DE2716353C2 - Einrichtung zur Einspeisung von Sekundärluft in ein Ansaugsystem einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Einspeisung von Sekundärluft in ein Ansaugsystem einer Brennkraftmaschine, gemäß dem Oberbegriff des

to Patentanspruchs 1.

Um den gesetzlichen Vorschriften hinsichtlich der Abgasemission von Brennkraftmaschinen zu entsprechen, sind in jüngster Zeit zahlreiche konstruktive Verbesserungen an Brennkraftmaschinen vorgenommen worden. Eine dieser Verbesserungen besteht in einem katalytischen Abgasreaktor, der im Auspuffrohr der Brennkraftmaschine angeordnet ist und die Aufgabe hat, die Abgase der Brennkraftmaschine katalytisch zu reinigen. Damit die konstruktiven Verbesserungen sich möglichst günstig auswirken können, bzw. damit der Abgasreaktor unter günstigsten Betriebsbedingungen arbeiten kann, ist es notwendig, daß Luft/Brennstoffverhältnis des der Brennkraftmaschine zugeführten Luft/ Brennstoffgemischs richtig zu steuern. Eine bekannte Methode zur Befriedigung dieser Anforderung besteht darin, den Sauerstoffgehalt des Abgases der Brennkraftmaschine festzustellen und ein entsprechendes Signal an eine elektronische Steuereinheit zu liefern. Aus diesem Eingangssignal ermittelt die Steuereinheit das Luft/ Brennstoffverhältnis des der Brennkraftmaschine zugeführten Luft/Brennstoffgemischs und steuert ein in der Ausgleichs- bzw. Zusatzluftleitung angeordnetes Luftventil so, daß die freie Durchflußfläche dieser Leitung verändert wird, um die durch diese Leitung dem Luft/Brennstoffgemisch zugeführte Zusatz- bzw. Sekundärluftmenge so zu verändern, daß das den Brennräumen zugeführte Gemisch das richtige Luft/Brennstoffverhältnis hat.
Es sind Steuervorrichtungen zur Steuerung des Luft/Brennstoffverhältnisses bekannt (DE-OS 23 60 621), die so ausgebildet sind, daß die Sekundärluft durch die Bypaß-Leitung, welche am Vergaser und an der Drosselklappe vorbeiführt, in die Ansaugleitung der Brennkraftmaschine stromab der Drosselklappe eingeleitet wird. Aufgrund dieser Ausbildung wird die Menge der zugeführten Zusatz- bzw. Sekundärluft durch den Ansaugleitungsunterdruck beeinflußt. Da nämlich der Ansaugleitungsunterdruck bei geringer Belastung der Brennkraftmaschine größer und bei starker Belastung der Brennkraftmaschine kleiner ist, kann mit der herkömmlichen Steuervorrichtung das Luft/Brennstoff-Verhältnis nur dann exakt und richtig gesteuert werden, wenn das Bypaß-Ventil in der Zusatzluft- bzw. EJypaß-Leitung bei geringer Belastung nur wenig und bei starker Belastung weit geöffnet ist. Bei der herkömmlichen Steuervorrichtung bzw. bei der herkömmlichen Einrichtung zur Einspeisung von Sekundärluft in das Ansaugsystem wird das Bypaß-Ventil etwas geöffnet gehalten, wenn die Brennkraftmaschine in

einem Übergangsbereich arbeitet, beispielsweise wenn die Brennkraftmaschine von geringer zu starker Belastung übergeht, was den Nachteil hat, daß das Luft/Brennstoffverhältnis des Gemischs unter einen vorgegebenen exakten Wert des Luft/Brennstoffver-

b5 hältnisses verringert wird, so daß die Brennkraftmaschine während des gesamten Betriebs im Übergangsbereieh ständig mit einem fetten Gemisch gespeist wird. Wenn sich andererseits der Betriebszustand der

Brennkraftmaschine von großer Belastung zu geringer Belastung ändert, wird das Bypaß-Ventil weit geöffnet gehalten, was den Nachteil zur Folge hat, daß das Luft/Brennstoffverhäitnis auf einem höheren als dem vorgegebenen exakten Wert gehalten wird, so daß die Brennkraftmaschine mit einem zu mageren Gemisch gespeist wird. Das Luft/Brennstoffvefhältnis des Gemischs wird dadurch weit über das vorgegebene Verhältnis verändert Damit wird dieses I.uft/Brennstoffverhältnis in einem Bereich verändert, der wesentlieh größer ist als ein vorgegebener Bereich, der für die optimale Abgasreinigung durch den katalytischen Reaktor am geeignetsten ist

Die Entwicklung ging deshalb den Weg über eine Einrichtung zur Einspeisung von Sekundärluft in ein Ansaugsystem einer Brennkraftmaschine, bei der zwischen dem Bypaß-Ventil und einem stromab der Drosselklappe angeordneten Sekundärluft-Einlaß ein membranbetätigtes Drosselventil integriert ist. Die Membran dieses Drosselventils ist abstimmbar federbelastet und sie begrenzt eine vom Druck im Ansaugsystem beeinflußte Druckkammer und eine Referenzkammer. Darüber hinaus ist die Membran mit einem Drosselkörper verbunden, durch den die Bypaß-Leitung in ihrem Querschnitt veränderbar ist Der Drosselkörper besitzt die Form eines membranbetätigbaren Steuerschiebers, der mit einer Steuerkante den Durchgang der Bypaß-Leitung steuert, in die ein elektrisch betätigbarer Schalter in Form eines Magnetventils integriert ist Auf diese Weise wird eine Einrichtung zur Einspeisung von Sekundärluft in das Ansaugsystem einer Brennkraftmaschine geschaffen, mit der bei zunehmendem Ansaugleitungsunterdruck die Drosselwirkung des Drosselkörpers in der Bypaß-Leitung erhöht wird, so daß die oben angesprochenen Nachteile der übermäßigen Gemischabmagerung bzw. -anreicherung in verschiedenen Betriebszuständen der Brennkraftmaschine weitgehend beseitigt sind.

Dieses System bzw. diese Einrichtung besitzt jedoch vorbestimmte Kenngrößen: membranbeaufschlagende Drücke, Federkonstante, Drosselkörper, und durch die Ansprechdauer des Magnetventils festgelegte Steuerungscharakteristik, die vor dem Einsatz dieser Einrichtung justiert werden muß. Da das Ansaugsystem nicht frei von Partikeln bzw. Verunreinigungen, wie z. B. Kohlenstoff, der bei der Verbrennung erzeugt wird, gehalten werden kann, ändert sich im Betrieb und im Einsatz die Drosselungscharakteristik der Steuerdruckleitungen. Die Steuerdruckleitung, welche die Steuerdruckkammer des Steuerschiebers bzw. des Steuer-Drosselschiebers beaufschlagt, wird von dieser Tendenz nicht ausgeschlossen, und die Steuerungscharakteristik ändert sich damit zwangsläufig in unerwünschter Weise, so daß die gesamte Steuereinrichtung neu justiert werden muß, um auch nach längerem Betrieb der Brennkraftmaschine eine optimale Gemischzufuhr verwirklichen zu können. Ein weiterer Nachteil dieses Steuersystems ist darin zu sehen, daß aufgrund des nur zwei Schaltstellungen einnehmenden Schalters Sekundärluft nur schubweise zugeführt werden kann, wodurch ein Aufschaukeln des Steuersystems gefördert wird.

Der 'Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung bzw. eine Steuereinrichtung oben angegebener Art zu schaffen, die einen zuverlässigen und wartungsfreien Betrieb gewährleistet und bei der ^ Veränderungen oder Schwankungen der Steuerungscharakteristik unterbunden sind.

Diese Aufgabe wird durch, die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst

Dadurch, daß die Druckkammer des Drosselventils mit der Bypaß-Leitung verbunden und das Drosselventil selbst in dieser Leitung angeordnet ist, arbeitet diese Durchflußsteuerung mit einer Rückführung, d.h. als Regelkreis. Wenn z. B. Partikel oben beschriebener Art den Querschnitt des Drosselventils und dadurch die Durchflußcharakteristik bzw. die Drosselungscharakteristik der Steuerleitungen verändern, wird aufgrund der Rückführung des Bypaß-Leitungsdrucks in die Druckkammer diese Veränderung durch eine Bewegung des Ventils kompensiert Die Einsatzdauer des Steuersystems wird dadurch wesentlich verlängert Das kontinuierlich arbeitende Bypaß-Ventil ermöglicht es, daß stromab dieses Ventils keine kurzzeitigen instationären Druckschankungen auftreten und der Motor dadurch stabil arbeitet Das Drosselventil sorgt weiterhin dafür, daß der Druck in der Bypaß-Leitung stromab des Bypaß-Ventils unabhängig vom Druck in der Ansaugleitung stromab der Drosselklappe konstant gehalten wird, so daß die Zufuhr von Sekundärluft zum Luft/Brennstoffgemisch unter allen Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine im wesentlichen proportional zur angesaugten Luftmenge gehalten werden kann.

Mit der Weiterbildung der Einrichtung gemäß Unteranspruch 2 ergibt sich der besondere Vorteil, daß die Steuerdruckleitung und das Drosselelement äußerst kurz gehalten bzw. äußerst klein dimensioniert werden kann, so daß die Zuverlässigkeit des Betriebs bei Vereinfachung der Wartung nochmals angehoben werden kann.

Wenn man die Referenzkammer mit der Atmosphäre verbindet ergibt sich der weitere Vorteil, daß eine Steuerleitung entfallen kann.

Wenn die Referenzkammer gemäß Unteranspruch 4 mit dem Unterdruck im Bereich einer im Ansaugsystem integrierten Venturi-Düse verbunden ist, ergibt sich der besonders vorteilhafte Effekt, daß die freie Durchflußfläche der variablen Durchflußöffnung des Drosselelements in der Bypaß-Leitung bei Abnahme des Mischkammerunterdrucks verringert und bei Zunahme des Mischkammerunterdrucks vergrößert wird. Der Druck in der Bypaß-Leitung wird dadurch einerseits nicht vom Ansaugunterdruck beeinflußt und er wird andererseits proportional zur angesaugten Luftmenge gehalten, wodurch Schwankungen des Luft/Brennstoffverhältnisses des Luft/Brennstoffgemischs, welches der Brennkraftmaschine zugeführt wird, unter allen Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine minimal gehalten werden können. Regelschwankungen, die ansonsten insbesondere im Betrieb der Brennkraftmaschine unter geringer Last verstärkt auftreten könnten, sind durch diese Maßnahmen weitestgehend ausgeschaltet.

Mit den Merkmalen des Unteranspruchs 6 gelingt es mit einfachsten Mitteln, die Regelungscharakteristik der erfindungsgemäßen Einrichtung verschiedenen Betriebszuständen der Brennkraftmaschine anzupassen.

Mit der Weiterbildung des 3ypaß-Ventils gemäß Unteranspruch 8 wird der besondere zusätzliche Vorteil erzielt, daß auch die Aufsteuerungscharakteristik des Bypaß-Ventils dem jeweiligen Betriebszustand der Brennkraftmaschine angepaßt und die Regelungscharakteiristik der Einrichtung dadurch optimiert werden kann.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den übrigen Unteransprüchen.

Nachstehend werden anhand schematischer Zeichnungen mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine teilweise schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine πήί einer ersten Ausführungsform einer Einrichtung zur Einspeisung von Sekundärluft in ein Ansaugsystem eines Verbrennungsmotors bzw. einer Brennkraftmaschine,

Fi g. 2 eine vergrößerte ausschnittsweise Schnittdarstellung der in F i g. 1 gezeigten Einrichtung,

F i g. 3 eine der F i g. 2 entsprechende Darstellung einer Abwandlung der in den F i g. 1 und 2 gezeigten Ausführungsform,

Fig.4 eine den Fig.2 und 3 entsprechende Darstellung einer weiteren Abwandlung der in den F i g. 1 und 2 gezeigten Ausführungsforrn, und

Fig.5 eine ausschnittsweise schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der Einrichtung zur Einspeisung von Sekundärluft in ein Ansaugsystem eines Verbrennungsmotors bzw. einer Brennkraftmaschine.

In F i g. 1 ist eine herkömmliche Brennkraftmaschine 10 dargestellt, bei der es sich beispielsweise um einen 4-Takt-Hubkolbenmotor handeln kann und die einen Brennraum 12, eine Ansaugleitung 14 sowie ein Auspuffrohr 16 umfaßt Die Ansaugleitung 14 umfaßt einen Luftfilter 18, einen Vergaser 20 stromab des Luftfilters 18, eine Drosselklappe 22 stromab des Vergasers 20 sowie einen Ansaugkrümmer 24 stromab der Drosselklappe 22. Die Drosselklappe 22 kann in bekannter Weise von einer Person betätigt werden. Der Vergaser 20 ist herkömmlich aufgebaut und umfaßt einen Lufttrichter bzw. eine Mischkammer 20', in die Luft vom Luftfilter 18 siowic Kraftstoff aus einem nicht dargestellten Kraft- bzw. Brennstoffsystem eingeleitet werden und in der ein Luft-Brennstoff-Gemisch aufbereitet wird. Der Vergaser 20 ist so eingestellt, daß das von ihm aufbereitete Luft-Kraftstoff-Gemisch etwas fetter ist, als es zum Betrieb des Motors erforderlich ist Die durch die Verbrennung im Brennraum 12 erzeugten Abgase treten aus dem Brennraum in das Auspuffrohr 16 aus, in dem sich ein katalytischer Wandler 26 befindet, der die Abgase reinigt bevor sie vom Auspuffrohr 16 an die umgebende Atmosphäre abgegeben werden.

Die Brennkraftmaschine 10 ist mit einer Steuervorrichtung ausgerüstet die das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Luft-Kraftstoff-Gemischs steuert, bevor dieses in den Brennraum 12 eingeleitet wird. Die Steuervorrichtung für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist insgesamt mit dem Bezugszeichen lOO bezeichnet und umfaßt einen Lüftverhältnisfühler 102, der an> Auspuffrohr 16 angebracht ist und aus dem Sauerstoffgehalt des durch das Auspuffrohr 16 strömenden Abgases das Luftverhältnis bzw. das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Gemischs ermittelt Bei dem Luftverhältnisfühler 102 handelt es sich um einen herkömmlichen Luftverhältnisfühler, der ein Metalloxid wie beispielsweise Zirkondioxid oder Titandioxid enthält und ein elektrisches Signal liefert, das dem ermittelten Luftverhältnis entspricht Dieses Signal gelangt über eine Leitung 104 zu einer Steuerschaltung 106. Die Steuerschaltung 106 hat herkömmlichen Aufbau, wie er beispielsweise schon in der amerikanischen Patentanmeldung Nr. 4 75 917 vom 3. Juni 1974 beschrieben ist Die Steuerschaltung 106 umfaßt eine Spannungsvergleicherschaltung, einen Impulsgenerator, eine logische Befehlsschaltung, ein reversierbares Schieberegister usw, wobei diese Bestandteile der Steuerschaltung in der Zeichnung nicht dargestellt sind. Die Steuerschaltung 106 ist über eine Leitung 108 elektrisch mit einem Schrittmotor 110 verbunden und spricht auf das Signal vom Luftverhältnisfühler 102 in der Weise an, daß sie die Drehrichtung des Schrittmotors 110 und dessen Drehwinkel bestimmt, d. h. den Schrittmotor 110 geeignet steuert.

Ferner umfaßt die Steuervorrichtung 100 eine Einrichtung zur Einspeisung von Zusatz- bzw. Sekun därluft in das Ansaugsystem der Brennkraftmaschine; diese Einrichtung besitzt eine Zusatzluftleitung bzw. Bypaßleitung 112, die an der Mischkammer 20' des Vergasers 20 sowie der Drosselklappe 22 so vorbeiführt daß ein Teil der Luft aus dem Luftfilter 18 stromauf der Mischkammer 20' aus der Ansaugleitung 114 abgezweigt wird, durch die BypaSieitun.g 1!2 strömt und dann stromab der Drosselklappe 22 wieder in die Ansaugleitung 14 einströmt, so daß das vom Vergaser 20 aufbereitete Luft-Kraftstoff-Gemisch so verdünnt wird, daß es ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis hat das für den Betrieb der Brennkraftmaschine geeignet ist Diese durch die Bypaßleitung 112 geführte Luft wird als Ausgleichsiuft oder Zusatzluft bzw. Sekundärluft bezeichnet In der Bypaßleitung 112 befindet sich ein Zusatzluftventil bzw. Bypaßventil 114, das die freie Durchflußfläche der Bypaßleitung 112, durch die die Zusatzluft strömen kann, steuert bzw. verändert Das Bypaßventil kann als Ventil mit einer Ventilklappe ausgebildet sein, die drehbar in der Bypaßleitung angeordnet ist Die Einrichtung zum Antrieb des Bypaßventils umfaßt vorzugsweise einen Schrittmotor, der elektronisch von einer Steuerschaltung angesteuert wird, die ihrerseits auf ein Signal von der Luftverhältnisfühleinrichtung anspricht Alternativ kann das Bypaß- ventil eine variable Durchflußöffnung aufweisen, die von einem Ventilsitz in der Bypaßleitung stromauf des Druckreglers bzw. Drosselventils sowie einem Nadelventil begrenzt wird, das dem Ventilsitz wirkungsmäßig zugeordnet ist Vorzugsweise wird das Nadelventil von

einem pneumatischen Ventilantrieb angetrieben, der auf Änderungen des Luft-Brennstoff-Verhältnisses und auch der angesaugten Luftmenge anspricht Bei der dargestellten Ausführungsform ist das Bypaßventil 114 als Klappenventil ausgebildet das eine in der Bypaßlei-

tung 112 angeordnete drehbare Klappe umfaßt, die in Antriebsverbindung mit dem Schrittmotor 110 steht so daß sie vom Schrittmotor angetrieben bzw. gedreht werden kann. Das Ausmaß der öffnung des Bypaßventils wird hauptsächlich entsprechend dem vom Luftver- hältnisfühler 102 im Abgas festgestellten Luft-Brennstoff-Verhältnis des Gemischs gesteuert In der Bypaßleitung 112 befindet sich stromab des Bypaßventils 114 ein Druckregler bzw. ein Drosselventil 116, das den pneumatischen Druck in der Bypaßleitung 112 an einer Stelle A zwischen dem Bypaßventil 114 und dem Drosselventil 116 steuert

Im folgenden wird unter Bezugnahme auf F i g. 2 das Drosselventil 116 ausführlicher erläutert Dieser umfaßt einen Ventilsitz 118, der in der Bypaßleitung 112 stromab des Bypaßventils 114 ausgebildet ist Verstellbar in der Bypaßleitung 112 ist ein Nadelventil bzw. ein Drosselkörper 120 nut einem Ventilschaft 122 so angeordnet, daß dieses Nadelventil bzw. dieser Drosselkörper mit dem Ventilsitz 118 zusammenwirkt und eine variable DurchfluBöffnung 124 definiert Der Ventilschaft 122 ist verschiebbar durch die Wand der Bypaßleitung 112 in ein im wesentlichen geschlossenes Gehäuse 126 geführt, das an der Wand des Rohres oder

dergleichen montiert ist, das die Bypaßleitung 112 bildet. Quer im Inneren des Gehäuses 126 ist eine Membran 128 gespannt, die in Verbindung mit dem Gehäuse eine Druckkammer bzw. eine Referenzdruckkammer 132 sowie eine Druckkammer bzw. eine Steuerdruckkammer 134 definiert. Die Referenzdruckkammer 132 ist über ein Entlüftungsloch 132' im Gehäuse 126 zur Atmosphäre entlüftet. Die andere Druckkammer bzw. die Steuerdruckkammer 134 steht über eine öffnung 134', die durch die aneinander angrenzenden Wände der to Bypaßleitung 112 und des Gehäuses 126 verläuft, in Verbindung mit der Bypaßleitung 112 nahe dem Punkt A. Das äußere Ende des Ventilschaftes 122 verläuft durch die Druckkammer 134 und ist an der Membran 128 befestigt. In der Druckkammer 134 befindet sich eine als Schraubenfeder ausgebildete Druckfeder 136, die um den Ventilschaft i22 herum angeordnet ist und sich auf der Membran 128 sowie der an der Bypaßleitung 112 liegenden Wand des Gehäuses 126 abstützt.

Wenn die Brennkraftmaschine 10 angelassen wird oder gerade angelassen worden ist, schließt das Bypaßventil 114 die Bypaßleitung 112 vollständig aufgrund der Steuerung durch den Luftverhältnisfühler 102 sowie die Steuerschaltung 106. Wenn die Brennkraftmaschine warmgelaufen ist, entscheidet die Steuerschaltung 106 aufgrund des Signals vom Luftverhältnisfühler 102 ob das vom Vergaser 20 gelieferte Luft-Kraftstoff-Gemisch fetter oder magerer als ein bestimmtes Luft-Brennstoff-Verhältnis ist, d.h. fetter oder magerer als das für den optimalen Betrieb der Brennkraftmaschine sowie für optimale Wirkungsweise des katalytirchen Wandlers 26 erforderliche Luft-Brennstoff-Verhältnis. Die Steuerschaltung 106 liefert ein demcntsprechendes Steuersignal an den Schrittmotor UO, der daraufhin das Bypaßventil 114 in die geeignetste Stellung bringt.

Wenn das Bypaßventil 114 vollständig geschlossen ist, gelangt der Ansaugunterdruck über die variable Durchflußöffnung 124 in der Bypaßleitung 112 und durch die öffnung 134' in die Druckkammer 134 im Gehäuse 126, so daß die Membran 128 entgegen der Kraft der Druckfeder 136 nach rechts (in Fig.2) ausgelenkt wird, was zur Folge hat, daß der Drosselkörper bzw. das Nadelventil 120 in seine vollständig geschlossene Stellung gebracht wird, so daß das Nadelventil 120 auf dem Ventilsitz 118 aufsitzt.

Wenn das Bypaßventil 114 unter Steuerung durch den Luftverhältnisfühler 102 und die Steuerschaltung 106 danach in Öffnungsrichtung verstellt wird, gelangt Zusatzluft bzw. Sekundärluft aus der Ansaugleitung 14 von einer Stelle stromauf der Mischkammer 20' zum Punkt -^A- in der Bypaßleitung ! 12 und durch die Öffnung 134' in die Druckkammer 134 im Gehäuse 126, so daß der Unterdruck in der Druckkammer 134 sinkt und das Nadelventil 120 nach links (in F i g. 2) verstellt wird, was eine entsprechende Vergrößerung der freien Räche der vanablen Durchflußöffnung 124 zur Folge hat Ganz allgemein führt eine Drehung der Klappe des Bypaßventils 114 in Öffnungsrichtung zu einer Vergrößerung der freien Durchflußfläche der vanablen Durchflußöffnung 124, wogegen eine Drehung der Klappe des Bypaßventils 114 in Schließrichtung zu einer Verringerung der freien Durchflußfläche der vanablen Dorchflußöffnung 124 führt Ferner führt eine Erhöhung des Ansaugunterdrucks zu einer Verringerung der Durchflußfläche, wogegen eine Abnahme des Ansaugunterdrucks zu einer Vergrößerung der freien Durchfluß fläche führt. Somit wird der pneumatische Druck in der Bypaßleitung 112 am Punkt A praktisch immer konstant gehalten. Dies bedeutet, daß der Druckunterschied am Bypaßventil 114 praktisch konstant gehalten wird, da der Druck in der Bypaßleitung 112 stromauf des Bypaßventils 114 ungefähr gleich dem atmosphärischen Druck ist.

Die durch die Bypaßleitung 112 in den Ansaugkrümmer 24 und somit in die Brennkraftmaschine 10 eingeleitete Sekundär- bzw. Zusatzluftmenge wird durch folgende Gleichung angegeben:

Q=kSfÄP

Darin bedeuten Q die Zusatzluftmenge, S die freie Durchflußfläche der Bypaßleitung 112 im Bypaßventil 114, ΔΡ den Druckunterschied am Bypaßventil 114 sowie Ar eine Konstante.

Die Gleichung zeigt, daß die Zusatzluftmenge vollkommen unabhängig vom Ansaugunterdruck ist, der sich mit Laständerungen der Brennkraftmaschine 10 ändert. Demzufolge wird die Zusatzluftmenge vom Bypaßventil 114 genau dosiert, was bedeutet, daß das Luft-Brennstoff-Verhältnis des Luft-Brennstoff-Gemischs, das dem Brennraum 12 der Brennkraftmaschine 10 zugeführt wird, unter allen Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine von der Steuervorrichtung 100, richtig und genau gesteuert wird.

F i g. 3 zeigt eine Abwandlung der in den F i g. 1 und 2 dargestellten Ausführungsform der Steuervorrichtung 100, und zwar insbesondere des in F i g. 2 dargestellten Druckreglers bzw. Drosselventils 116. Der abgewandelte Druckregler ist mit dem Bezugszeichen 116a bezeichnet. Dieser abgewandelte Druckregler 116a umfaßt eine Leitung 132'a, die die Referenz-Druckkammer 132 im Gehäuse 126 mit einem Unterdruckanschluß 20'a verbindet, der im Vergaser 20 ausgebildet ist und in die Mischkammer 20' mündet, so daß der Mischkammerunterdruck über die Leitung 132'a in die Referenz-Druckkammer 132 gelangt und dadurch die Membran 128 auch durch den Mischkammerunterdruck ausgelenkt wird. Die beim ersten Ausführungsbeispiel vorgesehene Druckfeder 136 ist durch eine andere Druckfeder 136a ersetzt, die im Vergleich zur Druckfeder 136 eine etwas andere Elastizität hat. In den übrigen Elementen stimmt der Druckregler 116a im wesentlichen mit dem Druckregler 116 der ersten Ausführungsform überein. Obereinstimmende Teile der beiden Druckregler 116 und 116a sind mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet

Der abgewandelte Druckregler 116a arbeitet in folgender Weise: Die Steuerdruckkammer 134 verringert die freie Durchflußfläche der vanablen Durchfluß-Öffnung J24 bei einem Anstieg des Ansaugunterdrucks und verringert die freie Durchflußfläche bei einer Verringerung des Ansaugunterdrucks, wie dies auch beim ersten Ausführungsbeispiel der Fall ist Wenn der Unterdruck in der Referenz-Druckkammer 132 konstant wäre, würde somit der Druck in der Bypaßleitung 112 am Punkt A konstant gehalten werden. Da jedoch der Unterdruck in der Referenz-Druckkammer 132 im wesentlichen gleich dem Mischkammerunterdruck ist, der sich mit den Betriebszuständen der Brennkraftmaschine ändert und somit abnimmt, wenn die durch die Mischkammer 20' gesaugte Luftmenge abnimmt und dadurch auch der Mischkammerunterdruck abnimmt wird auch die freie Durchflußfläche der vanablen Durchflußöffnung 124 bei Abnahme des Mischkammerunterdrucks verringert Der Druck am Punkt A der

Bypaßleitung 112 wird dann auf einem niedrigeren Wert des Unterdrucks gehalten. Wenn jedoch die durch die Mischkammer 20' angesaugte Luftmenge zunimmt und dadurch der Mischkammerunterdruck steigt, steigt auch der Unterdruck in der Referenz-Druckkammer 132, so daß dementsprechend die freie Durchflußfläche der variablen Durchflußöffnung 124 vergrößert wird, was zur Folge hat, daß der Unterdruck am Punkt A in der Bypaßleitung 112 zunimmt.

Am Punkt A in der Bypaßleitung 112 herrscht somit ein Unterdruck, der proportional zur angesaugten Luftmenge ist, sofern die öffnung des Bypaßventils 114 konstant gehalten wird. Die der Brennkraftmaschine 10 zugeführte Zusatzluftmenge wird daher einerseits nicht vom Ansaugunterdruck beeinflußt und ist andererseits proportional zur durch die Mischkammer 20' angesaugten Luftmenge. Die Steuervorrichtung 100 zur Einspeisung von Sekundärluft mit dem abgewandelten Druckregler 116a arbeitet daher in der Weise, daß die Schwankungen bzw. Änderungen des Luft-Brennstoff-Verhältnisses des Luft-Brennstoff-Gemischs, das der Brennkraftmaschine 10 zugeführt wird, unter allen Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine minimal sind, was zur Folge hat, daß Regelschwankungen äußerst schwach auftreten, die andernfalls insbesondere bei Betrieb der Brennkraftmaschine unter geringer Last verstärkt auftreten würden.

F i g. 4 zeigt eine weitere Abwandlung des Druckreglers bzw. Drosselventils 116 gemäß den Fig. 1 und 2. Dieser abgewandelte Druckregler ist insgesamt mit dem Bezugszeichen 116f> bezeichnet Teile des Druckreglers 1166, die mit entsprechenden Teilen des Druckreglers 116 übereinstimmen, sind mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet Die Referenz-Druckkammer 132 ist wie bei dem in F i g. 2 dargestellten Druckregier 116 über das Entlüftungsloch 132' zur Umgebung entlüftet Die Steuerdruckkammer 134 ist über eine Leitung 161 mit einem 3/2-Wege-Magnetventil 160 verbunden, das außerdem über Leitungen 162 und 163 mit der Bypaßleitung 112 einerseits an einer ersten Stelle zwischen dem Bypaßventil 114 und der variablen Durchflußoffnung 124 und andererseits an einer zweiten Stelle stromab der Durchflußoffnung 124 verbunden ist. Das 3/2-Wegemagnetventil 160 wird von einem Ventilantrieb 170 so verstellt daß entweder der in der Bypaßleitung 112 an der ersten Stelle stromauf der variablen Durchflußoffnung 124 herrschende Druck über die Leitung 162 oder der in der Bypaßleitung 112 an der zweiten Stelle stromab der Durchflußoffnung 124 herrschende Druck über die Leitung 163 auf die Leitung 161 und in die Steuerdruckkammer 134 gegeben wird. Der Ventilantrieb 170 kann beispielsweise derart ausgebildet ss:r, daß er auf Änderungen der Temperatur des Kühlwassers der Brennkraftmaschine anspricht und das 3/2-Wegemagnetventil 160 in der Weise steuert daß während des Warmlaufens der Brennkraftmaschine 10 das 3/2-Wegemagnetventil 160 die Leitung 161 mit der Leitung 163 verbindet, so daß der in der Bypaßleitung 112 stromab der Durchflußoffnung 124 herrschende Druck, d. h. der Ansaugraiterdruck, auf die Druckkammer 134 gegeben wird, und daß während der übrigen Betriebszustände der Brennkraftmaschine 10 das 3/2-Wegemagnetventil 160 die Leitung 161 mit der Leitung 162 verbindet, so daß auf die Druckkammer der in der Bypaßleitung 112 am Punkt A, d. h. stromauf der DurchfluBöffnang 124, herrschende Druck gegeben wird Durch die Steuerung des Drucks in der Druckkammer 134 in vorstehend beschriebener Weise wird dafür gesorgt, daß die variable Durchflußoffnung 124 während des Warmlaufens der Brennkraftmaschine 10 unabhängig davon, ob das Bypaßventil 114 geöffnet oder geschlossen ist, vollständig geschlossen gehalten ^r> wird, so daß während des Warmlaufens der Brennkraftmaschine die Zufuhr von Sekundär- oder Zusatzluft zur Brennkraftmaschine 10 unterbrochen wird, was den Vorteil zur Folge hat, daß die Brennkraftmaschine nur mit dem vom Vergaser 20 erzeugten fetten Luft-Brenn-H) stoff-Gemisch gespeist wird. Dadurch werden das Betriebsverhalten der Brennkraftmaschine 10 während des Warmlaufens und die Fahreigenschaften des damit ausgerüsteten Fahrzeugs erheblich verbessert.

Alternativ kann der Ventilantrieb 170 auch so ausgebildet sein, daß er das 3/2-Wegemagnetventil 160 in der Weise steuert, daß die variable Durchflußoffnung 124 immer dann vollständig geschlossen ist. wenn die Brennkraftmaschine angelassen wird, und zwar unabhängig davon, ob die Brennkraftmaschine 10 bereits warmgelaufen ist oder nicht. Eine weitere Möglichkeit zur Ausbildung des Ventilantriebs 170 besteht darin, daß diese das 3/2-Wege-Magnetventil in der Weise steuert daß die variable Durchflußoffnung 124 vollständig geschlossen gehalten wird, wenn die Drosselklappe 22 der Brennkraftmaschine vollständig geöffnet ist wodurch dafür gesorgt wird, daß das Luft-Brennstoff-Verhältnis des der Brennkraftmaschine 10 zugeführten Luft-Brennstoff-Gemischs den Anforderungen bei diesem speziellen Betriebszustand der Brennkraftmaschine jo entspricht.

Der Druckregler 1166 kann ferner in der Weise abgewandelt sein, daß die Referenz-Druckkammer 132 pneumatisch über eine nicht dargestellte Leitung mit der Mischkammer 20' des Vergasers 20 verbunden ist J5 wie dies bei der Ausführungsform gemäß F i g. 3 der Fall ist Dadurch wird dann die Referenz-Druckkammer 132 mit dem Mischkammerunterdruck beaufschlagt

Fig.5 zeigt eine zweite Ausführungsform der Steuervorrichtung zur Steuerung des Luft-Brennstoff Verhältnisses einer Brennkraftmaschine, wobei eine

andere Einrichtung zur Einspeisung von Sekundärluft in

das Ansaugsystem der Brennkraftmaschine Anwendung

findet bei der das Klappenventil 114 und der

Schrittmotor UO gemäß der ersten Ausführungsform

durch ein Bypaß- bzw. Nadelventil 214 und einen

Ventilantrieb 210 für dieses Nadelventil ersetzt sind.

Die Teile der zweiten Ausführungsform, die Teilen der ersten Ausführungsform entsprechen, sind mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet Das Bypaß- bzw. Nadelventil 214 hat einen kegelstumpfförmigen Schieber- bzw. Ventilkopf 216, der an einem Ventilschaft 218 befestigt ist und einem ringförmigen Ventilsitz 222 in der Bypaßleitung 112 in de° Weise zugeordnet ist daß der Ventilsitz und der Ventilkopf eine variable Durchflußöffnung 224 in der Bypaßleitung 112 definieren. Der Ventilantrieb 210 ist als Membranantrieb ausgebildet und umfaßt ein - Gehäuse 250. Quer im Inneren des Gehäuses 250 ist eine Membran 252 gespannt die zusammen mit dem Gehäuse zwei Kammern 254 und 256 begrenzt von denen die eine die Steuerdruckkammer 254 und die andere die Sekundärluftkammer 254 darstellt Der Ventilschaft 218 ragt in die Kammer 256 und ist an der Membran 252 befestigt In der anderen Steuerdruckes kammer 254 ist eine Druckfeder 257 vorgesehen, die zwischen dem Gehäuse 250 und der Membran 252 sitzt und auf die Membran in Richtung zum Ventilsitz drückt Die Sekundärluftkammer 254 ist pneumatisch

über eine Leitung 258 mit einem 3/2-Wegemagnetventil 260 verbunden, das elektrisch über eine Leitung t08 an die Steuerschaltung 106 angeschlossen ist. Das 3/2-Wegemagnetventil 260 weist einerseits einen zur umgebenden Atmosphäre offenen Einlaß 262 auf und ist andererseits pneumatisch über eine Leitung 264 mit der Bypaßleitung 112 stromab des Druckreglers 116 verbunden. Das 3/2-Wegemagnetventil 260 stellt entweder eine Verbindung zwischen der Leitung 258 und dem Einlaß 262 oder eine Verbindung zwischen der Leitung 258 und der Leitung 264 her, so daß die Steuerdruckkammer 254 im Gehäuse 250 entweder mit atmosphärischem Druck oder dem Ansaugunterdruck beaufschlagt wird, so daß die freie Durchflußfläche der variablen Durchflußöffnung 224 entsprechend gesteuert

Bei der in Fig.5 dargestellten Ausführungsform ist das 3/2-Wegemagnetventil 260 über die Leitung 264 mit der Bypaßleitung 112 stromab des Druckreglers 116 verbunden, so daß der Ansaugunterdruck über das 3/2-Wegemagnetventil 260 auf die Steuerdruckkammer 254 gegeben werden kann. Dies ist jedoch zum Betrieb des Ventilantriebs 210 nicht unbedingt erforderlich. Die Steuerdruckkammer 254 kann mit einem beliebigen anderen Drucksignal beaufschlagt werden, das proportional zur angesaugten Luftmenge ist, also beispielsweise mit dem Mischkammerunterdruck. Ferner kann der bei der Ausführungsform gemäß Fig.5 vorgesehene Druckregler 116 durch einen der abgewandelten Druckregler 116a oder 116fc ersetzt sein.

Hierzu 3 Blau Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Einspeisung von Sekundärluft in ein Ansaugsystem eines Verbrennungsmotors, bei dem in Abhängigkeit vom Sauerstoffgehalt im Abgas ein in einer Bypaß-Leitung integriertes Bypaß-Ventil betätigbar ist, zwischen dem und einem stromab der Drosselklappe angeordneten Sekundärluft-Einlaß ein membranbetätigtes Drosselventil integriert ist, dessen abstimmbar federbelastete Membran eine vom Druck im Ansaugsystem beeinflußte Druckkammer und eine Referenzkammer begrtnzt und mit einem Drosselkörper verbunden ist, durch den die Bypaß-Leitung in ihrem Querschnitt veränderbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Bypaß-Ventil (114) ein kontinuierlich arbeitendes Drosselelement Ut und daß die Druckkammer (134) des Drosselventils (116) mit der Bypaß-Leitung (112) und die Referenzkammer (132) mit einem vom Druck in der Bypaß-Leitung (112) entkoppelten Druck beaufschlagt ist

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckkammer (134) mit dem Druck in der Bypaß-Leitung (112) zwischen Bypaß-Ventil (114) und Drosselkörper (120) beaufschlagt ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzkammer (132) mit der Atmosphäre in Verbindung steht.

4. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzkammer (132) mit dem Unterdruck im Bereich einer im Ansaugsystem integrierten Venturi-Düse (20') verbunden ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Drcsselkörper (120, 122) ein in die Bypaß-Leitung (112) ragendes Ventil ist, dessen Schaft (122) mit der Membran (128) gekoppelt ist und dessen Kopf (120) einem in der Bypaß-Leitung (112) eingesetzten Ventilsitz (118) gegenüberliegt.

6. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Druckverbindung (162) von der Bypaß-Leitung (112) zur Druckkammer (134) ein von einem Ventilantrieb (170) betätigbares Drei/Zwei-Wegeventil (160) integriert ist, das zwei Schaltstellungen besitzt, in denen die Druckkammer (134) mit der Bypaß-Leitung (112) wechselweise entweder vor oder hinter dem Drosselkörper (120) verbunden ist, wobei der Ventilantrieb (170) in Abhängigkeit vom Lastzustand des Motors aktivierbar ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Bypaß-Ventil (114) eine Drosselklappe ist, die über einen mit einer Steuerleitung (106) elektronisch gekoppelten Schrittmotor (110) in Abhängigkeit des Signals eines Sauerstoffdetektors (102) verschwenkbar ist.

8. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Bypaß-Ventil (214) ein membranbetätigter Schieber (216) ist, der einem in der Bypaß-Leitung (112) eingesetzten Ventilsitz (222) gegenüberliegt und dessen Membran (252) eine Kammer mit Sekundärluft und eine Steuerkammer (254) voneinander trennt, die über ein Drei/Zwei-Wegeventil (260) wahlweise mit Atmosphäre oder mit der Bypaß-Leitung (112) stromab des Drosselventils (116) verbunden ist, wobei eine mit einem Sauerstoffdetektor (102) elektrisch gekoppelte Steuerleitung (106) vorgesehen ist, durch die das Wegeventil (260) umschaltbar ist (F i g. 5).