DE2524103A1 - Steuersystem fuer das treibstoff- luft-gemisch einer brennkraftmaschine - Google Patents

Steuersystem fuer das treibstoff- luft-gemisch einer brennkraftmaschine

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DE2524103A1 DE19752524103 DE2524103A DE2524103A1 DE 2524103 A1 DE2524103 A1 DE 2524103A1 DE 19752524103 DE19752524103 DE 19752524103 DE 2524103 A DE2524103 A DE 2524103A DE 2524103 A1 DE2524103 A1 DE 2524103A1
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Description

Patentanmeldung Steuersystem für das Treibstoff-Luft-Gemisch einer Brennkraftmaschine
Die Erfindung bezieht sich auf ein Steuersystem für das Treibstoff-Luft-Gemisch einer Brennkraftmaschine mit einem mit einem Treib stoff-Luft-Gemisch versorgten Ansaugrohr und einem die Abgase abführenden Auepuffrohr, wobei im Auspuffrohr ein auf den Partialdruck des Sauerstoffes ansprechender Sensor angeordnet ist, dessen Werte zur Steuerung des Treibstoff-Luft-Gemisches herangezogen werden.
Steuersysteme der eingangs genannten Art sind bereits aus den US-PS 3 768 259 und 3 7 59 232 bekannt. Gemäß der amerikanischen Patentanmeldung USSN 391 424 des Erfinders wurde bereits ein Verfahren zur Herstellung einee solchen Sensors vorgeschlagen. Die erwähnten Patente bzw Patentanmeldungen werden hier nur soweit erwähnt, wie sie für das Verständnis der vorliegenden Erfindung erforderlich sind.
In den erwähnten Patenten bzw der Patentanmeldung ist der auf den Partialdruck des Sauer stoffes ansprechende Sensor unmittelbar in dem das Abgas
US-682 / 27. Mai 1975
509881/0322
Sitz der Gesellschaft: Köln - Registergericht Köln. HRB 84 Vorsitzender des Aufslchlsrates: Hans Schäbiger Vorstand Robert A Lutz Vorsitzender Horst Bergemann Franz J. Bohr Waldemar Ebers · Charles W. Flynn ■ Wilhelm Inden · Alfred Lang« Stellvertretend : Paul A. Guckel - Hans-Joachim Lehmann
abführenden Auspuffrohr angeordnet. In den US-PS 3 7 68 259 und 3 7 59 232 wird die Verwendung eines Sensors aus einem festen Elektrolyten aus Zirkoniumdioxyd beschrieben. Sensoren dieser Art erzeugen eine elektf omotorische Kraft, die eine logarithmische Funktion des Partialdruckes des Sauerstoffes in dem Gasmedium an der anderen Seite des Elektrolyten ist. Normalerweise ist eine Seite des Elektrolyten der Atmosphärenluft (als Referenzmedium) ausgesetzt, während die andere Seite des Elektrolyten dem Abgas der Brennkraftmaschine ausgesetzt ist. Bei Änderungen des Treibstoff-Luft-Gemisches in unmittelbarer Nähe eines stöchiometrischen Treibstoff-Luft-Gemische β verändert sich die elektromotorische Kraft des Sensors verhältnismäßig stark, so daß diese Werte zur Steuerung des Treibstoff-Luft-Gemisches in einem stöchiometrischen Verhältnis herangezogen werden können.
Die amerikanische Patentanmeldung USSN 391 424 beschreibt die Verwendung eines Sensors aus einem festen Elektrolyten aus Titaniumdioxyd, der bei einer Anordnung im Auspuffrohr einer Brennkraftmaschine große Änderungen seines Widerstandes aufweist, wenn sich das Verhälteis des Treibstoff-Luft-Gemisches im Bereich eines sioehiometrieehen Verhältnisses verändert.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Steuersystem der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem eine zweckentsprechende Steuerung des Treibstoff-Luft-Gemisches auch möglich ist» wenn das der Brennkraftmaschine zugeführte Treibstoff- Luit-Gemisch wesentlich reicher als das entsprechende stöchiometrieche Verhältnis ist.
Gemäfi der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst, indem ein Steuersystem der eingangs genannten Art die in den Patentansprüchen aufgezeigt en Merkmale aufweist.
Die Erfindung wird anhand eines in der beiliegenden Zeichnung gezeigten
/ 2?. Mai 1915 - 3 -
509881/0322
Ausführungsbeispieles näher erläutert.
Fig. 1 zeigt eine schematische Aneicht einer Brennkraftmaschine mit einem erfindungsgemäßen Steuersystem zur zweckentsprechenden Steuerung des Treibstoff-Luft-Gemisches.
Fig. 2 zeigt einen vergrößerten Schnitt durch einen Teil des Steuersystems in Fig. 1.
Fig. 3 zeigt ein Diagramm der vom Sensor gelieferten Spannung über den Mischungsverhältnissen des Treib stoff-Luft-Gemisches und zwar für einen Sensor aus einem festen Elektrolyten aus Zirkoniumdioxyd, wobei der bisher bekannte und der erfindungsgemäße Kurvenverlauf angegeben ist.
Fig. 4 zeigt ein Diagramm der Widerstandsänderung eines Sensors aus Titaniumdioxyd über den Mischungsverhältnissen des Treibstoff-Luft-Gemisches, wobei sowohl der bisher bekannte als auch der erfindungsgemäße Kurvenverlauf angegeben sind.
In Fig. 1. ist ein erfindungsgemäßes Steuersystem für das Treibstoff-Luft-Gemisch einer Brennkraftmaschine mit 10 bezeichnet. Das System besteht aus einer Brennkraftmaschine 12, die ein Ansaugrohr 14 und ein Auspuffrohr 16 aufweist. Das Ansaugrohr 14 wird über einen herkömmlichen Luftfilter 20 und eilen Vergaser 22 mit einem Treibstoff-Luft-Gemisch versorgt und das Auspuffrohr l6führtdie Abgase der Brennkraftmaschine 12 über eine Auspuffleitung 18 zur Atmosphäre.Der Vergaser 22 ist hierbei mit einerEinrichtung versehen, die das Treibstoff-Luft-Gemisch in Abhängigkeit von den vom Sensor gelieferten Werten des Partialdruckes des Sauerstoffes verändert, wie es z. B. in den US-PS 3768 259 und 3 759 232 beschrieben ist.
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509881/0322
Die in Fig. 1 eingezeichneten Heile deuten die Strömung des Treibstoff-Luft-Gemisches und des Abgases der Brennkraftmaschine an.
Gemäß der Erfindung ist eine Verbindungsleitung 24 zwischen dem Auspuffrohr 16 bzw 18 und dem Ansaugrohr 14 angeordnet, über die eine bestimmte Menge Abgas vom Auspuffrohr 16 bzw 18 zum Ansaugrohr 14 rückführbar ist. In der Verbindungsleitung 24 ist ein Sensor 26, vorzugsweise aus Titaniumdioxyd angeordnet und dem in der Verbindungsleitung 24 strömenden Abgasmenge ausgesetzt. Der Sensor 26 kann ebenso aus Zirkonium dioxyd bestehen, wobei die eine Seite des festen Elektrolyten der Abgasmenge in der Verbindungsleitung 24 und die andere Seite des festen Elektrolyten einem Referenzmedium, wie z. B. der Atmosphärenluft, ausgesetzt sein muß.
Die Verbindungsleitung 24 weist weiterhin einen Einlaß 28 auf, über den Atmosphärenluft in die Verbindungsleitung 24 eintreten kann. Die Verbindung der Verbindungsleitung 24 mit dem Auspuffrohr 18 wird hierbei über eine Drosselstelle 30 bestimmt, die nur eine bestimmte Menge Abgas in die Verbindungsleitung 24 eintreten läßt. Diese bestimmte Abgasmenge vermischt sich mit der Über den Einlaß 28 eintretenden Atmosphärenluft, so daß der Partialdruck des Sauerstoffes der im Abgas im Auspuffrohr 18 vorhanden ist, in der Verbindungsleitung 24 durch die zusätzliche Luftmenge modifiziert wird. Der Sensor 26 ist somit einem Gasmedium ausgesetzt, das einem modifiziertem Partialdruck des Sauerstoffes gegenüber dem des Abgases der Brennkraftmaschine 12 aufweist.
Bei den bekannten Steuersystemen der eingangs genannten Art wurde der Sensor 26 entweder im Auspuffrohr 16 oder im Auspuffrohr 18 angeordnet und würde eine große elektromotorische Kraft oder eine große Änderung des Widerstandes aufweisen, wenn das der Brennkraftmaschine zugeführte Treibstoff-Luft-Gemisch nahezu dem stöchiometrischen Verhältnis entspricht.
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Die erfindungsgemäße Anordnung des Sensors 26 in der in Figur 1 gezeigten Lage stromab des gedrosselten Einlasses für das Abgas und dem gesteuerten Einlaß für die Atmosphärenluft erfolgt zu dem Zweck, daß die große Änderung der Spannung oder des Widerstandes des Sensors 26 zu einem Zeitpunkt erfolgt, bei dem die Brennkraftmaschine 12 mit einem Treib stoff-Luft-Gemisch versorgt wird, das wesentlich reicher als das stöchiometrische Verhältnis, nämlich z. B. 1 : 10 ist. Das stöchiometrische Verhältnis eines Treibstoff-Luft-Gemisches liegt hierbei normalerweise bei 1 : 14,7.
Vorzugsweise ist die Verbindungsleitung 24 mit dem Auspuffrohr 18 über eine Drosselstelle 30 verbunden. Ebenso ist der Einlaß 28 über ein Ventil 32 steuerbar. Der Einlaß 28 ist hierbei vorzugsweise wesentlich geringe'r als die Drosselstelle 30 und kann darüber hinaus über das Ventil 32 entsprechend verschiedener Betriebszustände der Brennkraftmaschine gesteuert werden. Wird z. B. das Ventil 32 geschlossen, so kann keine zusätzliche Luftmenge in die Verbindungsleitung 24 gelangen und der vom Sensor 26 festgestellte Partialdruck des Sauerstoffes entspricht in herkömmlicher Weise allein dem Partialdruck des Sauerstoffes im Abgas der Brennkraftmaschine.
Die Figuren 3 und 4 zeigen typische Kurvenverläufe eines Sensors, der eine hohe Spannungsänderung und eines Sensors der eine hohe Widerstandsänderung aufweist. Jede der beiden Figuren zeigt zwei gleiche Kurven. Die näher zur vertikalen Achse der Diagramme liegenden Kurven werden hierbei durch die erfindungsgemäße Anordnung des Sensors 26 in Verbindung mit der Einrichtung zum Modifizieren des Partial druckes des Sauerstoffes erzielt, während die weiter abliegenden Kurven dem bisher bekannten Stand der Technik entsprechen. Es ist klar zu erkennen, daß der bisherige Kurvenverlauf die größte Veränderung der vom Sensor gelieferten Werte im Bereich des stöchiometrischen Verhältnisses des Treibstoff-Luft-Gemisches aufwies.
Selbstverständlich ist es ebenso möglich, die in den Figuren 3 und 4 gezeigten US-682 /27. Mai 197 5 509881/0322 -6"
Kurven auch in Richtung eines magereren Treibstoff-Luft-Gemisches zu verschieben, indem der Verbindungsleitung 24 über den Einlaß 28 eine andere Gaskomponente als Umgebungeluft zugeführt wird, um den Partialdruck des Sauerstoffes in der Verbindungsleitung 24 zu verringern.
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Claims (7)

Patentansprüche Z O Z 4 Ί U d
1. ] Steuersystem für das Treibstoff-Luft-Gemisch einer Brennkraftmaschine
mit einem mit einem Treibstoff-Luft-Gemisch versorgten Ansaugrohr und einem die Abgase abführenden Auspuffrohr, wobei im Auspuffrohr ein auf den Partialdruck des Sauerstoffs ansprechender Sensor angeordnet ist, dessen Werte zur Steuerung des Treibstoff-Luft-Gemisches herangezogen werden, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verbindungsleitung (24) zwischen dem Auspuffrohr (18) und dem Ansaugrohr (14) vorgesehen ist, über die eine bestimmte Menge Abgas vom Auspuffrohr (18) zum Ansaugrohr (14) rückführbar ist und wobei der auf den Partialdruck des Sauerstoff ansprechende Sensor (26) in dieser Verbindungsleitung (24) angeordnet ist und Einrichtungen (28 und 32) zum Modifizieren des Partialdruckes des Sauerstoffes in dieser Menge des Abgases vorgesehen sind.
2. Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Verbindungsleitung (24) über eine Drosselstelle (30) mit dem Auspuffrohr (18) verbunden ist.
3. Steuersystem nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Modifizieren des Partialdruckes des Sauerstoffes aus einem über ein Ventil (32) steuerbaren, stromauf des Sensors (26) angeordneten Einlaß (28) für eine zusätzliche Gaskomponente besteht.
4. Steuersystem nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Gaskomponente eine zusätzliche Luftmenge ist.
5. Steuersystem nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (26) aus einem festen Elektrolyten besteht, dessen eine Seite dem Gasmedium in der Verbindungsleitung (24) ausgesetzt ist.
US-682 / 27. Mai 197 5 -Z-
509881/0322
.τ.
6. Steuersystem nach den Ansprüchen Ibis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der feste Elektrolyt Zirkoniumdioxyd ist.
7. Steuersystem nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der feste Elektrolyt Titaniumdioxyd ist.
US-682 / 27. Mai 1975
509881/0322
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