DE2840510A1

DE2840510A1 - Stellvorrichtung fuer eine abgasreinigungsanlage

Info

Publication number: DE2840510A1
Application number: DE19782840510
Authority: DE
Inventors: Katsuhiko Motosugi; Masaharu Sumiyoshi
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1978-03-13
Filing date: 1978-09-18
Publication date: 1979-10-11
Also published as: JPS6114327B2; US4232517A; JPS54121323A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Stellvorrichtung für eine Abgasreinigungsanlage, die zur Regelung der Einspeisung von Sekundärluft in ein Auspuffrohr oder dergleichen einer
Brennkraftmaschine aufgrund der Messung der Abgaskonzentration geeignet ist.

Es ist grundsätzlich bekannt, daß zur gleichzeitigen Verringerung des Gehaltes an unverbrannten Kohlenwasserstoffen,
Kohlenmonoxid und Stickoxiden im Abgas einer Brennkraftmaschine das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in eine katalytische Vorrichtung, insbesondere einen katalytischen Dreifachwandler, strömenden Abgases innerhalb eines engen Bereiches um das theoretische bzw. stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis liegen sollte. Demzufolge wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des von einem Vergaser der Brennkraftmaschine aufbereiteten Gemisches auf einen kleineren Wert als das theoretische Luft-Kraftstoff-Verhältnis, der somit einem fetteren Gemisch entspricht, eingestellt und von einer Luftpumpe

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Deutsche Bank (München) Kto 51/61 070

Dresdner Bank (München) KIo 3039844

Posischeck (München) KIo 670-43-801

gelieferte Sekundärluft in den Auspuffkrümmer einer Auspuffanlage eingeblasen, die ein Auspuffrohr und im Anschluß an das Auspuffrohr einen katalytischen Dreifachwandler aufweist. Zur Regelung der Einspeisung von Sekundärluft in der Weise, daß das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den katalytischen Dreifachwandler eintretenden Abgases innerhalb eines engen Bereiches um das theoretische Luft-Kraftstoff-Verhältnis liegt, erfolgt eine Rückführungsregelung auf der Grundlage eines von einem Sauerstoffühler gelieferten Signales, der am Einlaß des katalytischen Dreifachwandlers angeordnet ist und die Sauerstoffkonzentration im Abgas feststellt. Auf diese Weise können gleichzeitig die Gehalte an unverbrannten Kohlenwasserstoffen, Kohlenmonoxid und Stickoxiden im Abgas verringert und das Leistungsverhalten der Brennkraftmaschine verbessert werden.

Bei herkömmlichen Anlagen zur Einspeisung von Sekundärluft in die Auspuffanlage ist es jedoch schwierig, ausreichende Lebensdauer des Katalysators sicherzustellen, was unter anderem durch die Ausgangskennlinien des Sauerstoffühlers bedingt ist, wie im folgenden beschrieben wird.

Obwohl ein Abgas im Auspuffrohr, dessen Luft-Kraftstoff-Verhältnis durch Einspeisung von Sekundärluft an das theoretische Luft-Kraftstoff-Verhältnis angeglichen ist, das gleiche Luft-Kraftstoff-Verhältnis wie ein Abgas hat, das durch Verbrennung eines stöchiometrisehen Gemisches mit dem theoretischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis in einer Brennkraftmaschine erzeugt worden ist, unterscheiden sich diese Abgase hinsichtlich ihrer Zusammensetzung voneinander. Das mit Sekundärluft versetzte Abgas hat einen höheren Gehalt an H₂, CO und O₂ als das andere Abgas. Ferner wird ein mit Zirkondioxid (ZrO₂) arbeitender Sauerstoffühler nicht nur durch die Sauerstoffkonzentration sondern auch durch die Konzentration von H₂ und CO, und zwar insbesondere die H^-Konzen-

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tration, in der Weise beeinflußt, daß das Luft-Kraftstoff-Verhältnis, bei dem sich die Ausgangsspannung sprunghaft ändert, über das theoretische Luft-Kraftstoff-Verhältnis hinaus zu höheren, einem mageren Gemisch entsprechenden Werten verschoben ist. Ein Sauerstoffühler, der sich in einem Auspuffrohr befindet, durch das mit Sekundärluft versetztes Abgas strömt, hat daher eine solche Ausgangskennlinie, daß der Punkt, bei dem sich das Ausgangssignal ändert, über das theoretische Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu höheren Vierten hinaus verschoben ist.

In gewissem Ausmaß kann ein Katalysator Sauerstoff speichern, so daß selbst dann, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases in einem Bereich von ungefähr - o,5 um das theoretische Luft-Kraftstoff-Verhältnis schwankt, gleichzeitig unverbrannte Kohlenwasserstoffe, Kohlenmonoxid und Stickoxid mit dem gleichen hohen Wirkungsgrad wie bei Abgas mit dem theoretischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis entfernt werden können. Wenn der Gehalt an H-, CO und unverbrannten Kohlenwasserstoffen im Abgas hoch ist, ist jedoch die mittlere Arbeitstemperatur des Katalysators höher, was dazu führt, daß bei Vollastbetrieb während einer längeren Zeitdauer die Gefahr der Überhitzung des Katalysators auftritt, so daß Maßnahmen getroffen werden müssen, um die den Katalysator tragenden Körper, den Behälter und dergleichen gegen überhitzung zu schützen.

Wenn der katalytische Dreifachwandler unter solchen Betriebsbedingungen betrieben wird, daß er ständig abwechselnd einer reduzierenden Atmosphäre (fettes Abgas) oder einer oxidierenden Atmosphäre (mageres Abgas) ausgesetzt ist, ist die Lebensdauer des katalytischen Dreifachwandlers hoch und sinkt sein Reinigungswirkungsgrad nur langsam. Wenn jedoch der katalytische Dreifachwandler überwiegend einer oxidierenden Atmosphäre ausgesetzt ist, sinkt seine Lebensdauer und wird

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die Verschlechterung des Reinigungswirkungsgrades beschleunigt. Die Abnahme der Lebensdauer ist in der Regel derart, daß die Lebensdauer nur noch einigen zehntausend Fahrkilometern entspricht. Die Tatsache, daß der Punkt, an dem sich das Ausgangssignal des Sauerstoffühlers stark ändert, zu Werten oberhalb des theoretischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses verschoben ist, erhöht den Zeitraum, während dessen der katalytische Dreifachwandler einer oxidierenden Atmosohäre ausgesetzt ist, und erschwert es, für ausreichende Lebensdauer des Katalysators zu sorgen. Hinzu kommt die Tatsache, daß aufgrund der durch die Oxidation erzeugten Wärme die Arbeitswärme des Katalysators höher ist, als wenn das Abgas tatsächlich beim theoretischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis behandelt wird.

Figur 1 gibt die Ausgangskennlinien eines Sauerstoffühlers wieder, wobei auf der Abszisse die Zeit T und auf der Ordinate die AusgangsSpannung V des Sauerstoffühlers aufgetragen sind. Wie die Kennlinie A in Figur 1 zeigt, fällt diese nur allmählich ab, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis höher als das theoretische Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird, d.h. wenn aus dem fetten ein mageres Gemisch wird. Demzufolge ist die Ansprechgeschwindigkeit des in das Auspuffrohr eingebauten Sauerstoffühlers beim Übergang vom sogenannten fetten Signal zum sogenannten mageren Signal verhältnismäßig gering. Im entgegengesetzten Fall steigt die Kennlinie stark bzw. schlagartig an, wie die Kennlinie B in Figur 1 zeigt. Dies bedeutet, daß die Ansprechverzögerung des Sauerstoffühlers unterschiedlich groß ist und abhängt von der Richtung, in der das Ausgangssignal wechselt. Um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den Katalysator eintretenden Abgases genau auf Werte in einem Bereich um das theoretische Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu regeln, ist es jedoch zweckmäßig, daß der steuernde Impuls innerhalb eines möglichst schmalen Bereiches auf der Plus- und Minusseits des theoretischen Luft-

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Kraftstoff-Verhältnisses liegt.

Eine mit Sekundärlufteinspeisung arbeitende Abgasreinigungsanlage soll ferner den folgenden Forderungen hinsichtlich des Betriebes der Brennkraftmaschine genügen. Damit die für eine gegebene Kraftfahrzeuggröße geforderte Leistung erreicht wird, ohne daß die Brennkraftmaschine bzw. deren Hubraum vergrößert wird, und damit das Kraftfahrzeug geringes Gewicht haben kann und damit der Kraftstoffverbrauch niedrig ist, ist es zweckmäßig, daß der Vergaser während der Beschleunigung oder bei anderem Vollastbetrieb ein fettes Gemisch liefert, d.h. ein Gemisch mit einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis von bis zu ungefähr 12,5 bis 11,5. Wenn die Sekundärluft von einer Luftpumpe geliefert wird, deren Lieferleistung direkt proportional zur Drehzahl der Brennkraftmaschine ist, ist es ferner zweckmäßig, daß dann, wenn sich bei konstanter Drehzahl der Brennkraftmaschine die von der Brennkraftmaschine angesaugte Luftmenge ändert, der Durchfluß der Sekundärluft entsprechend dieser Änderung der angesaugten Luftmenge geregelt wird. Ferner ist es zweckmäßig, daß die Sekundärlufteinspeisung mittels Rückführungsregelung möglichst schnell und genau geregelt wird, damit eine ausreichende Reinigung des Abgases auch unter sich ändernden und verschiedenen Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine erfolgt, beispielsweise wenn die Brennkraftmaschine kalt angelassen wird und noch nicht ausreichend warmgelaufen ist. Ferner sollte die Seku-ndärlufteinspeisung möglichst unterbrochen werden, um den Katalysator zu schützen, wenn der Katalysator andernfalls durch Vollastbetrieb während einer längeren Zeitdauer überhitzt werden würde. Schließlich ist es zweckmäßig, die Sekundärlufteinspeisung mit größter Durchflußmenge durchzuführen, wenn die Gefahr besteht, daß bei Motorbremsung im Anschluß an Schnellfahrt der Katalysator überhitzt wird, um auf diese einfache Weise den Katalysator zu schützen.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine Abgasreinigungsanlage eine Stellvorrichtung zu schaffen, die die Einspeisung von Sekundärluft in aus der Brennkraftmaschine austretendes fettes Abgas steuert, wobei die Sekundärlufteinspeisung entsprechend den Leistungsanforderungen an die Brennkraftmaschine innerhalb eines weiten Bereiches zwischen einem Maximalwert und einem Minimalwert verändert werden kann und wobei bei normalem und konstantem Betrieb der Brennkraftmaschine der geregelte Durchfluß nur wenig innerhalb eines engen'Bereiches schwankt, damit die Regelung möglichst genau erfolgt. Ferner soll die zu schaffende Stellvorrichtung eine derartige Regelung bewirken, daß der Regelverlauf über der Zeit einer sägezahnförmigen oder zickzackförmigen Kurve folgt, wobei das überschwingen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses über das theoretische Luft-Kraftstoff-Verhältnis hinaus aufgrund der Zeitverzögerung, die je nach der Richtung des Wechsels des Ausgangssignales des Sauerstoff ühlers unterschiedlich ist, auf einen gegebenen Bereich beschränkt sein soll, wobei die Verschiebung der Ausgangskennlinien des Sauerstoffühlers zu magerem Gemisch kompensiert sein soll und wobei der Katalysator vor überhitzung geschützt sein soll, damit lange Lebensdauer des Katalysators sichergestellt ist. Ferner soll die zu schaffende Stellvorrichtung es ermöglichen, daß auf Laständerungen in der Weise angesprochen wird, daß sich die Sekundärlufteinspeisung schnell mit Änderungen der in die Brennkraftmaschine eingesaugten Luftmenge ändert.

Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die in den Patentansprüchen gekennzeichnete Stellvorrichtung gelöst.

Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausbildung der Stellvorrichtung kann mittels des im Abgasstrom der Brennkraftmaschine angeordneten Sauerstoffühlers der Durchfluß der Sekundärluft so geregelt werden, daß das Luft-Kraftstoff-Verhältnis

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des in den stromab des Auspuffrohres angeordneten Katalysator einströmenden Abgases innerhalb eines vorgegebenen Bereiches gehalten wird. Die Stellvorrichtung umfaßt ein Steuerventil zur Steuerung des Durchflusses sowie einen Ventilantrieb zur Steuerung des Steuerventiles. Das Steuerventil umfaßt ein Ventilelement, einen Einlaß, der an eine Luftpumpe angeschlossen ist, einen Auslaß, der mit einem Auspuffkrümmer verbunden ist, sowie eine Bypassöffnung, die mit einem Luftfilter verbunden ist. Der Ventilantrieb weist eine Arbeitskammer auf, die von einer Membran begrenzt wird, die das Ventilelement einstellt. In die Arbeitskammer mündet eine Unterdruckdüse, die durch das Ausgangssignal vom Sauerstoffühler mittels einer elektronischen Steuerschaltung mit einem Ansaugkrümmer verbindbar ist, sowie ferner eine Einlaßdüse, die in ständiger Verbindung mit der umgebenden Atmosphäre steht. In der Arbeitskammer ist ein Prallplattenmechanismus angeordnet, der entsprechend der Stellung des Ventilelementes den Strömungswiderstand an der Unterdruckdüse und an der Einlaßdüse in der Weise ändert, daß dem Ausgangssignal vom Sauerstoffühler die Sekundärlufteinspeisung gegengekoppelt ist.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. Es zeigen:

Figur 1 ein Diagramm, das die Ausgangskennlinien

eines Sauerstoffühlers in Abhängigkeit von der Zeit wiedergibt;

Figur 2 eine schematische Darstellung, teilweise

im Schnitt, einer mit Sekundärlufteinspeisung arbeitenden Abgasreinigungsanlage, bei der die erfindungsgemäße Stellvorrichtung zur Anwendung kommt;

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Figur 3 eine Schnittdarstellung einer Ausführungsform der Stellvorrichtung;

Figur 4 einen Schaltplan der elektronischen Steuerschaltung der Ausführungsform gemäß Figur 3;

Figur 5 ein Diagramm, das den Regelverlauf bei der

Einspeisung von Sekundärluft wiedergibt;

Figur 6 eine Figur 3 entsprechende Darstellung der

Stellvorrichtung in anderer Betriebsstellung als in Figur 3;

Figur 7 eine ausschnittsweise Schnittdarstellung

einer zweiten Ausführungsform der Stellvorrichtung; und

Figur 8 einen Schaltplan der elektronischen Steuerschaltung der zweiten Ausführungsform gemäß Figur 7.

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Im folgenden wird zunächst auf Figur 2 eingegangen. Figur 2 zeigt schematisch eine Sekundärluftanlage, d.h. eine Anlage zur Einspeisung von Sekundärluft, in Verbindung mit einer Brennkraftmaschine 1. Die erfindungsgemäße Stellvorrichtung ist Bestandteil der Sekundärluftanlage· Ein Ansaugkrümmer 2 der Brennkraftmaschine 1 ist mit einem Vergaser 3 verbunden, und stromauf des Vergasers 3 ist ein Luftfilter 4 vorgesehen. An einen Auslaß 5 der Brennkraftmaschine 1 ist ein Auspuffkrümmer 6 angeschlossen, der in ein Auspuffrohr 7 übergeht, das zu einem katalytischen Dreifachwandler 8 führt.

Der katalytische Dreifachwandler 8 kann gleichzeitig das Abgas von unverbrannten Kohlenwasserstoffen, Kohlenmonoxid und Stickoxiden reinigen, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis in einem Bereich von ungefähr - 2 % um das theoretische Luft-Kraftstoff-Verhältnis liegt. In der Brennkraftmaschine 1 wird ein Luft-Kraftstoff-Gemisch verbrannt, das das theoretische Luft-Kraftstoff-Verhältnis oder ein niedrigeres Luft-Kraftstoff-Verhältnis hat, d.h. ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis, das einem fetteren Gemisch entspricht, um die Erzeugung von Stickoxiden zu verringern, die bei der Verbrennung eines Gemisches mit dem theoretischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis am stärksten ist. In die Abgasanlage wird in der Weise Sekundärluft eingespeist, daß das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases am katalytischen Dreifachwandler gleich dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, wie es sich bei der Verbrennung eines Gemisches mit dem theoretischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis ergibt. Zu diesem Zweck ist eine Stellvorrichtung vorgesehen, die ein Steuerventil 10 zur Durchflußsteuerung sowie einen Ventilantrieb 30 zum Antrieb des Steuerventils umfaßt.

Das Steuerventil 10 weist einen Einlaß 11 auf, der über eine Leitung 12 an eine Luftpumpe 13 angeschlossen ist, die ihrerseits über eine Leitung 14 an den Luftfilter 4 ange-

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schlossen ist. Die Luftpumpe 13 steht mit der Ausgangswelle der Brennkraftmaschine 1 in Antriebsverbindung und arbeitet in der Weise, daß der Durchfluß der zum Einlaß 11 gelieferten Luft proportional zur Drehzahl der Brennkraftmaschine ist. Ferner weist das Steuerventil 10 einen Auslaß 15 auf, der über eine Luftleitung 16 an eine Einspeiseöffnung 17 angeschlossen ist, die nahe dem Auslaß 5 der Brennkraftmaschine 1 ausgebildet ist. Schließlich weist das Steuerventil 10 eine Bypassöffnung 18 auf, die über eine Bypassleitung 19 an den Luftfilter 4 angeschlossen ist. Der Ventilantrieb 30 steuert bzw. verstellt das Steuerventil 10 und wird seinerseits gesteuert von einem Magnetventil 31 und einer Haltespule 51, die noch ausführlicher erläutert werden. Einer der Anschlüsse des Magnetventils 31 ist über eine Unterdruckleitung 32 mit dem Ansaugkrümmer 2 verbunden und der andere Anschluß des Magnetventils 31 ist über eine Unterdruckleitung 33 mit einer noch ausführlicher zu beschreibenden Arbeitskammer 38 verbunden. Ferner ist ein Sauerstoffühler 70 vorgesehen, der am Auspuffrohr 7 stromauf des Einlasses des katalytischen Dreifachwandlers 8 befestigt ist und dessen Ausgangssignal auf eine elektronische Steuerschaltung 80 gegeben wird, mit deren Ausgangssignalen das Magnetventil 31 und die Haltespule 51 gespeist werden.

Wie noch ausführlicher beschrieben werden wird, besteht die Funktion der Sekundärluftanlage darin, daß die Luftpumpe 13 über das Steuerventil 10 Sekundärluft in das Auspuffrohr 7 einspeist, wobei das unmittelbar vor dem katalytischen Dreifachwandler 8 aufgenommene Ausgangssignal des Sauerstoffühlers 70 auf die elektronische Steuerschaltung gegeben wird, die den Ventilantrieb 30 entsprechend der eingespeisten Sekundärluftmenge so steuert, daß das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den katalytischen Dreifachwandler 8 einströmenden Abgases in einem engen Bereich um das theoretische Luft-Kraftstoff-Verhältnis liegt. Somit wird eine Rückführungsregelung

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durchgeführt.

Figur 3 zeigt ausführlich die Stellvorrichtung der Sekundärluftanlage bzw. Abgasreinigungsanlage. Das Steuerventil 10 umfaßt ein Ventilelement 20, das verstellbar am Schnittpunkt der dem Einlaß 11, dem Auslaß 15 und der Bypassöffnung 18 zugeordneten Kanäle angeordnet ist. Der Einlaß 11 und die Bypassöffnung 18 können ferner über einen Verbindungskanal 21 in direkte Verbindung miteinander gebracht werden. Im Verbindungskanal 21 ist ein unterdruckbetätigtes Ventil 22 angeordnet. Das unterdruckbetätigte Ventil 22 weist eine Membran 23 auf, die eine atmosphärische Kammer 24 von einer Unterdruckkammer 25 trennt, die an den Ansaugkrümmer 2 angeschlossen ist. In der Unterdruckkammer 25 sitzt eine Druckfeder 26. Bei sinkendem Unterdruck im Ansaugkrümmer schließt das Ventil 22, so daß dadurch die Menge der vom Einlaß 11 zum Auslaß 15 gelangenden Luft größer wird und dadurch die in den Auslaß 5 eingespeiste Sekundärluftmenge erhöht wird.

Der Ventilantrieb 30 weist ein Gehäuse 34 auf, dessen Inneres unten (in Figur 3) von einer Membran 35 abgeschlossen ist. Die Membran 35 ist zwischen einem Ventilschaft 2OA des Ventilelementes 20 und einer Platte 36 eingeklemmt, wobei sich die Platte auf der Oberseite der Membran 35 und der Ventilschaft 2OA auf der Unterseite der Membran 35 befinden. Der Ventilschaft 2OA und die Platte 36 sind mit Hilfe von Nieten 37 an der Membran 35 befestigt. Die Membran 35 unterteilt das Gehäuse 34 in die (in Figur 3) oben liegende Arbeitskammer 38 und eine atmosphärische Kammer 38A, die ständig in Verbindung mit der Atmosphäre steht. Im Inneren der Arbeitskammer 38 sind zwei dünne, olattenartige Träger 39 und 40 angeordnet, die an der rechten bzw. linken Wand des Gehäuses 34 befestigt sind, wie dies in Figur 3 dargestellt ist. An den freien Enden der Träger 39 und 40 sind die entgegengesetzten Enden eines als Stab 41 ausgebildeten Steuerele-

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mentes befestigt. Während sich der Stab 41 zwischen seiner unteren Endlage und seiner oberen Endlage bewegt, bewegen sich seine entgegengesetzten Enden auf annähernd kreisförmigen Bahnen, die durch die Armlängen der Träger 3 9 und 40 bestimmt sind. Während der Aufwärts- oder Abwärtsbeivegung des Stabes 41 ändert sich daher dessen Neigung allmählich innerhalb eines gegebenen Winkelbereiches (siehe auch Figur 6). Zwischen dem oberen Ende des Stabes 41 und einem Federsitz 43 ist eine Druckfeder 42 angeordnet. Der Federsitz 43 wird einstellbar getragen von einer Stellschraube 44, die in der oberen Stirnwand des Gehäuses 34 sitzt und in dessen Inneres ragt. Das untere Ende des Stabes 41 wirkt mit dem Ventilschaft 2OA des Ventilelementes 20 zusammen, wobei die Stellung des Stabes 41 und somit des Ventilelementes 20 bestimmt wird von der Kraft der Druckfeder 42, dem Druck in der Arbeitskammer 38 und dem Druck in der atmosphärischen Kammer 38a. Im Ruhezustand führtdie Kraft der Druckfeder 42 dazu, daß der Stab 41 das Ventilelement 20 in Richtung zur Bypassöffnung 18 drückt, so daß der Einlaß 11 und der Auslaß 15 uneingeschränkt miteinander in Verbindung stehen.

An einem Abschnitt am oberen Ende des Stabes 41 ist ein Ende eines Halters 45 befestigt, dessen anderes Ende über einen Stift mit einem Ende einer Prallplatte 46 verbunden ist. Am Gehäuse 34 ist ein Ende einer Blattfeder 47 befestigt, deren anderes Ende über einen Stift mit der Prallplatte 46 an einer Stelle verbunden ist, die sich neben der erstgenannten Stiftverbindung im mittleren Bereich der Prallplatte 46 befindet. Die Prallplatte 46 hat eine solche Länge, daß ihr freies Ende an der Spitze einer Anschlagschraube 48 anliegen kann, die in das Gehäuse 34 geschraubt ist. Die Oberseite des nahe der Anschlagschraube 48 gelegenen Prallplattenabschnittes liegt einer Unterdruckdüse 52 gegenüber, und die Unterseite dieses Prallplattenabschnittes liegt einer Einlaßdüse 59 gegenüber, die mit der Atmosphäre in Verbindung steht.

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Die Abstände zwischen der Prallplatte 46 und der Unterdruckdüse 42 sowie zwischen der Prallplatte 46 und der Sinlaßdüse 59 können durch senkrechtes Verstellen der Anschlagschraube 48 eingestellt werden. Die Prallplatte 46, die Unterdruckdüse 52 und die Einlaßdüse 59 bilden ein Düse-Prallplatte-System.

Auf der Oberseite der Prallplatte 46 ist neben der Stelle, an der die Blattfeder 47 angreift, ein Ende einer Feder 4 9 befestigt, deren anderes Ende in Eingriff mit einem Anker

50 steht, der in einem Gelenk 5OA auf derjenigen Seite, die gegenüber der Anschlagstelle zwischen der Anschlagschraube 48 und der Prallplatte 46 liegt, an der Prallplatte 4 6 in deren mittlerem Bereich aufgehängt ist. Der Anker 50 verläuft so, daß er zur seitlichen Oberfläche der Haltespule

51 gezogen werden kann, die um den mittleren Abschnitt des Stabes 41 herum angeordnet ist. Unterhalb der Haltespule 51 ist das vordere Ende des Ankers 50 so umgebogen, daß zwischen der Seite des Stabes 41 und dem Anker ein Zwischenraum L besteht, wenn der Anker 50 nicht angezogen ist.

Die Unterdruckdüse 52 ist über die Unterdruckleitung 33 an einen,Unterdruckanschluß 53 des Magnetventils 31 angeschlossen. Das Magnetventil 31 weist eine Ventilkammer 54 auf, in der sich ein Ventilelement 55 befindet, das den Unterdruckanschluß 53 öffnen und schließen kann. Das Ventilelement 55 steht in Schließrichtung unter Belastung durch eine Druckfeder 56 und wird von einem bewegbaren Tauchkern 57, der mittels einer Magnetspule 58 verstellt wird, in die Offenstellung gebracht. Die Ventilkammer 54 steht über die Unterdruckleitung 32 ständig mit dem Ansaugkrümmer 2 in Verbindung.

Die elektronische Steuerschaltung 80, die die Magnetspule 58 des Magnetventils 31 und die Haltespule 51 in der Arbeitskammer 38 des Ventilantriebs 30 ansteuert, weist einen Ver-

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gleicher 81 auf. An den einen Eingang des Vergleichers 81 ist der Sauerstoffühler 70 angeschlossen, und an den anderen Eingang des Vergleichers ist eine BezugsSpannungsquelle 82 angeschlossen. Der Sauerstoffühler 70 liefert eine Ausgangsspannung von ungefähr 0,9 V, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases im Auspuffrohr fettem Gemisch entspricht, und eine Ausgangsspannung von ungefähr 0,1 V, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis im Auspuffrohr magerem Gemisch entspricht. Das Ausgangssignal des Vergleichers 81 hat einen hohen Wert, wenn die Ausgangsspannung des Sauerstofffühlers 70 ungefähr 0,1 V beträgt, und es hat einen niedrigen Wert, wenn die Ausgangsspannung des Sauerstoffühlers ungeführ 0,9 V beträgt. Das Ausgangssignal des Vergleichers 81 wird auf eine verstärkende Zeitsteuerung 83 gegeben, deren Ausgangssignal die Magnetspule 58 oder die Haltespule 51 ansteuert bzw. erregt, wie dies im folgenden beschrieben wird.

Wie Figur 4 zeigt, umfaßt die Zeitsteuerung 83 einen Zeitvergleicher 85, an den ein Bezugszeitgenerator 84 angeschlossen ist. Die Zeitsteuerung 83 ist so ausgebildet, daß sie je nach dem Ausgangssignal des Vergleichers 81 einen ersten Schalter 86 öffnen und schließen kann, um die Haltespule 51 einzuschalten oder auszuschalten, und daß sie einen zweiten Schalter 87 schließen oder öffnen kann, um die Magnetspule 58 einzuschalten oder auszuschalten. Wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis im Auspuffrohr magerem Gemisch entspricht, liegt die Ausgangsspannung des Sauerstoffühlers unter der Bezugsspannung V j-, die die Bezugsspannungsquelle 82 liefert, so daß das Ausgangssignal des Vergleichers 81 den hohen Wert hat. Dieses Ausgangssignal wird als mageres Signal bezeichnet. Durch dieses magere Signal werden der erste Schalter 86 geöffnet bzw. ausgeschaltet und der zweite Schalter 87 geschlossen bzw. eingeschaltet, so daß die Magnetspule 58 erregt wird (siehe auch die folgende Tabelle). Wenn das Luft-

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Kraftstoff-Verhältnis des Abgases fettem Gemisch entspricht und das Ausgangssignal des Vergleichers 81 demzufolge den hohen Wert hat - dieses Ausgangssignal wird als fettes Signal bezeichnet -, führt der Zeitvergleicher 85 folgende Funktion aus. Wenn die Signaldauer T des fetten Signales kürzer als die Bezugszeit T ist, die vom Bezugszeitgenerator 84 geliefert wird, bewirkt die Zeitsteuerung, daß der erste Schalter 86 eingeschaltet wird, so daß die Haltespule 51 erregt wird, und daß der zweite Schalter 87 ausgeschaltet wird. Wenn die Signaldauer T_R des fetten Signales langer als die Bezugszeit T ist,.bewirkt die Zeitsteuerung, daß sowohl der erste Schalter 86 als auch der zweite Schalter 87 ausgeschaltet werden.

	Kurze Sig naldauer	Haltespule 51	Magnetspule 58
Mageres Signal	Lange Sig naldauer	AUS	EIN
Fettes Signal	EIN	AUS
	AUS	AUS

Im folgenden werden die Betriebszustände des Steuerventils 10 und des Ventilantriebes 30 je nach den Ausgangssignalen des Sauerstoffühlers 70 unter Bezugnahme auf Figur 5 erläutert. Figur 5 zeigt den Regelverlauf der mit der erfindungsgemäßen Stellvorrichtung bewirkten Regelung. Auf der Abszisse ist die Zeit T aufgetragen. Die Ordinate gibt die Stellung Z des Ventilelementes 20 des Steuerventiles 10 in senkrechter Richtung und damit den Durchfluß der in das Auspuffrohr über den Auslaß 15 eingeleiteten Sekundärluft wieder. Dem Sekundärluftdurchfluß entspricht normalerweise das Luft-Kraftstoff-Verhältnis. Die ausgezogene Kurve A in Figur 5 gibt das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des mit Sekundärluft versetzten Abgases im Auspuffrohr 7 unmittelbar nach

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der Einspeisung der Sekundärluft wieder, und die gestrichelte Kurve B in Figur 5 gibt das Luft-Kraftstoff-Verhältnis am Ort des Sauerstoffühlers wieder. Die Kurve B ist seitlich versetzt gegenüber der Kurve 8,und zwar um die Dauer der Transportverzogerung. Diese Transportverzogerung tritt auf, weil das Abgas je nach den Betriebsbedingungen eine bestimmte Zeit benötigt, um von der Einspeiseöffnung, an der die Sekundärluft in das Abgas eingespeist wird, zum Ort des Sauerstoffühlers zu gelangen.

Die schräg nach unten und rechts verlaufenden Kurvenabschnitte entsprechen im Prinzip den Zeiträumen, während derer das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases magerem Gemisch entspricht und das Ausgangssignal des Sauerstoffühlers ein mageres Signal ist. Die nach rechts und oben steigenden Kurvenabschnitte entsprechen im Prinzip den Zeiträumen, während derer das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases fettem Gemisch entspricht und das Ausgangssignal des Sauerstoffühlers ein fettes Signal ist. Das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases wird nämlich durch Einspeisung von Sekundärluft größer als das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des vom Vergaser aufbereiteten Gemisches, so daß das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des durch das Auspuffrohr 7 strömenden Abgases am größten ist, d.h. das Gemisch am magersten ist, wenn die Sekundärluft mit maximalem Durchfluß eingespeist wird, und daß das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases gleich dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis des vom Vergaser aufbereiteten Gemisches ist, wenn der Durchfluß der eingespeisten Sekundärluftmenge seinen Minimalwert hat, nämlich Null beträgt. Die ausgezogene Kurve C in Figur 5, die zusätzlich mit X = 1 gekennzeichnet ist, gibt den Sekundärluftdurchfluß wieder, der benötigt wird, um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des durch das Auspuffrohr 7 strömenden Abgases zum theoretischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu machen. Der Sauerstoffühler liefert statt des mageren Signales das fette Signal, wenn er festge-

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stellt hat, daß der Sekundärluftdurchfluß kleiner als der durch die Kurve C gegebene Wert ist, was allerdings vom Sauerstoffühler erst mit einer gewissen Zeitverzögerung festgestellt wird. Die Zeitverzögerung Δ T₁ gibt die Verzögerungszeit wieder, die zwischen dem Zeitpunkt, zu dem das Abgas von mager zu fett am Einbauort des Sauerstoffühlers wechselt, und dem Zeitpunkt verstreicht, zu dem nach dem Wechsel des Ausgangssignales des Sauerstoffühlers vom mageren Signal zum fetten Signal auch die Stellvorrichtung angesprochen hat. Die Zeitverzögerung ΔT„ gibt die Verzögerungszeit wieder, die zwischen dem Zeitpunkt, zu dem am Einbauort des Sauerstof fühlers das Abgas von fett zu mager wechselt, und dem Zeitpunkt verstreicht, zu dem nach dem Wechsel des Ausgangssignales des Sauerstoffühlers vom fetten Signal zum mageren Signal die Stellvorrichtung angesprochen hat. Die Zeitverzögerungen AT₁ und ΔΤ« sind bedingt durch die Verzögerungszeit, die vom Ansprechen der elektronischen Steuerschaltung bis zum Tätigwerden des Ventilelementes des Steuerventils und des Ventilantriebes 30 verstreicht sowie die bereits vorstehend unter Bezugnahme auf Figur 1 beschriebene Ansprechverzögerung des Sauerstoffühlers. Die Zeitverzögerung ΔT„ bis zum Ansprechen auf das magere Signal ist länger als die Zeitverzögerung A T₁. Ferner gibt in Figur 5 eine strichpunktierte Kurve D, die auch durch X ,= 1 gekennzeichnet ist, den tatsächlichen mittleren Durchfluß der in das Auspuffrohr eingeleiteten Sekundärluft wieder. Die Kurve D ist bezüglich der Kurve C etwas zur fetten Seite verschoben. Der Grund dafür wird noch erläutert werden.

Es sei angenommen, daß das vom Vergaser 3 aufbereitete Luft-Kraftstoff-Gemisch für die erste vollständige Verbrennung in der Brennkraftmaschine 1 fett ist, wenn diese bei normaler Temperatur angelassen wird. Zu diesem Zeitpunkt wird in das Auspuffrohr 7 die maximale Sekundärluftmenge eingespeist, so daß der Sauerstoffühler das magere Signal liefert (siehe

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Punkt P in Figur 5). Die Magnetspule 58 des Magnetventils 31 wird entsprechend dem mageren Signal vom Sauerstoffühler von der elektronischen Steuerschaltung 80 gemäß deren vorstehend beschriebener Funktionsweise erregt gehalten, so daß die Ventilkammer 54, in der Unterdruck herrscht, über die Unterdruckleitung 33 mit der Unterdruckdüse 52 in Verbindung steht, da das Ventilelement 55 angehoben ist. Dadurch steigt der Unterdruck in der Arbeitskammer 38, so daß die Membran 35 entgegen der Vorspannkraft der Druckfeder 42 nach oben (in Figur 3) gezogen wird und dadurch auch das fest mit der Membran 35 verbundene Ventilelement 20 des Steuerventiles 10 angehoben wird, so daß allmählich der freie Strömungsquerschnitt zwischen dem Einlaß 11 und dem Auslaß 15 verringert wird. Dies wiederum führt zu einer Verringerung des Durchflusses der in das Auspuffrohr eingeleiteten Sekundärluft. Wenn aufgrund der Verringerung der Sekundärlufteinspeisung das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases an der Stelle, an der die Sekundärluft eingeleitet wird, d.h. am Auslaß 5_f das theoretische Luft-Kraftstoff-Verhältnis entsprechend der Kurve C erreicht, ändert sich das Ausgangssignal des Sauerstoffühlers nach einer gewissen Verzögerungszeit vom mageren Signal zum fetten Signal. Da die Verzögerungszeit insgesamt die Transportverzögerung sowie die Verzögerungszeit Δ T₁ umfaßt, kommt es zu einem gewissen Überschwingen des Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases über das theoretische Luft-Kraftstoff-Verhältnis hiiaus bis zu einem fettem Gemisch entsprechenden Wert.

Während das Ventilelement 20 angehoben wird, wird auch die Prallplatte 46 vom Stab 41 angehoben, so daß der Abstand zwischen der Unterdruckdüse 52 und der Prallplatte abnimmt und dadurch allmählich der Strömungswiderstand an der Unterdruckdüse 52 zunimmt. Die Prallplatte 46 bewirkt dadurch eine Verringerung der Änderungsgeschwindigkeit des Unterdrucks in der Arbeitskammer 38, so daß die Bewegungsgeschwindigkeit

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des Ventilelementes 20 ebenfalls allmählich abnimmt, wie aus Figur 5 erkennbar ist. Dies bewirkt einen Gegenkoppelungseffekt bei der Einspeisung der Sekundärluft.

Figur 6 zeigt den Betriebszustand der Stellvorrichtung für den Fall, daß das Ventilelement 20 des Steuerventiles 10 den Auslaß 15 sperrt und daß der Stab 41 des Ventilantriebes 30 seine obere Endlage einnimmt. Wenn bei dieser Stellung das Ausgangssignal des Sauerstoffühlers vom fetten Signal zum mageren Signal wechselt, wie dies oben beschrieben wurde, wird das Magnetventil 31 von der elektronischen Steuerschaltung 80 ausgeschaltet, so daß der Unterdruckanschluß 53 geschlossen wird, während gleichzeitig die Haltespule 51 in der Arbeitskammer 38 erregt wird, so daß der Anker 50 im Gelenk 5OA geschwenkt und dadurch zum Stab 41 gezogen wird, der aufgrund der Tatsache, daß er seine obere Endstellung einnimmt, um seine Längsachse geneigt ist. Das vordere Ende des Ankers 50 wird um die Strecke L verschwenkt, bis es an der Seite des Stabes 41 anliegt. Vom angezogenen Anker 50 wird auf die Prallplatte 46 ein im Gegenuhrzeigersinn wirkendes Biegemoment um die Anlenkstelle 4 7A ausgeübt, so daß die Prallplatte 46 von der Unterdruckdüse 42 weggezogen und zur Einlaßdüse 59 bewegt wird. Die Einlaßdüse 59, die über ein Filter 60 in dauernder Verbindung mit der Atmosphäre steht, wirkt danach mit der Prallplatte 46 zusammen. In der Arbeitskammer 38 sinkt der Unterdruck, so daß die Membran 35 von der Vorspannkraft der Druckfeder 42 nach unten bewegt wird und dabei das Ventilelement 20 nach unten verstellt, so daß der Durchfluß der in das Auspuffrohr eingespeisten Sekundärluft allmählich zunimmt, und zwar entsprechend dem Kurvenabschnitt QR in Figur 5. Während das Ventilelement 20 nach unten verstellt wird, verringert die Prallplatte 46 allmählich den Abstand zur Einlaßdüse 59, so daß der Kurvenabschnitt QR einen solchen Verlauf hat, daß die Bewegungsgeschwindigkeit des Ventilelementes 20 allmäh-

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lieh abnimmt. Es findet somit ein Gegenkoppelungseffekt bei der Änderung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Abgases statt. Wenn dann die durch die Ansprechverzögerung des Sauerstoffühlers bis zum Wechsel vom fetten Signal zum mageren Signal und die übrigen erwähnten Ursachen bedingte Zeitverzögerung AT„ nach dem Zeitpunkt verstrichen ist, zu dem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases am Ort des Sauerstoffühlers den Wert des theoretischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses erreicht hat, wird die Haltespule 51 enterregt, so daß die Einspeisung von Sekundärluft in das Auspuffrohr 7 erneut abnimmt und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases gemäß dem Kurvenabschnitt RS in Figur 5 verringert wird, wobei wiederum die Gegenkoppelung wirksam ist.

Unter normalen Betriebsbedingungen, wenn die Schwankungen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des vom Vergaser 3 aufbereiteten Gemisches gering sind, wird somit das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases durch Gegenkoppelung entsprechend dem Regelverlauf Q, R, S, .... innerhalb eines schmalen Bereiches von ungefähr - 0,5 um das % _Λ entsprechende Luft-Kraftstoff-Verhältnis geregelt. Der Regelverlauf PQ ermöglicht es, daß die Einspeisung von Sekundärluft je nach den Anforderungen an die Leistung der Brennkraftmaschine in einem sehr weiten Bereich korrigiert bzw. geregelt werden kann, wobei der größte Regelbereich der größten Auslenkung der Membran 35 entspricht, die es ermöglicht, eine Regelung um ungefähr 6 Einheiten des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Abgases zu erreichen.

Der Regelverlauf Q, R, S, .... kann zur Anpassung an das Reinigungsverhalten und zur Erhöhung der Lebensdauer des Katalysators einer beliebigen geeigneten Kurve, beispielsweise einer Zick-Zack-Kurve oder einer Sägezahnkurve oder einer anderen zusammengesetzten Kurve folgen, die die gewünschten Regeleigenschaften ergibt. Der Kurvenverlauf kann durch

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entsprechende Bemessung des Durchmessers der Unterdruckdüse 52 und der Einlaßdüse 59 und des Abstandes zwischen diesen Düsen sowie des Verhältnisses der Schenkellängen der Prallplatte 46 und dergleichen bestimmt werden. Die Regelfrequenz liegt vorzugsweise im Bereich zwischen ungefähr 0,6 und 3 Hz. Der dargestellte sägezahnförmige Regelverlauf Q, R, S, .... hat den Vorteil, daß er die weiter oben beschriebenen Schwierigkeiten aufgrund der Kennlinien des Sauerstoff ühlers behebt.

Zur Berücksichtigung des Überschwingens des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Abgases über das theoretische Luft-Kraftstoff-Verhältnis aufgrund der Zeitverzögerung bis zum Wechsel des Signales des Sauerstoffühlers und dergleichen ist nämlich ein solcher Regelverlauf vorgesehen, daß die Änderungsgeschwindigkeit des Sekundärluftdurchflusses unmittelbar nach dem Wechsel des Signales des Sauerstoffühlers groß ist und aufgrund des Düse-Prallplatte-Systems danach abnimmt. Darüberhinaus hat die Durchflußänderungsgeschwindigkeit dann, wenn die Sekundärlufteinspeisung wieder erhöht wird, einen größeren Wert als dann, wenn die Sekundärlufteinspeisung verringert wird, so daß das überschwingen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Abgases, das aufgrund der Zeitverzögerung bis zum Wechsel vom fetten Signal zum mageren Signal des Sauerstoffühlers und dergleichen auftritt, nicht wesentlich größer ist, als das Überschwingen, das aufgrund der Zeitverzögerung Δ T₁ bis zum Wechsel vom mageren Signal zum fetten Signal und dergleichen auftritt. Ferner ist im Hinblick auf die Ausgangskennlinie des Sauerstoffühlers beim übergang von mager zu fett und von fett zu mager der Verlauf der Durchflußänderungsgeschwindigkeit für den Fall der Erhöhung der Sekundärlufteinspeisung und für den Fall der Verringerung der Sekundärlufteinspeisung so festgelegt, daß im ersten Fall die Durchflußänderungsgeschwindigkeit kleiner als im zweiten Fall ist, so daß das mittlere Luft-Kraftstoff-Ver-

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hältnis gemäß der Kurve D, das dem Mittelwert der eingespeisten Sekundärluftmenge entspricht, zum Ausgleich zu einem Wert verschoben ist, der einem fetteren Gemisch entspricht, wie dies in Figur 5 gezeigt ist.

Der beschriebene Verlauf der Änderungsgeschwindigkeit des Durchflusses der Sekundärluft kann auf folgende Weise erreicht werden. Während der Sauerstoffühler ein mageres Signal liefert und der Stab 41 angehoben wird, um die eingespeiste Sekundärluftmenge zu verringern, ist die Haltespule 51 enterregt und der Anker 50 vom Stab 41 entfernt. Demzufolge wird die Prallplatte 46 von der Blattfeder 4 7 (siehe Figur 3) mit ihrem vorderen Ende an der Anschlagschraube 48 anliegend gehalten. Da die Prallplatte 46 während des Anhebens des Stabes 41 um die Anschlagschraube 48 schwenkt, ist der Betrag, um den der der Unterdruckdüse 52 gegenüberliegende Abschnitt der Prallplatte 46 angehoben wird, kleiner als der Betrag, um den der Stab 41 angehoben wird. Das Verhältnis dieser Beträge ist beispielsweise 1/N. Der Wert N ist durch das Verhältnis zwischen der Länge der Prallplatte 46 und der Strecke von der Anschlagschraube 48 bis zur Unterdruckdüse 52 bestimmt. Wenn andererseits der Sauerstoffühler ein fettes Signal liefert und der Stab 41 beginnt, sich nach unten zu bewegen, um die Menge der eingespeisten Sekundärluft zu erhöhen, wird die Haltespule 51 erregt, so daß der Anker 50 gegen den Stab 41 angezogen wird, wobei zu diesem Zeitpunkt das vordere Ende der Prallplatte 46 von der Anschlagschraube 48 gelöst wird und danach die Prallplatte 46, der Anker 50 und der Stab 41 sich gemeinsam nach unten bewegen. In diesem Falle ist demzufolge der Betrag, um den sich der der Einlaßdüse 59 gegenüberliegende Abschnitt der Prallplatte 46 nach unten bewegt, gleich dem Betrag, um den sich der Stab 41 nach unten bewegt. Der maximale Betrag der Bewegung des Stabes 41 nach unten bis zu dem Zeitpunkt, zu dem die Prallplatte 46 die Einlaßdüse 59 erreicht, ist je-

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doch auf einen kleinen Wert festgelegt, der ungefähr eine Einheit des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses ausmacht, und zwar unabhängig von dem Betrag, um den sich der Stab .41 zuvor bis zum Wechsel des Ausgangssignales des Sauerstofffühlers nach oben bewegt hat, was im folgenden erläutert wird. Der Betrag, um den der Stab 41 und das zusammen mit diesem bewegte Ventilelement 20 bewegt werden, hängt ab vom Betrag, um den sich der der Unterdruckdüse 52 und der Einlaßdüse 59 gegenüberliegende Abschnitt der Prallplatte 4 6 bewegt, bis dieser Abschnitt an der Unterdruckdüse bzw. der Einlaßdüse anliegt. Während sich der Stab 41 nach oben bewegt, ist sein Bewegungsbetrag N-inal größer als der des der Unterdruckdüse gegenüberliegenden Abschnittes der Prallplatte 46. Dadurch wird eine geringere Änderungsgeschwindigkeit des Durchflusses der Sekundärluft erreicht, während die eingespeiste Sekundärluftmenge zunimmt, wie dies oben erläutert wurde. Darüberhinaus wird der Stab 41 allmählich schräggestellt, während er sich nach oben bewegt. Dies führt dazu, daß dann, wenn der Stab 41 um einen großen Betrag nach oben bewegt worden ist und sich die Prallplatte 46 nicht an der Unterdruckdüse befindet und wenn dann die Haltespule 51 erregt wird, das auf die Prallplatte 46 im Gegenuhrzeigersinn wirkende Moment stark ist, so daß die Prallplatte 46 um einen größeren Betrag verschwenkt wird. Wenn andererseits der Stab 41 nur um einen geringen Betrag nach oben bewegt worden ist und die Prallplatte 46 einen größeren Abstand von der Unterdruckdüse 42 hat und dann die Haltespule 51 erregt wird, ist das im Gegenuhrzeigersinn auf die Prallplatte 46 wirkende Moment klein, so daß die Prallplatte auch nur um einen geringen Betrag verschwenkt wird. Demzufolge wird beim Erregen der Haltespule die Prallplatte 46 immer in einen vorgegebenen Abstand von der Unterdruckdüse 52 gebracht. Mit anderen Worten heißt dies, daß die Prallplatte 46 zu diesem Zeitpunkt auch einen vorgegebenen Abstand von der Einlaßdüse 59 hat. Daher ist der Betrag, um den sich der Stab 41 danach

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nach unten bewegen kann, auf einen kleinen Wert festgelegt, wie er oben angegeben ist.

Im folgenden wird die Funktionsweise für den Fall erläutert, daß während der Beschleunigung des Kraftfahrzeuges bzw. während des Vollastbetriebes der Brennkraftmaschine das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des vom Vergaser 3 aufbereiteten Gemisches unmittelbar nach Aussendung des fetten Signales durch den Sauerstoffühler 70 stark verringert wird, so daß das gelieferte Gemisch fett ist und dadurch die Dauer T des fet-

ten Signales länger als die Bezugszeit T ist und es zu-

.KU

nächst nicht wieder zur Erzeugung des mageren Signales kommt. Wenn das magere Signal nicht innerhalb von 0,2 bis 0,3 see nach der Erzeugung des fetten Signales zum Zeitpunkt M (siehe Figur 5) vom Sauerstoffühler 70 geliefert wird, wird die Haltespule 51 von der Zeitsteuerung 83, die unter Bezugnahme auf Figur 4 erläutert wurde, enterregt. Durch die Unterbrechung der Stromzufuhr zur Haltespule 51 löst sich der Anker 50 vom Stab 41, so daß die Prallplatte 46 von der Blattfeder 47 verschwenkt und dadurch der Abstand zur Einlaßdüse 59 vergrößert wird. Dies hat zur Folge, daß durch die Einlaßdüse 59 Luft unter atmosphärischem Druck einströmen kann und sich der Unterdruck in der Arbeitskammer 38 schnell dem atmosphärischem Druck nähert, so daß die Membran 35 von der Vorspannkraft der Druckfeder 42 nach unten bewegt wird und das Ventilelement 20 des Steuerventiles 10 zur Bypassöffnung 18 verstellt wird. Die Verbindung zum Auslaß 15 wird daher schnell weit geöffnet, so daß die in das Auspuffrohr eingeleitete Sekundärluftmenge kräftig zunimmt, um dadurch das Luft-Kraftstoff-Verhältnis innerhalb kurzer Zeit auf das theoretische Luft-Kraftstoff-Verhältnis gemäß Kurve C zu bringen. Nachdem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases das theoretische Luft-Kraftstoff-Verhältnis erreicht hat, liefert der Sauerstoffühler abwechselnd das magere Signal und das fette Signal, so daß die Einspeisung von Sekundär-

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luft entsprechend dem Regelverlauf V, VJ, X, .... (siehe Figur 5) geregelt wird. Das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases wird mit Hilfe von Sekundärluft schnell auf das theoretische Luft-Kraftstoff-Verhältnis gebracht, da durch die vorstehend beschriebene Wirkung der Zeitsteuerung für schnelles Ansprechen auf eine Änderung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des vom Vergaser 3 gelieferten Gemisches gesorgt ist.

Im folgenden wird das Regelverhalten bei Laständerungen erläutert, d.h. die Regelung der Einspeisung der Sekundärluft bei Änderungen der von der Brennkraftmaschine angesaugten Luftmenge. Die Einspeisung der Sekundärluft in das Auspuffrohr muß in Abhängigkeit von der Drehzahl der Brennkraftmaschine und vom Unterdruck der Ansaugluft erfolgen. Beim beschriebenen Ausführungsbeispiel ist die Luftpumpe 13, die die Quelle für die Sekundärluft bildet, mit der Abtriebswelle der Brennkraftmaschine gekuppelt, so daß sie mit einer der Drehzahl der Brennkraftmaschine entsprechenden Drehzahl angetrieben wird und dadurch die drehzahlabhängige Regelung der Einspeisung von Sekundärluft automatisch erfolgt. Laständerungen werden bei der Regelung der Einspeisung der Sekundärluft entsprechend Änderungen der angesaugten Luftmenge vom unterdruckbetätxgten Ventil 22 berücksichtigt, das im Verbindungskanal 21 des Steuerventiles 10 angeordnet ist. Bei einer Zunahme des Unterdruckes der Ansaugluft wird eine zunehmend größere Menge der von der Luftpumpe 13 gelieferten Luft vom Einlaß 11 über das Ventil 22, das den Einlaß über den Verbindungskanal 21 mit der Bypassöffnung 18 verbindet, zur Bypassöffnung 18 geleitet, so daß dadurch die vom Auslaß 15 zum Auspuffrohr gelangende Sekundärluftmenge verringert wird. Die eingespeiste Sekundärluftmenge wird somit proportional zur Erhöhung oder Verminderung des Unterdruckes der Ansaugluft geregelt.

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Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Figuren 7 und 8 eine zweite Ausführungsform der Erfindung erläutert. Die zweite Ausführungsform unterscheidet sich von der in den Figuren 3 und 6 dargestellten Ausführungsform darin, daß zusätzlich ein Abschaltmechanismus vorgesehen ist, der die Einspeisung von Sekundärluft unterbrechen kann, damit der Katalysator vor Überhitzung geschützt wird. Im übrigen stimmt die zweite Ausführungsform mit der ersten Ausführungsform überein, so daß sich die folgende Beschreibung lediglich auf die zusätzlichen Elemente beschränkt. In Figur 7 ist ein Magnetventil 89 dargestellt, das zur Abschaltung der Sekundärlufteinspeisung dient und ein Ventilelement 90, eine Feder 91 sowie eine Magnetspule 92 umfaßt. Das Ventilelement wird normalerweise von der Feder 91 in einer Stellung gehalten, in der es einen Verbindungskanal 9 3 schließt, der zwischen dem Einlaß 11 des Steuerventils 10 und der atmosphärischen Kammer 8 3A des Ventilantriebes 3 0 verläuft. Die atmosphärische Kammer 38A des Ventilantriebes 30 ist ferner an ihrem zur Atmosphäre offenen Einlaß mit einer Drossel versehen. Wenn die Magnetspule 92 erregt wird, wird aufgrund der vorstehend beschriebenen Ausbildung das Ventilelement entgegen der Kraft der Feder 91 angezogen, so daß der Verbindungskanal 93 geöffnet wird und von der Luftpumpe 13 über die Leitung 12 gelieferte Luft in die atmosphärische Kammer 38A eingeleitet wird.

Figur 8 zeigt die elektronische Steuerschaltung 80 der zweiten Ausführungsform, wobei die Elemente 70, 80, 81, 82 und 8 3 identisch mit den entsprechenden Elementen der ersten Ausführungsform sind. Ein Ausgang der elektronischen Steuerschaltung 80 ist über eine Oderschaltung 94 an die Magnetspule 58 angeschlossen. Der andere Ausgang der Steuerschaltung 80 ist über eine Undschaltung 95 an die Haltespule 51 angeschlossen. Ferner sind vier Fühler vorgesehen, nämlich ein Kühlwassertemperaturfühler 98, ein Abgastemperaturfüh-

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ler 99, ein Vollastfühler 100 und ein Verzögerungsfühler 101. Diese Fühler stellen die Betriebszustände fest, bei denen die Einspeisung von Sekundärluft abgeschaltet werden soll, nämlich den Zustand, daß die Kühlwassertemperatur niedrig ist, den Zustand, daß das Abgas überhitzt ist, den Zustand, daß die Brennkraftmaschine mit Vollast betrieben wird, und den Zustand, daß eine Verzögerung erfolgt. Die Ausgänge der Fühler 98, 99, 100 und 101 sind an eine Abschaltsteuerschaltung 9 7 angelegt, deren Ausgangssignal den hohen Wert (logische "1") hat, wenn ein Betriebszustand vorliegt, bei dem die Sekundäriufteinspeisung abgeschaltet werden soll. Wenn kein solcher Zustand vorliegt, liegt somit an einem Eingang der Oderschaltung 94 eine "0" an, am einen Eingang der Undschaltung 95 über eine Nichtschaltung 96 eine "1" an und an der Magnetspule 92 eine "0" an. Demzufolge werden unter diesen Bedingungen die Magnetspule 58 und die Haltespule 51 mit den unveränderten Ausgangssignalen der elektronischen Steuerschaltung 80 gespeist. Da ferner das Magnetventil 89 geschlossen ist, arbeiten das Steuerventil 10 und der Ventilantrieb 30 in gleicher Weise wie beim vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel. Wenn jedoch ein Zustand vorliegt, bei dem die Sekundäriufteinspeisung abgeschaltet werden soll, liegt am einen Eingang der Oderschaltung 94 eine "1" an, am einen Eingang der Undschaltung über die Nichtschaltung 9 6 eine "0" und an der Magnetspule 9 2 eine "1" an. Dies hat zur Folge, daß die Magnetspule 58 unabhängig vom Ausgang der Steuerschaltung 80 ständig erregt ist, daß die Haltespule 51 unabhängig vom Ausgang der elektronischen Steuerschaltung 80 ständig enterregt ist und daß das Magnetventil 89 ständig geöffnet ist. Demzufolge wird die Arbeitskammer 38 des Ventilantriebes 30 ständig mit Unterdruck gespeist, während gleichzeitig unter Druck stehende Luft in die atmosphärische Kammer 38A eingeleitet wird, so daß die Membran 35 nach oben (in Figur 7) gedrückt wird. Da die Haltespule 51 enterregt ist, kann sich der Ventilschaft 20Ά frei bewegen und wird

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die Membran 35 nach oben ausgelenkt. Dementsprechend bewegt sich auch das Ventilelement 20 nach oben, so daß der Auslaß 15 geschlossen wird, so daß die gesamte durch den Einlaß 11 eintretende Sekundärluftmenge zur Bypassöffnung 18 geleitet wird und keine Sekundärlufteinspeisung erfolgt.

Die beschriebene Stellvorrichtung ist für eine Abgasreinigungsanlage bestimmt, bei der die Einspeisung von Sekundärluft in ein Auspuffrohr von einem Sauerstoffühler gesteuert wird, der die Sauerstoffkonzentration feststellt und im Abgasstrom einer Brennkraftmaschine angeordnet ist, und bei
der das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in einen Katalysator, der sich an das Auspuffrohr anschließt, einströmenden Abgases in einem vorgegebenen Bereich gehalten wird. Die Stellvorrichtung umfaßt ein Steuerventil, das den Durchfluß
steuert,·sowie einen Ventilantrieb, der das Steuerventil
steuert. Das Steuerventil umfaßt einen Einlaß, der an eine
Luftpumpe angeschlossen ist, ein Ventilelement, einen Auslaß, der an einen Auspuffkrümmer angeschlossen ist, sowie
eine Bypassöffnung, die an ein Luftfilter angeschlossen ist. Der Ventilantrieb wird von einer elektronischen Steuerschaltung angesteuert und umfaßt eine Arbeitskammer, die von einer Membran abgeteilt ist, die das Ventilelement betätigt,
eine ünterdruckdüse, die in Verbindung mit einem Ansaugkrümmer steht, eine Einlaßdüse, die in ständiger Verbindung mit der umgebenden Atmosphäre steht, sowie eine Prallplatte, die in der Arbeitskammer angeordnet ist und den Strömungswiderstand an der Unterdruckdüse und der Einlaßdüse entsprechend der Stellung des Ventilelementes in der Weise ändert, daß
dem Ausgangssignal des Sauerstoffühlers die Sekundärlufteinspeisung gegengekoppelt ist.

Die Erfindung kann auch in zahlreichen anderen Ausführungsformen als den vorstehend beschriebenen realisiert werden.
Aufgrund der vorstehenden Beschreibung ist es dem Fachmann

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möglich, zahlreiche Abwandlungen und Änderungen vorzunehmen, ohne den Rahmen der Erfindung- zu verlassen.

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Leerseite

Claims

Patentansprüche

Stellvorrichtung für eine Abgasreinigungsanlage, bei der die Einspeisung von Sekundärluft in ein Auspuffrohr von einem Sauerstoffühler gesteuert wird, der in der Abgasströmung einer Brennkraftmaschine angeordnet ist und die Sauerstoffkonzentration feststellt, und bei der das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in einen sich an das Auspuffrohr anschließenden Katalysator einströmenden Abgases in einem vorgegebenen Bereich gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellvorrichtung ein Steuerventil (10) zur Durchflußsteuerung sowie einen Ventilantrieb (30) zur Steuerung des Steuerventils umfaßt, daß das Steuerventil (10) einen Einlaß (11), der an eine Luftpumpe (13) angeschlossen ist, ein Ventilelement (20), einen Auslaß (15), der an einen Auspuffkrümmer (6) angeschlossen ist, sowie eine Bypassöffnung (18) aufweist, die mit einem Luftfilter (4) verbunden ist, und daß der Ventilantrieb (30) von einer elektronischen Steuerschaltung (80, 94 bis 97) angesteuert wird und eine Arbeitskammer (38), die von einer Membran (35) begrenzt wird, die das Ventilelement einstellt, eine in die Arbeitskammer mündende Unterdruckdüse (52) , die über ein mittels eines Ausgangssignales vom Sauerstoffühler (70) ein- und ausschaltbares Magnetventil (31) mit einem Ansaugkrümmer (2) verbunden

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ist, eine in die Arbeitskammer mündende Einlaßdüse (59), die in dauernder Verbindung mit der Atmosphäre steht, und einen Prallplattenmechanxsmus (41 bis 51) in der Arbeitskammer aufweist, der den Strömungswiderstand an der Unterdruckdüse und der Einlaßdüse entsprechend der Stellung des Ventilelementes in der Weise ändert, daß dem Ausgangssignal des Sauerstofffühlers die Sekundärluftexnspexsung gegengekoppelt ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Prallplattenmechanxsmus (41 bis 51) ein stabföriniges Steuerelement (41), das bewegbar mit dem Ventilelement (20) des Steuerventils (10) verbunden ist und dessen Achse sich während seiner Bewegung schrägstellen kann, eine vom Steuerelement mittels eines Halters (45) getragene Prallplatte (46), die nahe ihrem aufgehängten Ende über eine Blattfeder (47) mit dem Gehäuse (34) des Ventilantriebes (30) verbunden ist und mit ihrem freien Ende an einer in das Gehäuse geschraubten Anschlagschraube (43) anliegen kann und mit einem Abschnitt an ihrem freien Ende die Unterdruckdüse (52) und die Einlaßdüse (59) einstellen kann, sowie einen Anker (50) aufweist, der am mittleren Abschnitt der Prallplatte angebracht ist und von einer Haltespule (51) so angezogen werden kann, daß sich dadurch die Prallplatte und das Steuerelement als Einheit bewegen.
3. Stellvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerelement (41) von dünnen, plattenartigen Trägern (39, 40) getragen wird, deren Enden an der linken und der rechten Wand des Gehäuses (34) befestigt sind.
4. Stellvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Prallplatte (46) während der Bewegung des Steuerelementes (41) um die Anschlagschraube (48) schwenkt, wenn die Haltespule (51) nicht erregt ist,

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und daß sich die Prallplatte zusammen mit dem Steuerelement bewegt, wenn die Haltespule erregt ist.
5. Stellvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlagschraube (48) relativ zum Gehäuse (34) schraubend verstellt werden kann und dadurch den Abstand zwischen der Prallplatte (46) und der Unterdruckdüse (52) sowie zwischen der Prallplatte (46) und der Einlaßdüse (59) einstellt.
6. Stellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Steuerschaltung (80, 94 bis 97) bei Empfang eines Ausgangssignales vom Sauerstofffühler (70) eine Magnetspule (58) im Magnetventil (31) und eine Haltespule (51) ansteuert, die einen Anker (50) anziehen kann, der an einer Prallplatte (46) angebracht ist, so daß dadurch die Prallplatte und ein stabförmiges Steuerelement (41), die beide am Gehäuse (34) des Ventilantriebes

(30) angebracht sind und den Prallplattenmechanismus (41 bis 45) bilden, als Einheit bewegbar werden.
7. Stellvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Steuerschaltung (80, 94 bis 97) eine Zeitsteuerung (83) umfaßt, die den Ventilantrieb (30) in der Weise steuert, daß der Durchfluß der in das Auspuffrohr (7) eingeleiteten Sekundärluft maximal oder minimal gemacht wird, wenn sich das Ausgangssignal des Sauerstoff ühlers (70) während einer vorgegebenen Zeitdauer (T ) nicht ändert.
8. Stellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß das Steuerventil (10) mit einem Ventil (22) versehen ist, das vom Ansaugunterdruck der Brennkraftmaschine (1) gesteuert wird.

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9. Stellvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das unterdruckgesteuerte Ventil (22) in einem Verbindungskanal (21) angeordnet ist, über den eine direkte Verbindung zwischen dem Einlaß (11) und der Bypassöffnung (18) herstellbar ist.
10. Stellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet , daß das Steuerventil (10) mit einem Abschaltmechanismus (94 bis 97) zum Abschalten der Sekundärluf teinspeisung versehen ist, der den Einlaß (11) mit einer atmosphärischen Kammer (38A) des Ventilantriebes (30) verbindet, wenn die Betriebsbedingungen eine Abschaltung der Sekundärlufteinspeisung erfordern.

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