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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung
zur Verringerung der schädlichen Abgase von einer
Brennkraftmaschine bzw. von einem Verbrennungsmotor, der mit
zugehörigen Einrichtungen zur Regelung des Betriebs des Motors
bei normalen Arbeitsbedingungen verbunden ist, die durch eine
Entspannung im Ansaugluftverteiler bzw. der Ansaugluftleitung
(nachfolgend als Ansaugluftleitung bezeichnet) betätigt werden.
Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine
Vorrichtung zur Verringerung der Emissionen, wenn die
Temperatur der Kühlflüssigkeit geringer als 35ºC ist.
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Es ist zum Beispiel aus US-A-3 687 120 bekannt, daß zur
Verbesserung der Verbrennung und folglich zur Verringerung der
Emission von Schadstoffen und des Treibstoffverbrauchs
Verbrennungsmotoren von Fahrzeugen, insbesondere Benzinmotoren
mit einer Reihe von Regeleinrichtungen ausgestattet sind, die
für die Arbeit bei normalen Betriebsbedingungen des Motors
gestaltet und optimiert sind, und die durch die Entspannung
in der Ansaugluftleitung geregelt werden; eine solche
Einrichtung ist z. B. die sogenannte "Minimalgeschwindigkeits"-
Einrichtung, die das vollständige Schließen der Ventilklappe
des Vergasers während der Geschwindigkeitsabnahme verhindert;
eine weitere Einrichtung ist die digitale elektronische
Zündung, die die Zündvorverstellung kalkuliert und noch
allgemeiner alle Verfahren des Motors regelt. Eine dritte
Einrichtung bestimmt die Anreicherung für das
Kraftstoff/Luft-Gemisch während der Beschleunigung. Es ist gleichfalls bekannt,
daß die optimalen Bedingungen für eine exakte Verbrennung
variieren, wenn der Motor heiß oder kalt ist, und daß
Motorkraftfahrzeuge nicht nur wenn die Temperatur der
Kühlflüssigkeit
des Motors unterhalb des optimalen Betriebswertes,
sondern auch zwischen 35ºC und der Betriebstemperatur (etwa
90ºC) liegt, hohe Werte von schädlichen Abgasen erzeugen,
indem gerade diese Einrichtungen, die den Betrieb des Motors
verbessern, wenn er sich bei Betriebstemperaturen befindet,
diese Emissionen beträchtlich verschlechtern, wenn der Motor
kalt ist. Die Folge für die Umwelt, insbesondere bei
Großstädten, kann man sich dabei leicht vorstellen, wenn
man bedenkt, daß in den Wintermonaten ein eben gestartetes
Fahrzeug einige Kilometer fahren kann, bevor der Motor seine
Betriebstemperatur erreicht.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der
Schaffung einer Vorrichtung, um die schädlichen Abgase bei einer
Temperatur unterhalb der Betriebstemperatur des
Verbrennungsmotors, der mit diesen Regeleinrichtungen versehen ist, auf
ein Minimum zu verringern.
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Diese Aufgabe wird durch die vorliegende Erfindung gelöst,
die sich auf eine Vorrichtung zur Verringerung der
Schadstoffemissionen eines Verbrennungsmotors richtet, der mit
zugehörigen Einrichtungen ausgestattet ist, die der Regelung
des Motorbetriebs dienen, wie es in Anspruch 1 definiert ist.
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Zum besseren Verständnis dieser Erfindung erfolgt nachfolgend
eine nicht begrenzende Beschreibung unter Bezugnahme auf die
beigefügten Zeichnungen, welche zeigen:
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Fig. 1 eine schematische Darstellung des Verbrennungsmotors,
der mit zugehörigen Regeleinrichtungen und mit der
umweltfreundlichen Einrichtung verbunden ist, die den
Gegenstand der vorliegenden Erfindung bilden; und
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Fig. 2 eine qualitative graphische Darstellung von
Zündvorverstellung/Umdrehungsgeschwindigkeit, die den Motor
regelt, der mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ausgestattet ist.
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Wie es in Fig. 1 gezeigt ist, wird der Verbrennungsmotor
schematisch mit der Bezugsziffer 1 dargestellt, wobei dieser
Motor von jedem bekannten Typ sein kann, der mit einem
Zylinderblock 2, der durch einen Kühlmantel 3 gekühlt wird, in dem
eine geeignete Kühlflüssigkeit (z. B. Wasser) zirkuliert, und
einer Ansaugluftleitung 4 versehen ist, auf der zum Beispiel
ein Vergaser 5 des bekannten Typs angebracht ist, über dem
sich ein Luftfilter 6 befindet, dessen Ventilklappe 7 mit
einer bekannten Regeleinrichtung 8 versehen ist, deren
Position auf dem Vergaser 5 mit einer unterbrochenen Linie
dargestellt ist und die in dem Kreis unterhalb des Motors 1 als
Detail vergrößert dargestellt ist, sie wird zum Beispiel
durch eine "Minimalgeschwindigkeits"-Einrichtung oder eine
"Beschleunigerpumpe" jedes bekannten Typs gebildet. Der Motor
1, der mit der Vorrichtung 8 versehen ist, ist ebenfalls mit
einem digitalen elektronischen Zündungssystem 9, das
schematisch als Block dargestellt ist, und mit einer weiteren
pneumatischen Regeleinrichtung 10 jedes bekannten Typs
ausgestattet, die als Block schematisch dargestellt ist und zum
Beispiel von einer Anreicherungsvorrichtung für die
Beschleunigungsphase gebildet wird. Wie es in der Technik allgemein
bekannt ist, wird die Einrichtung 8 von einem pneumatischen
Membran-Stellglied bzw. von einem pneumatischen
Membran-Drehzahlregler 11 (nachfolgend als pneumatisches Stellglied
bezeichnet) gebildet, das in bekannter Weise, was der
Einfachheit halber nicht dargestellt ist, durch eine
Druckluftleitung 12 und ein Verzögerungsventil so mit der
Ansaugluftleitung 4 verbunden ist, daß es durch die während der
Geschwindigkeitsabnahme darin vorhandene Entspannung betätigt wird,
wobei der Motor 1 mit einer hohen Umdrehungszahl arbeitet, so
daß der kleine Arm 13 verschoben wird, der mit der Klappe 7
so verbunden ist, daß deren völliges Schließen verhindert
wird. In ähnlicher Weise sind auch die Einrichtungen 9 und 10
in bekannter Weise, was der Einfachheit halber nicht
dargestellt ist, mit der Leitung 4 so verbunden, daß sie durch die
in dieser Leitung vorhandene Entspannung geregelt werden; das
Zündungssystem 9 ist zum Beispiel durch die Signalleitung 15,
mit dem Motor 1 verbunden,
durch die es Signale von verschiedenen bekannten Sensoren
empfängt, die nicht dargestellt und auf dem Motor 1
angeordnet sind, unter denen sich auch immer ein Sensor befindet,
der, wie es bekannt ist, die Entspannung in der Leitung 4
anzeigt, der wiederum durch die Leitung 15 Regelsignale zum
Motor 1 überträgt, die während des Betriebszustands des Motors
1 sichern, daß die charakteristische Kurve der Veränderung
des Winkels der Zündvorverstellung im Verhältnis zur
Umdrehungsgeschwindigkeit des Motors die Kurve ist, die in Fig. 2
als durchgehende Linie gezeigt ist.
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Bei dieser Erfindung ist der Motor 1 außerdem mit einer
Vorrichtung 18 ausgestattet, die so arbeitet, daß die
schädlichen Emissionen dieses Motors beim Kaltlauf verringert
werden; diese Vorrichtung 18 umfaßt insgesamt eine
Vakuum-Abnahme 20 (vacuum take-off), die auf der Ansaugluftleitung 4
angeordnet ist, einen Druckluftkreis 21, der mit den
Regeleinrichtungen 8, 9 und 10 verbunden ist, einen Sensor 22 zur
Bestimmung der Temperatur der Kühlflüssigkeit des Motors 1
und ein Dreiwegeventil 23 jedes bekannten Typs, das selektiv
arbeitet, um den Kreis 21 in der Weise mit der Atmosphäre und
mit der Vakuum-Abnahme 20 zu verbinden, daß dieser Kreis die
in der Leitung 4 vorhandene Entspannung oder den
atmosphärischen Druck entsprechend aufnimmt; insbesondere ist dieses
Ventil 23 ein Magnetventil vom Gleitspulen-Typ, das einen
Körper 24 mit drei Auslässen 25, 26 und 27, die entsprechend
mit der Atmosphäre, durch die Druckluftleitung 28 mit der
Vakuum-Abnahme 20 und dem Kreis 21 verbunden sind, eine Spule
29, die im Körper 24 gegen die Wirkung einer Feder 30 gleiten
kann, und einen Elektromagnet 31 umfaßt, der vorzugsweise von
dem Typ ist, der so arbeitet, daß die Spule 29 in der Weise
angezogen wird, daß sie die Feder 30 zusammendrückt, wenn er
angeregt ist. Die Spule 29 und folglich das Ventil 23 als
ganzes ist in der Lage, zwei Positionen einzunehmen, in der
ersten, die in Fig. 1 als durchgehende Linie gezeigt ist,
verbindet sie den Auslaß 26 mit dem Auslaß 27, wodurch der
Auslaß 25 so abgesperrt wird, daß die Vakuum-Abnahme 20 mit
dem Kreis 21 verbunden ist, und in der zweiten Position, die
in Fig. 1 mit einer unterbrochenen Linie gezeigt ist,
verbindet sie den Auslaß 25 mit dem Auslaß 27, wodurch der Auslaß
26 in der Weise abgetrennt ist, daß der Kreis 21 mit der
Atmosphäre verbunden ist. Der letztere umfaßt entsprechende
Verzweigungen 32, 33 und 34, durch die er mit den zugehörigen
Einrichtung 8, 9 und 10 in der Weise verbunden ist, daß deren
Normalbetrieb in Abhängigkeit davon geändert wird, ob der
Kreis 21 mit der Atmosphäre oder mit der Vakuum-Abnahme 20
verbunden ist. Insbesondere ist die Verzweigung 34 in
bekannter Weise so mit der Einrichtung 10 verbunden, daß deren
Betrieb ausgeschlossen wird, wenn im Kreis 21 atmosphärischer
Druck vorhanden ist, und die Verzweigung 32 ist in Reihe mit
dem Verzögerungsventil 36 vorgesehen und ist mit der
Einrichtung 8 in der Weise verbunden, daß deren Betrieb
ausgeschlossen wird, wenn andererseits die Entspannung in der
Leitung 4 im Kreis 21 vorhanden ist; für diesen Zweck ist die
Abnahme 38 des pneumatischen Stellglieds 11, die wie es dem
Fachmann allgemein bekannt ist, dauerhaft mit der Atmosphäre
verbunden sein müßte, auf der anderen Seite in
flüssigkeitsdichter Weise mit der Verzweigung 32 verbunden. Mit dem Ende
der Verzweigung 33 ist andererseits ein Druckschalter 39
eines bekannten Typs verbunden, der auf jede geeignete Weise
mit der Zündungseinrichtung 9 verbunden ist, um die
charakteristische Kurve des Winkels der Vorverstellung in
Abhängigkeit von der Rotationsgeschwindigkeit des Motors von der als
durchgehende Linie in Fig. 2 gezeigten in die als in Fig. 2
unterbrochen dargestellte Linie zu ändern. Bei einem
digitalen Zündungssystem 9 kann zum Beispiel der Druckschalter 39
mechanisch mit der Selektoreinrichtung 40 innerhalb der
Einrichtung 9 verbunden sein, die den regelnden Mikroprozessor
zu zwei unterschiedlichen Speichereinheiten leitet, in denen
die Daten der beiden Kurven der Fig. 2 gespeichert sind; in
jedem Fall wird die Verbindung so durchgeführt, daß die
Einrichtung 40 die unterbrochen dargestellte Kurve-der Fig. 2
auswählt, wenn die Entspannung in der Leitung 4 im Kreis 21
vorhanden ist, und umgekehrt die andere Kurve auswählt, wenn
im Kreis 21 atmosphärischer Druck vorhanden ist.
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Bei der vorliegenden Erfindung wird das Ventil 23 durch den
Temperatursensor 22 über eine geeignete Regeleinrichtung
gesteuert, die im dargestellten Beispiel einen
Stromversorgungskreis 42 für den Elektromagneten 31 und einen Schalter
43 umfaßt, der direkt vom Sensor 22 betätigt wird und mit dem
Kreis 42 in der Weise verbunden ist, daß dessen Betätigung
die Anregung oder Entregung des Elektromagneten 31
hervorruft. Der Elektromagnet 31 umfaßt insbesondere einen Kern 44,
der mechanisch mit der Spule 29 verbunden ist, und einen
Induktor 45, der parallel zum Schalter 43 mit dem Kreis 42
verbunden ist, und der Kreis 42 umfaßt einen Widerstand 46, der
oberhalb bzw. stromaufwärts des Schalters 43 angeordnet ist;
der Sensor 22 umfaßt wiederum ein Sensorelement 48 des Typs
mit doppeltem Schwellwert, das geeicht ist, so daß er bei
zwei bestimmten Temperaturen in der Weise wechselt, daß zum
Beispiel der Schalter 43 geschlossen gehalten wird, wenn die
Temperatur der Kühlflüssigkeit des Motors 1 zwischen dem
Mindestwert, z. B. 35ºC, und dem Höchstwert, z. B. 90ºC liegt;
unterhalb bzw. oberhalb dieser Temperaturen, die entsprechende
Schwellwerte des Sensors 22 zum Eingreifen darstellen, hält
das Element 48 den Schalter 43 tatsächlich offen, da es aus
Gründen der Fahrzeugleistung bei bis zu etwa 35ºC nicht
möglich ist einzugreifen, um schädliche Abgase zu verringern,
ohne daß eine komplexe und teure Einrichtung angewendet wird;
die erfindungsgemäße Vorrichtung greift im
Temperaturintervall zwischen etwa 35ºC und der Betriebstemperatur (etwa
90ºC) ein.
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Wenn der Elektromagnet 31 entregt wird, ist die Feder 30
entlastet und hält die Spule 29 in der mit einer unterbrochenen
Linie gezeigten Position (Fig. 1), dies bildet die zweite
Position des Ventils 23; wenn der Elektromagnet 31 auf der
anderen Seite angeregt ist, wird der Kern 44 vom Induktor 43
angezogen und hält die Spule 29 in der mit einer
durchgehenden
Linie dargestellten Position, wobei die Feder 30
zusammengedrückt wird und das Ventil 23 in dieser ersten Position
angeordnet ist. Bei Verwendung, wenn der Motor 1 im kalten
Zustand gestartet wird, besteht folglich ein Stromfluß im
Kreis 42, und da die Temperatur des Kühlmittels geringer als
35ºC ist, bleibt der Schalter 43 offen. Folglich wird der
Elektromagnet 31 angeregt, das Ventil 23 befindet sich in der
ersten Position und der Druck im Kreis 24 ist die Entspannung
in der Leitung 4, wobei der Kreis 24 durch das Ventil 23 mit
der Abnahme 20 verbunden ist; folglich wirkt diese
Entspannung auf die Einrichtung 10, die aktiv ist, und auf die
Einrichtung 8, die andererseits deaktiviert ist; der
Druckschalter 39 wählt die mit der unterbrochenen Linie gezeigte Kurve
(Fig. 2) für die Einrichtung 9 und erhöht folglich die
Zündvorverstellung. Bei diesen Bedingungen wird während des
Kaltlaufs eine optimale Zündvorverstellung erreicht, soweit es
Einflüsse auf den Verbrauch und die Emission nicht
verbrannter Schadstoffe betrifft, die
Minimalgeschwindigkeits-Einrichtung ist ausgeschlossen, so daß die gesamte Bremswirkung
des Motors während der Geschwindigkeitsabnahme übernommen
wird; und wenn die Einrichtung 10 eine
Anreicherungseinrichtung ist, gibt es während der Beschleunigung eine Anreicherung
des Luft/Kraftstoff-Gemischs, dies ermöglicht es, daß das vom
Vergaser 5 gebildete Gemisch arm bleibt. Wenn der Betrieb des
Motors 1 andauert, wird das Kühlmittel allmählich erwärmt,
bis es die erste Eichtemperatur des Elementes 48 des Sensors
22, z. B. 35ºC, übersteigt; zu diesem Zeitpunkt schließt der
Schalter 43 den Kurzschluß des Induktors 45, und folglich
wird der Elektromagnet 31 entregt, und die Feder 30 befördert
das Ventil 23 in seine zweite Arbeitsposition; folglich
verbindet die Spule 29 den Kreis 21 mit der Atmosphäre; die
Entspannung in der Leitung 4 wird ausgeschlossen. Folglich ist
die Einrichtung 10 ausgeschlossen, der Druckschalter 39
bestimmt die Veränderung des Drucks in der Verzweigung 33 und
verändert die Einrichtung 40 in der Weise, daß für diese
Einrichtung 9 die Betriebskurve mit der durchgehenden Linie
(Fig. 2) ausgewählt wird, und die Einrichtung 8 nun so
aktiviert
wird, daß die Abnahme 38 durch die Verzweigung 32 und
das Ventil 23 mit der Atmosphäre verbunden ist und deren Hub
durch das Ventil 36 geregelt wird. Bei diesen Bedingungen
wird die Zündvorverstellung einzig und allein als Funktion
der Winkelgeschwindigkeit des Motors verändert, die volle
Wirkung der "Minimalgeschwindigkeits-Einrichtung" bei der
Geschwindigkeitsabnahme kann bei einer Verringerung des
Treibstoffverbrauchs während des Betriebszustandes erreicht werden
und eine mögliche Anreicherung des Gemischs durch die
Einrichtung 10 ist ausgeschlossen. Beim weiteren Betrieb steigt
die Temperatur der Kühlflüssigkeit des Motors 1 weiter, bis
sie die zweite Eichtemperatur des Elementes 48 erreicht,
z. B. 90ºC, die der optimalen Betriebstemperatur des Motors 1
entspricht; an dieser Stelle öffnet der Sensor 2 den Schalter
43 wieder, dies bewirkt folglich eine Anregung des
Elektromagneten 31 und einen Wechsel des Ventils 23 in die
vorangegangene Position, so daß die Entspannung auf die Einrichtung 10,
die betätigt wird, und auf die Einrichtung 8 wirkt, die
andererseits deaktiviert wird, während der Druckschalter 39 in
der Einrichtung 9 wiederum die Kurve mit der unterbrochenen
Linie (Fig. 2) auswählt und folglich die Zündvorverstellung
zunimmt. Bei diesen Bedingungen wird die Zündvorverstellung
auf einen optimalen Wert eingestellt, so daß Einfluß auf den
Kraftstoffverbrauch und die Emission von unverbranntem
Kraftstoff ausgeübt wird; die Minimalgeschwindigkeits-Einrichtung
wird ausgeschlossen, so daß der volle Bremseffekt des Motors
bei der Geschwindigkeitsabnahme zur Verfügung steht, und wenn
die Einrichtung 10 eine Anreicherungseinrichtung ist, eine
Anreicherung des Treibstoff/Luft-Gemischs bei der
Beschleunigung besteht, folglich wird mehr Leistung entwickelt, z. B.
zum Überholen, wobei weiterhin ein armes Gemisch verwendet
wird.
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Aus der Beschreibung der Vorteile dieser Erfindung wird
deutlich, daß durch diese beschriebene Vorrichtung der Betrieb
aller Regeleinrichtungen des Motors modifiziert wird, die bei
Kaltlaufbedingungen eine schlechte Verbrennung hervorrufen
würden, wenn sie bei der Idealeinstellung für den Betrieb
eines heißen Motors belassen würden; wenn die gewünschte
Temperatur einmal erreicht ist, schaltet die erfindungsgemäße
Vorrichtung automatisch ab, die Regeleinrichtungen werden in
die normalen Betriebsbedingungen zurückgeschaltet; außerdem
wird im Falle des Versagens die erfindungsgemäße Vorrichtung
abgeschaltet, da, wenn kein Strom im Kreis 42 ist, die Feder
30 das Ventil 23 immer in der zweiten Position hält, wodurch
die Möglichkeit vermieden wird, daß die Regeleinrichtungen in
der Einstellung für den kalten Motor eingestellt bleiben
können, wenn der Motor heiß ist.