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Vorrichtung zur Verringerung des Schadstoffausstoßes von Brennkraft-
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maschinen Die Erfindung bezieht sich aif , n(^ Vorrichtung zum Verringern
des Schadstoffausstoßes von Brennkraftmaschinen in Kraftfahrzeugen, bei denen ein
So zur gerät entsprechend den Brennkraftmaschinen-Parametern ein Ausgangssignal
zum Auslösen eines Zündfunkes an einem Zündfunkenerzeuger abgibt.
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In diesem Zusammenhang ist es bekannt, einen Katalysator zu verwenden,
mit dem die Abgase einer mit stöchiometrischem Gemisch betriebenen Brennkraftmaschine
in Produkte umgesetzt werden, die für die Umwelt unschädlich sind. Nachteil derartiger
Vorrichtungen ist der hohe Regelaufwand, ferner der verschleißanfällige, für die
Messung der Gemischzusammensetzung verwendete Sauerstoffsensor im Abgas und die
bei unsachgemäßen Gebrauch, beispielsweise bei Verwendung von bleihaltigem Kraftstoff,
bestehende große Gefahr der Zerstörung des Katalysators.
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Darüber hinaus bereitet die Nachrüstung von Kraftfahrzeugen, die nicht
mit einem derartigen Katalysator versehen sind, erhebliche Kosten und ist zumindest
nicht ohne erhebliche Leistungseinbuße der Brennkraftmaschine bzw. ohne eine erhebliche
Steigerung des Kraftstoffverbrauchs durchführbar. Bei Kraftfahrzeugen, deren Brennkraftmaschinen
mit bleibhaltigen Kraftstoff betrieben werden müssen, ist ein Nachrüsten überhaupt
nicht möglich.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zunde, eine Vorrichtung der eingangs
genannten Art zu schaffen, die sich durch einen geringen Aufwand auszeichnet und
die die Möglichkeit bietet, auch nachträglich als Mittel zur Verringerung des Schadstoffausstoßes
in Kraftfahrzeugen eingebaut zu werden.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, daß zwischen dem Steuergerät
und dem Zündfunkenerzeuger eine Verzögerungseinrichtung angeordnet ist, die das
Ausgangssignal anhängig von einem für den Schadstoffausstoß maßgeblichen Parameter
im Sinne eines Zündzeitpunktspätverstellung verzögert.
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Die mit Hilfe der Verzögerungseinrichtung erzielte Spätverstellung
des Zündzeitpunkts stellt ein ausgezeichnetes Mittel dar, insbesondere den Ausstoß
von umweltschädlichen Stickoxiden drastisch zu verringern. Daneben kan auch eine
nicht unerhebliche Verringerung des Ausstoßes von Kohlenwasse rstoff-Ve rbindungen
festzustellen sein. Bestehende Kraftfahrzeuge ohne eine derartige Vorrichtung können
relativ problemlos mit Hilfe eines Zusatzgerätes mit der Verzögerungseinrichtung
umgerüstet werden. Dieses ist lediglich in die Verbindungsleitung zwischen dem Steuergerät
und dem Zündfunkenerzeuger einzuschalten. Da es sich im wesentlichen um die Anwendung
einer im Zusammenhang mit der Spätverstellung des Zündzeitpunkts ohnehin gebräuchlichen
Verzögerung handelt, ist der finanzielle Aufwand für die Einrichtung gering einzuschätzen.
Als bekannte Einrichtungen, in denen mit Hilfe eines Verzögerungeinrichtung eine
Zündzeitpunkt -Spätverstellung vorgenommen wird, sind beispielsweise die DE-OS 30
30 190 und die DE-OS 30 20 174 zu nennen.
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Die Spätverstellung des Zündzeitpunkts kann auf unterschiedliche Weise
vorgenommen werden. So ist es möglich, hierfür einen konstanten Wert von beispielsweise
15° zu wählen. Alternativ hierzu kann die Spätverstellung auch variabel erfolgen.
Hierzu können beispielsweise mehrere Verzögerungsglieder hintereinander geschaltet
sein, die entsprechend der erfoderlichen Spätverstellung des Zeitpunkts teilweise
überbrückt werden.
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Der für den Schadstoffausstoß maßgebliche Parameter kann ebenfalls
verschieden
gewählt sein. Es kann sich dabei beispielsweise um die Drehzahl der Brennkraftmaschine
handeln. Dabei kann der meßbare Zusammenhang zwischen Quantität und Qualität des
Abgases und diesem Bet riebspa rameter der Brennkraftmaschine berücksichtigt werden.
Als weiteres kann die Quantität oder Qualität des Abgases selbst Berücksichtigung
finden. Erstere kann beispielsweise mit einem bei Einspritzanlagen für die Bestimmung
der zugeführten Luftmenge verwendeten Luftmengen- bzw.
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Massensensor bestimmt werden. Für letzteres kann ein Sensor benutzt
werden, der auf eine oder mehrere Komponenten des Abgases, beispielsweise die Stickoxide,
anspricht. Entsprechend des Ausgangssignalen dieser Sensoren kann dann die Spätverstellung
des Zündzeitpunkts gegebenenfalls variabel vorgenommen sein.
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Die ggf. aus mehreren Verzögerungsgliedern aufgebaute Kette für die
Verzögerungseinrichtung kann unterschiedlich auf das Ausgangssignal des Steuergeräts
wirken. So ist es bei einem impulsförmigen Ausgangssignal möglich, nur die den Zündzeitpunkt
steuernde Flanke dieses Ausgangssignals zu verzögern. Ergänzend hierzu kann auch
die zweite Flanke verzögert sein. Dies ergibt den zusätzlichen Vorteil, daß die
für die Steuerung des Zündfunkenerzeugers aufzubringende Leistung bei Verwendung
der Vorrichtung und damit der Schließwinkel unverändert bleiben.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
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In einem Kraftfahrzeug befindet sich eine Zündanlage, die im wesentlichen
aus einem Steuergerät 1, einer Verzögerungseinrichtung 2 und einem Zündfunkenerzeuger
in Form einer Zündspule 3 besteht. Das Steuergerät 1 liefert durch eine Endstufe
4 ein impulsförmiges Ausgangssignal, das entsprechend den Parametern der nicht dargestellten
Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeugs aus Kennfeldern gewonnen ist, das für den
Schließ- und den Zündwinkel innerhalb des Steuergeräts 1 gespeichert ist. Dabei
ist der Abstand zweier aufeinanderfolgender Ausgangssignale des Steuergeräts 1 abhängig
von Zündwinkel und Drehzahl und die Impulsbreite des Ausgangssignlas abhängig vom
Schließwinkel.
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Die Verzögerungseinrichtung 2 ist in die Verbindungsleitung 5 zwischen
dem Steuergerät 1 und der Zündspule 3 eingeschaltet. Sie enthält im wesentlichen
ebenfalls eine Endstufe 6, die wahlweise direkt (Leitung 7) bzw. über eine Kette
von fünf Verzögerungsgliedern 8 angesteuert ist. Vier der Verzögerungsglieder 8
sind durch eine parallel schaltbare Leitung 9 überbrückbar.
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Die Umschaltung zwischen der direkten bzw. der verzögerten Ansteuerung
der Endstufe 6 erfolgt über einen Schalter 10, der durch ein NOR-Gatter 11 gesteuert
ist. In dem Gatter 11 sind Eingangssignale zugeführt, die für den Leerlauf LL, die
Vollast VL und für das Über-bzw. Unterschreiten vorgegebener Drehzahlwerte der Brennkraftmaschine
charakteristisch sind.
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Für letzteres sind Drehzahlschalter 12 und 13 vorgesehen, die unter
einer vorgegebenen Drehzahl von z.B. 800 (Schalter 12) bzw. über einer Drehzahl
von 4.500 U/min durchschalten und über das Gatter 11 für die direkte Ansteuerung
die Endstufe sorgen. Das Ausgangssignal des Steuergeräts 1 ist der Verzögerungseinrichtung
2 zugeführt. Liegt die Drehzahl der Brennkraftmaschine unter bzw. über den angegebenen
Werten von 800 U/min (Schalter 12) bzw. 4.500 U/min (Schalter 13) oder befindet
sich die Brennkraftmaschine im Leerlauf LL bzw. im Vollast-Betrieb VL, so befindet
sich der Schalter 10 in der eingezeichneten Stellung. Die Endstufe 6 steuert die
Zündspule in derselben Weise, wie dies bei direkter Verbindung des Steuergeräts
1 mif der Zündspule 3 erfolgt, nämlich entsprechend den im Steuergerät 1 gespeicherten
Kennfeldern.
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Liegt die Drehzahl der Brennkraftmaschine zwischen den Werten von
800 und 4.500 U/min und im Teillast-Bereich, d.h. nicht im Leerlauf bzw. in der
Vollast, so wird die Endstufe 6 über die Verzögerungs-
glieder 8
angesteuert. Entsprechend der Zahl der angenommenen fünf Verzögerungsglieder 8,
die untereinander gleich sind und jeweils einer Spätverstellung des Zündzeitpunkts
um 30 entsprechen, wird die Endstufe 6 verzögert angesteuert und liefert ein Ausgangssignal
am Ausgang A, das gegenüber dem Ausgangssignal des Steuergeräts 1 um einen Wert
t verzögert ist. Dieser Wert hängt ab von der Zahl der wirksamen Verzögerungsglieder
und ist gleich 150, wenn alle fünf Verzögerungsglieder 8 wirksam sind. In diesem
Fall sind die parallelen Leitungen 9 der Verzögerungsglieder 8 unterbrochen. Die
Zahl der wirksamen Verzögerungsglieder 8 wird durch Schließen einer entsprechenden
Zahl von Leitungen 9 verringert, die das jeweilige Verzögerungsglied 8 unwirksam
schalten. Diese Leitungen 9 werden in Abhängigkeit von einer Meßgröße des Abgases,
beispielsweise der Konzentration bzw. der Menge von Stickoxid geschaltet.
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Beginnend mit einer Konzentration bzw. Menge des Stickoxids, die unter
einem vorgegebenen Grenzwert liegt, werden bei Überschreiten dieses Grenzwerts zu
dem ersten, nicht überbrückbaren Verzögerungsglied bei Überschreiten dieses Grenzwerts
eine zunehmende Zahl der restlichen vier Verzögerungsglieder durch entsprechendes
Unterbrechen der Leitungen 9 zugeschaltet. Dadurch kann die Konzentration bzw. Menge
des Stickoxids begrenzt bzw. verringert werden.
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Die Verzögerungseinrichtung 2 läßt sich, wie mittels der strichliert
eingezeichneten, unterbrochenen direkten Verbindungsleitung 14 zwischen dem Steuergerät
1 und der Zündspule 3 angedeutet, auch nachträglich zwischen das Steuergerät 1 und
der Zündspule 3 einschalten. Diese Maßnahme zur Verringerung des Schadstoffausstoßes
der Brennkraftmaschine erfordert somit keinerlei Veränderung des Steuergeräts, beispielsweise
in Form einer Änderung der darin gespeicherten Kennfelder. Ist die Verzögerungseinrichtung
2 unwirksam, beispielsweise bei Unterbrechen der Spannungsversorgung, so ist es
bei weiterhin unterbrochener direkter Verbindung zwischen dem Steuergerät 1 und
der Zündspule 3 nicht möglich, einen Zündfunken
mit Hilfe der Zündspule
3 zu erzeugen. Dadurch ergibt sich ein wirksamer Schutz gegenüber einer Manipulation.
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Schließlich kann, wie an sich bekannt, als Mittel zur Komfortverbesserung
eine nicht im einzelnen dargestellte Maßnahme bei Umschalten von der direkten auf
die verzögerte Ansteuerung der Endstufe 6 vorhanden sein.
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Hierzu sind die Verzögerungsglieder 8, wie an sich aus der DE-OS 30
30 190 bekannt, so modifiziert, daß sie einen rampenförmigen Hochlauf der Zündverzögerung
bewirken. Die Verzögerungsglieder 8 sind hierzu so auszubilden, daß sie nicht sprunghaft,
sondern mit einer zeitlich endlichen Rate wirksam werden. Dieselbe Maßnahme kann
auch bei Ausschalten der Verzögerungsglieder, z.B. durch Verwendung eines dann wirksamen
Kondensators, ergriffen werden.
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