DE2641179C2

DE2641179C2 - Brennkraftmaschine mit Abgaskonverter

Info

Publication number: DE2641179C2
Application number: DE2641179A
Authority: DE
Inventors: Toshio Toyota Aichi Oda; Akira Takata; Toshio Tanahashi
Original assignee: Toyota Jidosha Kogyo KK
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1976-05-18
Filing date: 1976-09-13
Publication date: 1982-09-02
Also published as: DE2641179A1; US4068472A; JPS52139820A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs mit einem katalytischen Konverter in der Abgasleitung und einer Gemischverhältnis-EinstellvoTichtung auf der Ansaugseite, die von einer in der Abgasleitung stromaufwärts vom Konverter angeordneten Sauerstoffsonde angesteuert ist. Eine solche Brennkraftmaschine ist aus der DE-OS 23 28 459 bekannt.

Beim Einsatz eines Abgaskonverters muß die Abgaszusammensetzung möglichst genau so eingestellt werden, daß Stöchiometrie herrscht. Nur dann arbeitet der Konverter optimal. Es ist daher bei mit Abgaskonvertern ausgerüsteten Brennkraftmaschinen üblich, daß in der Abgasleitung eine Sauerstoffsonde angeordnet ist, deren Ausgangssignal für die Regelung der Abgaszusammensetzung herangezogen wird. Bei der Brennkraftmaschine nach der oben genannten DE-OS 23 28 459 erfolgt die Beeinflussung der Abgaszusammensetzung indirekt über eine Beeinflussung des Gemischverhältnisses auf der Ansaugseite der Maschine. Diese Regelungsart führt im Mittel zu wirtschaftlich bester Ausnutzung des Kraftstoffs. Nachteilig ist, wie später noch unter Bezugnahme auf Fig.2a erläutert werden wird, daß es kurzfristig auftretende Betriebszustände gibt, in denen das Abgas keine optimale Zusammensetzung aufweist.

Aus der DE-OS 22 15 533 ist eine Regeleinrichtung bekannt, bei der die optimale Abgaszusammensetzung bei einer mit einem Abgaskonverter ausgerüsteten Brennkraftmaschine mit Hilfe von Zusatzluft eingestellt wird, die stromaufwärts vom Konverter in die Abgasleitung in Abhängigkeit vom Signal einer Sauerstoffsonde eingeleitet wird, die sich stromabwärts vom Konverter in der Abgasleitung befindet. Eine solche Einrichtung spricht sehr schnell an. Nachteilig ist aber, daß wegen der möglichen Schwankungsbreite eine ständige Zuführung von Zusatzluft stattfindet, d. h. der Kraftstoff in der Brennkraftmaschine nicht vollständig ausgebrannt wird, sondern noch gewisse Reste von Brennbarem enthält.

Aus der DE-OS 22 19 073 ist eine Regeleinrichtung für die Abgaszusammensetzung einer mit Abgaskonverter ausgerüsteten Brennkraftmaschine bekannt, bei der eine Stellgröße für die Zuführung von Zusatzluft in die Abgasleitung oder für die Beeinflussung des Mischungsverhältnisses auf der Ansaugseite der Brennkraftmaschine aus Signalen ermittelt wird, die vom Betriebszustand der Maschine und des Abgaskonverters abhängen. Dieser Regeleinrichtung wohnt, soweit sie mit Zuführung von Zusatzluft arbeitet, trotz vergrößerter Ansprechgeschwindigkeit noch immer der schon erläuterte Nachteil inne, daß die Brennkraftmaschine mit einem ständigen KraftstoffüberschuB betrieben werden

muß. Soweit sie mit Beeinflussung des Mischungsverhältnisses auf der Ansaugseite arbeitet, gewährleistet diese Regeleinrichtung zwar stets weitgehend optimale Abgaszusammensetzungen für den Konverter, dies aber in gewissen Betriebszuständen der Maschine auf Kosten einer bezogen auf die Maschine optimalen Gemischzusammensetzung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brennkraftmaschine mit Abgaskonverter der eingangs genannten Art anzugeben, bei der sich in allen Betriebszuständen die Zusammensetzungen von Bi enngasgemisdi und Abgas für Brennkraftmaschine und Abgaskonverter optimal einstellen.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß durch eine optimale Einstellung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses beim stöchiometrischen Punkt auf der Ansaugseite der Brennkraftmaschine sich auch auf der Abgasseite für die längsten Betriebszeiten eines Kraftfahrzeuges bereits optimale Verhältnisse ergeben und daß Korrekturen an der Abgaszusammensetzung nur in seltenen Betriebszuständen, insbesondere nur während des Beschleunigens, Abbremsens oder des Gangwechsels, erforderlich sind. Die Erfindung bedient sich daher einer Steuerungseinrichtung, die nur dann die Zuführung von Zusatzluft in die Abgasleitung freigibt, wenn solche Betriebszustände herrschen und wenn gleichzeitig der Abgaskonverter tatsächlich Zusatzluft benötigt. Die Steuerungseinrichtung ist daher sowohl mit i.iner Sauerstoffsonde auf der stromabwärts gelegenen Seite des Abgaskonverters verbunden, als auch mit wahlweise einem von mehreren Sensoren, die auf bestimmte Betriebszustände der Maschine bzw. des Kraftfahrzeuges ein Signal abgeben. Es erfolgt keine ständige Zufuhr von Zusatzluft, sondern nur in besonderen Situationen. Die Erfindung und vorteilhafte Ausführungsformen derselben sollen nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Übersicht über eine mit Abgaskonverter ausgerüstete Brennkraftmaschine;

Fig.2a eine graphische Darstellung des Verlaufes des Luft/Kraftstoffverhältnisses beim Fahren mit einem gewöhnlichen Kraftfahrzeug;

F i g. 2b eine der F i g. 2a entsprechende Darstellung beim Fahren mit einem mit der Erfindung ausgerüsteten Kraftfahrzeug;

F i g. 2c eine für die beiden vorgenannten geltende Geschwindigkeits-Zeitkurve;

F i g. 3 der Verlauf der Spannungen an den Punkten a bis c/in Fig. 1;

Fig.4 den Verlauf der Ausgangsspannung einer Sauerstoffsonde, und

F i g. 5 eine graphische Darstellung der Spannungen an den Punkten eund /in F i g. 1.

In Fig. 1 sind dargestellt ein Motorblock i, eine Ansaugleitung 2, ein Vergaser 3, eine Drosselklappe 4, ein Luftfilter 5, eine Abgasleitung 6 und ein katalytischer so Konverter 7, der mit einem Dreifach-Katalysator gefüllt ist In der Abgasleitung 6 ist nahe dem Motorblock 1 eine erste Sauerstoffsonde 8 angeordnet. Die Sauerstoffsonde 8 besteht beispielsweise aus einer Zirkonerdekeramik. F i g. 4 zeigt den Zusammenhang zwischen der Ausgangsspannung in Millivolt der Sauerstoffsonde und dem Luftverhältnis λ, wobei A definiert ist als das Verhältnis zwischen dem gerade vorhandenen Luft-Kraftstoffverhältnis zum stöchiometrischen Luft-Kraftstoffverhältnis. Fig.4 läßt erkennen, daß in der Nähe des stöchiometrischen Punktes eine plötzliche Änderung in der Ausgangsspannung der Sauerstoffsonde 8 auftritt Der Signalausgang der Sauerstoffsonde 8 ist mit dem Eingang eines elektronischen Steuerkreises 9 verbunden.

Die Ansaugleitung 2 ist mit dem Luftfilter 5 über eine Bypass-Leitung 11 verbunden, in welcher ein Drosselventil 12 angeordnet ist, das von einem Servomotor 10 betätigt wird. Die Antriebswelle des Servomotors 10 ist mit einem Potentiometer 13 gekuppelt welches wiederum mit dem Ausgang des elektronischen Steuerkreises 9 verbunden ist. Im elektronischen Steuerkreis 9 ist ein Komparator 14, ein Integrierkreis 15, der mit dem Ausgang des Komparators 14 verbunden ist, und ein Verstärker 16, der mit dem Ausgang des Integrierkreises 15 verbunden ist, vorhanden. Der Ausgang des Verstärkers 16 ist mit dem Potentiometer 13 verbunden. Von den Eingängen des Komparators 14 ist einer mit der Sauerstoffsonde 8 und der andere mit einer Vergleichsspannungsquelle 17 verbunden. Die Vergleichsspannung aus der Quelle 17 ist beispielsweise auf 450 mV eingestellt.

In F i g. 5 ist auf der Ordinate eine Spannung in Volt und auf der Abszisse die Zeit aufgetragen; (a) zeigt die Änderung in der Spannung am Punkt eund (b)zeigt die Änderung in der Spannung am Punkt f im elektronisehen Steuerkreis 9 nach F i g. 1.

Wenn das Luft/Kraftstoffverhältnis an dem Punkt, an welchem die Sauerstoffsonde 8 angeordnet ist, kleiner als das stöchiometrische Verhältnis wird, dann steigt die Ausgangsspannung der Sauerstoffsonde 8 auf eine Größe von mehr als 700 mV an, wie F i g. 4 zeigt. Die Ausgangsspannung der Sauerstoffsonde 8 ist somit größer als die Vergleichsspannung von 450 mV, so daß am Ausgang des Komparators 14 ein Ausgangssignal K entsteht, wie in Fig.5 mit (a) gezeigt ist. Dieses Ausgangssignal K steht so lange an, wie das Luft/Kraftstoffverhältnis kleiner ist als das stöchiometrische Luft/Kraftstoffverhältnis. Das Ausgangssignal K wird dem Integriertes 15 zugeführt und darin integriert, so daß an dessen Ausgang eine Spannung entsteht, die in Fig.5 mit (b) bezeichnet ist. Diese Spannung wird nach Verstärkung im Verstärker 16 dem Potentiometer 13 zugeführt. Der Servomotor 10 dreht dann das Ventil in der Bypass-Leitung 11 um so viel Grad, wie dieser Spannung entspricht, wodurch sich das Drosselventil 12 öffnet und Luft durch die Bypass-Leitung 11 in die Ansaugleitung 2 fließt. Wenn dann hierdurch das Luft/Kraftstoffverhältnis größer wird als das stöchiometrische Luft/Kraftstoffverhältnis, dann wird die Ausgangsspannung der Sauerstoffsonde 8 kleiner als 200 mV, so daß am Komparator 14 keine Ausgangsspannung mehr erzeugt wird. Danach wird die Aiisgangsspannung des Integrierkreises 15 allmählich vermindert, wie in Fig.5 mit (b) dargestellt ist und entsprechend wird das Ventil 12 in der Bypass-Leitung 11 allmählich geschlossen.

Der Vergaser 3 ist so eingestellt, daß ein fettes Luft/Kraftstoffgemisch, beispielsweise mit einem Verhältnis von 13 bis 15 :1 immer erreicht wird. Daher wird bei der Brennkraftmaschine nach Fig. 1, wie vorher erwähnt, dem vom Vergaser 3 hergestellten Luft/Kraftstofigemisch durch Betätigung des Servomotors 10 zusätzlich Luft über die Bypass-Leitung 11 zugeführt. Das Luft/Kraftstoffverhältnis im der Brennkraftmaschi ne zugeführten Gemisch wird insgesamt so einregulieri

daß es so weit wie möglich dem stöchiometrischen Verhältnis gleicht. Wenn aber das Gaspedal abrupt durchgetreten oder entlastet wird, wie beim plötzlichen Beschleunigen oder plötzlichen Bremsen oder beim Gangwechsel, dann wird das der Brennkraftmaschine •zugeführte Luft/Kraftstoffgemisch sofort fetter aufgrund der Ansprechverzögerung im Regelkreis und ebenfalls aufgrund der Verdampfung von flüssigem Kraftstoff, der an den Innenwänden der Ansaugleitung 2 niedergeschlagen ist. Man sieht hieraus, daß der oben erwähnte Regelkreis das Luft/Kraftstoffverhältnis zum Zeitpunkt plötzlicher Beschleunigung oder Abbremsung und beim Gangwechsel nicht richtig einstellen kann. Dies ist in F i g. 2 dargestellt.

In Fig.2 ist in den oberen beiden graphischen Darstellungen auf der Ordinate mil A/Fdas Luft/Kraftstoffverhältnis und auf den Abszissen die Zeit eingetragen. In der unteren graphischen Darstellung von F i g. 2 ist die Fahrzeuggeschwindigkeit V über der Zeit aufgetragen. Wenn ein Fahrzeug langsam beschleunigt wird und an den Punkten A und B Gangwechsel vorgenommen werden, dann wird das Luft/Kraftstoffverhältnis des zugeführten Gemisches sehr viel kleiner als das stöchiometrische Luft/Kraftstoffverhältnis. Die gleichen Verhältnisse herrschen auch beim plötzlichen Beschleunigen und plötzlichen Abbremsen. Um das Luft/Kraftstoffverhältnis in allen Betriebsbedingungen eines Fahrzeugs richtig einzustellen, ist es notwendig, die vorerwähnten unerwünschten Erscheinungen zu unterbinden. Zu diesem Zweck ist die Brennkraftmaschine mit einem Zusatzluft-Zuführungskanal 20 in der Nähe und oberhalb des katalytischen Umsetzers 7 in der Abgasleitung ausgerüstet. Dieser Zusatzluft-Zuführungskanal 20 ist über ein elektromagnetisch betätigtes Ventil 21 und eine Verbindungsleitung 22 an eine Luftpumpe 23 angeschlossen, die von der Brennkraftmaschine angetrieben wird. Weiterhin sind vorgesehen, ein Schalter 24, der auf Beschleunigung und Abbremsung des Fahrzeugs anspricht, ein Schalter 25, der beim Gangwechsel anspricht, ein Steuerkreis 26 zum Betätigen des elektromagnetischen Ventils 21 und eine zweite Sauerstoffsonde 27, die nahe und stromabwärts des katalytischen Konverters 7 in der Abgasleitung angeordnet ist. Der auf Beschleunigung und Abbremsung ansprechende Schalter 24 weist eine erste Unterdruckkammer 29 und eine zweite Unterdruckkammer 30 auf, die durch eine Membran 28 voneinander getrennt sind. Weiterhin weist der Schalter 24 eine Eingangskammer 32 auf, die über eine Unterdruckleitung 31 mit der Ansaugleitung 2 unterhalb der Drosselklappe 4 verbunden ist. In der zweiten Unterdruckkammer 30 ist eine Druckfeder 33 angeordnet die gegen die Membran 28 drückt. An der Membran

28 ist ein Kontakt 34 befestigt Diesem steht ein Kontakt 35 gegenüber, der am Gehäuse der zweiten Unterdruckkammer 30 befestigt ist Die erste Unterdruckkammer

29 ist mit der Eingangskammer 32 durch eine enge öffnung 36 und ein erstes Rückschlagventil 37 verbunden, das einen Durchfluß von Luft aus der Eingangskammer 32 in die erste Unterdruckkammer 29 erlaubt Die zweite Unterdruckkammer 30 ist mit der Eingangskammer 32 durch eine enge Öffnung 39 und ein zweites Rückschlagventil 38 verbunden, das einen Durchfluß von Luft aus der zweiten Unterdruckkammer

30 in die Eingangskammer 32 erlaubt

Es sei angenommen, daß die Drosselklappe 4 geringfügig geöffnet ist und daher das Fahrzeug mit niedriger Geschwindigkeit fährt Der Unterdruck in der Ansaugleitung 2 ist daher groß und der in der Eingangskammer 32 und in erster und zweiter Unterdruckkammer 29 und 30 herrschende Druck ist der gleiche wie in der Ansaugleitung 2. Zu diesem Zeitpunkt befindet sich die Membran 28 in einer Stellung, wie sie in F i g. 1 dargestellt ist. Wenn dann die Drosselklappe 4 zum Zwecke der Beschleunigung des Fahrzeugs weiter geöffnet wird, dann fällt der Unterdruck im Ansaugkanal 2 plötzlich ab, womit entsprechend der Unterdruck in der Eingangskammer 32 ebenfalls plötzlich abfällt. In diesem Augenblick wird das erste Rückschlagventil 37 geöffnet, wodurch der Unterdruck in der ersten Unterdruckkammer 29 augenblicklich abfällt. Da andererseits das zweite ι s Rückchlagventil 38 geschlossen bleibt, fließt die Luft aus der Kammer 32 durch die enge öffnung 39 allmählich in die zweite Unterdruckkammer 30, wodurch der Unterdruck in letzterer allmählich abnimmt. Beim plötzlichen öffnen der Drosselklappe 4 wird daher der Druck in der ersten Unterdruckkammer 29 größer als in der zweiten Unterdruckkammer 30. Die Membran 28 bewegt sich als Folge davon in F i g. 1 gegen die Kraft der Druckfeder 33 nach rechts, so daß die beiden Kontakte 34 und 35 miteinander in Berührung kommen. Da nach einer Weile der Unterdruck in der zweiten Unterdruckkammer 30 allmählich abnimmt, öffnet sich die Verbindung zwischen den Kontakten 34 und 35 wieder. Man sieht hieraus, daß der im ganzen mit 24 bezeichnete Schalter sich beim Beschleunigen im JO Einschalt-Zustand befindet.

Es sei nun angenommen, daß die Drosselklappe 4 sich in weit geöffnetem Zustand befindet und das Fahrzeug mit großer Geschwindigkeit fährt. Der Unterdruck in der Ansaugleitung 2 befindet sich auf niedrigem Niveau, entsprechend gering ist auch der Unterdruck in der Eingangskammer 32. Der Unterdruck in den Unterdruckkammern 29 und 30 ist der gleiche wie der in der Ansaugleitung 2. Die Membran 28 befindet sich in der in F i g. 1 dargestellten Stellung. Wenn dann zum Abbremsen des Fahrzeugs die Drosselklappe 4 geschlossen wird, dann vergrößert sich der Unterdruck in der Ansaugleitung 2 plötzlich. Ebenso plötzlich vergrößert sich de·- ' !nterdruck in der Eingangskammer 32. In divitiii Augenblick v. ud »las zweite Rückschlagventil 38 geöffnet so daß sich der Unterdruck in der zweiten Unterdruckkammer 30 augenblicklich vergrößert Da andererseits das erste Rückschlagventil 37 geschlossen bleibt kann die in der ersten Unterdruckkammer 29 vorhandene Luft nur allmählich in die Kammer 32 durch so die .■mge öffnung 36 abfließen. Der Unterdruck in der ersten Unterdruckkammer 29 nimmt somit nur allmählich zu. Im Zeitpunkt des plötzlichen Schließens der Drosselklappe 4 wird daher der absolute Druck in der ersten Unterdruckkammer 29 größer als der in der zweiten Unterdruckkammer 30. Als Folge davon bewegt sich die Membran 28 in Fi g. 1 gegen die Kraft der Druckfeder 33 nach rechts, bis der Kontakt 34 mit dem Kontakt 35 in Berührung tritt Nach einer Weile, wenn der Unterdruck in der ersten Unterdruckkammer 29 größer geworden ist öffnet sich die Verbindung zwischen den Kontakten 34 und 35 wieder. Man sieht aus der vorangegangenen Beschreibung, daß der Schalter 24 auch beim Schubbetrieb die Einschalt-Stellung einnimmt

Der auf den Gangwechsel ansprechende Schalter 25 ist unter dem Kupplungspedal 40 angeordnet so daß beim GangwechseL zu dem man notwendigerweise das Kupplungspedal 40 durchtreten muß, der Schalter 25 in

die Einschalt-Stellung gebracht wird.

Der Steuerkreis 26, von dem aus das Ventil 21 betätigt wird, enthält eine ODER-Schaltung 4t, deren einer Eingang mit dem Schalter 24 und deren anderer Eingang mit dem Schaller 25 verbunden ist. Weiterhin ■-, ist im Schaltkreis 26 ein Monoflop 42 angeordnet, dessen Eingang mit dem Ausgang der ODER-Schaltung 41 verbunden ist. Sein Ausgang ist mit dem einen Eingang einer UND-Schaltung 44 verbunden, deren anderer Eingang an den Ausgang eines Komparators 43 angeschlossen ist. Am Ausgang der UND-Schaltung ist ein Verstärker 45 angeschlossen, dessen Ausgang zur Magnetwicklung des Ventils 21 geführt ist. Einer der Eingänge des Komparators 43 im Schaltkreis 26 ist mit dem Sauerstoffsensor 27, der andere Eingang mit einer r, Vergieichsspannungsqueile 4b verbunden. Wenn die Sauerstoffsonde 27 aus Zirkonerde-Keramik besteht und eine Charakteristik aufweist, wie sie in Fig.4 dargestellt ist, dann liegt die Spannung der Vergleichsspannungsquelle 46 beispielsweise im Bereich von 45OmV.

in F i g. 3 ist auf den Ordinaten jeweils die Spannung 1 jnd auf den Abszissen die Zeit 7"aufgetragen. F i g. 3 zeigt mit (a), (b), (c) und (d) die Spannungen an den Punkten a, b, c und d des Ventilsteuerkreises 26 in F i g. 1.

Wenn das Kupplungspedal 40 zum Zwecke eines Gangwechsels durchgetreten wird, dann wird der Schalter 25 in die Einschaltstellung gebracht und daher ein Impuls am Punkt a erzeugt. Hierdurch wird der Monoflop 42 in seine quasi stabile Stellung, d. h. die EIN-Stellung gebracht (siehe (b) in Fig.3), da der Impuls (a)'\\\x.i als Triggersignal zugeführt ist. Die Dauer des quasi stabilen Zuslaiides des Monoflops 42 kann den gewünschten Verhältnissen entsprechend durch Veränderung der Zeitkonstante des Monoflops 42 eingestellt werden. Wenn das Kupplungspedal 40 durchgetreten wird, dann wird das in die Zylinders der Brennkraftmaschine eingeführte Luft/Kraftstoffgemisch fetter und dadurch wird das Luft/Kraftstoffverhältnis kleiner als das stöchiometrische Luft/Kraftstoffverhältnis. Dies bedeutet, daß die Menge der unverbrannten Anteile im Abgas sehr viel größer wird als der im Abgas verbliebene Sauerstoffanteil. Wenn dieses einen übermäßigen Anteil unverbrannter Komponenten enthaltende Abgas in die Abgasleitung 6 fließt, dann diffundiert ein Teil dieses Abgases in das dort vorhandene Abgas hinein, welches im wesentlichen einen stöchiometrischen Anteil von Sauerstoff enthält, der notwendig ist, um die Oxidation der unverbrannten Komponenten zu bewirken. Dieser Teil des Abgases gelangt zur Sauersioffsonde 27, bevor der übrige große Teil des Abgases, das den übermäßigen Anteil unverbrannter Komponenten enthält, die Sauerstoffsonde 27 erreicht Wenn letzterer Anteil des Abgases die Sauerstoffsonde 27 schließlich erreicht, dann wird am Ausgang des Komparators 43 ein Impuls erzeugt, der in F i g. 3 mit (c) gekennzeichnet ist Da zu diesem Zeitpunkt der Monoflop 42 sich noch im EIN-Zustand befindet wird am Ausgang der UND-Schaltung 44 ein Impuls erzeugt, der in Fig.3 mit (d) dargestellt ist Dieser Impuls wird im Verstärker 45 verstärkt und dann der Magnetwicklung des Ventils 21 zugeführt Als Folge davon öffnet sich das Ventil 21, wodurch von der Luftpumpe 23 zusätzliche Luft in die Abgasleitung 6 gefördert wird. Wenn der Anteil unverbrannter Komponenten im Abgas kleiner wird als der Sauerstoffanteil, d. h, wenn das Luft/Kraftstoffverhältnis, wie es an der Saucistoffsonde 27 festgestellt wird, größer wird als das stöchiometrische Luft/Kraftstoffverhältnis aufgrund der Zuführung der zusätzlichen Luft, dann wird die Ausgangsspannung an der Sauerstoffsonde 27 kleiner als die Vergleichsspannung von 45OmV. Als Folge dar- wird die Spannung am Punkt czu Null. Am Ausgang der UND-Schaltung 44 verschw^v,det daher das Signal, wodurch sich das elektromagnetisch betätigte Ventil 21 wieder schließt.

Das öffnen und Schließen des Ventils 21 wird nach dem Durchtreten des Kupplungspedals nur noch vom Monoflop 42 bestimmt, auch nach dem schnellen Entlasten des Kupplungspedals 40 wird daher das am Eingang des katalytischen Konverters 7 gemessene Luft/Kraftstoffverhältnis so einreguliert, daß es stets im wesentlichen dem stöchiometrischen Luft/Kraftstoffverhältnis entspricht.

Die oh;:.-: erwähnte Einstellung des Lu ft/Kraftstoff-Verhältnisses kann auch während des Beschleunigens und Abbremsens erfolgen. Wie in F i g. 2 mit fa/gezeigt, wird das Luft/Kraftstoffverhältnis im Gemisch, das den Zylindern zugeführt wird, nach dem plötzlichen Durchtreten oder Entlasten des Gaspedals und nach dem Durchtreten des Kupplungspedals 40 für eine Weile fetter. Die Länge dieser Zeitdauer, während der das Luft/Kraftstoffverhältnis fetter ist, kennt man aus der Erfahrung. Es ist daher ausreichend, wenn nur während dieser Zeitdauer über die Leitung 20 Zusatzluft in die Abgasleitung 6 gepumpt wird. Es ist nicht notwendig, über diese Zeitdauer hinaus hier zusätzliche Luft zuzuführen. Diesem Zweck dient der Monoflop 42, dessen Zeitkonstante entsprechend eingestellt ist.

Wenn bei den oben erwähnten Betriebsbedingungen das Luft/Kraftstoffverhältnis kleiner wird als das stöchiometrische Verhältnis, dann wird das elektromagnetisch betätigte Ventil 21 sofort voll geöffnet. Es besteht daher die Gefahr, daß ein übermäßiger Anteil Zusatzluft in die Abgasleitung geblasen wird. Um dies zu vermeiden, ist es vorteilhaft, ebenfalls einen lntegrierkreis zwischen die UND-Schaltung 44 und den Verstärker 45 einzuschalten. Ein solcher Integrierkreis muß eine steilere Anstiegscharakteristik aufweisen als die it: Fi¹ ■ ^r ·i?) einzeichnete. Dies kann einfach durc. . .naeninfc ties Vv c. < ... eines Widerstandes R im Integrierkreis, wie beispielsweise beim Integrierkreis 15 dargestellt erreicht werden. Man kann hierzu auch eine Kombination aus einem Servomotor und einem Potentiometer, wie beim Drosselventil 12 verwenden, oder einen Impulsmotor anstelle des elektromagnetischen Ventils 21.

Beim Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 ist die Zeit, die

λ

, um vuti uci

20 zur zweiten Sauerstoffsonde 27 zu gelangen, sehr viel kürzer als die Zeit die das Gas braucht um von der Ansaugleitung 2 zur ersten Sauerstoffsonde 8 zu gelangen. Selbst wenn daher das Luft/Kraftstoffverhältnis im Gemisch, das den Zylindern zugeführt wird, zeitweise geringer wird als das stöchiometrische Luft/Kraftstoffverhältnis, wie in F i g. 2 mit (a) gezeigt, dann wird Zusatzluft in die Abgasleitung geblasen, wodurch das Luft-Kraftstoff-Gesamtverhältnis, das am Einlaß des katalytischen Umsetzers 7 vorhanden ist so eingestellt wird, daß es im wesentlichen dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoffverhältnis, wie in F i g. 2 mit (b) gezeigt, entspricht Als Folge davon läßt sich erreichen, daß der Anteil der Schadstoffe, wie Kohlenwasserstoffe, Kohlenmonoxid und Stickstoffoxide, in den Abgasen des Motors sehr verringert wird.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen 230 235/212

Claims

Patentansprüche:

1. Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs mit einem katalytischen Konverter in der Abgasleitung und einer Gemischverhältnis-Einstellvorrichtung auf der Ansaugseite, die von einer in der Abgasleitung stromaufwärts vom Konverter angeordneten Sauerstoffsonde angesteuert ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgasleitung (6) mit einer stromaufwärts vom Konverter (7) einmündenden Zusatzluft-Zuführungseinrichtung (20,22, 23) versehen ist, in welcher sich ein Durchlaßventil (21) befindet, das von einer Steuerungseinrichtung (26) angesteuert ist, die mit einer stromabwärts vom Konvtrier (7) in der Abgasleitung (6) befindlichen zweiten Sauerstoffsonde (27) und mit auf Beschleunigung, Bremsung und Gangwechseln ansprechenden und Schaltsignale liefernden Sensoren (24, 25) verbunden ist und das Durchlaßventil (21) nur freischaltet, wenn die zweite Sauerstoffsonde (27) ein vorbestimmtes Signal und zugleich einer der Sensoren (24,25) ein Schaltsignal liefert

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoren (24, 25) und die zweite Sonde (27) elektrische Signalgeber sind, die Steuerungseinrichtung (26) ein elektronischer Steuerkreis ist, bestehend aus einem Komparator (43), dessen Eingängen das Ausgangssignal der zweiten Sauerstoffsonde (27) und eine Vergleichsspannung (von 46) zugeführt ist und dessen Ausgang mit dem einen Eingang einer das Ausgangsglied des Steuerkreises bildenden UND-Schaltung (44) verbunden ist, deren zweiter Eingang mit dem Ausgang eines Monoflop (42) verbunden ist, das über eine ODER-Schaltung (41) von den Sensoren (24, 25) in den quasi-stabilen Zustand kippbar ist, und daß der Ausgang der UND-Schaltung (44) mit der Erregerspule des elektromagnetisch betätigbaren Durchlaßventils (21) verbunden ist

3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der elektronische Steuerkreis (26) einen Integrierkreis zwischen der UND-Schaltung (44) und seinem Ausgang enthält.

4. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (24) zum Feststellen von Beschleunigungen und Schubbetrieb eine erste (29) und eine zweite (30) Unterdruckkammer, die durch eine Membran (28) voneinander getrennt sind, und eine dritte Unterdruckkammer (32) aufweist, die mit der ersten Unterdruckkammer (29) durch eine enge Öffnung (36) und ein sich in die erste Unterdruckkammer öffnendes Klappventil (37) und mit der zweiten Unterdruckkammer (30) durch eine enge Öffnung (39) und ein sich in die dritte Unterdruckkammer (32) öffnendes Klappenventil (38) verbunden ist, daß an der Membran (28) ein elektrischer Kontakt (34) und diesem gegenüber an der Wandung der zweiten Unterdruckkammer (30) ein zweiter elektrischer Kontakt (35) befestigt ist, und daß die dritte Unterdruckkammer (32) mit der Ansaugleitung (2) der Brennkraftmaschine (1) in Verbindung steht.

5. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor zum Feststellen von Gangwechseln ein Druckschalter (25) ist, der unter dem Kupplungspedal (40) angeordnet und bei Niedertreten desselben in die Einschaltstellung bringbar ist.

6. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor zum Feststellen von Gangwechseln mit einem automatisch schaltenden Wechselgetriebe des Kraftfahrzeugs verbunden ist und beim Schalten desselben in die Einschaltstellung bringbar ist.

7. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzluft-Zuführungseinrichtung eine von der Brennkraftmaschine (1) angetriebene Luftpumpe (23) aufweist.