DE2553696A1 - Regelsystem - Google Patents

Description

München, 28. November 1975

Nissan Motor Company, Limited Yokohama City, Japan

Regelsystem

Die Erfindung betrifft ein Regelsystem zur Einstellung eines vorbestimmten Luft/Kraftstoff-Verhältnisses eines Luft/Kraftstoff-Gemischs, welches einem Verbrennungsmotor von einem Vergaser zugeführt wird.

Bei Verbrennungsmotoren ist es ein grundlegendes Erfordernis, die Beseitigung von Schadstoffen aus dem Abgas zu bewirken oder zumindest die Schadstoffe zum größten Teil zu reduzieren, indem das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Luft/Kraftstoff-Gemisches mit großer Genauigkeit auf einem vorbestimmten Verhältniswert gehalten wird, wobei dieses Luft/Kraftstoff-Gemisch dem Motor zugeführt wird.

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Wenn beispielsweise die Entfernung von Schadstoffen durch Verwendung eines neuentwickelten Katalysators bewerkstelligt wird, der eine Vielzahl von Metallen aus der Platingruppe enthält und die Oxydation von Kohlenmonoxyd und unverbrannten Kohlenwasserstoffen wie auch die Reduktion von Stickstoffoxyden katalysiert, so zeigt der Katalysator eine beträchtliche Verringerung seiner Katalysatorcharakteristik, wenn nicht das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des dem Motor zugeführten Luft/Kraftstoff-Gemischs exakt auf einem optimalen Verhältniswert gehalten

wird, der in der Nähe des stöchiometrischen Verhältnisses liegt.

Es ist allerdings sehr schwierig, das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in exakter Weise konstant zu halten, auch wenn der Vergaser sehr genau konstruiert und eingestellt ist, weil das Luft/Kraftstoff-Verhältnis durch physikalische Eigenschaften der Luft und des Kraftstoffs, beispielsweise durch die Dichte und Viskosität/ beeinträchtigt wird; diese Faktoren sind Variable, die von dem Atmosphärendruck, der Umgebungstemperatur und der Temperatur des Kraftstoffs abhängen. Es wurde vorgeschlagen, die Kraftstoff-Einspritz- oder Abflußmenge im Vergaser elektronisch zu regeln, um derartigen Schwierigkeiten entgegenzutreten, jedoch ergeben sich hierbei strukturelle Schwierigkeiten bezüglich des Vergasers und eine erhebliche Erhöhung der Herstellungskosten.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Regelsystem zu schaffen, um das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des dem Motor zugefUhrten Luft/Kraftstoff-Gemischs beizubehalten bzw. auf einem vorbestimmten Wert zu halten, wobei ein derartiger Motor mit einem konventionellen Vergaser ausgerüstet ist und das Regelsystem mit einem Motor kombiniert werden kann, ohne daß wesentliche Änderungen des Vergasers erforderlich sind.

Ein Regelsystem gemäß der Erfindung weist wenigstens eine Leitung auf, deren eines Ende in das Ansaugrohr des Motors an einem stromab der Drosselklappe des Vergasers liegenden Abschnitt geführt ist, während das andere Ende zu einer Quelle für eine Komponente des Luft/Kraftstoff-Gemischs geführt wird; ferner ist für jede Leitung ein elektromagnetisches Absperrorgan oder Ventil vorgesehen, welches derart angeordnet wird, daß der Fluß des Fluidums durch jede der Leitungen gesteuert wird. Zur Betätigung der oder des elektromagnetischen Absperrorgans ist eine Einrichtung vorgesehen, so daß die Durchflußmenge oder Strömungsgeschwindigkeit der einen Komponente des Luft/Kraftstoff-Gemisches in jeder Leitung so variiert wird, daß jede Abweichung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses des Gemisches vom vorbestimmten Verhältniswert kompensiert wird, wobei das Gemisch der Verbrennungskammer des Motors zugeführt wird. Das erfindungsgemäße Regelsystem weist ferner einen Abgas-Sensor auf, welcher die Konzentration der speziellen Abgas-Komponente

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im Abgassystem des Motors feststellt, wobei diese Komponente vom Luft/Kraftstoff-Verhältnis des in der Verbrennungskammer des Motors verbrannten Gemisches abhängt; der Sensor liefert ein elektrisches Signal zu dieser Einrichtung, welches der gemessenen Konzentration enspricht, und diese Einrichtung steuert das elektromagnetische Absperrorgan in Abhängigkeit von diesem elektrischen Signal an.

Gemäß einer Ausfuhrungsform der Erfindung ist eine einzige Leitung vorgesehen, welche den Durchfluß von Kraftstoff als die besagte Komponente gestattet; der Vergaser ist dabei so eingestellt, daß er konstant ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis liefert, das höher als das vorbestimmte Verhältnis ist.

Eine zweite Ausführungsform der Erfindung weist eine einzige Leitung auf, die eine Luftzufuhr gestattet; der Vergaser ist dabei so eingestellt, daß er konstant ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis schafft, welches kleiner als das vorbestimmte Verhältnis ist.

Nach einer dritten Ausführungsform der Erfindung sind zwei Leitungen vorgesehen, welche die Zufuhr von Kraftstoff und Luft ermöglichen; hierbei ist der Vergaser so eingestellt, daß er ein vorbestimmtes Luft/Kraftstoff-Verhältnis schafft.

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Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand von Zeichnungen zur Erläuterung weiterer Merkmale veranschaulicht. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematisehe Darstellung eines Regelsystems für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung in Verbindung mit einem Verbrennungsmotor und einem Vergaser,

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Regelschaltung des Regelsystems nach Fig. 1,

Fig. 3 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Funktion eines elektromagnetischen Absperrorgans im Regelsystem nach Fig. 1,

Fig. 4 eine graphische Darstellung einer Einrichtung zur Steuerung eines Absperrorgans, die sich bei einer teilweise abgewandelten Ausführungsform des in Fig. 1 gezeigten Regelsystems anwenden läßt,

Fig. 5 und 8 schematische Darstellungen ähnlich Fig. 1 zur Erläuterung zweiter und dritter Ausfuhrungsformen der Erfindung,

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Fig. 6 und 9 Wellenformen von Ausgangssignalen von Elementen der Regelschaltung nach Fig. 2 unter Bezugnahme auf die Regelsysteme der Figuren 5 und 8, und

Fig. 7 eine Fig. 3 ähnliche graphische Darstellung fUr das in Fig. 5 dargestellte Regelsystem.

In Fig. 1 ist ein konventioneller Verbrennungsmotor dargestellt, der mit 10 bezeichnet ist und ein übliches Ansaugrohr 12 und ein Auspuffrohr 14 aufweist. Das Ansaugrohr 12 steht mit einem Luftfilter 16 und einem konventionellen Vergaser 18 in Verbindung. In dem Vergaser 18 wird von einer Schwimmerkammer 20 abfließender Kraftstoff in einen Luftstrom eingeführt und zerstäubt, so daß ein Luft/Kraftstoff-Gemisch mit einem nahezu konstanten Luft/Kraftstoff-Verhältnis erhalten wird. Die Zufuhrmenge des Luft/Kraftstoff-Gemisches zum Motor 10 durch das Ansaugrohr 12 hindurch hängt vom Öffnungsgrad einer Drosselklappe 22 ab.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform ist ein Zusatz-Kraftstoffzufuhrsystem mit einem Vergaser 18 und dem Ansaugrohr kombiniert und dient als Maßnahme zur Korrektur oder Regelung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses des Luft/Kraftstoff-Gemisches auf einen exakt konstanten Wert während des Eintritts des Gemisches in das Ansaugrohr 12, wobei das Gemisch vom Vergaser 18 geliefert wird.

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Eine zusätzliche Kraftstoffdüse 24 des zusätzlichen Kraftstoff-Zufuhrsystems öffnet sich an einem stromab der Drosselklappe 22 des Vergasers 18 befindlichen Abschnitt in das Ansaugrohr 12. Die Kraftstoffduse 24 befindet sich in der Nähe des sogenannten "Steig"-Abschnitts 12a, der einen Abschnitt des Ansaugrohrs 12 darstellt, der einen stromauf liegenden Endbereich eines längeren Abschnitts einnimmt,in dem das Ansaugrohr 12 ziemlich nahe oder neben dem Auspuffrohr 14 liegt, um die Verdampfung bzw. Verdunstung des Kraftstoffs in dem Luft/Kraftstoff-Gemisch zu fördern; die Düse 24 steht über eine Leitung oder einen Hilfs-Kraftstoffabgabekanal 26 mit der Schwimmerkammer 20 des Vergasers 18 in Verbindung. Der Fluß des Kraftstoffs durch den Kanal 26 wird durch ein elektromagnetisches Absperrorgan oder Ventil 28 gesteuert. Das zusätzliche System bzw. Hilfssystem zur Kraftstoffzuführung enthält einen Abgas-Sensor 30, welcher sich in dem Auspuffrohr 14 befindet, um ein elektrisches Signal zu erzeugen, das der Konzentration einer spezifischen Komponente des Abgases entspricht, sowie eine Regelschaltung 32, welche die Tätigkeit des elektromagnetischen Absperrorgans 28 in Abhängigkeit von dem Signal des Sensors 30 regelt. Der Abgas-Sensor 30 wird verwendet, weil sich die gemessene oder erfaßte Konzentration der speziellen Abgaskomponente abhängig von der Zusammensetzung des Luft/Kraftstoff-Geraisches ändert, welches in den Verbrennungskammern des Motors

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10 verbrannt wird. Vorzugsweise wird als spezifische Komponente Sauerstoff verwendet, weil dessen Konzentration im Abgas exakt von dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis abhängt, das in den Verbrennungskammern im Augenblick der Verbrennung vorliegt, und weil außerdem ein vernünftiger Sensor ohne weiteres erhältlich ist. Der Abgas-Sensor 30 ist vorzugsweise ein üblicher Sauerstoff-Sensor in Form einer Konzentrationszelle mit einem ionenleitenden Festkörper-Elektrolyten, der beispielsweise stabilisiertes Zirkonium (ZrO₀-CaO) sein kann.

Der Kraftstoffkanal 26 ist vorzugsweise an einem stromab liegenden Bereich des elektromagnetischen Absperrorgans 28 mit einem Luftansaugkanal oder einer Luftansaugöffnung 34 versehen. Die Öffnungsfläche dieser Luftansaugöffnung 34 läßt sich durch Anordnung eines Nadelventils 36 ändern, welches mit der Drosselklappe mechanisch derart in Verbindung steht, daß die effektive Öffnungsfläche zunimmt, wenn der Öffnungsgrad der Drosselklappe 22 abnimmt, d.h. wenn sich die Größe des Unterdrucks im Ansaugstutzen erhöht, und umgekehrt. Die Abgabemenge an Kraftstoff der Düse 24 wird an einem zu großen Anstieg gehindert, da die Größe des Vakuums oder des Unterdrucks im Ansaugstutzen zunimmt; gleichermaßen wird eine zu starke Abnahme der Abgabemenge bzw·

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der Kraftstoffzufuhrmenge vom Ventil 24 verhindert, wenn das Ansaugvakuum abnimmt.

In Fig. 2 ist ein Beispiel einer Regelschaltung 32 zur Ansteuerung des elektromagnetischen Absperrorgans 28 dargestellt. Diese Regelschaltung 32 enthält einen Verstärker 38 zur Verstärkung des Ausgangssignals des Sauerstoff-Sensors 30, einen Komparator 40 zum Vergleich des verstärkten Ausgangssignals mit einer Bezugsspannung, einen Oszillator 42, der eine kontinuierliche Dreieckswelle vorbestimmter Frequenz erzeugt, einen PI-Steuerverstärker bzw. PI-Regler 44 zur Modulation des Ausgangs des Komparators 40 und einen Impulsgenerator 46, der rechteckige Impulse erzeugt, die gleiche Frequenz wie die Reckeckwelle haben. Die Breiten der einzelnen Impulse werden abhängig von der Amplitude und Wellenform des Ausgangs des Pl-Steuerverstärkers 44 variiert. Diese Impulse werden Über einen Verstärker 48 an das elektromagnetische Absperrorgan 28 angelegt.

Der Vergaser 18 ist derart voreingestellt, daß das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Luft/Kraftstoff-Gemisches in dem Vergaser 18 konstant und wesentlich höher als ein gewünschtes Verhältnis, beispielsweise ein stöchiometrisches Verhältnis ist. Wenn bei einem

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Luft/Benzin-Gemisch das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis etwa 14,8/Gewicht betrögt, ist der Vergaser 18 so eingestellt, daß er ein Luft/Kraftstoff-Gemisch von beispielsweise etwa 16 erzeugt. Der Kanal 26 zur Abgabe von zusätzlichem Kraftstoff, die Kraftstoffdüse 24 und das elektromagnetische Absperrorgan 28 sind derart angeordnet, daß sie den Kraftstoff dem auf diese Weise erzeugten, vergleichsweise mageren Luft/Kraftstoff-Gemisch in solcher Höhe hinzufügen, daß es zur Erzeugung des beabsichtigten Luft/Kraftstoff-Verhältnisses gerade ausreicht, wenn eine genaue Steuerung durch das elektromagnetische Absperrorgan 28 vorliegt.

Wenn die Kraftstoff- Abgabemenge der Kraftstoffdüse 24 während des Betriebs des Motors 10 konstant gehalten wird, unterliegt das anfangs eingestellte Luft/Kraftstoff-Verhältnis, wie es gewünscht wird. Änderungen aufgrund von unvermeidbaren Einflüssen durch die Motorbetriebszustände auf die Funktion des Vergasers 18. Wenn der Vergaser 18 beispielsweise einem Temperaturanstieg der Umgebungstemperatur unterliegt, tritt eine Verringerung im Verhältnis Luft/ Kraftstoff des Gemisches auf, welches dem Vergaser 18 zugeführt wird, weil die Luftdichte um einen größeren Prozentsatz abnimmt als die Dichte des Kraftstoffs im Vergaser 18.

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Die bezüglich des Luft/Kraftstoff-Verhciltnisses tatsächlich auftretenden Abweichungen in den Verbrennungskammern gegenüber dem beabsichtigten Verhältnis können durch einen Vergleich der Ausgangsspannung des Sauerstoff-Sensors 30 mit einer angemessen bestimmten Bezugsspannung von beispielsweise 400 mV in dem Komparator 40 bestimmt werden. Wenn die Ausgangsspannung des Sauerstoff-Sensors 30 über 400 mV beträgt, zeigt dies an, daß das tatsächliche Luft/Kraftstoff-Verhältnis unter beispielsweise dem stöchiometrischen Verhältnis liegt; der Ausgang des PI-Steuerverstärkers 44 nimmt bezüglich seiner Amplitude weiterhin kontinuierlich ab, wie dies schematisch in Fig. 2 bei B im Vergleich zur schematischen Darstellung der Wellenform des Ausgangssignals A des Sensors 30 veranschaulicht wird. Obgleich der Oszillator 42 eine kontinuierliche und konstante Dreickwelle erzeugt, die üblicherweise eine feste Frequenz aufweist und in Fig. 2 mit C bezeichnet ist, werden die Breiten der einzelnen Impulse des Impulsgenerators 4-6 in variabler V/eise verringert, wie dies bei D dargestellt ist, wenn die Amplitude des Ausgangssignals des Steuerverstärkers 44 weiterhin abnimmt. Das elektromagnetische Absperrorgan 28 ist geöffnet, um eine Fluidverbindung zwischen der Schwimmerkammer 20 und dem Kraftstoff-Abgabekanal 26 zu schaffen, wenn jeder dieser Impulse Über den Verstärker 48 an das Absperrorgan 28 angelegt wird. Die Verringerung der Impulsbreiten der einzelnen Impulse, die mit einer festen Frequenz erzeugt werden, resultiert in einer Vergrößerung der Intervalle

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zwischen den Impulsen, d.h. in Vergrößerungen der Zeitperioden, während welcher das elektromagnetische Absperrorgan 28 geschlossen bleibt. Auf diese Weise wird das elektromagnetische Absperrorgan 28 mit einer festen Frequenz intermittierend geöffnet, wie dies aus Fig. 3 hervorgeht. Die graphische Darstellung A in Fig. 3 veranschaulicht den EIN-AUS-Betrieb des Absperrorgans 28, wenn das Luft/ Kraftstoff-Verhältnis in den Verbrennungskammern auf einem vorbestimmten Wert gehalten wird, wie dies beabsichtigt ist. Die Breite jedes Impulses des Impulsgenerators 46 und somit jeder EIN-Zeitabschnitt des elektromagnetischen Absperrorgans 28 ist gleich der Hälfte von l/f, wobei f die Impulsfrequenz darstellt.

Aus Fig. 3 ergibt sich, daß die Kraftstoffabgabemenge der Düse 24 konstant ist, falls man dabei Änderungen vernachläßigt, die sich aufgrund von Änderungen des Unterdruckwertes im Ansaugrohr T2 ergeben; die Kraftstoffabgabemenge ist derart eingestellt, daß das Luft/Kraftstoff-Verhältnis einen Wert annimmt, der kleiner als das vorbestimmte Verhältnis ist, beispielsweise etwa 14 beträgt, wenn das vorbestimmte Verhältnis auf 14,8 festgelegt wird und wenn das elektromagnetische Absperrorgan 28 kontinuierlich offen steht. Wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in den Verbrennungskammern größer als das vorbestimmte Verhältnis ist, bleibt in einem Zyklus der EIN-AUS-Funktion des elektromagnetischen Absperrorgans 28 das Verhältnis

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zwischen dem EIN-Zeitabschnitt des Absperrorgans 28 und dem AUS-Zeitabschnitt nicht bei 1:1, sondern wird größer als 1:1, wie dies in dem Diagramm B dargestellt ist. Wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in den Verbrennungskammern unter dem vorbestimmten Verhältniswert liegt, wird das Verhältnis zwischen dem EIN-Zeitabschnitt und dem AUS-Zeitabschnitt in dem gleichen einzigen Zyklus kleiner als 1:1.

Die Kraftstoffabgabemenge der Düse 24 tendiert dazu, sich durch den Einfluß der Größe des Unterdrucks in dem Ansaugrohr 12 zu ändern; die Abgabemenge tendiert zu einer Erhöhung und einer Reduzierung, wenn die Größe des Unterdrucks zunimmt bzw. abnimmt. Eine derart ungünstige Tendenz kann dadurch kompensiert werden, daß eine kontrolliere Luftmenge durch die Luftöffnung 34 in den im Kraftstoff-Abgabekanal bzw. -Abflußkanal 26 befindlichen Brennstoff hinzugegeben wird. Die Öffnungsfläche der Luftöffnung bzw. des Luftöffnungskanals 34 und des Ventils 36 sind derart gewählt, daß die Kraftstoff-Abgabemenge der Düse 24 gerade ausreicht, um das vorbestimmte Luft/Kraftstoff-Verhältnis hervorzurufen, wenn der Motor 10 mit hoher Geschwindigkeit oder hoher Belastung betrieben wird (entsprechend ist das Ansaugvakuum sehr gering) und die Öffnung des Ventils 36 am kleinsten ist. Auf diese V/eise kann zusätzlicher Kraftstoff zum Luft/Kraftstoff-Gemisch und mit einer Menge

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hinzugegeben werden, die gerade ausreicht, um das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Gemisches auf das vorbestimmte Verhältnis bei jeder Motorbelastung einzustellen. Demzufolge läßt sich die Kraftstoffabgabemenge 24 und somit auch das Luft/Kraftstoff-Verhältnis allein durch die Steuerung der Arbeitsweise des elektromagnetischen Absperrorgans 28 sehr genau regeln.

Die Kraftstoffdüse 24 befindet sich vorzugsweise im Steig-Abschnitt 12a oder in der Nähe des Steig-Abschnitts 12a, so daß der abgegebene Kraftstoff durch Wärmeübertragung von dem Abgasrohr 14 leicht verdampfen kann und sich vollständig mit dem Luft/Kraft»toff-Gemisch vermischt, das vom Vergaser 18 abgegeben wird.

Wenn es erwünscht ist, kann die Regelschaltung 32 derart aufgebaut sein, daß die Abgabemenge von zusätzlichem Kraftstoff in Übereinstimmung mit den Werten einiger Variabler geregelt wird, welche den Betriebszustand des Motors 10 darstellen und nicht von der Sauerstoffkonzentration des Abgases abhängen. Beispielsweise kann die zusätzliche Kraftstoffabgabemenge bei hoher Geschwindigkeit und hoher Belastung erhöht werden, damit verhindert wird, daß die Motorleistung ungenügend wird und/oder die gleiche Kraftstoffabgabemenge kann während der Verzögerung reduziert werden - die Luftmenge, die in den Kanal 26 fUr zusätzliches Benzin eingelassen wird, wird dabei erhöht -,

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um starke Erhöhungen bezüglich der Mengen unverbrannten Kraftstoffs und Kohleninonoxyd zu verhindern, die während einer Verzögerungsbedingung vom Motor 10 abgegeben werden. Das elektromagnetische Absperrorgan 28 mit seiner EIN-AUS-Funktion kann durch ein nicht dargestelltes, lineares elektromagnetisches Absperrorgan oder Ventil ersetzt werden, bei welchem der Grad der Ventilöffnung sich kontinuierlich und proportional zur Amplitude eines Steuersignals ändert.

Das Nadelventil 36 zur Steuerung der Luftzufuhr durch die Luftansaugöffnung 34 kann in einer gegenüber der Ausführungsform nach Fig. 1 unterschiedlichen Art betrieben werden.

Wie in Fig. 4 dargestellt ist, kann das Ventil 36 mechanisch mit einem durch Unterdruck betätigten Betätigungselement 50 anstelle mit der Drosselklappe 22 verbunden sein. Das Betätigungslement 50 enthält eine Unterdruckkammer 52, die mit dem Ansaugrohr 12 an einem Abschnitt in Verbindung steht, an welchem ein Unterdruck mit angemessener Größe während des Betriebs des Motors 10 erzeugt wird und ist durch eine flexible Membran 56 gegenüber einer anderen Kammer 54 abgeteilt, welche mit der Atmosphäre in Verbindung steht. Eine Druckfeder 58 ist in der Unterdruckkammer 52 eingesetzt, um gegenüber einer Bewegung der Membran 56 in Richtung auf die Unterdruckkammer

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einen Widerstand angemessener Größe zu schaffen· Das Ventil 36 steht mit der Membran in Verbindung und ist derart angeordnet, daß die wirksame Fläche der Luftansaugöffnung 34 vergrössert wird, wenn sich die Membran 56 in Richtung auf die Vakuumkammer 52 bewegt, wobei sich der Unterdruck, der an die Unterdruckkammer 52 angelegt wird, erhöht.

Ein wesentliches Merkmal der Erfindung besteht darin, daß das Luft/ Kraftstoff-Verhältnis in einem Abschnitt des Ansaugrohrs 12, der stromab der Drosselklappe 22 liegt, schließlich auf ein vorbestimmtes Verhältnis eingestellt wird, d.h. unabhängig vom Vergaser 18 eingestellt wird. Das erfindungsgemäße Regelungssystem kann damit mit einem konventionellen Vergaser üblichen Aufbaues zusammen verwendet werden· Im Vergleich zur Verwendung elektronisch geregelter Vergaser, bei welchen die Kraftstoffabgabemenge - und entsprechend das Luft/Kraft-Verhältnis - dadurch geregelt wird, daß die Größe der Luftansaugöffnung zum Kraftstoff-Abflußkanal mit einem elektromagnetischen Absperrorgan gesteuert wird, ergibt sich bei dem erfindungsgemäßen System der Vorteil, daß es mit geringeren Herstellungskosten gefertigt werden kann und daß das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in den Verbrennungskammern mit höherer Empfindlichkeit gegenüber dem RUckkopplungssignal variierbar ist, weil ein vergleichsweise kurzer Weg zwischen dem Kraftstoff-Abgabe-

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ventil 24 und den Verbrennungskammern vorliegt.

In Fig. 5 ist ein Regelsystem nach einer zweiten Ausführungsform der Erfindung dargestellt, welches keine Kraftstoffzusatz-Einspritzdüse 24, jedoch an deren Stelle eine Austrittsdüse 60 für zusätzliche Luft aufweist, welche sich in das Ansaugrohr 12 im gleichen Abschnitt öffnet wie die Kraftstoff-Einspritzdüse 24 bei der Ausführungsform nach Fig. 1. Eine Leitung 62 verbindet die Luft-Austrittsdüse 60 mit dem Luftfilter 16. Ähnlich dem System nach Fig. 1 enthält diesesSystem ein elektromagnetisches Absperrorgan 28, um die Fluidverbindung durch diese Leitung 62 zu steuern, sowie eine Regelschaltung 32 zur Betätigung des elektromagnetischen Absperrorgans 28 und den Sauerstoff-Sensor 30, welcher sich in dem Auspuffrohr 14 befindet und mit der Regelschaltung 32 verbunden ist.

Wenn der Motor 10 mit dem Regelsystem nach Fig. 5 versehen ist, wird der Vergaser 18 derart eingestellt, daß er ein Luft/Kraftstoff-Gemisch liefert, dessen Verhältnis kleiner als das vorbestimmte oder beabsichtigte Verhältnis ist. Beispielsweise kann das im Vergaser 18 erzeugte Luft/Kraftstoff-Verhältnis etwa 14/Gewicht betragen, wenn das vorbestimmte Verhältnis ein stöchiometrisches Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist und etwa 14,8 beträgt, wenn als

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Kraftstoff Benzin verwendet wird. Die die Zufuhr von Luft gestattende Leitung 62, die Luft-Ausströmdüse 60 und das elektromagnetische Absperrorgan 68 sind derart angeordnet, daß die von der DUse 60 abgegebene Luftmenge gerade ausreicht, um das Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf einen Viert, beispielsweise etwa 16 zu erhöhen, der um eine vorbestimmte Größe höher ist als der vorbestimmte Wert, wenn das elektromagnetische Absperrorgan 28 konstant offen gehalten wird. Bei dem in Fig. 5 gezeigten Regelsystem öffnet sich das Absperrorgan 28 intermittierend wie in dem System nach Fig. !,und zwar abhängig von den Impulsen der Regelschaltung 32, Der PI-Steuerverstärker 44 ist derart konzipiert, daß das Ausgangssignal kontinuierlich ansteigt, wie dies in Fig. 6 mit B angedeutet ist, wenn das Signal des Sauerstoff-Sensors 30 anzeigt, daß das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in den Verbrennungskammern unter dem vorbestimmten Verhältniswert liegt. Die Breite der einzelnen Impulse des Impulsgenerators 46 wird dann in variabler Weise vergrößert, wie dies bei D dargestellt ist. Das Absperrorgan 28 wird bei Anlegen jedes dieser Impulse geöffnet, Aus dem Diagramm A in Fig. 7 ergibt sich, daß die Breite jedes Impulses gleichgroß gehalten wird wie das Intervall zwischen zwei Impulsen - entsprechend wird das Verhältnis zwischen den EIN-Zeitabschnitt und dem AUS-Zeitabschnitt des Absperrorgans 28 auf 1:1 gehalten - wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in den Verbrennungskammern auf dem vorbestimmter. Verhältniswert bleibt,

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beispielsweise dem stöchiometrischen Verhältnis. Wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in den Verbrennungskammern beispielsweise kleiner als das vorbestimmte Verhältnis ist, variiert die Impulsbreite der Impulse jeweils derart, daß das Verhältnis des EIN-IntervaIls zum AUS-Intervall des Absperrorgans oder Ventils größer als 1:1 wird, wie dies aus dem Diagramm B in Fig. 6 hervorgeht. Auch bei diesem Regelsystem kann das Ventil 28 durch ein nicht dargestelltes lineares, elektromagnetisches Ventil ersetzt werden.

Die eine Luftzufuhr ermöglichende Leitung 62 ist mit einem weiteren Absperrorgan oder Ventil 64 versehen, welches die effektive Querschnittsflache der Leitung 62 an einem stromauf des Ventils 28 liegenden Abschnitts steuert. Dieses Ventil 64 ist dazu vorgesehen, Änderungen der Luftabgabe- bzw. Zufuhrmenge von der Düse 60 zu kompensieren, welche sich aufgrund von Änderungen des Unterdruckwertes im Ansaugrohr 12 ergeben. Das Ventil 64 wird durch ein durch Unterdruck betätigtes Betätigungselement 66 angesteuert, welches ähnlich dem, Betätigungselement 50 gemäß Fig. 4 aufgebaut ist; die Vakuumkammer 68 befindet sich in Verbindung mit dem Ansaugrohr 12. Wenn die Größe des Ansaugvakuums relativ groß ist, bewegt sich eine flexible Membran 70 des BetQtigungselements 66 in Richtung auf die Unterdruckkammer 68 und das Ventil, welches mit der Membran 70 in Verbindung steht, bewegt sich derart, daß

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die effektive Querschnittsfläche der Leitung 62 verringert wird. Infolgedessen vermag die Luftzufuhrmenge bzw. -abgabemenge der DUse 60 bei einem hohen Ansaugvakuum nicht Übermäßig ansteigen.

Wenn das Ansaugvakuum relativ klein ist, arbeitet das Betätigungselement 66 und das Ventil 64 in umgekehrter Weise. Das Ventil ist derart angeordnet, daß es die Leitung 62 auch dann nicht vollständig schließt, wenn das Ventil 64 vollständig geschlossen ist, damit das Luft/Kraftstoff-Verhältnis durch die Wirkung des elektromagnetischen Absperrorgans 28 auch dann geregelt werden kann, wenn das Ventil 64 vollständig geschlossen ist·

In Fig. 8 ist eine dritte Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht, welche sowohl die Schaltung zur Zufuhr von zusätzlichem Kraftstoff entsprechend Fig. 1 als auch die Schaltung zur Zufuhr von zusätzlicher Luft entsprechend Fig. 5 enthält. Sowohl die Düse 24 zur Abgabe von Kraftstoff wie auch die Düse 60 zur Zufuhr von Luft öffnen sich an dem oben erläuterten Abschnitt in der Nähe des Steig-Abschnitts 12a in das Ansaugrohr 12. Jede Schaltung besitzt ein unabhängiges elektromagnetisches Absperrorgan 28 oder 28' und eine einzige Regelschaltung 32 steuert die Arbeitsweise der beiden Absperrorgane oder Ventile 28 und 28«.

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Wenn der Motor mit dem in Fig. 8 veranschaulichten Regelungssystem ausgerüstet ist, wird der Vergaser 18 so eingestellt, daß das Luft/Kraftstoff-Gemisch ein vorbestimmtes Verhältnis einnimmt.

Die Arbeitsweise dieses Regelungssystems bedarf keiner eingehenden Beschreibung. Die beiden elektromagnetischen Ventile 23 und 28* sind so angeordnet, daß sie zueinander in entgegengesetzter V/eise arbeiten: Das Ventil 28 bzw. 28* ist geöffnet, wenn ein Impuls vom Impulsgenerator 46 angelegt wird, während das andere Ventil 28' bzw. 28 geschlossen ist, wenn ein Impuls an es angelegt wird. Die Menge an zugeführtem bzw. eingespritztem Kraftstoff und die Menge an zugeführter Luft werden so eingestellt, daß das Verhältnis Luft/Kraftstoff so lange gleich dem vorbestimmten Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist, so lange die Breite jedes von der Regelschaltung 32 gelieferten Impulses gleich jedem Intervall zwischen zwei Impulsen ist. Wenn das Verhältnis von Impulsbreite zu Impulsintervall von dem Verhältnis 1:1 abweicht, wird der OFFEN-Zeitabschnitt eines Absperrorgans 28 oder 28' und der geschlossene Zeitabschnitt des anderen Absperrorgans oder Ventils 28* oder 28 gleichzeitig vergrößert. Fig. 9 veranschaulicht dieses Verhältnis, wobei die Arbeitsweise des Ventils oder Absperrorgans entsprechend D, die des Ventils 28 für Kraft-

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stoffleitung 26 und die Arbeitsweise D„ die des elektroamgnetischenVentils28' für die Luftzufuhrleitung 62 darstellen. Demzufolge kann jede Abweichung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses in den Verbrennungskammern gegenüber einem vorbestimmten Verhältnis in einer äußerst kurzen Zeit korrigiert werden.

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Claims (16)

1. - 23 Patentansprüche

   Π. Regelsystem zur Einstellung eines vorbestimmten Luft/Kraftstoff-Verhältnisses eines Luft/Kraftstoff-Gemisches, welches einem Verbrennungsmotor über ein Ansaugrohr von einem Vergaser zugeführt wird, der eine Drosselklappe enthält, dadurch gekennzeichn et, daß wenigstens eine Leitung mit ihrem einen Ende an einem stromab der Drosselklappe liegenden Abschnitt in das Ansaugrohr (12) geführt ist, während das andere Ende der Leitung zu einer Quelle für eine Komponente des Luft/Kraftstoff-Gemisches führt, daß ein elektromagnetisches Absperrorgan für jede Leitung vorgesehen ist, um den Fluß eines Fluids durch jede der Leitungen . zu steuern,

   daß eine Sensor-Einrichtung zur Erfassung der Konzentration einer speziellen Komponente des Abgases in dem Abgassystem des Motors angeordnet ist und ein elektrisches Signal erzeugt, welches der gemessenen Konzentration entspricht, wobei die Konzentration in Abhängigkeit zu dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis eines Luft/ Kraftstoff-Gemisches steht, das in der Verbrennungskammer des Motors verbrannt wird, und

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   daß eine Einrichtung zur Betätigung des elektromagnetischen Absperrorgans in Abhängigkeit von dem elektrischen Signal vorgesehen ist, wobei das Absperrorgan derart betätigt wird, daß die Durchflußmenge bzw. -geschwindigkeit der einen Komponente des Luft/Kraftstoff-Gemkehes der Leitung variiert wird, um jede Abweichung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses gegenüber einem vorbestimmten Verhältnis zu kompensieren, wobei die Abweichung von dem elektrischen Signal dargestellt wird.
2. 2. Regelsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zur Kompensation von Änderungen der Durchflußmenge der einen Komponente in der Leitung vorgesehen ist, wenn das elektromagnetische Absperrorgan aufgrund von Änderungen des Betriebszustands des Motors geöffnet ist.
3. 3. Regelsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine einzige Leitung vorgesehen ist, und daß die eine Komponente des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses den Kraftstoff darstellt.
4. 4. Regelsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

   daß eine einzige Leitung vorgesehen ist, und daß die Komponente des Luft/Kraftstoff-Gemisches die Luft darstellt.

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5. 5. Regelsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Leitungen vorgesehen sind, daß eine Komponente des Luft/Kraftstoff-Geraisches für eine der beiden Leitungen die Luft und für die andere der beiden Leitungen der Kraftstoff ist.
6. 6. Regelsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung vorgesehen ist, welche die Zufuhr von Luft in die Leitung an einem stromab des elektromagnetischen Ab— sperrorgans liegenden Abschnitt i»it variabler Menge gestattet und daß diese Zufuhrmenge an Luft bei dem Änsteig des Unterdrucks im Ansaugrohr zunimmt.
7. 7. Regelsystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,

   daß die die Zufuhr von Luft gestattende Einrichtung eine Luftansaugöffnung enthalt, die in der Leitung vorgesehen ist_f sowie ein Ventil zur Steuerung der Zufuhr von Luft in die Luftansaugöffnung, und daß das Ventil mit der Drosselklappe derart mechanisch verbunden ist, daß die Luftzwfuhrraenge bei einer Verringerung des Öffnungsgrads der Drosselklappe zunimmt.
8. 8. Regelsystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,

   daß die Einrichtung zur Zuführung von Luft eine Luftansaugöffnung

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   bzw. einen Luftansaugkanal in der Leitung, ein Ventil zur Steuerung der Luftzufuhr in die Luftansaugöffnung und ein Betätigungselement aufweist, welches ein Gehäuse und eine flexible Membran enthält, die zur Teilung des Inneren des Gehäuses in einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt vorgesehen ist, wobei der erste Abschnitt mit der Atmosphäre in Verbindung steht, während der zweite Abschnitt mit dem Ansaugsystem des Motors an einem Bereich in Verbindung steht, in dem wahrend des Motorbetriebs ein Unterdruck erzeugt wird, cfaß die Membran in Richtung auf den ersten Abschnitt vorgespannt ist, daß Cu: .atil über den ersten Abschnitt mit der Membran verbunden und derart angeordnet ist, daß die Luftmenge zunimmt, wenn siebe die Membran in Richtung auf den zweiten Abschnitt bewegt.
9. 9. Regelsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergaser derart eingestellt ist, daß er konstant ein erstes Luft/Kraftstoff-Verhältnis schafft, welches größer als das vorbestimnite Verhältnis ist, daß die Leitung und das elektromagnetische Absperrorgan derart angeordnet sind, daß das erste Luft/Kraft— stoff-Verfeäitnis auf ein zweites Luft/Kraftstoff-Verhältnis verändert wird, wenn die Kraftstoff- Durchflußmenge in der Leitung auf einem Maximum gehalten wird, wobei das zweite Luft/Kraftstoff-

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   Verhältnis kleiner als das vorbestimmte Verhältnis ist.
10. 10. Regelsystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,

    daß das elektromagnetische Absperrorgan eine EIN-AUS-Funktion ausführt und selektiv die offene Stellung und geschlossene Stellung einniwrt, daß die Einrichtung zur Betätigung des Ventils das elektroaagnetische Absperrorgan ansteuert, um das Verhältnis des Zeitabschnitts, in welchem das Absperrorgan geöffnet bleibt, gegenüber dem Zeitabschnitt, in welchem das Absperrorgan geschlossen ist, zu ändern.
11. 11. Regelsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,

    daß in der Leitung ein Ventil angeordnet ist, um die minimale effektive Querschnittsfläche der Leitung zu ändern und daß eine Einrichtung zur Betätigung des Ventils derart vorgesehen ist, daß die Querschnittsfläche abnimmt, wenn die Größe des Unterdrucks Ib Ansaugrohr zunimmt.
12. 12. Regelsystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,

    daß die Einrichtung zur Betätigung des Ventils eine Betägigungseinrichtung mit einem Gehäuse und einer flexiblen Membran ist, die zur Teilung des Gehäuseinneren in einen ersten und einen zweiten Abschnitt vorgesehen ist, wobei der erste Gehäuseabschnitt

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    mit der Atmosphäre und der zweite Gehäuseabschnitt mit dem Ansaugsystem des Motors an einem Abschnitt in Verbindung steht, in welchem während des Motorbetriebs ein Unterdruck erzeugt wird, daß die Membran in Richtung auf den ersten Abschnitt vorgespannt ist und daß das Ventil über den ersten Abschnitt mit der Membran in Verbindung steht.
13. 13. Regelsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,

    oaß der Vergaser derart eingestellt ist, daß er konstant ein drittes Luft/Kraftstoff-Verhältnis erzeugt, welches kleiner als das vorbestimmte Verhältnis ist, daß die Leitung und das elektromagnetische Absperrorgan so angeordnet sind, daß das dritte Luft/Rraftstoff-Verhältnis dann auf ein viertes Luft/Kraftstoff-Verhältnis eingestellt wird, wenn die Strömungsmenge an Luft in der Leitung auf einem Maximum beibehalten wird, wobei das vierte Luft/Kraftstoff-Verhältnis größer als das vorbestimmte Verhältnis ist.
14. 14. Regelsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,

    daß der Vergaser derart eingestellt ist, daß der das vorbestimmte Luft/Kraftstoff-Verhältnis erzeugt, daß die beiden Leitungen und die elektromagnetischen Absperrorgane derart angeordnet sind, daß das Verhältnis der durch eine der beiden Leitungen zum Ansaug-

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    rohr zugeführten Luftmenge gegenüber der durch die andere Leitung zum Ansaugrohr zugeführten Kraftstoffmenge gleich dem vorbestimmten Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist, wenn die Abweichung von dem elektrischen Signal nicht angezeigt wird.
15. 15. Regelsystem nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet,

    daß eine Einrichtung zur Zuführung von Luft in eine der beiden Leitungen vorgesehen ist, damit an einem Abschnitt Kraftstoff durch diese Einrichtung geleitet wird, der stromab des elektromagnetischen Absperrorgans liegt, wobei Luft mit variabler Menge zugeführt wird, so daß die Luftmenge mit einer Erhöhung des Unterdrucks im Ansaugrohr zunimmt und daß ein Ventil in der anderen Leitung angeordnet ist, um Luft durch diese Leitung zu führen, damit die minimale wirksame Querschnittsfläche der anderen Leitung variiert wird und daß eine Einrichtung zur Betätigung des Ventils auf solche Weise vorgesehen ist, daß die Querschnittsfläche bei einer Erhöhung des Unterdrucks im Ansaugrohr verringert wird.
16. 16. Regelsystem nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß

    die Einrichtung zur Betätigung des elektromagnetischen Absperrorgans derart angeordnet ist, daß es gleichzeitig identische Ausgangssignale für die beiden Leitungen an die elektromagnetischen Absperr-

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    organe liefert und daß diese Absperrorgane mit entgegengesetzter Polarität angeordnet sind, so daß ein Absperrorgan offen gehalten wird, während das andere Absperrorgan geschlossen ist.

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