DE2338875C2 - Kraftstoffzumeßanlage für Brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

Druck herrscht Das Luftdrosselorgan 2, das sowohl ein Schieber als auch eine Klappe sein kann, steuert mit einer Düsennadel 4 den Austrittsquerschnitt der Brennstoffaustrittsdüse 5, an der eine Leitung 6 endet Diese ragt in eine Brennstoffkammer 7 hinein und taucht mit ihrem, der Brennstoffaustrittsdüse 5 abgewandten Ende in den Brennstoff ein. Der Luftraum 8 oberhalb des Brennstoffniveaus ist über einen Belüftungskanal 9 und ein Ventil 10 mit Bciufiungskanälen 11 und 12 verbindbar. Der Kanal 11 führt von dem Ventil 10 zu einer stromaufwärts des Luftdrosselorgans liegenden Stelle des Ansaugkanals und der Kanal 12 zu einer stromabwärts des Luftdrosselorgans liegenden Stelle, die jedoch stromaufwärts des willkürlich betätigbaren Drosselorgans 3 liegt Es stehen somit als Druckquellen sowohl etwa atmosphärischer Druck als auch ein ebenfalls konstanter diesem Druck gegenüber reduzierter Druck für die Beeinflussung des Drucks im Luftraum der Brennstoffkammer zur Verfügung.

Das Ventil 10 ist als Umschaltventil Ia Form eines Membranmagnetventils ausgebildet, bei dem über eine Magnetspule 13 ein Anker 14 betätigt wird, der zumindest ein Teil der Mebran 15 ist Diese ist zwischen zwei Sitzen 16 und 17 angeordnet, die sich an den Enden der Belüftungskanäle 11 und 12 befinden. In der Membran 15 sind öffnungen 18 vorgesehen, über die die Luft aus dem Kanal 11 ungehindert zum Kanal 9 strömen kann. Wie in F i g. 1 nicht näher dargestellt, wird die Magnetspule 13 entsprechend dem Ausgangssignal einer im Auspuffsystem des Kraftfahrzeuges angeordneten Meßsonde gesteuert Je nach Stärke der Erregung wird der Anker 14, der im Ruhebetrieb den Sitz 17 verschließt, gegen den Sitz 16 gezogen, wobei der Kanal 11 geöffnet und der Kanal 12 mehr oder weniger geschlossen wird.

Zur Verminderung des Aufwandes bei der Regeleinrichtung ist auch eine getaktete Betätigung des Ankers 14 möglich, das bedeutet, daß das bewegliche Ventilteil abwechselnd einen der Sitze 16 und 17 völlig verschließt. In jedem Fall wird der Luftraum 8 der Brennstoffkammer 7 mehr oder weniger dem im Ansaugkanal 1 herrschenden Druck stromaufwärts oder stromabwärts des Luftdrosselorgans 2 ausgesetzt

Bei dem in F i g. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel sind von der Ausführung nach F i g. 1 nur der zur Brennstoffkammer führende Belüftungskanal 9 sowie die im Ansaugkanal endenden Belüftungskanäle U und 12 dargestellt Bei diesem Ausfiihrungsbeispiel werden die Kanäle 11 und 12 durch Magnetventile 20 und 21 gesteuert, die alternativ gleichzeitig geöffnet und geschlossen werden können. Desweiteren sind in den Kanälen 11,12 willkürlich änderbare Drosselstellen 30, 31 vorgesehen.

In einem Abgasrohr 22 ist die Meßsonde 23 angeordnet, bei der es sich um eine an sich bekannte Sauerstoffmeßsonde handeln kann, wie sie z. B. in der amerikanischen Patentschrift 35 97 345 beschrieben ist. Diese Meßsonde besteht aus einem einseitig verschlossenen Röhrchen 24, das aus einem Festelektrolyten Zirkondioxyd besteht und beiderseits mit mikroporösen Platinschichten 25 beschichtet ist. Das Röhrchen ist einerseits von der Außenluft und andererseits von den Abgasen des Kraftfahrzeugs berührt. Wenn der Sauerstoff-Partialdruck im Abgas von dem in der Außenluft abweicht, dann tritt zwischen den beiden Platinschichten eine Potentialdifferenz auf, die logarithmisch vom Quotienten dieser Sauerstoff-Partialdrücke abhängt. Deshalb ändert sich die Ausgangsspannung der Sauerstoffmeßsonde in dem räheren Bereich der Luftzahl A = I sprungartig zwischen einer hohen und einer niedrigen Ausgangsspannung.

Erfindungsgemäß werden das Magnetventil 21 nur beim Oberschreiten eines oberen Schwellwertes und das Magnetventil 20 beim Unterschreiten eines unteren Schwellwertes der Meßsondenausgangsspannung aufgesteuert Bei der Aufsteuerung des Ventils 20 steigt also der Druck im Brennstoffbehälter 7 und der

lu Brennstoff anteil des der Brennkraftmaschine zugeführten Betriebsgemisches nimmt zu. Dagegen nimmt beim Aufsteuern des Magnetventils 21 dieser Brennstoft'anteil ab.

Durch die Verwendung von zwei Magnetventilen, die getaktet arbeiten, wird verhindert, daß aufgrund der Belüftungskanäle ein Bypaß entsteht, der das Regelverhalten der Anlage stören könnte. Grundsätzlich ist jedoch der Querschnitt der Belüftungskanäle so klein gewählt, daß die im Bypaß durchströmende Luftmenge kleiner als 5—10% der Leerlauf-Luftmenge der Brennkraftmaschine ist und damit durch die Steuerung entsprechend dem Ausgangssigna] der Meßsonde beherrschbar ist

In Fig.3 ist im oberen Diagramm die Sondenausgangsspannung mit ihrem sprungartigen Verlauf dargestellt Die waagerechten Linien 51 und 52 stellen den oberen und unteren Schwellwert dar. Sobald die Spannung über die Linie 51 steigt oder unter die Linie 52 sinkt wird je eines der Magnetventile betätigt, wie es auf den beiden unteren Impulsfolgediagrammen der Fig.3 gezeigt ist. Während die Impulse beim mittleren Diagramm für das Magnetventil 20 gelten, gelten die im untersten Diagramm für das Magnetventil 21. Die Einschaltzeiten von den Magnetventilen 20 und 21 können auch wie dargestellt z. B. mit Hilfe einer Kippstufe konstant entweder auf t 1 oder f 2 gehalten werden, d. h. der Einschaltzeitpunkt erfolgt nach der Zeit fl bzw. f2. Dies kann von Vorteil sein, wenn schnelle, aber gleichmäßige Schaltzeiten erwünscht sind.

Wie in Fig.2 dargestellt, sind in den Schaltkreis zwischen Meßsonde 23 und Magnetventilen 20, 21 zur Erfassung des oberen und unteren Schwellwertes Schwellwertschalter 26 und 27 angeordnet. Es kann jedoch auch vcn Vorteil sein, den Schwellwertschaltern eine Impulsformerstufe z. B. in Form eines Komparators 28 vorzuschalten, durch den aus dem sprunghaften Verlauf der Ausgangsspannung der Meßsonde eine reine Rechteckspannung erzeugt wird, die dann über Integrator 29 in eine Spannung mit gleichmäßig steigenden und fallenden Kurvenabschnitten, also eine Rechteckspannung umgeformt wird, die dann von den Schwellwertschaltern abgetastet wird.

Werden die Spannungsverläufe der Sonde 23 über der Zeit betrachtet, so ergibt sich aufgrund der Auspufffrequenz des Motors eine Periodizität, die bei hoher Drehzahl eine große Frequenz mit entsprechend kleinen Wellenlängen aufweist und bei niederer Drehzahl entsprechende große Wellenlängen. In einem dem Motor nachgeschalteten Einbettkatalysator werden diese abwechselnd mehr fett und mageren Abgasstöße, die mit hoher Frequenz erfolgen, gut verarbeitet, während langsame Abgasänderungen, also große Wellenlängen, weniger gut verarbeitet werden können.

¹Jm diese niederen Frequenzen oder großen Wellenlängen, hervorgerufen durch Totzeiten des Vergasers in Verbindung mit Saugrohr, Motor und Auspuffsystem zu verringern, ist erfindungsgemäß wie in Fig.4 darge-

stellt, der Saugrohrabschnkt vor dem Luftmeßorgan 2 und nach der Drosselklappe 3 durch einen Bypass 35 miteinander verbunden, der durch ein Magnetventil 36 gesteuert wird. Das Magnetventil 36 wiederum kann vorzugsweise durch die Meßsonde 23 gesteuert werden, unter Verwendung derselben elektronischen Vorrichtung, wie sie zur Steuerung des Drucks im Kraftstoffbehälter 7 vorhanden ist. Durch diese Steuerung verringert sich die Totzeit der gesamten Regelung. Sie wirkt entsprechend schnell und hat die gewünschten schnellen Wechsel des Abgases fett-mager zur Folge. Diese Luftbypaßregelung wirkt auf die Luftzahl λ in erster Näherung nur additiv, d. h. bei niedrigen Durchsätzen, also großer Wellenlänge, ist ihr Einfluß groß, bei großen Durchsätzen, also hoher Frequenz, ist ihr Einfluß kiein. Aus diesem Grunde gleicht sie die genannten Nachteile aus. Das Magnetventil 36 kann analog oder digital arbeiten und wird in der Praxis der Arbeitsweise der Ventile 20 und 21 angepaßt werden. Es kann auch anstatt von der Sauerstoffmeßsonde angesteuert zu werden, in Abhängigkeit der Motordrehzahl oder der Zündfrequenz betätigt werden. Hierdurch würde die additive Luftbypassregelung einen drehzahlproportionalen Anteil bekommen.

Einen lastabhängigen Anteil könnte sie bekommen, wenn im Bypass eine saugrohrdruckgesteuerte Drossel angeordnet wäre.

Bei der weiter oben beschriebenen Steuerung der Magnetventile 20 und 21 wirkt sich diese Auspufffrequenz des Motors nachteilig in der Art aus, daß die Öffnungszeiten der Magnetventile aufgrund der unterschiedlichen Wellenlänge ungleich lang sind, so daß ein direkter Einfluß der Drehzahl insofern auch der Last auf die Aufsteuerzeit vorhanden ist. Der Gemischdurchsatz eines Motors variiert etwa im Verhältnis 1 :30 bis 1 :40, so daß es unterschiedlich lange dauert, bis die Auswirkung von den beschriebenen Regeleingriffen von der Sonde richtig angezeigt wird. Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung soll deshalb der drehzahlabhängige Teil, der sich aus dem Gemischdurchsatz ergebenden Lauf- und Totzeiten eliminiert werden, so daß nur noch eine Variation im Verhältnis von etwa 1 :5 bis 1:6 bei der Festlegung des Zeitverhaltens der Regelanlage berücksichtigt werden muß. Erfindungsgemäß wird deshalb der Öffnungszeitpunkt der Magnetventile 20 und 21 in Abhängigkeit vom Zündzeitpunkt gesteuert und die Öffnungszeit des jeweiligen Ventils durch den Sondenspannungsverlauf. Eine elektrische Schaltung, die für eine derartige Steuerung verwendbar ist, ist in der DOS 22 02 614 gezeigt Dort wird durch den Zündverteiler unter Umständen mit einem Verzögerungsglied der hinschaitimpuis für eins der VeiHiie 20 oder 21 gegeben, deren Öffnungszeit dann jeweils in Abhängigkeit von der Sondenspannung gesteuert wird. Hierbei öffnet das zweite Ventil dann, wenn das erste geschlossen hat. Vorteilhafterweise wird man die Gesamtöffnungszeit konstant halten, um irgendwelchen Schwebungen beim Druckaufbau im Luftraum 8 des Kraftstoffbehälters 7 vorzubeugen. Da die Ventile naturgemäß jeweils eine andere Amplitude der zur Motorsaughubfrequenz gehörenden Welle zugeordnet

ίο bekommen, kann erfindungsgemäß auch die Steuerfolge der Ventile geändert werden, d. h. statt der Steuerfolge der Ventile 20,21 pro Wellenlänge könnte sie auch sein 21, 20. Durch einen derartigen Wechsel der Steuerfolge wären Korrekturen möglich. In jedem Fall wird die Einschaltung durch das Zeitglied 37 (Zündverteiler) in einen mittleren Abschniit der Motorsaughübe gelegt werden, um somit für die Drucksteuerung des Kraftstoffbehälters 7 einen möglichst hohen Wirkdruck zu erhalten, der frei von Einflüssen durch Motorventil-Überschneidungen ist. Das in F i g. 4 mit 38 bezeichnete elektronische Steuergerät enthält dann Steuerelemente, wie sie für F i g. 2 beschrieben wurden, wie sie aber vor allem in der DOS 22 02 614 beschrieben sind.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung

läßt sich die Änderung des Druckes im Kraftstoffbehälter 7 und damit die Änderung des der Brennkraftmaschine zugeführten Kraftstoff-Luft-Gemisches benutzen, um bei kalter Brennkraftmaschine eine Anreicherung dieses Gemisches zu erhalten. Hierzu wird von einem Temperaturfühler 39 die Motortemperatur gemessen, um dann über der Änderung der Aufsteuerzeiten des Ventils 20 oder 21 die Kraftstoff-Luft-Gemischänderung zu erhalten. Schaltungen, die diesem Zweck dienen könnten, sind in der deutschen Patentschrift 15 26 506 gezeigt. Die entsprechende Schaltung könnte im elektronischen Steuergerät 38 angeordnet sein.

Das ganze erfindungsgemäße System, nämlich der Luftdruckregelung im Kraftstoffbehälter 7 in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung einer Meßsonde im Auspuff dient zur Feinregelung des Kraftstoff-Luft-Gemischverhältnisses, das dem Motor zugeführt wird. Es ist weniger für grobe Änderungen des Kraftstoff-Luft-Gemischverhältnisses gedacht, da dafür die zur Verfügung stehenden Drücke sowie die Öffnungszeiten zu gering sind. Insofern wird es auch als Warmlaufsteuerung in erster Linie zur Feinsteuerung dienen. Die Grobwarmlaufsteuerung wird wie bisher üblich über ein Bimetall oder sonstiges Thermoelement erfolgen, beispielsweise bis zu einer Temperatur von 20⁰C. Die abgassondenabhängige Steuerung setzt gegebenenfalls erst nach Beendigung der Warmlaufsteuerung ein.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche: to

1. Gleichdruckvergaser für Brennkraftmaschinen mit einer Brennstoffkammer konstanten Niveaus, deren Luftraum über zwei Belüftungskanäle mit steuerbarem Querschnitt an Bereiche unterschiedlichen Druckes an den Ansaugkanal des Vergasers angeschlossen ist, wobei der eine Belüftungskanal an einen Bereich angeschlossen ist, in dem etwa Atmosphärendruck herrscht und der Brennstoffraum der Brennstoffkammer mit einer Brennstoffaustrittsdüse verbunden ist, deren Austrittsquerschnitt von einer Düsennadel gesteuert ist, die mit einem Luftdrosselorgan verbunden ist, welches den Steuerquerschnitt des Ansaugkanals so einregelt, daß in diesem Querschnitt, in den die Brennstoffaustrittsdüse mündet, konstanter Druck herrscht, und wobei der zweite Belüftungskanal (12) in einen Bereich des Ansaugkanals (1) ausmündet, der zwischen Luftdrosselorgan (2) und dem willkürlich betätigbaren Drosselorgan (3) des Vergasers liegt, und daß der Querschnitt der Belüftungskanäle (11, 12) in Abhängigkeit vom Ausgangssignal einer dem Abgas der Brennkraftmaschine ausgesetzten Meßsonde (23) über wenigstens ein elektromagnetisch betätigtes Umschaltventil (10) derart gesteuert ist, daß bei Sauerstoffüberschuß im Abgas der Druck im Luftraum (8) der Brennstoffkammer (7) konstanten Niveaus erhöht wird und umgekehrt, dadurch gekennzeichnet, daß das wenigstens eine Magnetventil (10, 20, 21) getaktet angesteuert wird mit einer von der Zündfrequenz abhängigen Frequenz und einem Tastverhältnis, das vom Ausgangssignal der Meßsonde (23) bestimmt wird.

2. Gleichdruckvergaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerimpulsfolge zur Betätigung des wenigstens einen Magnetventils (10, 20,21) gegenüber der Zündfrequenz phasenverschoben ist.

3. Gleichdruckvergaser mit je einem für jeden der Belüftungskanäle (11,12) vorgesehenen Magnetventil (20, 21) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetventile im Wechsel aufsteuerbar sind und die Aufsteuerfolge der Magnetventile zwischen zwei aufeinanderfolgenden « Zündzeitpunkten änderbar ist.

4. Gleichdruckvergaser nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe der Öffnungszeiten der Magnetventile (20,21) pro Takt konstant ist.

5. Gleichdruckvergaser nach Anspruch 3, dadurch so gekennzeichnet, daß die Öffnungszeit pro Magnetventil (20 oder 21) zumindest über einen bestimmten Drehzahlbereich konstant ist.

6. Gleichdruckvergaser nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Tastverhältnis zusätzlich in Abhängigkeit von der Temperatur änderbar ist.

7. Gleichdruckvergaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ansaugkanal (1) stromaufwärts des Luftdrosselorgans (2) durch eine Bypass-Luftleitung (35) mit dem Ansaugkanal stromabwärts des Luftdrosselorgans (2) verbindbar und in der Bypassleitung ein Ventil (36) angeordnet ist, das zugleich mit einem der Magnetventile (20) gesteuert wird.

60 Die Erfindung betrifft einen Gleichdruckvergaser gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Ein derartiger Vergaser ist in der französischen Patentschrift 14 93 167 offenbart Dort mündet der eine Belüftungskanal des Luftraumes stromaufwärts des Luitdrosselorgans eines Gleichdruckvergasers in Form eines Staurohres in den Ansaugkanal. Auch der zweite Belüftungskanal mündet siromaufwärts des Luftdrosselcrgans am Beginn der Ansaugkanal-Durchmesserverengung. In beiden Kanälen sind komplementär zueinander betätigbare Klappen angeordnet, die mit der willkürlich betätigbaren Drosselklappe verbunden sind oder durch einen Stellmotor in Abhängigkeit vom Unterdruck der Brennkraftmaschine betätigt werden.

Diese Einrichtung dient zur Steuerung der Anreicherung des Kraftstoff-Luftgemisches mit Kraftstoff bei ausgewählten Betnebsbereichen der Brennkraftmaschine. Die Einrichtung hat den Nachteil, daß die zur Verfügung stehenden Drücke, mit denen der Druck im Luftraum der Brennstoffkammer variiert werden soll, sich ständig und insbesondere in Abhängigkeit vom Luftdurchsatz ändern. Mu dieser Einrichtung ist kein genaues Einhalten eines bestimmten Kraftstoff-Luft-Verhältnisses zur Verminderung der schädlichen Bestandteile im Abgas unabhängig von dem Betriebsbereich der Brennkraftmaschine möglich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den eingangs genannten Gleichdruckvergaser so zu verbessern, daß ein genaues Einhalten einer im Sinne der Verminderung der schädlichen Anteile im Abgas optimalen Zusammensetzung des Kraftstoff-Luftgemisches erzielbar ist und Störgrößen schnell und mit geringem Aufwand ausregelbar sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das wenigstens eine Magnetventil getaktet angesteuert wird mit einer von der Zündfrequenz abhängigen Frequenz und einem Tastverhältnis, das vom Ausgangssignal der Meßsonde bestimmt wird.

Damit wird vermieden, daß die Magnetventile in zu großen Zeitabständen geschaltet werden, so daß es nicht mehr insbesondere bei niedriger Drehzahl zu den sonst auftretenden erheblichen Abweichungen der Gemischzusammensetzung vom gewünschten Wert kommt und die resultierenden Abgase z. B. in einem Katalysator optimal verarbeitet werden können.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Drei Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 das erste Ausführungsbeispiel mit einem Umschaltventil zur Steuerung der Querschnitte der Belüftungskanäle,

F i g. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel, das zwei Magnetventile anstatt des Umschaltventils gemäß dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 aufweist,

F i g. 3 ein Diagramm für eine vorteilhafte Ansteuerung der Magnetventile und

F i g. 4 ein drittes Ausführungsbeispiel.

In einem Ansaugkanal 1 der Brennkraftmaschine sind ein Luftdrosselorgan 2 und ein willkürlich betätigbares Drosselorgan 3 hintereinander angeordnet. Das Luftdrosselorgan 2 ist Teil eines Luftmengenmessers eines Gleichdruckvergasers und regelt den Querschnitt des Ansaugkanals so ein, daß in diesem Querschnitt, in den eine Brennstoffaustrittsdüse 5 mündet, konstanter