DE2754316A1

DE2754316A1 - Steueranlage zur steuerung des luft-kraftstoff-verhaeltnisses fuer eine brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2754316A1
Application number: DE19772754316
Authority: DE
Inventors: Masaharu Sumiyoshi
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1977-09-07
Filing date: 1977-12-06
Publication date: 1979-03-08
Also published as: US4174690A; DE2754316C2; JPS5440922A

Description

TOYOTA JIDOSHA KOGYO KABUSHIKI KAISHA Toyota-shi, Japan

Steueranlage zur Steuerung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses

für eine Brennkraftmaschine

Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Steueranlage zur Steuerung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses für eine Brennkraftmaschine.

Zur gleichzeitigen Verringerung des Gehalts der Schadstoffanteile Kohlenmonoxid, unverbrannte Kohlenwasserstoffe und Stickoxide im Abgas ist bereits eine Abgasreinigungsvorrichtung bekannt, die mit einem auf alle drei genannten Abgasbestandteile wirkenden katalytischen Wandler arbeitet, der im folgenden als katalytischer Dreifachwandler bezeichnet wird. Der Reinigungswirkungsgrad des katalytischen Dreifachwandlers ist am höchsten, wenn das Gesamt-Luft-Kraftstoff-Verhältnis gleich dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist. Als Gesamt-Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird hier das Verhältnis aus der einem Gasströmungsweg zugeführten

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Luftmenge zu der dem Gasströmungsweg zugeführten Kraftstoffmenge definiert, wobei als GasStrömungsweg die Ansaugleitung und die Abgasleitung stromauf des Einlasses des katalytischen Dreifachwandlers zu verstehen ist. Wenn der katalytische Dreifachwandler ausreichende Wirkung haben soll, ist es daher notwendig, das Gesamt-Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf geeignete Weise so zu steuern, daß es gleich dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist.

Als Steueranlage zur Steuerung des Gesamt-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses ist bereits eine Steueranlage bekannt, die einen /^-Fühler in der Abgasleitung stromauf des katalytischen Dreifachwandlers und beispielsweise eine Kraftstoffeinspeisevorrichtung umfaßt, die in der Saugleitung angeordnet ist und ständig ein mageres Luft-Kraftstoff-Gemisch liefert. Zusätzlich ist eine Zusatzkraftstoffeinspeisevorrichtung in der Saugleitung vorgesehen, wobei die Menge des Zusatzkraftstoffes auf der Grundlage des Ausgangssignals des ^-Fühlers so gesteuert wird, daß das Gesamt-Luft-Kraftstoff-Verhältnis gleich dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist.

Der genannte ^-Fühler, bei dem es sich beispielsweise um einen Sauerstoffühler handeln kann, erzeugt eine Ausgangsspannung von ungefähr 0,9 V, wenn das Gesamt-Luft-Kraftstoff-Verhältnis kleiner als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, und er erzeugt eine Ausgangsspannung von ungefähr 0,1 V, wenn das Gesamt-Luft-Kraftstoff-Verhältnis größer als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist. Die herkömmliche Steueranlage weist eine elektronische Steuereinrichtung auf, die die Menge des in das Ansaugsystem eingespeisten Zusatzkraftstoffs in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des Sauerstoffühlers so steuert, daß die Zusatzkraftstoffmenge verringert wird, wenn das Gesamt-Luft-Kraftstoff-Verhältnis

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kleiner als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, und daß die Zusatzkraftstoffmenge erhöht wird, wenn das Gesamt-Luft-Kraftstoff-Verhältnis größer als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist.

Die bekannte elektronische Steuereinrichtung umfaßt in der Regel einen Integrationskreis und liefert eine Ausgangsspannung, die mit konstanter Steigung über der Zeit zunimmt, wenn der Sauerstoffühler das "magere" Signal liefert, das anzeigt, daß das Gesamt-Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf der mageren Seite des stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses liegt, so daß die in das Ansaugsystem eingespeiste Zusatzkraftstoffmenge mit konstanter Steigung zunimmt, wenn der Sauerstofffühler das "magere" Signal liefert. Dagegen erzeugt die elektronische Steuereinrichtung eine Ausgangsspannung, die mit der gleichen konstanten Steigung über der Zeit abnimmt, wie sie im Falle der Erhöhung zunimmt, wenn der Sauerstoffühler das "fette" Signal liefert, das anzeigt, daß das Gesamt-Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf der fetten Seite des stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses liegt, so daß die in das Ansaugsystem eingespeiste Zusatzkraftstoffmenge mit konstanter Steigung verringert wird.

Der Sauerstoffühler spricht jedoch nur mit einer gewissen Zeitverzögerung an. Wie bereits in der JA-PS 52-241 80 beschrieben wird, ist die Zeitverzögerung bis zur Erzeugung des "mageren" Signals durch den Sauerstoffühler bei einem Übergang des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses von der fetten Seite zur mageren Seite des stöchiometrisehen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses größer als die Zeitverzögerung bis zur Erzeugung des "fetten" Signals bei einem Übergang des Gesamt-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses von der rageren Seite zur fetten Seite.

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Zur Erläuterung des Vorstehenden wird schon hier auf Figur 5 der beifügten Zeichnungen verwiesen. Figur 5 (a) erläutert
das herkömmliche Verfahren zur Steuerung der Einspeisung von Zusatzkraftstoff mittels der erläuterten elektronischen Steuereinrichtung. In Figur 5 ist auf der Ordinate die dem Ansaugsystem zugeführte Zusatzkraftstoffmenge Q und auf der Abszisse die Zeit T aufgetragen. In Figur 5 bezeichnet die ausgezogene Gerade P die Zusatzkraftstoffmenge, die erforderlich ist, damit das Gesamt-Luft-Kraftstoff-Verhältnis gleich dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, und die ausgezogene Kurve R gibt die Zusatzkraftstoffmenge wieder, die
dem Ansaugsystem tatsächlich zugeführt wird. Der Punkt A bezeichnet den Zeitpunkt, zu dem der Sauerstoffühler das "fette" Signal liefert, und der Punkt B bezeichnet den Zeitpunkt, zu dem der Sauerstoffühler das "magere" Signal liefert. Aus Figur 5 ist erkennbar, daß die Zeitverzögerung t, bis zur Erzeugung des "mageren" Signals größers als die Zeitverzögerung t bis zur Erzeugung des "fetten" Signals ist. Da die
Menge des in die Ansaugleitung tatsächlich eingespeisten Zusatzkraftstoffs geringer als die benötigte Zusatzkraftstoffmenge ist, um den Mittelwert des Gesamt-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses gleich dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Vernis zu machen, liegt daher der tatsächliche Mittelwert des
Gesamt-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses oberhalb des stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, d.h. auf der mageren Seite des stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses.
Wenn mit der vorstehend erläuterten herkömmlichen elektronischen Steuereinrichtung gearbeitet wird, tritt daher die
Schwierigkeit auf, daß eine optimale Abgasreinigung nicht erreicht werden kann.

Um diese Schwierigkeit zu beheben, ist bereits eine elektronische Steuereinrichtung vorgeschlagen worden, die die dem

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Ansaugsystem zugeführte Zusatzkraftstoffmenge so steuert, daß die Zusatzkraftstoffmenge mit konstanter großer Steigung, d. h. hoher Geschwindigkeit, schnell zunimmt, wogegen die Zusatzkraftstoff menge mit konstanter niedriger Steigung, d.h. niedriger Geschwindigkeit, langsam verringert wird. Eine solche elektronische Steuereinrichtung wird in der Veröffentlichung SAE Paper No. 750369 beschrieben. Mittels einer solchen elektronischen Steuereinrichtung kann der Reinigungswirgungsgrad erhöht werden, da der Mittelwert des Gesamt-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses gleich dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird.

Ferner ist aus der JA-OS 51-14 94 21 eine weitere elektronische Steuereinrichtung bekannt. Mittels dieser bekannten Steuereinrichtung wird die dem Ansaugsystem eingespeiste Zusatzkraftstoffmenge schlagartig um einen bestimmten Betrag erhöht oder verringert, wenn das Signal des Sauerstoffühlers vom "fetten" Signal zum "mageren" Signal oder vom "mageren" Signal zum "fetten" Signal wechselt, wodurch die Ansprechcharakteristik der Steuerung bzw. Regelung günstiger ist. Ferner wird bei dieser Vorrichtung die schlagartig zugeführte Zusatzkraftstoffmenge auf einen anderen Betrag eingestellt als der Betrag der schlagartigen Verringerung der Zusatzkraftstoffmenge, so daß der Unterschied zwischen dem Mittelwert des Gesamt-Luf t-Kraftstof f-Verhältnisses und dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis, der durch die unterschiedlichen Zeitverzögerungen bis zur Erzeugung des "mageren" bzw. "fetten" Signals hervorgerufen ist, ausgeglichen wird.

Wenn die Einspeisung von Zusatzkraftstoff mittels einer elektronischen Steuereinrichtung der vorstehend beschriebenen Art gesteuert wird, ergeben sich für die Steueranlage erhebliche Herstellungskosten, was die praktische Verwendbarkeit einer

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solchen Steueranlage zur Steuerung des Gesamt-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses beträchtlich einschränkt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steueranlage zur Steuerung des Gesamt-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses zu schaffen, die den Mittelwert des Gesamt-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses genau gleich dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis macht, indem die dem Ansaugsystem eingespeiste Zusatzkraftstoff menge schnell erhöht und langsam verringert wird, wobei diese Wirkung mittels eines einfachen Mechanismus und ohne komplizierte elektronische Steuereinrichtungen erreicht werden soll.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Steueranlage zur Steuerung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses für eine Brennkraftmaschine mit einem Gasströmungsweg, der eine Saugleitung und eine Abgasleitung umfaßt, gelöst durch einen in der Abgasleitung angeordneten ^-Fühler, der ein "fettes" Signal, das anzeigt, daß das Gesamt-Luft-Kraftstoff-Verhältnis kleiner als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, oder ein "mageres" Signal liefert, das anzeigt, daß das Gesamt-Luft-Kraftstoff-Verhältnis größer als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, eine Ventileinrichtung mit zumindest einem Ventil zur Steuerung der Menge zusätzlich in den Gasströmungsweg eingespeisten Fluids, und einen Ventilbetätigungsmechanismus, der die öffnungs- und Schließgeschwindigkeit des zumindest einen Ventils in Abhängigkeit vom "fetten" bzw. "mageren" Signal mechanisch so ändert, daß während der ersten Phase des öffnungs- bzw. Schließvorgangs des Ventils die öffnungs- bzw. Schließgeschwindigkeit kontinuierlich und schnell geändert wird und daß während der zweiten Phase des öffnungs- bzw. Schließvorgangs die öffnungs- bzw. Schließgeschwindigkeit kontinuierlich und langsam geändert wird, so

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daß der Mittelwert des Gesamt-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses genau gleich einem vorgegebenen Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1

eine Gesamtansicht einer Brennkraftmaschine mit einer erfindungsgemäßen Steueranlage;

Figur 2

eine vergrößerte Darstellung, teilweise im Schnitt, der Steueranlage gemäß Figur 1;

Figur 3

eine vergrößerte Darstellung, teilweise im Schnitt einer weiteren Ausführungsform der Steueranlage;

Figur 4

Figur 5

Figur 6

eine Schnittdarstellung einer weiteren Ausführungsform der Steuervorrichtung zur Einspeisung von Zusatzkraftstoff gemäß Figur 3;

ein Diagramm, das den Verlauf der in das Ansaugsystem einer Brennkraftmaschine eingespeisten Zusatzkraftstoffmenge für eine herkömmliche Steueranlage zeigt;

eine Diagramm, das den Verlauf der in das Ansaugsystem eingespeisten Zusatzkraftstoffmenge für die erfindungsgemäße Steueranlage zeigt;

Figur 7

ein Diagramm, das den Verlauf des Gesamt-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses wiedergibt;

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Figur 8

Figur 9

eine weitere Gesamtansicht einer Brennkraftmaschine mit einer weiteren Ausführungsform der Steueranlage; und

eine ausschnittsweise Schnittdarstellung der Steuervorrichtung zur Steuerung der Zufuhr von Zusatzkraftstoff der Steueranlage gemäß Figur 8.

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Die in Figur 1 dargestellte Brennkraftmaschine umfaßt einen Motorblock 1, einen Ansaugkrüminer bzw. Gemischverteiler 2, einen Vergaser 3 für verflüssigtes Erdgas, das im folgenden als LPG bezeichnet wird, einen Luftfilter 4, einen LPG-Regler 5, einen LPG-Tank 6, einen Auspuffkrümmer bzw. Abgassammler 7, ein Auspuffrohr 8, einen katalytischen Dreifachwandler 9, einen Sauerstoffühler 10, eine Steuervorrichtung 11 zur Steuerung der Einspeisung zusätzlichen Kraftstoffs, ein Magnetventil 12 und eine elektronische Steuerschaltung 13 zur Ansteuerung des Magnetventils 12 entsprechend dem Ausgangssignal des Sauerstoffühlers 10. In Figur 2 sind Teile der in Figur 1 dargestellten Steueranlage für das Gesamt-Luft-Kraftstoff-Verhältnis vergrößert und teilweise im Schnitt dargestellt. Wie Figur 2 zeigt, befindet sich im Vergaser 3 eine Drosselklappe 14. In den Vergaser 3 münden an einer Stelle stromauf der Drosselklappe 14 eine Hauptaustrittsöffnung 15 für Kraftstoff sowie eine Zusatzaustrittsöffnung 16 für Kraftstoff . Die Hauptaustrittsöffnung 15 ist über eine Kraftstoffleitung 17 mit dem LPG-Regler 5 verbunden, der so eingestellt ist, daß im Vergaser 3 aus dem durch die Hauptaustrittsöffnung 15 austretenden Kraftstoff und Luft ständig ein mageres Luft-Kraftstoff-Gemisch aufbereitet wird.

Die Steuervorrichtung 11 zur Steuerung der Einspeisung von Zusatzkraftstoff weist in ihrem Gehäuse 18 zwei Membranen 19 und 20 auf, die das Innere des Gehäuses 18 in eine Unterdruckkammer 21, eine atmosphärische Kammer 22 sowie eine LPG-Kammer 2 3 unterteilen. Auf die Membran 19 wirkt ständig die Druckkraft einer Druckfeder 24 nach rechts (in Figur 2). Auf die Membran 20 wirkt ständig die Druckkraft einer Druckfeder 2 5 nach links (in Figur 2). Im Gehäuse 18 ist gegenüber der Membran 20 eine divergierende Düse 26 ausgebildet, die sich in Richtung zur Membran 20 allmählich erweitert. Der freie

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Strömungsquerschnitt der divergierenden Düse 26 wird mittels eines Ventilkopfes 28 gesteuert, der über einen Schaft 27 mit der Membran 20 verbunden ist. Die LPG-Kammer 23 ist einerseits über eine Kraftstoffleitung 29 mit dem LPG-Regler 5 und andererseits über die divergierende Düse 26 und eine Kraftstoffleitung 30 mit der Zusatzaustrittsöffnung 16 verbunden. In der Unterdruckkammer 21 ist eine Pendelklappe 32 angeordnet, die am Gehäuse 18 mittels eines Schwenklagers 31 schwenkbar gelagert ist und deren unterer Abschnitt gelenkig mit dem Ende einer Stange 33 verbunden ist, die an der Membran 19 befestigt ist. Zwischen dem unteren Ende der Pendelklappe 32 und dem Gehäuse 18 ist ferner eine Zugfeder 34 zur Einstellung der Vorbelastung der Pendelklappe 32 angeordnet. Am oberen Ende des Gehäuses 18 münden in dessen Inneres eine Unterdruckdüse 35 sowie eine Luftdüse 36, wobei die Unterdruckdüse 35 und die Luftdüse 36 einander zugewandt sind. Das obere Ende der Pendelklappe 32 ist zwischen der Unterdruckdüse 35 und der Luftdüse 36 angeordnet, so daß die Pendelklappe 32, die Unterdruckdüse 35 und die Luftdüse 36 einen Pendelventilmechanismus bilden.

Die Luftdüse 36 ist über einen Luftfilter 37 mit der Atmosphäre verbunden, und die Unterdruckdüse 35 ist über eine Unterdruckleitung 38, das Magnetventil 12 sowie eine Unterdruckleitung 39 mit dem Inneren des Ansaugkrümmers 2 verbunden, der als Unterdruckquelle der Brennkraftmaschine dient.

Das Magnetventil 12 weist in seinem Gehäuse eine Magnetspule 40, einen bewegbaren Tauchkern 41, eine Ventilkammer 42 sowie einen Ventilkopf 43 auf, der mit dem bewegbaren Tauchkern 41 verbunden ist. Aufgrund der Federkraft einer Druckfeder 44 hält der Ventilkopf 43 normalerweise einen Unterdruckauslaß 45 geschlossen. Die Ventilkammer 42 steht über die Unterdruck-

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leitung 39 ständig in Verbindung mit dem Ansaugkrümmer 2.

Die elektronische Steuerschaltung 13 umfaßt einen Vergleicher 46 und einen Verstärker 47, der an den Ausgang des Vergleichers 46 angeschlossen ist. Der Ausgang des Verstärkers 47 ist über eine Leitung 48 mit der Magnetspule 40 verbunden. Der eine Eingang A des Vergleichers 46 ist an den Sauerstoffühler 10 angeschlossen, wogegen der andere Eingang B des Vergleichers 46 an eine Bezugsspannungsquelle 49 angeschlossen ist. Wie bereits erwähnt wurde, liefert der Sauerstoffühler 10 eine Ausgangsspannung von ungefähr 0,9 V, wenn das Gesamt-Luft-Kraftstoff-Verhältnis kleiner als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, d.h. wenn das Gemisch fetter als ein stöchiometrisches Gemisch ist, wogegen der Sauerstoffühler 10 eine Ausgangsspannung von ungefähr 0,1 V liefert, wenn das Gesamt-Luft-Kraftstoff-Verhältnis größer als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, d.h. wenn das Gemisch magerer als das stöchiometrische Gemisch ist. Der Vergleicher 46 liefert die relativ höhere Ausgangsspannung, wenn der Sauerstof fühler 10 die Ausgangsspannung von ungefähr 0,1 V liefert, wogegen der Vergleicher 46 die relativ niedrigere Ausgangsspannung liefert, wenn der Sauerstoffühler 10 die Ausgangsspannung von ungefähr 0,9 V liefert. Wenn der Vergleicher 46 die relativ höhere Ausgangsspannung liefert, wird die Magnetspule 40 erregt. Da somit die Magnetspule 40 erregt wird und ist, wenn das Gesamt-Luft-Kraftstoff-Verhältnis einem mageren Gemisch entspricht, öffnet demzufolge der Ventilkopf 4 3 den Unterdruckauslaß 45, was wiederum zur Folge hat, daß die Unterdruckdüse 35 mit dem Inneren des Ansaugkrümmers 2 verbunden ist.

Im folgenden wird die Funktionsweise der Steuervorrichtung 11 für die Einspeisung von Zusatzkraftstoff unter Bezugnahme auf

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die Figuren 2 und 6 erläutert. In Figur 6 ist auf der Ordinate der Unterdruck Z in der Unterdruckkammer 21 aufgetragen, während auf der Abszisse die Zeit T aufgetragen ist.

Bei der in Figur 2 dargestellten Steuervorrichtung 11 wird die Stellung der Membran 20 und somit die Stellung des Ventilkopfes 28 von der Stärke des Unterdrucks in der Unterdruckkammer 21 bestimmt. Da der Ventilkopf 28 nach rechts in Figur 2 bewegt wird, wenn der Unterdruck in der Unterdruckkammer 21 zunimmt, nimmt der freie Strömungsquerschnitt der divergierenden Düse 26, der von der konischen Innenwand der divergierenden Düse 26 und dem Ventilkopf 28 begrenzt wird, allmählich zu, wenn der Unterdruck in der Unterdruckkammer 21 ansteigt. Dies wiederum hat zur Folge, daß die Menge zusätzlich zugeführten Kraftstoffs, der aus der LPG-Kammer 23 über die divergierende Düse 26 zur Zusatzaustrittsöffnung 16 strömt, zunimmt, wenn der Unterdruck in der Unterdruckkammer 21 ansteigt. Die Stärke des Unterdrucks in der Unterdruckkammer 21 hängt in folgender Weise vom Betriebszustand des Magnetventils 12 ab. Es sei angenommen, daß längere Zeit vergangen ist, während der die Magnetspule 40 entregt war, so daß der Unterdruckauslaß 45 vom Ventilkopf 43 aufgrund der Kraft der Druckfeder 44 verschlossen war und der Druck in der Unterdruckkammer 21 gleich dem atmosphärischem Druck war und ist. Dieser Zustand ist durch den Punkt E in Figur 6 dargestellt. Wenn dann die Magnetspule erregt wird, so daß die Unterdruckdüse 35 in Verbindung mit dem Ansaugkrümmer 2 gebracht wird, wird die Luft aus der Unterdruckkammer 21 in den Ansaugkrümmer 2 gesaugt, was zur Folge hat, daß mit zunehmender Zeit der Unterdruck in der Unterdruckkammer 21 ansteigt, wie dies durch die ausgezogene Kurve K in Figur 6 gezeigt ist. Da die Membran 19 von der Kraft der Druckfeder 24 nach rechts in Figur 2 gedrückt wird, wird zu Beginn des Anstiegs des Unterdrucks in der Unterdruck-

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kammer 21 von der Pendelklappe 32 die Luftdüse 36 geschlossen und gleichzeitig die Unterdruckdüse 35 offen gehalten. Da die Luft aus der Unterdruckkammer 21 über die Unterdruckdüse 35 schnell in den Ansaugkrümmer 2 gesaugt wird, hat dies wiederum zur Folge, daß der Unterdruck in der Unterdruckkammer 21 schnell ansteigt. Wenn dann der Unterdruck in der Unterdruckkammer 21 auf einen gewissen Wert angestiegen ist, beginnt die Membran 19, sich entgegen der Kraft der Druckfeder 24 nach links in Figur 2 zu bewegen. Dies wiederum hat zur Folge, daß die Pendelklappe 32 allmählich die Luftdüse 36 öffnet und gleichzeitig allmählich die Unterdruckdüse 35 zunehmend schließt. Da somit die Pienge der in die Unterdruckkammer 21 über die Luftdüse 36 einströmenden Luft allmählich zunimmt und gleichzeitig die Menge der durch die Unterdruckdüse 35 aus der Unterdruckkammer 21 abströmenden Luft allmählich abnimmt, nimmt die Geschwindigkeit, mit der der Unterdruck in der Unterdruckkammer 21 steigt, allmählich ab. Wenn schließlich die Menge der in die Unterdruckkammer 21 einströmenden Luft gleich der Menge der aus der Unterdruckkammer 21 ausströmenden Luft wird, konvergiert der Unterdruck in der Unterdruckkammer 21 gegen einen konstanten Wert, der durch die Gerade M in Figur 6 dargestellt ist. Dementsprechend ändert sich der Unterdruck in der Unterdruckkammer 21 entsprechend der ausgezogenen Kurve K in Figur 6. Der genannte konstante Wert M wird durch die Federkonstante der Druckfeder 24 und die Oberfläche der Membran 19 bestimmt. Ferner liegt der konstante Unterdruckwert M unabhängig von der Höhe des Unterdrucks im Ansaugkrümmer 2 bei einem bestimmten Wert, sofern der Unterdruck im Ansaugkrümmer größer als der bestimmte Wert ist. Der konstante Unterdruckwert M kann auf einen beliebigen Wert innerhalb des Bereichs von - 50 bis - 80 itimHg festgelegt werden. Beim beschriebenen Ausführungsbeispiel ist der konstante Unterdruckwert M auf - 50 mmHg eingestellt. Mit anderen

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Worten heißt dies, daß die Federkonstante der Druckfeder 24 so festgelegt ist, daß dann, wenn der Unterdruck in der Unterdruckkammer 21 gleich - 50 iranHg wird, die Menge der in die Unterdruckkammer 21 einströmenden Luft gleich der Menge der aus der Unterdruckkanuner 21 ausströmenden Luft wird.

Als nächstes sei angenommen, daß längere Zeit vergangen ist, während der die Magnetspule 40 erregt war, so daß der Unterdruck in der Unterdruckkammer 21 gleich dem konstanten Unterdruckwert M ist. Wenn dann die Magnetspule 40 entregt wird, so daß der Unterdruckauslaß 45 vom Ventilkopf 4 3 geschlossen wird, wird durch die Luftdüse 36 Luft in die Unterdruckkammer 21 eingesaugt, was zur Folge hat, daß der Unterdruck in der Unterdruckkammer 21 abnimmt. Während der Anfangsphase der Abnahme des Unterdrucks in der Unterdruckkammer 21 wird eine große Menge Luft über die Luftdüse 36 in die Unterdruckkammer 21 eingesaugt, da die Pendelklappe 32 die Luftdüse 36 vollständig offen läßt, so daß der Unterdruck in der Unterdruckkammer 21 schnell abnimmt. Während der Abnahme des Unterdrucks in der Unterdruckkammer 21 schließt die Pendelklappe 32 allmählich die Luftdüse 36. Dies wiederum hat zur Folge, daß die Menge der in die Unterdruckkammer 21 eingesaugten Luft allmählich abnimmt, so daß die Geschwindigkeit, mit der der Unterdruck in der Unterdruckkammer 21 abnimmt, allmählich verringert wird. Der Verlauf des Unterdrucks in der Unterdruckkammer 21 entspricht daher der gestrichelten Kurve L in Figur 6.

Die Steuervorrichtung 11 für die Einspeisung von Zusatzkraftstoff ist so konstruiert, daß die Menge des über die divergierende Düse 26 in den Vergaser 3 eingespeisten Kraftstoffs ungefähr proportional zur Höhe des Unterdrucks in der Unterdruckkammer 21 zunimmt, so daß die Kurven K und L in Fi-

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gur 6 auch den Verlauf der dem Vergaser 3 zugeführten Zusatzkraftstoff menge Q wiedergeben. Bei der in Figur 2 dargestellten Ausführungsform ist der Vergaser 3 so eingestellt, daß dann, wenn die Zusatzkraftstoffmenge Q mit einem dem Punkt H in Figur 6 entsprechenden Wert dem Vergaser 3 zugeführt wird, d.h. wenn der Unterdruck Z in der Unterdruckkammer 21 einen der Geraden G in Figur 6 entsprechenden Wert hat, das Gesamt-Luft-Kraftstoff-Verhältnis gleich dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist. Wie Figur 6 zeigt, beträgt der durch die Gerade G gegebene Wert des Unterdrucks Z weniger als die Hälfte des konstanten Unterdruckwertes M.

Da bei laufender Brennkraftmaschine das Magnetventil 12 in äußerst kurzen Zeitabständen öffnet und schließt, erreicht der Unterdruck in der Unterdruckkammer 21 weder den konstanten Unterdruckwert Il noch den atmosphärischen Druck. Dies heißt mit anderen Worten, daß dann, wenn der Unterdruck in der Unterdruckkammer 21 sinkt und gleich dem der gestrichelten Geraden D in Figur 6 entsprechenden Wert wird, die Erhöhung der Menge des dem Vergaser zugeführten Zusatzkraftstoffs beginnt, und daß andererseits dann, wenn der Unterdruck in der Unterdruckkammer 21 ansteigt und gleich dem der gestrichelten Geraden F entsprechenden Wert wird, die Erhöhung der Zusatzkraftstoffmenge beendet und gleichzeitig die Verringerung der Menge des zugeführten Zusatzkraftstoffs begonnen wird. Aus Figur 6 ist erkennbar, daß die Zeitdauer t„_r die zur Erhöhung der Zusatzkraftstoffnenge um einen Betrag h (siehe Figur 6) erforderlich ist, geringer ist als die Zeitdauer t_Q, die zur Verringerung der Zusatzkraftstoffmenge um den Betrag h benötigt wird.

Figur 7 zeigt den Verlauf des Gesamt-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses bei Steuerung des Gesamt-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses

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durch die erfindungsgemäße Steueranlage. In Figur 7 gibt die Abszisse t die Zeit wieder, und auf der Ordinate ist die Zusatzkraftstoffmenge Q aufgetragen, die proportional zum Reziprokwert des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses ist. In Figur 7 bezeichnet H¹ diejenige Zusatzkraftstoffmenge, die erforderlich ist, um das Gesamt-Luft-Kraftstoff-Verhältnis gleich dem stöchiometrischen Luft-Kraftstof-f-Verhältnis zu machen. Obwohl der Wert H¹ der Zusatzkraftstoffmenqe sich aufgrund von Änderungen der Umgebungstemperatur und des Umgebungsdrucks ändert und etwas vom Einstellwert H in Figur unterscheidet, kann angenommen werden, daß der Viert H¹ ungefähr gleich dem Einstellwert H ist. In Figur 7 gibt die ausgezogene Kurve die Zusatzkraftstoffmenge bzw. das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des im Vergaser 3 gebildeten Luft-Kraftstoff-Gemischs wieder und die gestrichelte Kurve gibt das Gesamt-Luf t-Kraftstoff-Verhältnis wieder, wie es vom Sauerstoffühler 10 in der Auspuffleitung festgestellt wird. Da eine gewisse Zeitdauer AT vergeht (siehe Figur 7), bis das im Vergaser 3 aufbereitete Luft-Kraftstoff-Gemisch in den Zylindern verbrannt ist und das Abgas aus der Verbrennung des Luft-Kraftstoff-Gemischs den Sauerstoffühler 10 erreicht, ändert sich das vom Sauerstoffühler 10 gemessene Gesamt-Luft-Kraftstoff-Verhältnis mit einer Zeitverzögerung ^T bezüglich der Änderungen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses im Vergaser 3. Diese Zeitverzögerung 6T wird kürzer, wenn die Belastung der Brennkraftmaschine und deren Drehzahl zunehmen; die Zeitverzögerung hat jedoch einen konstanten Viert, während die Brennkraftmaschine unter konstanter Belastung und mit konstanter Drehzahl arbeitet. Im folgenden sei angenommen, daß die Zeitverzögerung /^T konstant ist. Wenn sich das Gesamt-Luft-Kraftstoff-Verhältnis von der mageren Seite zur fetten Seite des stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses zum Zeitpunkt t₁ ändert, wird diese Änderung vom Sauerstoffühler 10 erst

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zum Zeitpunkt t_o nach Ablauf der Zeitverzögerung t festge-

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stellt, da der Sauerstoffühler 10 erst nach dieser Zeitverzögerung anspricht. Der Sauerstoffühler 10 erzeugt dann die hohe Ausgangsspannung von ungefähr 0,9 V, d.h. das "fette" Signal. Da dadurch di'- Magnetspule 40 entregt wird, hat dies zur Folge, daß der Unterdruck in der Unterdruckkammer 21 vom Punkt A aus (siehe Figur 6) entsprechend der gestrichelten Kurve L abnimmt, so daß die in die Ausaugleitung eingespeiste Zusatzkraftstoffmenge verringert wird. Da die Geschwindigkeit, mit der die in die Ansaugleitung eingespeiste Zusatzkraftstoffmenge abnimmt, niedrig ist, nimmt das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des im Vergaser 3 gebildeten Luft-Kraftstoff-Gemischs nur allmählich zu, was einer Abmagerung des Gemischs entspricht. Das Gesamt-Luft-Kraftstoff-Verhältnis im Abgassystem der Brennkraftmaschine nimmt erst nach einer Zeitverzögerung Δ Τ bezüglich der Änderung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses im Ansaugsystem allmählich zu. Wenn nach einer gewissen Zeit zum Zeitpunkt t-. (siehe Figur 7) das Gesamt-Luft-Kraftstoff-Verhältnis sich von der fetten Seite zur mageren Seite des stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses ändert, wird diese Änderung nach einer Zeitverzögerung t,, die der Sauerstoffühler 10 zum Ansprechen braucht, zum Zeitpunkt t. vom Sauerstoffühler 10 festgestellt, so daß der Sauerstoffühler 10 das "magere" Signal liefert. Da dadurch die Magnetspule 40 erregt wird, nimmt danach der Unterdruck in der Unterdruckkammer 21 vom Punkt B (siehe Figur 6) aus entsprechend der ausgezogenen Kurve K zu, so daß die dem Vergaser 3 zugeführte Zusatzkraftstoffmenge zunimmt. Da die Geschwindigkeit, mit der die dem Vergaser 3 zugeführte Zusatzkraftstoffmenge zunimmt, hoch ist, wie oben erläutert wurde, nimmt zu diesem Zeitpunkt das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des im Vergaser 3 gebildeten Luft-Kraftstoff-Gemischs schnell ab, was bedeutet, daß das Gemisch fetter wird, so daß eine schnelle Änderungen von der mageren Seite zur

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fetten Seite des stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses erfolgt. Wenn sich danach das Gesamt-Luft-Kraftstoff-Verhältnis im Abgassystem von der mageren Seite zur fetten Seite zum Zeitpunkt t,- ändert, wird diese Änderung vom Sauerstoff ühler 10 nach der Zeitverzögerung t zum Zeitpunkt t_a

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auf gleiche Weise wie beim vorangehenden Zyklus festgestellt. Danach wird der vorstehend beschriebene Zyklus erneut durchlaufen.

Bei der beschriebenen Ausführungsform ist es möglich, den Mittelwert des Gesamt-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses genau gleich einem vorgegebenen Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu machen. Da die Geschwindigkeiten, mit denen die dem Vergaser 3 zugeführte Zusatzkraftstoffmenge zunimmt und abnimmt, so gesteuert sind, daß die Geschwindigkeit bei der Zunahme hoch und bei der Abnahme gering ist, wie dies Figur 6 zeigt, ist es selbst dann, wenn die Zeitverzögerung t bis zur Erzeugung des "fetten"

Signals sich von der Zeitverzögerung t, bis zur Erzeugung des "mageren" Signals unterscheidet, möglich, den Mittelwert des Gesamt-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses genau auf das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu bringen. Für den in Figur 2 dargestellten Sauerstoffühler 10 wurde vorstehend angenommen, daß die Zeitverzögerung t kürzer als die Zeitverzögerung t. ist. Es gibt jedoch auch Sauerstoffühler, bei denen die Zeitverzögerung t länger als die Zeitverzögerung t,

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ist. Wenn mit einem solchen Sauerstoffühler gearbeitet wird, ist es ebenfalls möglich, den Mittelwert des Gesamt-Luft-Kraf tstof f-Verhältnisses genau auf den Wert des stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses zu bringen, indem die Steuervorrichtung 11 für die Einspeisung von Zusatzkraftstoff so eingestellt wird, daß das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des im Vergaser 3 aufbereiteten Luft-Kraftstoff-Gemischs gleich dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses wird,

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wenn die dem Vergaser 3 eingespeiste Zusatzkraftstoffmenge Q den Wert H¹' (siehe Figur 6) hat, d.h. wenn der Unterdruck Z in der Unterdruckkammer 21 gleich einem der Geraden G¹¹ (siehe Figur 6) entsprechenden Wert ist.

Figur 3 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung für eine mit Benzin betriebene Brennkraftmaschine mit einem Vergaser. Bei der Ausführungsform gemäß Figur 3 sind entsprechende Komponenten mit gleichen Bezugszeichen wie in Figur 2 bezeichnet. Die in Figur 3 dargestellte Brennkraftmaschine weist einen insgesamt mit dem Bezugszeichen 50 bezeichneten Vergaser auf. Der Vergaser 50 umfaßt eine Schwimmerkammer 51, eine Hauptspritzdüse 52, einen Kraftstoffkanal 53, der die Schwimmerkammer 51 mit der Hauptspritzdüse 52 verbindet, eine Hauptdüse 54 im Kraftstoffkanal 53, eine Langsamlaufaustrittsöffnung 55, die in das Innere des Vergasers 50 an einer Stelle mündet, die stromauf der Drosselklappe 14 liegt, wenn die Drosselklappe 14 ihre Leerlaufstellung einnimmt, einen Langsamlaufkanal 56, der die Langsamlaufaustrittsöffnung 55 mit dem Kraftstoffkanal 53 verbindet, eine Zusatzluftleitung 57, die in Verbindung mit der Hauptspritzdüse 52 steht, und eine Zusatzluftleitung 58, die mit der Langsamlaufaustrittsoffnung 55 in Verbindung steht.

In Figur 3 ist ferner eine Zusatzluft-Steuervorrichtung 11' zur Steuerung der der Saugleitung zugeführten Kraftstoffmenge vorgesehen. Diese Steuervorrichtung 11' umfaßt statt der bei der Ausführungsform gemäß Figur 2 vorgesehenen Zugfeder 34 zur Justierung einen Federeinstellmechanismus, der eine Druckfeder 60, einen Federsitz 61 und eine Stellschraube 62 umfaßt. Die Zusatzluft-Steuervorrichtung 11' umfaßt ferner zwei Balgeinrichtungen 63 und 64. Die Balgeinrichtung 63 umfaßt einen Balg 65, eine Druckfeder 66, die auf den Balg 65 nach links

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(in Figur 3) drückt, eine atmosphärische Kammer 68, die über einen Luftfilter 67 mit der umgebenden Atmosphäre in Verbindung steht, eine divergierende Düse 69, die zur Außenseite der Steuervorrichtung 11' weiter wird, und einen Ventilkopf 70, der mit dem Balg 65 verbunden ist und die freie Querschnittsfläche der divergierenden Düse 69 bestimmt. Die atmosphärische Kammer 68 ist über die divergierende Düse 69 und eine Luftleitung 71 mit der Zusatzluftleitung 58 verbunden. Die Balgeinrichtung 64 umfaßt einen Balg 72, eine Druckfeder 73, die auf den Balg 72 nach links (in Figur 3) drückt, eine atmosphärische Kammer 75, die über einen Luftfilter 74 mit der umgebenden Atmosphäre in Verbindung steht, eine divergierende Düse 76, die zur Außenseite der Steuervorrichtung 11' weiter wird, und einen Ventilkopf 77, der mit dem Balg 72 verbunden ist und die freie Querschnittsfläche der divergierenden Düse 76 bestimmt. Die atmosphärische Kammer 75 ist über die divergierende Düse 76 und eine Luftleitung 78 mit der Zusatzluftleitung 57 verbunden.

Wie bereits bei der Erläuterung des Ausführungsbeispieles gemäß Figur 2 beschrieben wurde, wird die Magnetspule 40 erregt, wenn der Sauerstoffühler 10 ein "mageres" Signal erzeugt, was zur Folge hat, daß der Unterdruck in der Unterdruckkammer 21 schnell ansteigt. Demzufolge werden die Balge 65 und 72 entgegen den Federkräften der Druckfedern 66 und 73 nach rechts (in Figur 3) bewegt. Da die freie Querschnittsfläche zwischen dem Ventilkopf 70 und der konischen Innenwand der divergierenden Düse 69 sowie die freie Querschnittsfläche zwischen dem Ventilkopf 77 und der konischen Innenwand der divergierenden Düse 76 dadurch schnell verringert werden, wird demzufolge die Menge der in die Zusatzluftleitung 57 und die Zusatzluftleitung 58 einströmenden Luft entsprechend verringert. Da somit der Luftgehalt des aus der Hauptspritz-

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düse 52 oder der Langsamlaufaustrittsöffnung 55 austretenden Kraftstoffs verringert wird, wird der KrafStoffdurchfluß durch die Hauptspritzdüse 52 bzw. die Langsamlaufaustrittsöffnung 55 schnell vergrößert. Dies hat zur Folge, daß das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Luft-Kraftstoff-Gemischs, das im Vergaser 50 aufbereitet wird, schnell abnimmt und sich von der mageren Seite zur fetten Seite des stöchiometrischen Luft-Kraftstoff -Verhältnisses ändert.

Wenn jedoch der Sauerstoffühler 10 ein "fettes" Signal liefert, wird die Magnetspule 40 entregt, so daß der Unterdruck in der Unterdruckkammer 21 in vorstehend erläuterter Weise allmählich abnimmt. Demzufolge bewegen sich die Bälge 65 und 72 allmählich nach links (in Figur 3), so daß die freie Querschnittsfläche zwischen dem Ventilkopf 70 und der konischen Innenwand der divergierenden Düse 69 sowie die freie Querschnittsfläche zwischen dem Ventilkopf 77 und der konischen Innenwand der divergierenden Düse 76 allmählich zunehmen. Da dadurch die Menge der zugeführten Zusatzluft allmählich ansteigt, nimmt der Kraftstoffdurchfluß durch die Hauptspritzdüse 52 bzw. die Langsamlaufaustrittsöffnung 55 allmählich ab. Dies wiederum hat zur Folge, daß das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des im Vergaser 50 aufbereiteten Luft-Kraftstoff-Gemischs allmählich zunimmt und sich allmählich von der fetten Seite zur mageren Seite des stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses ändert. Demzufolge wird das Gesamt-Luft-Kraftstoff-Verhältnis in in Figur 7 dargestellter Weise geändert. Wie bekannt ist, wird beim Vergaser 50 der Kraftstoff von der Hauptspritzdüse 52 geliefert, wenn in die Zylinder der Brennkraftmaschine große Luftmengen eingesaugt werden, wogegen der Kraftstoff von der Langsamlaufaustrittsöffnung 55 geliefert wird, wenn den Zylindern nur eine geringe Luftmenge zugeführt wird. Dementsprechend erfolgt die Steuerung der Kraft-

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stoffzufuhr durch Steuerung der Zusatzluftmenge in der Weise, daß die der Zusatzluftleitung 57 zugeführte Zusatzluftmenge gesteuert wird, wenn große Luftmengen in die Zylinder eingesaugt werden, wogegen die in die Zusatzluftleitung 58 eingeleitete Luftmenge gesteuert wird, wenn die in die Zylinder eingesaugte Luftmenge klein ist.

Figur 4 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform der Zusatzluft-Steuareinrichtung gemäß Figur 3. Bei der Ausführungsform gemäß Figur 4 weist die Balgeinrichtung 63 eine bewegbare Stange 81 auf, die aufgrund der Kraft einer Druckfeder 80 ständig am Balg 65 anliegt. An ihrem linken Ende weist die bewegbare Stange 81 einen Ventilkopf 83 auf, dessen Querschnittsfläche nach links (in Figur 4) allmählich zunimmt, so daß dadurch die freie Querschnittsfläche einer öffnung 82 gesteuert werden kann. Ferner weist die Balgeinrichtung 64 eine bewegbare Stange 85 auf, die aufgrund der Federkraft einer Druckfeder 84 ständig am Balg 72 anliegt. Die bewegbare Stange 85 weist an ihrem in Figur 4 linken Ende einen Ventilkopf 36 auf, der die gleiche Form wie der Ventilkopf 83 hat. Bei der Ausführungsform gemäß Figur 4 wird in gleicher Weise wie bei der Ausführungsform gemäß Figur 3 die Menge der Zusatzluft vergrößert, wenn sich die Bälge 65 und 73 nach links (in Figur 4) bewegen, wogegen die Menge der Zusatzluft verringert wird, wenn sich die Balge 65 und 72 nach rechts (in Figur 4) bewegen.

Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen wird das Gesamt-Luft-Kraftstoff-Verhältnis dadurch gesteuert, daß die Menge des dem Ansaugsystem der Brennkraftmaschine zugeführten Kraftstoffs verändert wird. Die Erfindung kann jedoch auch bei einer Steuervorrichtung zur Steuerung der Zufuhr von Sekundärluft angewendet werden. In diesem Fall wird dem ZyIin-

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der bzw. den Zylindern der Brennkraftmaschine ein fettes Luft-Kraftstoff-Gemisch zugeführt und außerdem in das Abgassystem der Brennkraftmaschine Sekundärluft eingespeist, wobei die Sekundärluftmenge so gesteuert wird, daß das Gesamt-Luft-Kraftstoff-Verhältnis gleich einem bestimmten Luft-Kraftstoff-Verhältnis, nämlich dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis, wird. Eine Ausführungsform einer solchen Brennkraftmaschine ist in den Figuren 8 und 9 dargestellt. Deren Steuervorrichtung 11'' zur Einspeisung von Sekundärluft ist so aufgebaut, daß eine Trennwand 90 in der Kammer vorgesehen ist, die der LPG-Karnmer 23 der Steuervorrichtung 11 zur Einspeisung von Zusatzkraftstoff gemäß Figur 2 entspricht. Die Trennwand 90 teilt zwei getrennte Kammern ab, nämlich eine Luftkammer 91 und eine atmosphärische Kammer 92. Die Luftkammer 91 ist einerseits über eine Sekundärluftleitung 93 mit einer Sekundärluftquelle, nämlich einer von der Brennkraftmaschine angetriebenen Luftpumpe 87, und andererseits über eine Leitung 95 mit dem Auspuffkrümmer 7 verbunden. Wie Figur 9 zeigt, ist die divergierende Düse 26 so ausgebildet, daß ihr Durchmesser zur Außenseite der Steuervorrichtung 11'' zunimmt. Die Trennwand 90 verhindert, daß der Lieferdruck der Luftpumpe 87 auf die Membran 20 wirkt.

Die erfindungsgemäße Steuervorrichtung ermöglicht es, den Mittelwert des Gesamt-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses genau gleich einem bestimmten Luft-Kraftstoff-Verhältnis, nämlich dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis, zu machen. Dadurch wird eine besonders effektive Reinigung des Abgases im Abgasreiniger erreicht, so daß die Menge giftiger Bestandteile im an die umgebende Atmosphäre abgegebenen Abgas stark verringert ist. Da es gemäß der Erfindung möglich ist, den Mittelwert des Gesamt-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auf mechanische Weise genau gleich dem stöchiometrischen Luft-

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Kraftstoff-Verhältnis zu machen, indem ein einfacher Pendelventilmechanismus zur Anwendung kommt, sind die Herstellungskosten im Vergleich zu herkömmlichen Vorrichtungen mit elektronischer Steuerung beträchtlich verringert und ist außerdem die Zuverlässigkeit der Steuervorrichtung für das Gesamt-Luft-Kraftstoff-Verhältnis während langer Einsatzeit gewährleistet.

Wie Figur 7 zeigt, wird bei der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung für das Gesamt-Luft-Kraftstoff-Verhältnis die der Ansauganlage der Brennkraftmaschine zugeführte Zusatzkraftstoffmenge unmittelbar nach dem Wechseln des Ausgangssignals des Sauerstoffühlers vom "mageren" Signal zum "fetten" Signal oder vom "fetten" Signal zum "mageren" Signal schnell geändert, und danach wird die dem Ansaugsystem zugeführte Zusatzkraftstoffmenge allmählich verringert oder erhöht. Die Veränderung der Geschwindigkeit, mit der der Zusatzkraftstoff in das Ansaugsystem eingespeist wird, ist die gleiche wie bei der elektronischen Steuervorrichtung gemäß der JA-OS 51-14 66 Die erfindungsgemäße Steuervorrichtung für das Gesamt-Luft-Kraftstof f-Verhältnis weist somit eine günstige Ansprechcharakteristik auf.

Vorstehend wird die Erfindung anhand einiger Ausführungsbeispiele beschrieben. Es liegt auf der Hand, daß zahlreiche Abwandlungen möglich sind, ohne den Rahmen und den Grundgedanken der Erfindung zu verlassen.

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Leerseite

Claims

TlEDTKE - BOHLING - KlMNE - GnUPE

Dipl.-Chem. G. Bühling Dipl.-lng. R. Kinne 2754316 Dipl.-lng. P. Grupe

Bavariaring 4, Postfach 20 24

8000 München 2

Tel.: (0 89) 53 96 53

Telex: 5-24845 tipat

cable: Germaniapatent München

6. Dezember 1977 B 8576/case 1794

Patentansprüche

^ Steueranlage zur Steuerung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses für eine Brennkraftmaschine mit einem Gasströmungsweg, der eine s'augleitung und eine Abgasleitung umfaßt, gekennzeichnet durch einen in der Abgasleitung (7, 8) angeordneten %-Fühler (10), der ein "fettes" Signal, das anzeigt, daß das Gesamt-Luft-Kraftstoff-Verhältnis kleiner als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, oder ein "mageres" Signal liefert, das anzeigt, daß das Gesamt-Luft-Kraftstoff-Verhältnis größer als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, eine Ventileinrichtung mit zumindest einem Ventil (26, 28; 69, 70; 76, 77; 82, 83; 86) zur Steuerung der Menge zusätzlich in den GasStrömungsweg (2, 3, 7, 8) eingespeisten Fluids und einen Ventilbetätigungsmechanismus (12, 19, 22, 24, 32, 35, 36; 20, 25; 65, 66; 72, 73), der die öffnungs- und Schließgeschwindigkeit des zumindest einen Ventils in AbAbhängigkeit vom "fetten" bzw. "mageren" Signal mechanisch so ändert, daß während der ersten Phase des öffnungs- bzw. Schließvorgangs des Ventils die öffnungs- bzw. Schließgeschwindigkeit kontinuierlich und schnell geändert wird und daß während der zweiten Phase des öffnungs- bzw. Schließvorgangs die öffnungs- bzw. Schließgeschwindigkeit konti-

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DrMdMr Bink (München) Kto. 3β3βΜ4 PoaMchcck (München) Kto. 870-43-604

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nuierlich und langsam geändert wird, so daß der Mittelwert des Gesamt-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses genau gleich einem vorgegebenen Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist.

2. Steueranlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß der Ventilbetätigungsmechanismus eine Unterdruckkammer (21), eine Unterdrucksteuereinrichtung (12, 19, 24, 32, 35, 36) zur Steuerung des Unterdrucks in der Unterdruckkammer in Abhängigkeit vom "fetten" und "mageren" Signal sowie einen Ventilantrieb (20, 25; 65, 66; 72, 73) zum Verstellen des Ventils (26, 28; 69, 70; 76, 77; 82, 83; 86) in Abhängigkeit von Änderungen des Unterdrucks in der Unterdruckkammer (21) umfaßt.

3. Steueranlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Unterdrucksteuereinrichtung eine Luftdüse (36), über die die Unterdruckkammer (21) in Verbindung mit der Atmosphäre treten kann, eine Unterdruckdüse (35), über die die Unterdruckkammer in Verbindung mit einer Unterdruckquelle treten kann, eine Pendelklappe (32), die mit der Luftdüse und der Unterdruckdüse zusammenwirkt, einen Pendelklappenstellantrieb (19, 20), mittels dessen allmählich die Luftdüse geöffnet und die Unterdruckdüse geschlossen wird, wenn der Unterdruck in der Unterdruckkammer ansteigt, und eine Ventilvorrichtung (12) umfaßt, die in Abhängigkeit vom "fetten" und "mageren" Signal abwechselnd eine Strömungsverbindung zwischen dem Unterdruckanschluß und der Unterdruckquelle herstellt.

4. Steueranlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterdruckquelle der Unterdruck in der Saugleitung (2, 3) ist.

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5. Steueranlage nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Pendelklappenstellantrieb eine Membran (19) umfaßt, die mit der Pendelklappe (32) verbunden ist und die Unterdruckkammer (21) von der umgebenden Atmosphäre trennt.

6. Steueranlage nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilvorrichtung ein Magnetventil (12) ist, das in Abhängigkeit vom Signal des

λ. -Fühlers (10) die Strömungsverbindung zwischen der Unterdruckdüse (25) und der Unterdruckquelle herstellt.

7. Steueranlage nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilantrieb eine mit dem Ventil (26, 28) verbundene Membran (20) umfaßt, die die Unterdruckkammer (21) von einer Kammer (23; 91, 92) für das Zusatzfluid trennt.

8. Steueranlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß in der Kammer (91, 92) für Zusatzfluid eine Trennwand (90) angeordnet ist, die zwischen sich und der Membran (20) eine Kammer (92) mit atmosphärischem Druck abteilt.

9. Steueranlage nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilantrieb einen mit dem Ventil (69, 70; 76, 77) verbundenen Balg (65; 72) umfaßt, der die Unterdruckkammer (21) von einer Kammer (68, 75) für Zusatzfluid trennt.

10. Steueranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungsgeschwindigkeit des Ventils (26, 28; 69, 70; 76, 77; 82, 83; 86) sich

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von der Schließgeschwindigkeit des Ventils in der Weise unterscheidet, daß die Geschwindigkeit,mit der die durch das Ventil strömende Zusatzfluidmenge zunimmt, unterschiedlich von der Geschwindigkeit ist, mit der die Zusatzfluidmenge abnimmt.

11. Steueranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet , daß das Zusatzfluid Zusatzkraftstoff ist und daß die Ventileinrichtung in einer Kraftstoffleitung (29, 30) für Zusatzkraftstoff angeordnet ist, die eine Zusatzkraftstoffquelle (5) mit dem Gasströmungsweg (2, 3, 7, 8) verbindet.

12. Steueranlage nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß die Zeitverzögerung (t ) bis zur Er-

zeugung des "fetten" Signals kleiner als die Zeitverzögerung (t.) bis zur Erzeugung des "mageren" Signals ist und daß die Geschwindigkeit, mit der die dem GasStrömungsweg (2, 3, 7, 8) zugeführte Zusatzkraftstoffmenge zunimmt, größer ist als die Geschwindigkeit, mit der die Zusatzkraftstoff menge verringert wird.

13. Steueranlage nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzkraftstoffquelle ein LPG-Regler (5) ist.

14. Steueranlage nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstoffleitung (29, 30) für Zusatzkraftstoff mit der Saugleitung (2, 3) verbunden ist.

15. Steueranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 10 für eine Brennkraftmaschine, die einen Vergaser mit zumindest einer

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Zusatzluftleitung umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß das Zusatzfluid Luft ist und daß die Ventileinrichtung in einer Luftleitung (71, 78) angeordnet ist, die die umgebende Atmosphäre mit der Zusatzluftleitung (57, 58) verbindet.

16. Steueranlage nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitverzögerung (t ) bis zur Er-

zeugung des "fetten" Signals kürzer als die Zeitverzögerung (t, ) bis zur Erzeugung des "mageren" Signals ist und daß die Geschwindigkeit, mit der die in die Zusatzluftleitung (57, 58) eingespeiste Zusatzluftmenge vergrößert wird, niedriger ist als die Geschwindigkeit, mit der die Zusatzluftmenge verringert wird.

17. Steueranlage nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventileinrichtung ein erstes Ventil (76, 77; 86) und ein zweites Ventil (69, 70; 82, 83) umfaßt, dal eine erste Zusatzluftleitung (57), die mit einer Hauptspritzdüse (52) des Vergasers (50) verbunden ist,und eine zweite Zusatzluftleitung (58) vorgesehen sind, die mit einer Langsamlaufaustrittsöffnung (55) des Vergasers verbunden ist, und daß die erste Zusatzluftleitung mit dem ersten Ventil und die zweite Zusatzluftleitung mit dem zweiten Ventil verbunden ist.

18. Steueranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet , daß das Zusatzfluid Sekundärluft ist und daß die Ventileinrichtung in einer Leitung

(95) angeordnet ist, die eine Luftquelle (87) mit der Abgasleitung (7, 8) stromauf des % -Fühlers (10) verbindet.

19. Steueranlage nach Anspruch 18, dadurch g e k e η η -

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zeichnet, daß die Zeitverzögerung (t ) bis zur Er-

zeugung des "fetten" Signals kürzer als die Zeitverzögerung (t,) bis zur Erzeugung des "mageren" Signals ist und daß die Geschwindigkeit, mit der die der Abgasleitung (7, 8)zugeführten Sekundärluftmenge erhöht wird, niedriger ist als die Geschwindigkeit, mit der die Sekundärluftmenge verringert wird.

20. Steueranlage nach Anspruch 13 oder 19, dadurch gekennzeichnet , daß die Luftquelle eine von der Brennkraftmaschine angetriebene Luftpumpe (87) ist.

21. Steueranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil eine divergierende Düse (26, 69, 76) umfaßt, die mit einem Ventilelement (28, 70, 77) zusammenwirkt.

22. Steueranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet , daß das Ventil eine Öffnung (82) und einen Ventilkopf (83) umfaßt, der mit der Öffnung zusammenwirkt und eine Querschnittsfläche hat, die in Längsrichtung des Ventilkopfes allmählich zunimmt.

23. Steueranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß der λ. -Fühler ein Sauerstoffühler (10) ist.

24. Steueranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet , daß in der Abgasleitung (7, 8) der Brennkraftmaschine ein Abgasreiniger (93) angeordnet ist und daß der Reinigungswirkungsgrad des Abgasreinigers am höchsten ist, wenn das Gesamt-Luft-Kraftstoff-Verhältnis gleich dem vorgegebenen Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist.

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25. Steueranlage nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgasreiniger einen katalytischen Dreifachwandler (9) umfaßt und daß das vorgegebene Luft-Kraftstoff-Verhältnis das stochiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist.

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