired conditions for an internal combustion engine that uses natural gas as the fuel. The timer A runs and is set to a predetermined time interval of, for example, 5 minutes. If that 5 minute interval is reached, the timer A enters Signal via the electrical connection 46, which the mo-

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tor 48 betreibt, so daß die das Kraftstoffluftverhältnis steuernde Einrichtung 42 in die Stellung eines armen Kraftstoffluftgemisches bewegt wird. Das ändert die Abgasverhältnisse, so daß der Sauerstoffsensor 18' sein Ausgangssignal E erzeugt, wenn die Beschaffenheit des Abgases sich so ändert, daß die Höhe des Anteils des Sauerstoffs in den Ansprechbereich des Sensors 18* fällt. Wenn das übertragene Ausgangssignal E kleiner als das Bezugssignal E mit einem Pegel von 400 Millivolt wird, was dann der Fall ist, wenn der Wert L die Linie 1,0 in die Richtung eines armen Gemisches kreuzt, wie es in Figur 1 dargestellt ist, erzeug der Komparator 28 ein Signal E-, das über die elektrische Verbindung 3 2 übertragen wird und ein Ausgangssignal E„ auslöst, das den Motor 36 betreibt, um die das Kraftstoffluftverhältnis proportionierende Einrichtung 42 inudie Richtung eines reichen Gemisches für ein vorgewähltes Zeitintervall von beispielsweise 1 Sekunde zu steuern. Statt eines zeitlich gesteuerten Antriebs kann auch eine Einrichtung verwandt werden, die die Stelleinrichtung einer derartigen Proportionierungseinrichtung, beispielsweise die Stellschraube eines Vergasers, über eine gewählte Strecke bewegt, was durch einen Orts- oder Versetzungssensor wahrgenommen wird. Das Signal E„ wird gleichfalls über die Verbindung 44 auf das Zeitglied A übertragen, um das Zeit-.glied A auf 0 zurückzusetzen und das 5-Minuten-Intervall des Zeitgliedes A wieder in Gang zu setzen. Wenn das durch das Zeitglied A bemessene Intervall von 5 Minuten abgelaufen ist, beginnt die Arbeitsabfolge erneut. Es ist somit ersichtlich, daß über eine periodische,im vorliegenden Fall alle 5 Minuten erfolgende Einstellung der Steuervorrichtung 42 für das Kraftstoffluftverhältnis zur Änderung des Kraftstoffluftverhältnisses in Richtung auf den stöchiometrischen Wert, d.h. in diesem Fall in Richtung auf ein armes Gemisch ein Signal erzeugt wird, wenn ein gewählter Punkt, d.h. im vorliegenden Fall der stöchiometrische Wert erreicht ist, was bewirkt, daß die das Kraftstoffluft-gate 48 operates so that the air-fuel ratio controlling device 42 in the position of a poor fuel-air mixture is moved. This changes the exhaust gas ratios, so that the oxygen sensor 18 'has its output signal E generated when the nature of the exhaust gas changes so that the level of the proportion of oxygen in the The response range of the sensor 18 * falls. If the transmitted output signal E is less than the reference signal E with a level of 400 millivolts, which is the case when the value L hits the line 1.0 in the direction of a poor Mixture crosses, as shown in Figure 1, the comparator 28 generates a signal E-, which via the electrical Connection 3 2 is transmitted and an output signal E "triggers, which operates the engine 36 to increase the air-fuel ratio proportioning means 42 in the direction of a rich mixture for a preselected time interval of for example 1 second to control. Instead of a time-controlled drive, a device can also be used are used that the adjusting device of such a proportioning device, for example the Adjustment screw of a carburetor, moved over a selected distance, which is perceived by a location or displacement sensor will. The signal E "is also transmitted via the connection 44 transferred to the timer A in order to reset the timer A to 0 and the 5-minute interval of the timer A to start again. When the interval of 5 minutes measured by timer A has expired the work sequence starts again. It can thus be seen that over a periodic, in the present Case every 5 minutes, setting of the control device 42 for the air-fuel ratio to change of the air-fuel ratio towards the stoichiometric Value, i.e. in this case a signal is generated in the direction of a poor mixture if a selected one Point, i.e. in the present case the stoichiometric value has been reached, which causes the fuel-air

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verhältnis bemessende Einrichtung um einen gewählten Betrag von dem gewählten Punkt weg im vorliegenden Fall in Richtung auf reiche Gemischverhältnisse betätigt wird. Der kurzzeitig und periodisch herbeigeführte stöchiometrische Zustand dient somit als Bezugspunkt, von dem aus über ein geeignetes Steuerintervall des Motors 36 für die Steuerung in Richtung eines reichen Gemisches eine vorgewählte Einstellung auf irgendeinen gewünschten Bereich im Arbeitsbereich des reichen Gemisches erfolgen kann. Das Bezugssignal E kann ersichtlich zweckmäßigerweise auf irgendeinen Wert zwischen etwa 100 und etwa 900 Millivolt eingestellt sein, um ein Bezugssignal irgendwo im Ansprechbereich des Sensors 18' zu bilden. In dieser Weise kann der Sensor 18' dazu benutzt werden, das auf irgendeinen Wert, d.h. auf einen reichen oder armen Wert eingestellte Kraftstoff luftverhältnis zu regeln, obwohl dieser Wert außerhalb des Ansprechbereiches des Sensors 18' liegt.proportionate institution by a selected amount is actuated away from the selected point in the present case in the direction of rich mixture ratios. The stoichiometric state brought about briefly and periodically thus serves as a reference point from which A preselected one over a suitable control interval of the motor 36 for steering towards a rich mixture Adjustment can be made to any desired range in the working range of the rich mix. That Reference signal E can be seen conveniently at any value between about 100 and about 900 millivolts be set to form a reference signal somewhere in the response range of the sensor 18 '. In this way the Sensor 18 'can be used to measure the fuel adjusted to any value, i.e. a rich or poor value To regulate air ratio, although this value is outside the response range of the sensor 18 '.

Aus Figur 3 ist erkennbar, daß das Ausgangssignal E vom Sensor 18 über die Leitung 20 auf die Stelleinrichtung 22b übertragen wird und dann, wenn dieses Signal das vorgewählte Bezugssignal überschreitet, die Stelleinrichtung 22b (die dem Motor 36 und seinen zugehörigen Inbetriebnahmeeinrichtungen entspricht) das Steuerventil 8 durch eine öffnung dieses Ventils in einem bestimmten Ausmaß so einstellen wird, daß das Kraftstoffluftverhältnis auf die gewünschten vorgewählten reichen Gemischverhältnisse verschoben wird. Die Rücksetzeinrichtung 22a, die dem Motor 48 und seinem zugehörigen Zeitglied 8 entspricht, wird periodisch in einem gewählten Zeitintervall das Kraftstoffventil 8 in die Schließrichtung bewegen, um das Kraftstoffluftverhältnis in Richtung eines armen Gemisches zu verschieben. Die Bezugssignalquelle 30 (Figur 3) kann in geeigneter Weise so eingestellt werden, daß der Komparator 28 eine Steuerabfolge in Richtung auf reiche Gemischverhältnisse von einem gewählten Bezugspunkt aus in Gang setzt, damit dieFrom Figure 3 it can be seen that the output signal E from Sensor 18 is transmitted via line 20 to the actuator 22b and when this signal is the preselected Reference signal exceeds the actuating device 22b (the motor 36 and its associated start-up devices corresponds) to set the control valve 8 to a certain extent by opening this valve that the fuel air ratio is shifted to the desired preselected rich mixture ratios will. The reset device 22a, which corresponds to the motor 48 and its associated timer 8, becomes periodic the fuel valve 8 in a selected time interval move in the closing direction to shift the air-fuel ratio towards a lean mixture. The reference signal source 30 (FIG. 3) can be appropriately adjusted so that the comparator 28 has a control sequence in the direction of rich mixture ratios from a selected reference point so that the

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Stelleinrichtung 22b das Kraftstoffsteuerventil 8 in einem vorgewählten Maß in Öffnungsrichtung betätigt und dadurch das gewünschte Kraftstoffluftverhältnis wieder hergestellt wird.
5Actuating device 22b actuates the fuel control valve 8 to a preselected amount in the opening direction, thereby restoring the desired fuel-air ratio.
5

Der Steuereinheitsteil (siehe Figur 3) der Vorrichtung, der im wesentlichen mit dem grob in Figur 4 dargestellten Steuerteil übereinstimmt, ist im einzelnen in Figur 5 dargestellt. Das Signal, das vom Sauerstoffsensor 50 erzeugt wird und über einen Pufferverstärker 52 geht, ist das Ausgangssignal E , das einen Wert hat, der eine Funktion der Sauerstoffmenge im Abgas ist, mit dem der Sensor 50 in Berührung kommt. Die Höhe des Signals E ist umgekehrt proportional zum Sauerstoffgehalt des Abgases, wobei das Signal E als eines von zwei Eingangssignalen an einer Komparatorschaltung 54 liegt. Eine Bezugssignalschaltung 56 legt ein Bezugssignal von beispielsweise 400 Millivolt als zweites Eingangssignal an die Komparatorschaltung 54. Ersichtlich kann irgendein gewünschtes Bezugssignal gewählt werden. Wenn die Grenzen des herkömmlichen Sauerstoffsensors in der oben beschriebenen Weise gegeben sind, würde ein Bezugssignal zwischen etwa 100 und 900 Millivolt gewählt werden. Ein sich davon unterscheidender Sensor, beispielsweise ein Kohlendioxidsensor, der einen anderen An-Sprechbereich haben kann, würde die Wahl eines geeigneten Bezugssignals in seinem Ansprechbereich erforderlich machen.The control unit part (see FIG. 3) of the device which is essentially identical to that roughly shown in FIG Control part corresponds, is shown in detail in FIG. The signal generated by the oxygen sensor 50 and goes through a buffer amplifier 52, the output is E, which has a value that is a function of the The amount of oxygen in the exhaust gas is with which the sensor 50 is in contact comes. The level of the signal E is inversely proportional to the oxygen content of the exhaust gas, the signal E is one of two input signals to a comparator circuit 54. A reference signal circuit 56 provides a reference signal of, for example, 400 millivolts as a second input to the comparator circuit 54. It can be seen any desired reference signal can be chosen. When the limits of the conventional oxygen sensor given in the manner described above, a reference signal between about 100 and 900 millivolts would be chosen will. A sensor that differs from this, for example a carbon dioxide sensor, has a different address area can have, would require the selection of a suitable reference signal in its response range.

Wenn das Ausgangssignal E unter die Höhe von beispielsweise 400 Millivolt des von der Bezugssignalschaltung 56 gelieferten Signals fällt, was dann der Fall ist, wenn die Maschine mit einem armen Gemisch läuft, oder wenn der Sauerstoff sensor 50 ausfällt, liefert der Komparator 54 einen übergang des Ausgangssignals E₁ von plus 12 auf 0 Volt. Das Signal E liegt am Zeitglied 58, nämlich einem auf 0,1 Sekunde bis 10 Sekunden einstellbaren Zeitglied und am NAND-Glied 60, um einen Zeitzyklus des Zeitgliedes 58If the output signal E falls below the level of, for example, 400 millivolts of the signal supplied by the reference signal circuit 56, which is the case when the engine is running with a poor mixture, or when the oxygen sensor 50 fails, the comparator 54 provides a transition of the Output signal E ₁ from plus 12 to 0 volts. The signal E is applied to the timing element 58, namely a timer which can be set to 0.1 second to 10 seconds, and to the NAND element 60 for one time cycle of the timing element 58

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in Gang zu setzen. Das Ausgangssignal E- des Zeitgliedes 58, das ein Signal mit einem Pegel von plus 12 Volt ist, liegt am Relais 6 2 zum Steuern in Richtung auf ein reiches Gemisch und über einen monostabilen Multivibrator aus NAND-Gliedern 66 und 68 am Zeitglied 64, sowie über einen Inverter 70 am Zeitglied 64. Das Ausgangssignal E-, das am Relais 62 liegt, betreibt die in Figur 4 nicht dargestellte, jedoch dem Bauelement 42 in Figur 3 entsprechende Einrichtung zum Proportionieren des Kraftstoffluftverhältnisses in Richtung auf ein reiches Gemischverhältnis, bis das Ausgangssignal E₁ einen Pegel von 12 Volt hat und das Zeitglied 58 abläuft.to set in motion. The output signal E- of the timing element 58, which is a signal with a level of plus 12 volts, is applied to the relay 6 2 for controlling in the direction of a rich mixture and via a monostable multivibrator composed of NAND elements 66 and 68 to the timing element 64, as well Via an inverter 70 at the timing element 64. The output signal E-, which is applied to the relay 62, operates the device, not shown in FIG. 4 but corresponding to component 42 in FIG. 3, for proportioning the fuel / air ratio in the direction of a rich mixture ratio until the output signal E _{1 has} a level of 12 volts and the timer 58 expires.

Wenn das Zeitglied 58 abläuft, und das Ausgangssignal E des Sensors 50 einen Pegel hat, der über 400 Millivolt liegt, was anzeigt, daß die Maschine mit einem reichen Kraftstoffluftgemisch läuft, geht das Signal E₂ von 12 Volt auf 0 Volt. Dieser Übergang des Signals E₂ setzt über die NAND-Glieder 66 und 68, die als monostabiüer Multivibrator geschaltet sind, und den Inverter 70 das Zeitglied 64 in Gang. Wenn das Signal E„ den Wert 0 Volt erreicht, dient es auch dazu, das Relais 62 zum Steuern in Richtung eines reicheren Gemisches zu entregen. Das Zeitglied 64 ist auf eine Zeitverzögerung von 1 bis 10 Minuten einstellbar, wobei dann, wenn das Zeitglied 64 läuft und das Ausgangssignal E des Sauerstoffsensors 50 anzeigt, daß die Maschine unter reichen Gemischverhältnissen arbeitet, die das Kraftstoffluftverhältnis bemessende Einrichtung durch die Vorrichtung nicht nachgestellt wird, d.h. nicht arbeitet.When the timer 58 times out and the output signal E of the sensor 50 has a level in excess of 400 millivolts, indicating that the engine is running on a rich fuel-air mixture, the signal E ₂ goes from 12 volts to 0 volts. This transition of the signal E ₂ sets the timing element 64 in motion via the NAND elements 66 and 68, which are connected as a monostable multivibrator, and the inverter 70. When the signal E "reaches 0 volts, it also serves to de-energize the relay 62 to steer toward a richer mixture. The timer 64 can be set to a time delay of 1 to 10 minutes, and when the timer 64 is running and the output signal E of the oxygen sensor 50 indicates that the engine is operating under rich mixture ratios, the device measuring the fuel-air ratio is not readjusted by the device , ie not working.

Nach einem festgelegten Zeitintervall läuft das Zeitglied 64 ab und kommt das Signal E- von plus 12 Volt auf 0 Volt. Das Signal E₃ geht durch die NAND-Glieder 60,72 und die Inverter 74,76, erregt das Relais 78 zum Steuern in Richtung auf ein armes Gemisch und bereitet das Zeitglied 58 vor, mit dem Zeitablauf zu beginnen. Wenn der Sensor 50After a fixed time interval, the timer 64 expires and the signal E- comes from plus 12 volts to 0 volts. The signal E ₃ goes through the NAND gates 60,72 and the inverters 74,76, energizes the relay 78 to control in the direction of a poor mixture and prepares the timer 58 to begin with the timing. When the sensor 50

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■ 4 · *■ 4 *

32049633204963

arme Gemischverhältnisse aus der Höhe des Sauerstoffanteils im Abgas wahrnimmt, kommt sein Ausgangssignal E von plus 12 Volt auf 0 Volt und wird der oben beschriebene Arbeitszyklus wiederholt.
5perceives poor mixture ratios from the level of the oxygen content in the exhaust gas, its output signal E comes from plus 12 volts to 0 volts and the above-described work cycle is repeated.
5

Bei dem speziellen in Figur 5 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Stiftzahlangaben des Pufferverstärkers 52 und des Komparators 54 diejenigen des Quad operational amplifier LM-324N von National. Die Inverter 70,74 und 76 sind Hex Buffer CD-4049AE von RCA, die NAND-Glieder 66,68 60 und 72 sind Quad Nand Gate's CD-4011AE von RCA und die Zeitglieder 64 und 68 sind Timer CA-888G von RCA.In the specific embodiment shown in Figure 5, the pin counts are for the buffer amplifier 52 and comparator 54 are those of National's LM-324N quad operational amplifier. The inverters 70, 74 and 76 are Hex Buffer CD-4049AE from RCA, the NAND gates 66,68 60 and 72 are Quad Nand Gate's CD-4011AE from RCA and the Timers 64 and 68 are CA-888G timers from RCA.

Die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergibt sich anhand von Figur 6, in der auf der vertikalen Achse das spezifische Verhältnis L gegenüber der Zeit auf der horizontalen Achse aufgetragen ist, wie es bei der graphischen Darstellung von Figur 2 der Fall ist. Die horizontale Achse liegt somit bei L = 1,0, wobei ein Betrieb oberhalb dieser Achsenlinie im armen Bereich und ein Betrieb unterhalb dieser Linie im reichen Bereich liegt. Der Ansprechbereich des Sensors ist durch gestrichelte Linien bei L = 0,985 und 1,015 jeweils angegeben. Es sei angenommen, daß die Maschine mit reichen Gemischverhältnissen außerhalb des Ansprechbereiches des Sensors arbeiten soll, wobei die vorgewählten reichen Gemischverhältnisse durch die horizontale gestrichelte Linie R-R angegeben sind. Ausgehend von der vertikalen Achse ist ersichtlich, daß die Maschine mit dem gewünschten Kraftstoffluftverhältnis arbeitet. Zum Zeitounkt t hat das Zeitglied A das EndeThe operation of the device according to the invention results 6, in which on the vertical axis the specific ratio L versus time on the is plotted on the horizontal axis, as is the case with the graph of FIG. The horizontal Axis is thus L = 1.0, with one operation above this axis line in the poor range and one operation below this line is in the rich area. The response range of the sensor is indicated by dashed lines given for L = 0.985 and 1.015, respectively. Assume that the engine has rich mixture ratios should work outside the response range of the sensor, whereby the preselected rich mixture ratios through the horizontal dashed line R-R are indicated. Starting from the vertical axis it can be seen that the machine with the desired fuel air ratio is working. At time point t the time element A has the end

seines Zeitzyklus erreicht, so daß die Steuereinrichtung für das Kraftstoffluftverhältnis in Richtung auf arme Gemischverhältnisse betätigt wird. Zum Zeitpunkt t_fa sind stöchiometrische Verhältnisse erreicht, was dazu führt, daß das Zeitglied B betätigt wird, um seinen Steuermotorreached its time cycle, so that the control device for the fuel-air ratio is operated in the direction of poor mixture ratios. At the time t _fa stoichiometric ratios are reached, which means that the timing element B is actuated to control its control motor

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in Betrieb zu setzen und die Steuereinrichtung für das
Kraftstoffluftverhältnis für ein gegebenes Zeitintervall
zu betreiben, das für die jeweils spezielle befaßte Maschine bemessen ist, so daß zum Zeitpunkt t das gewünschte reiche Kraftstoffluftverhältnis längs der Achse R-Rput into operation and the control device for the
Fuel air ratio for a given time interval
to operate, which is sized for the particular machine involved, so that at time t the desired rich air-fuel ratio along the axis RR

erreicht wird. Unmittelbar nach dem Zeitpunkt t kann sich in der durch die graphische Darstellung von Figur 6 angegebenen Weise die Stöchiometrie des Kraftstoffluftverhältnisses aus einem oder mehreren verschiedenen Gründen, beispielsweise aufgrund einer Änderung in der Last, einer Änderung in der Kraftstoffzusammensetzung oder anderen unerwarteten oder sich ändernden Verhältnissen, wie beispielsweise einer Änderung im Druck oder der Außentemperatur,
oder einer Änderung im Auspuffdruck ändern. Das bewirkt,is achieved. Immediately after time t, in the manner indicated by the graph of FIG. 6, the stoichiometry of the air-fuel ratio can change for one or more different reasons, for example due to a change in the load, a change in the fuel composition or other unexpected or changing conditions, such as a change in pressure or outside temperature,
or a change in exhaust pressure. That causes,

eine Drift tiefer in den reichen Bereich, da sich das tatsächliche Kraftstoffluftverhältnis und/oder das stöchiometrische Verhältnis ändert. Die erfindungsgemäße Ausbildung erlaubt es, den Änderungen im stöchiometrischen Verhältnis nachzulaufen. Zum Zeitpunkt t. hat jedoch das Zeitglied A seinen Zeitablauf beendet, so daß der Motor 48 zum Steuern in Richtung auf ein armes Gemisch betätigt wird, um dadurch die Steuereinrichtung 42 in Richtung auf arme Gemischverhältnisse nachzustellen, was so lange fortgesetzt wird, bis stöchiometrische Verhältnisse durch den Sensor wahrgenommen werden, wodurch wiederum die oben beschriebene Abfolge ausgelöst wird, um die das Kraftstoffluftverhältnis bemessende Einrichtung um einen vorgewählten Betrag zu reichen Gemischverhältnissen längs der Achse R-R zurückzuführen.
Das nächste Zeitintervall t.. zeigt stabile Arbeitsverhältnisse der Maschine nahe am gewählten Kraftstoffluftverhältnis. Nach dem nächsten Einstellungszyklus, der zum Zeitpunkt t, endet, beginnt die Maschine jedoch aufgrund unvorhergesehener oder variabler Verhältnisse damit, sich in die Richtung eines armen Gemisches zu bewegen, so daß zum Zeitpunkt t stöchiometrische Verhältnisse erreicht werden.drift deeper into the rich range as the actual air-fuel ratio and / or the stoichiometric ratio changes. The design according to the invention makes it possible to follow the changes in the stoichiometric ratio. At time t. However, the timer A has ended its timing, so that the motor 48 is actuated to control in the direction of a poor mixture, thereby readjusting the control device 42 in the direction of poor mixture ratios, which is continued until stoichiometric ratios are sensed by the sensor which in turn triggers the sequence described above in order to return the device measuring the fuel-air ratio by a preselected amount to rich mixture ratios along the axis RR.
The next time interval t .. shows stable working conditions of the machine close to the selected fuel / air ratio. After the next adjustment cycle, which ends at time t, however, due to unforeseen or variable conditions, the machine begins to move in the direction of a poor mixture, so that stoichiometric conditions are reached at time t.

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320496320496

-as --as -

Diese selbsterreichten stöchiometrischen Verhältnisse lösen das Signal E. in derselben Weise aus, als wären die stöqhiometrischen Verhältnisse durch die Arbeit der das Kraftstoffluftverhältnis steuernden Einrichtung in Richtung auf arme Gemischverhältnisse auferlegt worden, und setzt die Abfolge der Zurückbewegung des Ventils in Richtung auf die reichen Gemischverhältnisse um einen vorgewählten Betrag in Gang, bis ein Betrieb längs der Kraftstoff luftverhältnisachse R-R erreicht ist. Figur 6 zeigt, daß der Arbeitsablauf nach dem Zeitpunkt t wieder auf den normalen Betrieb zurückkehrt. Es versteht sich, daß das normale Zeitintervall t., zwischen den Arbeitsvorgängen an den Bezugspunkten im Zeitintervall t^ verkürzt ist, da die Maschine die armen Geinischverhältnisse erreicht, bevor diese durch das Zeitglied A und den zugehörigen Motor 48 auferlegt worden sind. Zum Zeitpunkt t. setzt die Arbeitsabfolge auch das Zeitglied A zurück, so daß die nächste folgende Arbeitsabfolge in dem normalen vorgewählten Zeitintervall t₁ auftritt. 20These self-achieved stoichiometric ratios trigger the signal E. in the same way as if the stoichiometric ratios had been imposed by the work of the device controlling the fuel-air ratio in the direction of poor mixture ratios, and implements the sequence of the return movement of the valve in the direction of the rich mixture ratios a preselected amount in progress until operation along the fuel air ratio axis RR is achieved. FIG. 6 shows that the workflow returns to normal operation after time t. It will be understood that the normal time interval t. At time t. the work sequence also resets the timer A so that the next following work sequence occurs _{in the normal preselected time interval t 1.} 20th

Im wirklichen Betrieb kann das Zeitintervall t.. zweckmäßigerweise auf etwa 1 bis 10 Minuten, vorzugsweise etwa 3 bis 5 Minuten, gewählt sein und kann die Zeit der Hälfte des Zeitintervalls t₃, während der die Steuereinrichtung für das Kraftstoffluftverhältnis in den reichen Bereich gesteuert wird, zweckmäßigerweise zwischen etwa 0,1 bis etwa 5 Sekunden gewählt sein. Die addierte Zeit, während der das Kraftstoffluftverhältnis auf den zweiten, durch die Stelleinrichtung auferlegten Wert gesetzt ist, ist somit etwa wenigstens zwölfmal größer als die addierte Zeit, für die das Kraftstoffluftverhältnis auf den ersten durch die Rücksetzeinrichtung auferlegten Wert gesetzt ist. Ersichtlich können beliebige Zeitintervalle gewählt werden, die sich für die spezielle betroffene Einrichtung eignen. Durch die öffnung eines gegebenen Ventils oder einer gege-^ benen Stellschraube oder einer anderen Einrichtung mit ei-In actual operation, the time interval t .. can expediently be selected to be about 1 to 10 minutes, preferably about 3 to 5 minutes, and can be the time of half of the time interval t ₃ , during which the control device for the fuel-air ratio is controlled in the rich range , expediently be chosen between about 0.1 to about 5 seconds. The added time during which the air-fuel ratio is set to the second value imposed by the adjusting device is thus approximately at least twelve times greater than the added time for which the air-fuel ratio is set to the first value imposed by the resetting device. Obviously, any time intervals can be chosen that are suitable for the particular facility involved. By opening a given valve or a given set screw or other device with a

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ner gegebenen Laufgeschwindigkeit für ein gegebenes Zeitintervall kann in jedem Fall ohne Schwierigkeiten das öff-. nungszeitintervall (oder Schließzeitintervall) bestimmt werden, das notwendig ist, um ein gewünschtes Kraftstoffluftverhältnis zu wählen. Es können auch Versetzungs- oder Stellungssensoren dazu verwandt werden, das Ausmaß der Bewegung zu steuern. Die jeweiligen Zeitintervalle t₁ und t₃ sind nicht notwendigerweise in Figur 6 maßstabsgerecht aufgetragen, tatsächlich sind die Zeitintervalle t- gewöhnlich relativ viel größer als die Zeitintervalle t₃, die in Figur 6 dargestellt sind. Wenn somit die am meisten effektive Arbeitsweise für eine gegebene Maschine oder eine andere Vorrichtung die Arbeitsweise längs der Achse R-R ist, so ist ersichtlich, daß die additive Zeit der Abwanderungen von der Achse R-R zum Aufsuchen des stöchiometrischen Bezugspunktes und zur Rückkehr von diesem Punkt relativ zur additiven Zeit des Betriebes längs der gewünschten Achse R-R sehr klein ist. Praktische Erfahrungen mit Maschinen, die mit Erdgas betrieben werden, haben gezeigt, daß die periodische Einstellung eines stöchiometrischen oder armen Gemischbezugspunktes den Gesamtbetrieb der Maschine nicht merklich beeinflußt. Die Anwendung der Erfindung zeigt sich weiterhin in der Praxis in einer Kraftstoffeinsparung. Der Grund dafür besteht darin, daß Maschinen, die mit Erdgas arbeiten, oftmals über eine sehr lange Zeitdauer in abgelegenen Gebieten, beispielsweise in Pipeline-Pumpstationen arbeiten und nicht fortlaufend gewartet werden. Wenn daher die Maschine ein bestimmtes reiches Kraftstoffluftverhältnis benötigt, um den Betrieb fortzusetzen, wird eine Maschine, die ohne den Vorteil der vorliegenden Erfindung arbeitet, durch die Bedienungsperson auf Verhältnisse eingestellt, die etwas reicher als das ideale Kraftstoffluftverhältnis sind. Das erfolgt, um einen Sicherheitsspielraum im Fall von Übergangsverhältnissen, Laständerungen und ähnlichem zu ermöglichen, die eine Drift der MaschineAt a given running speed for a given time interval, the opening can in any case without difficulty. tion time interval (or closing time interval) can be determined, which is necessary to select a desired fuel-air ratio. Displacement or position sensors can also be used to control the amount of movement. The respective time intervals t ₁ and t ₃ are not necessarily plotted to scale in FIG. 6; in fact, the time intervals t are usually relatively much larger than the time intervals t _{3 shown} in FIG. Thus, if the most effective operation for a given machine or other device is operation along axis RR, it can be seen that the additive time of drifts from axis RR to find the stoichiometric reference point and return from that point is relative to additive time of operation along the desired axis RR is very small. Practical experience with machines that run on natural gas has shown that the periodic setting of a stoichiometric or poor mixture reference point does not noticeably affect the overall operation of the machine. The application of the invention also shows itself in practice in a fuel saving. The reason for this is that machines that work with natural gas often work for a very long period of time in remote areas, for example in pipeline pumping stations, and are not continuously maintained. Thus, when the engine requires a certain rich air-fuel ratio to continue operation, an engine operating without the benefit of the present invention will be set by the operator to ratios slightly richer than the ideal air-fuel ratio. This is done in order to allow a safety margin in the event of transitional conditions, load changes and the like that result in a drift of the machine

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30 320496S30 320496S

in Richtung auf arme Gemischverhältnisse hervorrufen. Die Maschine arbeitet somit normalerweise mit einem reicheren Gemisch als es notwendig ist, was von einem übermäßigen Kraftstoffverbrauch begleitet wird. Bei der vorliegenden Erfindung kann die Maschine so eingestellt werden, daß sie für den extrem überwiegenden Teil der Zeit genau mit dem idealen Kraftstoffluftverhältnis arbeitet, wobei gemäß der Erfindung sichergestellt ist, daß dieses Verhältnis beibehalten wird.in the direction of poor mixture ratios. The machine thus normally works with a richer one Mixture than necessary, which is accompanied by excessive fuel consumption. With the present Invention, the machine can be set to work for the extremely vast majority of the time works exactly with the ideal fuel air ratio, it is ensured according to the invention that this Ratio is maintained.

Obwohl im vorhergehenden insbesondere auf eine Arbeitsweise bei einem reichen Kraftstoffluftverhältnis Bezug genommen wurde, gilt das ersichtlich in gleicher Weise auch auf eine Arbeit mit einem armen Kraftstoffluftverhältnis. Beispielsweise kann der Betrieb auf ein Kraftstoffluftverhält nis festgelegt sein, das in Figur 6 durch die horizontale Achse L-L angegeben ist. Das kann dadurch erreicht werden, daß einfach eine geeignete Abwandlung im Schaltbild von Figur 4 derart vorgenommen wird, daß die das Kraftstoffluftverhältnis steuernde Einrichtung 42 periodisch in die Richtung reicher Gemischverhältnisse von der Einstellung längs der Achse L-L in Richtung auf stöchiometrische Verhältnisse betrieben wird, um einen Bezugspunkt zu finden, woraufhin die Einrichtung 42 für ein gewähltes Steuerintervall auf eine arme Einstellung rückgesetzt werden kann. Ersichtlich kann eine Einrichtung wie beispielsweise ein einstellbares Zeitglied vorgesehen werden, um die Wahl der Dauer des Steuerintervalls zu ermöglichen.Although particular reference has been made above to a rich air fuel ratio operation it is evident that this also applies to work with a poor fuel-air ratio. For example can operate on a fuel-air ratio nis, which is indicated in Figure 6 by the horizontal axis L-L. This can be achieved by that simply a suitable modification is made in the circuit diagram of Figure 4 such that the fuel air ratio controlling device 42 periodically in the direction of rich mixture ratios from the setting is operated along the L-L axis in the direction of stoichiometric ratios in order to find a reference point, whereupon device 42 can be reset to a poor setting for a selected control interval. Obviously, a device such as an adjustable timer can be provided to facilitate the selection of the Allow duration of the control interval.

Eine Regelung des Kraftstoffluftverhältnisses ist nicht nur zum Beibehalten des Leistungsvermögens der Maschine und eines gleichmäßigeren oder runden Laufes der Maschine sondern auch dazu wichtig, die Leistungsfähigkeit eines Katalysators zu erhöhen, der in der Abgasleitung dazu benutzt werden kann, daß Abgas zu reinigen. Derartige Katalysatoren, die in einer einzigen Stufe oder in mehreren Stu-A regulation of the fuel-air ratio is not only to maintain the performance of the machine and a smoother or round running of the machine but also important to increase the performance of a catalytic converter that is used in the exhaust pipe for this purpose can be used to purify that exhaust gas. Such catalysts, which in a single stage or in several Stu-

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fen verwandt werden können, dienen dazu, die Stickstoffoxide zu Stickstoff zu reduzieren und/oder nicht verbrannte Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid zu Wasser und Kohlendioxid zu oxidieren. Die Wahl eines bestimmten Kraft-Stoffluftverhältnisses erfolgt somit in bekannter Weise sowohl der Leistungsfähigkeit der Maschine als auch der Leistungsfähigkeit des Katalysators angepaßt. Oxidationskatalysatoren, wie sie in der US PS 3 565 830 dargestellt sind, Dreiwegekatalysatoren, wie sie in der US PS 4 157 beschrieben werden und nicht selektive NO Veritiinderungskatalysatoren, wie sie in der US PS 3 118 727 beschrieben sind, können einzeln oder in Kombination zur Behandlung der Abgase benutzt werden.Fen can be used to reduce the nitrogen oxides to nitrogen and / or not burned Hydrocarbons and carbon monoxide oxidize to water and carbon dioxide. The choice of a specific fuel-air ratio thus takes place in a known manner both the performance of the machine and the Adjusted the performance of the catalytic converter. Oxidation catalysts as shown in US Pat. No. 3,565,830 are three-way catalysts as disclosed in U.S. Patent 4,157 are described and non-selective NO initiation catalysts, as described in US Pat. No. 3,118,727, can be used individually or in combination for treatment the exhaust gases can be used.

Um unter Verwendung eines nicht selektiven Stickstoffoxidreduktionsprozesses Stickstoffoxide NO im Abgas einer mitTo using a non-selective nitric oxide reduction process Nitrogen oxides NO in the exhaust gas one with

JiJi

Erdgas betriebenen Maschine zu reduzieren, muß das Vergasersystem der Maschine so eingestellt sein, daß die Maschine etwas auf der reichen Gemischseite vom stöchiometrischen Verhältnis läuft. Es muß ein gesteuerter Überschuß an Erdgaskraftstoff über dem stöchiometrischen Verhältnis im Kraftstoffluftgemxsch vorhanden sein, das der Maschine zugeführt wird, so daß das NO im Abgas katalytisch reduziertTo reduce the natural gas fueled machine, the carburetor system of the machine must be set so that the machine something on the rich side of the mixture runs from the stoichiometric ratio. There must be a controlled excess of natural gas fuel above the stoichiometric ratio in the fuel air mixture supplied to the engine so that the NO in the exhaust gas is catalytically reduced

JiJi

werden kann.
25can be.
25th

Das von der Maschine austretende Abgas geht durch einen katalytischen Reaktor, in dem das NO vermutlich nach den folgenden Reaktionen reduziert wird:The exhaust gas exiting the engine goes through a catalytic reactor, in which the NO is presumably after the the following reactions are reduced:

(T) NO₂ + H₂ »NO + H₂O(T) NO ₂ + H ₂ >> NO + H ₂ O

(2) 2N0 + 2H₂ S-N₂ + 2H₂O(2) 2N0 + 2H ₂ SN ₂ + 2H ₂ O

(3) NO₂ + CO NO ₊ CO₂ (3) NO ₂ + CO NO ₊ CO ₂

(4) 2N0 + 2CO =>N₂ + 2CO₂ (4) 2N0 + 2CO => N ₂ + 2CO ₂

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Das erfindungsgemäße Regelverfahren und die erfindungsgemäße Regelvorrichtung eignen sich insbesondere zum Regeln des Kraftstoffluftverhältnisses auf einen reicheren Wert, der zur Verstärkung der Arbeit der katal'ytischen Reinigungseinrichtung gewählt ist. Ein derartiges Verfahren und eine derartige Vorrichtung haben in der oben beschriebenen Weise weitere Vorteile, beispielsweise einen wirtschaftlichen Kraftstoffverbrauch, da ein Kraftstoffluftverhältnis enger beibehalten werden kann, das die Verminderung von NO und die Leistung der Maschine optimiert.The control method according to the invention and the inventive Control devices are particularly suitable for regulating the fuel-air ratio to a richer one Value chosen to reinforce the work of the catalysis cleaning facility. One such procedure and such a device have further advantages in the manner described above, for example one economical fuel consumption as a fuel air ratio can be maintained closer, which optimizes the reduction of NO and the performance of the engine.

example

Die folgende Maschine wurde mit einer Regelvorrichtung für das Kraftstoffluftverhältnis gemäß der Erfindung versehen: The following machine has been provided with an air-fuel ratio control device according to the invention:

Maschine: Waukesha L7042GUMachine: Waukesha L7042GU

Leistung: Nennleistung: 1000 PS bei einer 1200 Umdrehungen pro Minute.Power: Rated power: 1000 hp at 1200 revolutions per minute.

Arbeitsleistung: 580 PS bei 750 Umdrehungen / Minute.Work output: 580 hp at 750 revolutions / minute.

Auspuff rohr anschluß: 20,3 cm oder 25,4 cm (8 oder 10 inch)' Kraftstoffzusammensetzung: Methan 89,37 %Exhaust pipe connection: 20.3 cm or 25.4 cm (8 or 10 inch) ' Fuel composition: methane 89.37%

Äthan 6,66 % Propan 1,48 % Butan 0,26 % Pentan 0,04 % Hexan 0,03 % CO₂ 0,99 % Stickstoff 1,15% Sauerstoff 0,01 %Ethane 6.66% Propane 1.48% Butane 0.26% Pentane 0.04% Hexane 0.03% CO ₂ 0.99% Nitrogen 1.15% Oxygen 0.01%

Abgasdurchsatz: 36,75 Normalkubikmeter / Minute bei einer Umgebungstemperatur von 15,6°C und einer Arbeit der Maschine mit 900 Umdrehungen / Minute. Abgastemperatur: 514⁰CExhaust gas throughput: 36.75 normal cubic meters / minute at an ambient temperature of 15.6 ° C and the machine working at 900 revolutions / minute. Exhaust gas temperature: 514 ⁰ C

Verfügbarer Druckabfall: 25,4 cm Wassersäule.Available pressure drop: 10 inches of water column.

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Der Auspuffrohranschluß führt zu einem katalytischen Wandler mit einem darin angeordneten monolittLschen Honigwabenkatalysator. Der Katalysator hat einen Durchmesser von 96,5 cm und eine Tiefe von 7,6 cm und weist 46 im Querschnitt rechteckige GasströmungsdurchlässeThe exhaust pipe connection leads to a catalytic one Converter with a honeycomb monolithic catalytic converter arranged therein. The catalyst has a diameter of 96.5 cm and a depth of 7.6 cm and is 46 µm Cross section of rectangular gas flow passages

2 22 2

pro cm (300 / Inch ) auf. Die monolithische Honigwabe besteht aus Cordierit mit einer Tonerde- oder Aluminiumhydroxidbeschichtung (vorherrschend Gamma-Aluminiumhydroxid) auf der Oberfläche. Auf die Tonerdebeschichtung ist ein katalytisches Metall, das Platin, Rhodium und Ruthenium in einem Gewichtsverhältnis von 5:2:1 umfaßt_raufgeblasen oder aufgebracht. Das gesamte Edelmetall (Platin, Rhodium und Ruthenium) mit dem der Katalysator beschickt ist, liegt zwischen 1,4 und 1,76 Gramm Edelmetall pro .dm .- katalytischer monolithischer Honigwabe (40 bis 50 Gramm Edelmetall pro Puss ). Der Katalysator ist in einem Wandler aufgenommen, der 152,4 cm lang ist und mit dem die Auspuffleitung verbunden ist. In dem Wandlergehäuse befindet sich eine Verteilerplatte, um die Verteilung der Abgasströmung im wesentlichen über die gesamte Fläche des Katalysators zu unterstützen. Der monolithische honigwabenförmige Katalysator ist im wesentlichen scheibenförmig, wobei seine Gasströmungsdurchlässe parallel zueinander von der im wesentlichen kreisförmigen Einlaßfläehe zu der im wesentlichen kreisförmigen Auslaßfläche verlaufen .per cm (300 / inch). The monolithic honeycomb consists of cordierite with an alumina or aluminum hydroxide coating (predominantly gamma aluminum hydroxide) on the surface. Is on the alumina coating a catalytic metal, platinum, rhodium and ruthenium in a weight ratio of 5: 2: 1 comprises _r inflated or applied. The total precious metal (platinum, rhodium and ruthenium) with which the catalyst is loaded is between 1.4 and 1.76 grams of precious metal per .dm .- catalytic monolithic honeycomb (40 to 50 grams of precious metal per puss). The catalytic converter is contained in a transducer that is 152.4 cm long and to which the exhaust pipe is connected. A distributor plate is located in the converter housing in order to support the distribution of the exhaust gas flow over substantially the entire surface of the catalytic converter. The honeycomb monolithic catalyst is substantially disk-shaped with its gas flow passages parallel to each other from the substantially circular inlet surface to the substantially circular outlet surface.

Die folgende Tabelle zeigt die Abgasanalyse des AbgasesThe following table shows the exhaust gas analysis of the exhaust gas

vor und hinter der katalytischen monolithischen Honigwabe: 30in front of and behind the catalytic monolithic honeycomb: 30

Analyse A: Unbehandeltes Abgas stromaufwärts vom Katalysator .Analysis A: Untreated exhaust gas upstream of the catalyst .

Analyse B: Behandeltes Abgas stromabwärts vom Katalysator. Analysis B: Treated exhaust gas downstream of the catalyst.

Analyse C: Unbehandeltes Abgas stromaufwärts vom Katalysator, wobei die Maschine auf einem gewählten Kraftstoffluftverhältnis arbeitet, das durchAnalysis C: Untreated exhaust gas upstream of the catalytic converter, wherein the engine operates on a selected air-fuel ratio that is through

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eine Steuervorrichtung gemäß der Erfindung beibehalten wird.
Analyse D: Behandeltes Abgas stromabwärts vom Katalysator, wobei das Kraftstoffluftverhältnis durch dieselbe Steuervorrichtung wie bei der Analyse Ca control device according to the invention is maintained.
Analysis D: Treated exhaust gas downstream of the catalyst, with the air-fuel ratio being controlled by the same control device as in Analysis C.

beibehalten wird.is retained.

Volumen-% (%-Vol) oder Volumen-Teile pro Million, d.h. 10 Vol.%(ppmv)Volume% (% -Vol) or parts per million by volume, i.e. 10% by volume (ppmv)

Analyse Spindt NO CO KohlenwasserstoffeAnalysis Spindles NO CO hydrocarbons

K/L-Verh.K / L ratio

A 15,0 660 ppmv 3,ο Vo.% 1750 ppmvA 15.0 660 ppmv 3, ο Vo.% 1750 ppmv

B 15,0 75 ppmv 2,7Vol.% 1250 ppmvB 15.0 75 ppmv 2.7 vol% 1250 ppmv

(88,6% ümwandl.) (10% ümwandl.) (28% ümwandl.)(88.6% convertible) (10% convertible) (28% convertible)

C 16,5 2790 ppmv 8706 ppmv 1100 ppmvC 16.5 2790 ppmv 8706 ppmv 1100 ppmv

D 16,5 183 ppmv 870 ppmv 650 ppmv. (93% ümwandl.) (90% ürawandl.) (41% ümwandl.)D 16.5 183 ppmv 870 ppmv 650 ppmv. (93% convertible) (90% convertible) (41% convertible)

Das Spindt Kraftstoffluftverhältnis ist ein Kraftstoffluftverhältnis, das nach dem Verfahren berechnet wird, das in dem Aufsatz "Air/Fuel Ratios From Exhaust Gas Analysis" von R.S. Spindt, SAE Veröffentlichung 650507 beschrieben wird. Auf diese Veröffentlichung wird Bezug genommen.The Spindt air-fuel ratio is a air-fuel ratio which is calculated according to the method described in the article "Air / Fuel Ratios From Exhaust Gas Analysis" by R.S. Spindt, SAE Publication 650507 will. Reference is made to this publication.

Das obige Beispiel zeigt, daß es das erfindungsgemäße Regelververfahren und die erfindungsgemäße Regelvorrichtung erlauben, ein gewähltes Kraftstoffluftverhältnis selbst auf Werten zu halten, die wesentlich außerhalb des Ansprechbereiches eines herkömmlichen Sauerstoffsensors liegen, um dadurch die Arbeit eines Abgasreinigungskatalysators zu verstärken sowie ein hohes Leistungsvermögen der Maschine zu erzielen. Aus der Analyse C ist beispielsweise erkennbar, daß die nicht verbrannten Kohlenwasserstoffe erheblich im Vergleich zum Betrieb bei einem niedrigeren Kraftstoffluftverhältnis herabgesetzt sind und daß ein höherer Umwandlungswirkungsgrad der Schadstoffe bei dem beibehaltenen höheren Kraftstoffluftverhältnis erhalten wird.The above example shows that it is the control method according to the invention and allow the control device according to the invention to have a selected fuel-air ratio itself To maintain values that are significantly outside the response range of a conventional oxygen sensor in order to thereby to strengthen the work of an exhaust gas purification catalyst and a high performance of the machine to achieve. From the analysis C it can be seen, for example, that the unburned hydrocarbons are considerable are reduced compared to operating at a lower air-fuel ratio and that a higher conversion efficiency of pollutants is obtained with the higher air-fuel ratio maintained.

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Ein erfolgreicher Betrieb wurde auch mit einem ansonsten identischen Katalysator erzielt, der Platin und Rhodium in einem Gewichtsverhältnis von 4:1 als katalytische Metalle enthält. Zusätzlich zu Brennkraftmaschinen ist die vorliegende Erfindung in gleicher Weise dazu anwendbar, das Kraftstoffluftverhältnis eines Gemisches zu steuern, das katalytischen Brennern zugeführt wird. Derartige katalytische Brenner verwenden einen Katalysator, wie er beispielsweise in der US PS 3 928 961 dargestellt ist, um die Verbrennung eines Kraftstoffes bei einer niedrigeren Temperatur zu ermöglichen, als sie bei einer unkatalysierten Verbrennung auftreten würde. Dieses Arbeiten hat den Vorteil, daß die Erzeugung von Stickstoffoxiden vermieden oder so klein wie möglich gehalten werden, was eine immer wichtiger werdende Betrachtung bei der Einhaltung von Luftverschmutzungsnormen und-Vorschriften darstellt. Derartige Brenner . haben zahlreiche Verwendungszwecke als Zündheizquelle, wie es beispielsweise in der US PS 3 928 961 beschrieben ist.A successful operation was also with an otherwise obtained identical catalyst, the platinum and rhodium in a weight ratio of 4: 1 as catalytic Contains metals. In addition to internal combustion engines, the present invention is equally applicable to the To control the fuel air ratio of a mixture supplied to catalytic burners. Such catalytic Burners use a catalyst such as that shown in US Pat. No. 3,928,961 to effect combustion of a fuel at a lower temperature than it would be with uncatalyzed combustion would occur. This work has the advantage that it avoids the generation of nitrogen oxides or something must be kept as small as possible, which is an increasingly important consideration when complying with air pollution standards and regulations. Such burners. have numerous uses as an ignition heating source, such as it is described, for example, in US Pat. No. 3,928,961.

Im obigen wurden besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben, an denen verschiedene Änderungen im Rahmen der Erfindung vorgenommen werden können. Beispielsweise müssen die periodischen Intervalle zwischen dem Bilden der Bezugspunkte in der Nähe des stöchiometrischen Betriebes nicht regelmäßig, d.h. von gleicher Dauer sein, obwohl sie es vorzugsweise sind. Der Begriff der Verbrennungskammer soll weiterhin auch mehrere einzelne Kammern, wie beispielsweise die einzelnen Zylinder einer Mehrzylinderbrennkraftmaschine umfassen.In the above, particularly preferred exemplary embodiments of the invention have been described, in which various changes can be made within the scope of the invention. For example, the periodic intervals between Formation of the reference points in the vicinity of the stoichiometric operation is not regular, i.e. of the same duration, although they preferably are. The term combustion chamber should also include several individual chambers, such as the individual cylinders of a multi-cylinder internal combustion engine.

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Claims

.PATENT CLAIMS

1.) Fuel combustion device in combination with a device for regulating the fuel-air ratio, whereby the fuel burner has an adjustable fuel and air proportioning means, a combustion chamber, and an exhaust conduit connected in series and are connected to one another in flow communication, and wherein a selectively proportioned fuel-air mixture from the fuel and air proportioning device into the Combustion chamber can be introduced to be burned therein, and the exhaust gases from the combustion chamber via the exhaust pipe can be withdrawn, characterized in that the device for regulating the Fuel-air ratio a sensor device (18) which is in the exhaust pipe (16) and a limited Range of response to the level of the proportion of a gaseous Has constituent in the exhaust gas in order to obtain a reference value corresponding to the level of the proportion of the gaseous constituent

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signal to generate a reset device (22a) in working communication with the fuel and air proportioning Means (12,42) is to periodically adjust the fuel air ratio to a first value, the is chosen so that it leads to a level of the proportion of the component in the exhaust gas that is in the response range of the sensor device (18) in order to periodically provide a contact area reference signal. to trigger, which is generated by the sensor device (18), and comprises an actuating device (22b), which is in operative communication with the fuel and air proportioning device (12,42) and is responsive to the reference signal to adjust the fuel air ratio to one set second value, which deviates by a selected amount from the first value, so that the fuel air ratio is periodically adjusted to the second value in response to the periodic triggering of the reference signal.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the sensor device (18) is a Sauer- material sensor device is that on a range of height the proportion of oxygen in the exhaust gas that is relevant to a company corresponds to the stoichiometric air-fuel ratio, and that the second value of the air-fuel ratio leads to a level of oxygen in the exhaust gas, which is outside the sensor response range.

3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the adjusting device (22b) is adjustable to allow a choice of the amount of deviation from the first selected value that the fuel and air metering device (12, 42) is imposed by the actuating device (22a).

4. Apparatus according to claim 3, characterized in that g e k e η η, that the fuel combustion device has a internal combustion engine powered by natural gas as fuel (2) comprises and that a catalytic converter (19) which cleans the exhaust gas

is provided, which is located in the exhaust pipe (16) downstream of the sensor device (18), wherein the Adjusting device (22b) is designed so that it adjusts the fuel-air ratio to a second value, the is richer in fuel than the stoichiometric value.

5. Apparatus according to claim 3, characterized in that the sensor device (18) is an oxygen is a sensor device, which comprises zirconia, the response range of which encloses a level of the oxygen content in the exhaust gas, which corresponds to an operation around the stoichiometric air-fuel ratio, and that the actuating device (22b) is designed so that it adjusts the fuel air ratio to a second value which is so selected is that there is a level of oxygen in the exhaust gas results that are outside the range of the responsiveness of the Sensor (18) lies.

6. The device according to claim 3, characterized in that g e k e η η -

indicates that the fuel and air metering device (42) comprises an adjusting device for the adjustment to change the fuel-air ratio of the metering device (12, 42) so that the resetting device (22a) first drive means (48) operated by resettable first timer means and in operative communication with the adjuster to periodically drive the adjuster so that the air-fuel ratio adjustment of the metering device (42) is changed, and comprises means that periodically the first timer device resets, and that the adjusting device (22b) comprises a second drive device (36) which is operated by a second timer device and is in working communication with the setting device to adjust the Fuel-to-air ratio adjustment of the metering device (42) to change in a direction opposite to the direction of the reset means.

7. Apparatus according to claim 6, characterized by a comparator device (28) having input connections and output connections, the input connections are each connected to a reference signal source (30) and to the sensor (18) to each have a reference signal and to receive the output signal of the sensor (18), and the output terminal is connected to the second timer means is to this then when the sensor output signal reaches a selected level relative to the reference signal level to provide an actuation signal.

8. Procedure for regulating the fuel air ratio a fuel combustor using the perceived level of oxygen in exhaust gas, it being the The method allows the ratio to be kept at values that lead to oxygen levels in the exhaust gas that are outside the response range a sensor device that is used to perceive the level of oxygen in the exhaust gas, and wherein the combustor includes an adjustable fuel and air proportioning device, a combustion chamber and an exhaust line connected in series and in flow communication with one another are so that an optionally proportioned fuel-air mixture can be introduced from the metering device into the combustion chamber to be burned therein, and the exhaust gases can be drawn off from the combustion chamber via the exhaust pipe, characterized in that that periodically the air-fuel ratio to a first Value is set, which is chosen so that it leads to a level of oxygen in the exhaust gas that is in the response range of the sensor in order to periodically trigger a response range reference signal that is generated by the sensor, and that the air-fuel ratio is responsive to the reference signal in a direction opposite to the direction used to reach the first value and to an extent is adjusted that a second value of the fuel air ratio is achieved, which deviates from the first value by a selected amount, so that the fuel-air ratio

II) * *

is periodically adjusted to the second value in response to the periodic triggering of the reference signal.

9. The method according to claim 8, characterized in that the second value corresponds to a level of oxygen proportion in the exhaust gas that is outside the sensor response range.

10. The method according to claim 9, characterized in that the mean time interval for which the The air-fuel ratio is set to the first value, about 0.1 to about 5 seconds, and that the middle one Time interval for which the fuel air ratio is set to the second value, about 1 minute to about 10 Minutes.