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BESCHREIBUNG
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Die Erfindung betrifft eine Abgas-Steuervorrichtung für Brennkraftmaschinen
gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.
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Es ist bekannt, Brennkraftmaschinen mit einem abgasgetriebenen Turbolader
auszurüsten, um die Leistung der Maschine zu steigern. Wenn die Abgase die Turbine
des Tuboladers durchlaufen, so nimmt ihre Temperatur im allgemeinen um etwa 100"C
ab, da die Abgase beim Antreiben der Turbine eine erhebliche Wärmemenge verlieren.
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Falls die Brennkraftmaschine mit einem katalytischen Konverter zur
Abgasentgiftung versehen ist, so ist der Konverter stromabwärts der Turbine des
Turboladers in dem Abgaskanal angeordnet. Die Temperatur des Konverters muß oberhalb
eines bestimmten Wertes gehalten werden, damit eine ausreichende Wirksamkeit des
katalytischen Konverters gewährleistet ist. Durch den Temperaturverlust der Abgase
in der Turbine kann die Temperatur des Konverters bei bestimmten Betriebsbedingungen
der Brennkraftmaschine, beispielsweise bei niedriger Drehzahl oder geringer Last,
unter die erforderliche Betriebstemperatur des Konverters absinken, so daß die Wirksamkeit
des katalytischen Konverters beeinträchtigt wird.
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Die Erfindung ist auf die Schaffung einer Abgas-Steuervorrichtung
für eine Brennkraftmaschine mit einem Turbolader und einem stromabwärts desselben
angeordneten katalytischen Konverter gerichtet, die gewährleistet, daß die Wirkung
des Konverters nicht durch den Turbolader beeinträchtigt wird.
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Die Erfindung ergibt sich im einzelnen aus dem kennzeichnenden Teil
des Hauptanspruchs. Vorteilhafte Ausgestal-
tungen der Erfindung
sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Die erfindungsgemäße Steuervorrichtung umfaßt einen Temperaturfühler
zur Abtastung der Temperatur des katalytischen Konverters. Eine Umgehungs-Einrichtung
gestattet es, zumindest einen Teil der Abgase stromaufwärts der Turbine des Turboladers
abzuleiten und stromabwärts der Turbine aber stromaufwärts des Konverters wieder
in den Abgaskanal einzuleiten. Die Umgehungs-Einrichtung wird durch eine auf die
abgetastete Konverter-Tempertur ansprechende Einrichtung in der Weise gesteuert,
daß ein Teil der Abgase die Turbine umgeht, wenn die abgetastete Temperatur unter
einen vorgegebenen Wert absinkt.
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Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung
anhand der Zeichnungen näher erläutert.
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Fig. 1 bis 3 zeigen jeweils schematisch eine Brennkraftmaschine mit
Turbolader und katalytischem Abgas-Konverter und mit einer Abgas-Steuervorrichtung
gemäß einem ersten, zweiten bzw. dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Gemäß Fig. 1 umfaßt eine Brennkraftmaschine 10 Brennkammern 11 und
einen zu den Brennkammern führenden Ansaugkanal 12 zur Einleitung von Luft in die
Brennkammern 11.
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Ein von den Brennkammern 11 ausgehender Abgaskanal 13 dient zur Ableitung
der Abgase aus den Brennkammern an die Atmosphäre. In üblicher Weise sind Einlaßventile
14 an den Einmündungen des Ansaugkanals 12 in die Brennräume 11 und Auslaßventile
15 an den Einmündungen des Abgaskanals 13 in die Brennräume angeordnet. In Fig.
1 ist nur ein einzelner Brennraum mit einem Einlaß- und
einem Auslaßventil
14,15 dargestellt. Eine Drosselklappe 16 zur Dosierung der Luftzufuhr zu den Brennräumen
11 ist in dem Ansaugkanal 12 angeordnet.
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Ein Turbolader 20 umfaßt eine Turbine 21 und einen Kompressor 22.
Die Turbine 21 ist in dem Abgaskanal 13 angeordnet und wird in bekannter Weise durch
die von den Brennräumen 11 abgegebenen Abgase angetrieben. Der Kompressor 22 ist
stromaufwärts der Drosselklappe 16 in dem Ansaugkanal 12 angeordnet. Der Kompressor
22 und die Turbine 21 sind auf einer gemeinsamen Welle oder Achse montiert, so daß
der Kompressor 22 durch die Turbine 21 angetrieben wird. Durch die Rotation des
Kompressors 22 werden die Brennräume 11 mit Druckluft aufgeladen.
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Ein erster Umgehungskanal 23 ist derart an den Abgaskanal 13 angeschlossen,
daß er die Turbine 21 umgeht. Ein in dem Umgehungskanal 23 angeordnetes, als Flügelventil
oder Pendelventil ausgebildetes erstes Umgehungsventil 24 dient zum öffnen und Verschließen
oder zum Einstellen des effektiven Querschnitts des Umgehungskanals 23. Wenn das
Umgehungsventil 24 den Umgehungskanal 23 verschließt, durchläuft das gesamte aus
den Brennräumen 11 ausgestossene Abgas die Turbine 21, und die Turbine wird durch
die durchströmenden Abgase angetrieben. Wenn das Umgehungsventil 24 den ersten Umgehungskanal
23 geöffnet hält, kann ein Teil der Abgase die Turbine 21 durch den Umgehungskanal
23 umgehen.
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Ein erstes druckabhängiges Stellglied 25 steht mit dem Ansaugkanal
12 stromabwärts des Kompressors 22, aber stromaufwärts der Drosselklappe 16 in Verbindung,
so daß es den Ausgangsdruck des Kompressors 22, d.h., den Druck in dem Ansaugkanal
12 stromabwärts des Kompressors abtastet. Das Stellglied 25 ist durch ein Gestänge
26 mit dem Umgehungsventil 27 verbunden und steuert das
Umgehungsventil
24 in Abhängigkeit von dem abgetasteten Luftdruck. Wenn der Druck der verdichteten
Luft, d.h., der Ausgangsdruck des Kompressors 22 einen vorgegebenen, einer Überladung
entsprechenden Wert übersteigt, bewirkt das Stellglied 25 das öffnen des Umgehungskanals
23 durch das Stellglied 24. Wenn der Druck der komprimierten Luft unterhalb des
vorgegebenen Wertes liegt, hält das Stellglied 25 das Umgehungsventil 24 geschlossen,
so daß der Umgehungskanal 23 versperrt ist. Durch das öffnen des Umgehungskanals
23 wird die Abgasströmung zu der Turbine 21 und damit die Ausgangsleistung der Turbine
verringert, so daß die Leistung des Kompressors 22 abnimmt und der Ausgangsdruck
unter den vorgegebenen Wert absinkt. Auf diese Weise wird der Druck der komprimierten
Luft im allgemeinen unterhalb des vorgegebenen Wertes gehalten, bei dem ein überladen
auftreten könnte. Wenn der Umgehungskanal 23 blockiert ist, wird normalerweise das
gesamte, aus den Brennräumen 11 ausgestoßene Abgas auf die Turbine 21 geleitet,
so daß die Turbine mit größtmöglicher Geschwindigkeit angetrieben wird.
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Das Stellglied 25 umfaßt ein erstes Gehäuse 27, eine Membran 28 und
eine Feder 29. Die verformbare oder bewegliche Membran 28 unterteilt das Innere
des Gehäuses 27 in eine Bezugskammer 30 und eine Arbeitskammer 31. Die Bezugskammer
30 wird mit einem konstanten Bezugsdruck, beispielsweise dem Atmosphärendruck beaufschlagt,
während die Arbeitskammer 31 durch eine öffnung des Gehäuses 27 mit dem Druck der
komprimierten Luft beaufschlagt wird.
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Auf diese Weise verformt und bewegt sich die Membran 28 entsprechend
der Differenz zwischen dem Bezugsdruck und dem Druck der komprimierten Luft. Die
Feder 29 ist in der Bezugskammer 30 zwischen der Wand des Gehäuses 27 und der Membran
28 angeordnet, so daß sie die Membran 28 in bezug auf das Gehäuse 27 vorspannt.
Die Membran 28 ist mit dem Gestänge 26 verbunden, so daß sie über das Ge-
stänge
26 das Umgehungsventil 24 betätigt. Wenn der Druck der komprimierten Luft den vorgegebenen
Wert übersteigt, betätigt die Membran 28 das Umgehungsventil 24 im Sinne einer öffnung
des Umgehungskanals 23. Wenn der Druck der komprimierten Luft unterhalb des vorgegebenen
Wertes liegt, hält die Membran 28 das Umgehungsventil 24 geschlossen, so daß der
Umgehungskanal 23 blockiert ist.
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Ein katalytischer Konverter 33 ist stromabwärts der Turbine 21 und
der Anschlußstelle des ersten Umgehungskanals 23 in dem Abgaskanal 13 angebracht.
Bevor das aus den Brennräumen 11 ausgestoßene Abgas an die Atmosphäre abgegeben
wird, wird es in dem katalytischen Konverter 35 einer katalytischen Behandlung unterzogen,
bei der insbesondere in dem Abgas enthaltene umweltschädliche Substanzen, wie unverbranntes
Benzin (HC), Kohlenmonoxid (CO) und/oder Stickoxide (NOx) in unschädliche Substanzen
wie etwa Wasser (H2O), Kohlendioxid (wo2) und/oder molekularen Stickstoff (N2) umgewandelt
werden. Der Konverter 35 arbeitet zufriedenstellend nur oberhalb einer bestimmten
Temperatur. Die Temperatur des Konverters 35 sollte daher oberhalb dieses Wertes
gehalten werden.
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Ein zweiter Umgehungskanal 40 ist derart an den Abgaskanal 13 angeschlossen,
daß er ebenfalls die Turbine 21 umgeht.
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Stromaufwärts der Turbine 21 ist die Verbindung des Abgaskanals 13
mit dem zweiten Umgehungskanal 40 stromaufwärts der Verbindung mit dem ersten Umgehungskanal
23 angeordnet.
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Die Verbindung des zweiten Umgehungskanals 40 mit dem Abgaskanal 13
stromabwärts der Turbine 23 befindet sich stromabwärts der Einmündung des ersten
Umgehungskanals 23, aber stromaufwärts des Konverters 35. Ein zweites, in dem zweiten
Umgehungskanal 40 angeordnetes Umgehungsventil 41 dient zum öffnen oder Verschließen
des zweiten Umgehungskanals 40. Wenn das zweite Umgehungsventil 41 den zweiten Umgehungskanal
40 geöffnet hält, kann zumin-
dest ein Teil der aus den Brennräumen
11 ausgestoßenen Abgase die Turbine 21 durch den zweiten Umgehungskanal 40 umgehen.
Wenn das zweite Umgehungsventil 41 den Umgehungskanal 40 geschlossen hält, strömt
das gesamte Abgas durch die Turbine 21, vorausgesetzt, daß auch der erste Umgehungskanal
23 durch das erste Umgehungsventil 24 geschlossen wird.
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Das zweite Umgehungsventil 41 wird durch ein zweites druckabhängiges
Stellglied 42 gesteuert. Das Stellglied 42 umfaßt ein festes Gehäuse 43, eine Membran
44, eine Feder 45 und einen Stößel 46. Die Membran 44 unterteilt das Innere des
Gehäuses 43 in eine Bezugskammer 47 und eine Arbeitskammer 48.und ist entsprechend
der Druckdifferenz zwischen den Kammern 47 und 48 verformbar und beweglich.
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Die Bezugskammer 47 steht über eine Öffnung des Gehäuses 43 mit der
Atmosphäre in Verbindung. Die Arbeitskammer 48 wird auswahlweise entweder annähernd
auf Atmosphärendruck oder auf einem vorgegebenen Unterdruck gehalten, wie nachfolgend
noch näher erläutert wird. Der Stößel 46, an dem das zweite Umgehungsventil 41 fest
montiert ist, ist an der Membran 44 betestigt, so daß die Verschiebung der Membran
44 zu einer Bewegung des zweiten Umgehungsventils 41 führt. Die Feder 45 ist innerhalb
der Arbeitskammer 48 zwischen der Wand des Gehäuses 43 und der Membran 44 abgestützt
und spannt die Membran 44 in Schließrichtung des zweiten Umgehungsventils 41 vor.
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Wenn die Arbeitskammer 48 annähernd auf Atmosphärendruck gehalten
wird, hält die Kraft der Feder 45 die Membran 44 in einer Stellung, in der das zweite
Umgehungsventil 41 den zweiten Umgehungskanal 40 verschließt. Wenn in der Arbeitskammer
41 der vorgegebene Unterdruck erzeugt wird, wird die Membran 44 entgegen der Kraft
der Feder 45 aus der oben beschriebenen Stellung in eine andere Position verschoben,
in der das Ventil 41 den zweiten Umgehungskanal 40 öffnet.
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Eine Druck-Steuereinrichtung 50 dient dazu, das zweite Stellglied
42 steuerbar entweder mit Atmosphärendruck oder dem vorgegebenen Unterdruck zu versorgen.
Die Steuereinrichtung 50 umfaßt ein Vakuum-Dosierventil 51 und ein elektrisch betätigtes
Ventil 52.
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Das Vakuum-Dosierventil 51 umfaßt ein Gehäuse 53, eine Membran 54,
einen Ventilkörper 55 und Federn 56 und 57.
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Die Membran 54 unterteilt das Innere des Gehäuses 53 in eine Primärkammer
58 und eine Sekundärkammer 59 und ist entsprechend der Druckdifferenz zwischen den
Kammern 58 und 59 beweglich. Die Feder 56 ist in der Primärkammer 58 zwischen der
Wand des Gehäuses 53 und der Membran 54 abgestützt. Die andere Feder 57 ist in der
Sekundärkammer 59 zwischen der Wand des Gehäuses 53 und der Membran 54 abgestützt.
Durch die Federn 56 und 57 wird die Membran 54 in bezug auf das Gehäuse 53 vorgespannt.
Ein Ende eines Vakuumkanals 60 ist stromabwärts der Drosselklappe 16 mit dem Ansaugkanal
12 verbunden. Das andere Ende des Vakuumkanals 60 erstreckt sich zu der Sekundärkammer
59 und steht mit dieser über eine Drosselbohrung 61 in Verbindung, so daß die Sekundärkammer
59 über den Vakuumkanal 60 mit dem Vakuum in dem Ansaugkanal 12 stromabwärts der
Drosselklappe 16, d.h., dem Ansaug-Unterdruck versorgt wird. Der Ventilkörper 55
ist an der Membran 54 befestigt und zusammen mit dieser beweglich.
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Die Stellungen des Ventilkörpers 55 relativ zu dem offenen Ende des
Vakuumkanals 60 sind derart gewählt, daß die Drosselbohrung 61 oder das offene Ende
des Vakuumkanals 60 sich durch die Bewegung des Ventilkörpers 55 öffnen und verschließen
läßt. Die Primärkammer 58 steht über eine öffnung des Gehäuses 53 mit der Atmosphäre
in Verbindung, so daß sie konstant auf Atmosphärendruck gehalten wird. Wenn der
Druck in der Sekundärkammer 59 unter einen vorgegebenen Wert von beispielsweise
-120 mm Eg (bezogen auf den Atmosphärendruck) absinkt, bewegt sich
die
Membran 54 so weit in Richtung auf die Sekundärkammer 59, daß der Ventilkörper 55
die Drosselbohrung 61, d.h., das offene Ende des Vakuumkanals 60 verschließt und
so einen weiteren Abfall des Druckes in d r Sekundärkammer 59 verhindert. Wenn der
Druck in der Sekundärkammer 59 über den voreingestellten Wert ansteigt, bewegt sich
die Membran 54 von der Sekundärkammer 59 weg, so daß der Ventilkörper 55 die Drosselbohrung
61 oder das offene Ende des Vakuumkanals 60 öffnet und so die Sekundärkammer mit
dem Ansaug-Unterdruck verbindet und einen weiteren Anstieg des Druckes in der Sekundärkammer
verhindert. Auf diese Weise wird der Druck in der Sekundärkammer 29 normalerweise
im wesentlichen auf dem voreingestellten Wert gehalten. Unter bestimmten Umständen
kann jedoch der Druck in der Sekundärkammer 59 über den voreingestellten Wert ansteigen,
wie später noch näher erläutert wird. Die Sekundärkammer 59 ist über einen Steuerkanal
62 mit der Arbeitskammer 48 des zweiten Stellgliedes 42 verbunden.
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Das elektrisch betätigte Ventil 52 umfaßt ein Gehäuse 63, eine Membran
64, einen Ventilkörper 65, eine Rückholfeder 66 und eine Spule 67. Das Gehäuse 63
ist an dem Gehäuse 53 des Vakuum-Dosierventils 51 befestigt. Die Membran 64 ist
verformbar oder beweglich und begrenzt einen Teil einer Atsmosphären-Kammer 68 innerhalb
des Gehäuses 63.
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Der Ventilkörper 65 ist an der Membran 64 befestigt und somit gemeinsam
mit dieser beweglich. Der Ventilkörper 65 besteht aus magnetischem Material und
ist nahe der Spule 67 angebracht, so daß er durch die an dem Gehäuse 63 befestigte
Spule bewegt werden kann. Die Rückholfeder 66 ist zwischen der Wand des Gehäuses
63 und dem Ventilkörper 65 abgestützt und spannt den Ventilkörper 65 zu der von
der Spule 67 abgewandten Seite vor. Wenn die Spule 67 erregt wird, wird der Ventilkörper
65 entgegen der Kraft der Rückholfeder 66 in Richtung auf die Spule 67 angezogen.
Nach dem Entregen der Spule 67 wird der
Ventilkörper 65 durch die
Rückholfeder 66 von der Spule weg bewegt. Die Atmosphären-Kammer 68 steht über eine
Atmosphären-Leitung 69 mit dem Ansaugkanal 12 stromaufwärts des Kompressors 22 in
Verbindung und wird durch diesen mit Luft unter Atmosphärendruck versorgt.
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Ein Ende einer Zweigleitung 70 ist an den Steuerkanal 62 angeschlossen.
Das andere Ende der Zweigleitung 70 ist über eine dem Ventilkörper 65 zugewandte
Ventil-Offnung 71 in die Atmosphären-Kammer 68 geöffnet. Die Position der öffnung
71 in bezug auf den Ventilkörper 65 ist derart gewählt, daß der Ventilkörper 65
bei entregter Spule 67 die öffnung 71 verschließt und bei erregter Spule 67 die
Öffnung 71 freigibt.
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Wenn die Spule 67 entregt und somit die öffnung 71 durch den Ventilkörper
65 geschlossen ist, ist die Verbindung zwischen dem Steuerkanal 62 und der Atmosphären-Kammer
68 über die Zweigleitung 70 unterbrochen, so daß die Arbeitskammer 48 unmittelbar
durch den Unterdruck in der Sekundärkammer 59 beaufschlagt wird. Die Vakuumversorgung
der Arbeitskammer 48 des zweiten Stellgliedes 42 führt dazu, daß das zweite Umgehungsventil
41 den zweiten Umgehungskanal 40 öffnet. Auf diese Weise wird der zweite Umgehungskanal
40 durch das Umgehungsventil 41 offengehalten, wenn die Spule 67 entregt ist. Wenn
die Spule 67 erregt und somit die Öffnung 71 geöffnet wird, besteht eine Verbindung
zwischen dem Steuerkanal 62 und der Atmosphären-Kammer 68, so daß Luft unter Atmosphärendruck
in den Steuerkanal 62 und die Arbeitskammer 48 eindringt. Dies führt zu einem Anstieg
des Druckes in der Arbeitskammer 48 auf annähernd Atmosphärendruck, und der zweite
Umgehungskanal 40 wird durch das Umgehungsventil 41 geschlossen. Obgleich in diesem
Fall die Drosselbohrung 61 aufgrund des sich ergebenden Druckanstiegs in der Sekundärkammer
59 geöffnet ist, wird die Arbeitskammer 48 annähernd auf
Atmosphärendruck
gehalten, da der wirksame Querschnitt der Ventil-öffnung 71 derart gewählt ist,
daß Luft in ausreichendem Maße durch die Öffnung 71 in den Steuerkanal 62 nachströmt.
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Ein Temperaturfühler 75 ist zur Abtastung der Temperatur an dem katalytischen
Konverter 35 angebracht. Der Temperaturfühler 75 umfaßt eine Reihenschaltung aus
einem wärmeempfindlichen Element, einem Widerstand und einer Konstantspannungsquelle.
Der Widerstandswert des wärmeempfindlichen Elements ist in Abhängigkeit von der
Temperatur dieses Elements veränderlich. Das wärmeempfindliche Element ist derart
angeordnet, daß es der Temperatur des katalytischen Konverters 35 ausgesetzt ist.
Somit ändert sich der Widerstandswert des Elements und damit der Spannungsabfall
über diesem Element als Funktion der Temperatur des katalytischen Konverters 35.
Der Spannungsabfall über dem wärmeempfindlichen Element ist das Ausgangssignal des
Temperaturfühlers 75, das die Temperatur des Konverters 35 angibt.
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Eine Steuereinheit 76 dient zur Steuerung der Spule 67 in Abhängigkeit
von dem Ausgangssignal des Temperaturfühlers 75. Die Steuereinheit 76 umfaßt einen
Komparator.
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Der erste Eingang des Komparators ist mit der Ausgangsklemme des Temperaturfühlers
75 verbunden und nimmt dessen Ausgangssignal auf, das der Temperatur des Konverters
35 entspricht. An der zweiten Eingangsklemme des Komparators liegt eine Bezugsspannung
an. Der Komparator erzeugt ein binäres Ausgangssignal, das einen hohen Wert aufweist,
wenn die Temperatur des Konverters 35 oberhalb eines durch die Bezugsspannung bestimmten
vorgegebenen Wertes liegt, und andernfalls einen niedrigen Wert aufweist.
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Die Steuereinheit 67 liefert das binäre Ausgangssignal des Komparators
an die Spule 67. Somit wird die Spule 67 durch die Steuereinheit 76 erregt, wenn
die Temperatur des
Konverters 35 oberhalb des vorgegebenen Wertes
liegt, während im anderen Fall die Spule 67 entregt ist. Die an dem Komparator anliegende
Bezugs spannung wird in diesem Fall derart gewählt, daß die den Schaltpunkt des
Komparators bestimmende Temperatur innerhalb des Betriebs-Temperaturbereichs des
Konverters 35 liegt.
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Wenn die Brennkraftmaschine 10 mit geringer Drehzahl oder mit geringer
Last läuft, ist der Druck der komprimierten Luft im allgemeinen kleiner als der
einer Uberladung entsprechende Wert, und das erste Umgehungsventil 24 hält den ersten
Umgehungskanal 23 geschlossen. Falls auch der zweite Umgehungskanal 40 durch das
zweite Umgehungsventil 41 verschlossen ist, wird in diesem Fall das gesamte aus
den Brennräumen 11 ausgestoßene Abgas zum Antrieb der Turbine auf die Turbine 21
geleitet, bevor es in den katalytischen Konverter 35 eintritt. Im allgemeinen verlieren
die Abgase eine erhebliche Wärmemenge oder kinetische Energie, während sie die Turbine
21 antreiben. Wenn sämtliche Abgase du.rch die Turbine 21 strömen, kann daher die
Temperatur der die Turbine 21 verlassenden und in den Kondensator 35 eintretenden
Abgase auf einen solchen Wert absinken, daß sich der Konverter 35 unter seine vorgegebene
Betriebstemperatur abkühlt. Sobald die Temperatur des Konverters 35 unter die vorgegebene
Temperatur absinkt, wird durch die Steuereinheit 76 die Spule 67 entregt.
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Hierdurch öffnet das zweite Umgehungsventil 41 den zweiten Umgehungskanal
40, so daß zumindest ein Teil der aus den Brennräumen 11 ausgestoßenen Abgase die
Turbine 21 durch den zweiten Umgehungskanal 40 umgeht und so den Konverter 35 ohne
Wärmeverlust erreicht. Dadurch erhöht sich die Temperatur des in den Konverter 35
eintretenden Abgases, so daß die Temperatur des Konverters wieder über den vorgegebenen
Wert ansteigt. Wenn die Temperatur des Konverters den vorgegebenen Wert wieder überschreitet,
wird durch die Steuereinheit 76 die Spule 67 erregt und dadurch
der
Umgehungskanal 40 mit Hilfe des Umgehungsventils 41 geschlossen, so daß sämtliche
aus den Brennräumen ausgestoßenen Abgase auf die Turbine 21 geleitet werden und
diese mit größtmöglichem Drehmoment antreiben. Durch die oben beschriebenen Steuervorgänge
wird die Temperatur des katalytischen Konverters 35 nahe bei dem vorgegebenen Wert
gehalten, der innerhalb des Betriebstemperatur-Bereichs des Konverters liegt. Wenn
die Brennkraftmaschine 10 mit hoher Drehzahl oder bei hoher Last läuft, liegt der
Druck der komprimierten Luft normalerweise oberhalb der überladungs-Schwelle, so
daß das erste Umgehungsventil 24 normalerweise den ersten Umgehungskanal 23 geöffnet
hält. Ein Teil der aus den Brennräumen ausgestoßenen Abgase umgeht daher die Turbine
21 durch den ersten Umgehungskanal 23, damit ein überladen vermieden wird. Bei hoher
Drehzahl oder hoher Last ist die Temperatur des Abgases naturgemäß verhältnismäßig
hoch und es wird eine verhältnismäßig große Abgasmenge ausgestoßen, so daß die Temperatur
des Konverters 35 oberhalb des vorgegebenen Wertes gehalten wird, obgleich der erste
Umgehungskanal 23 geöffnet ist und ein Teil der Abgase die Turbine 21 umgeht. In
diesem Fall wird aufgrund der hohen Temperatur des Konverters 35 der zweite Umgehungskanal
40 durch das zweite Umgehungsventil 41 geschlossen gehalten, so daß die der Turbine
21 zugeführte Abgasmenge nicht zu stark verringert wird.
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Figur 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung, das mit
Ausnahme der nachfolgend beschriebenen Änderungen ähnlich dem ersten Ausführungsbeispiel
aufgebaut ist. Die Steuervorrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel umfaßt
einen Komparator 80 und ein spulenbetätigtes Stellglied 81. Die erste Eingangsklemme
des Komparators 80 ist mit der Ausgangsklemme des Temperatur fühlers 75 verbunden
und nimmt das der Temperatur des katalytischen Konverters 35 entsprechende Signal
auf. An der zweiten Eingangsklemme des Komparators 80 liegt eine Bezugsspannung
VREF
an. Der Komparator 80 erzeugt ein binäres Ausgangssignal, das einen niedrigen Wert
aufweist, wenn die Temperatur des Konverters 35 einen durch die Bezugs spannung
VREF vorgegebenen Wert überschreitet, und anderenfalls einen niedrigen Wert aufweist.
Die Ausgangsklemme des Komparators 80 ist elektrisch mit dem spulenbetätigten Stellglied
81 verbunden, so daß das Stellglied 81 durch das binäre Signal gesteuert wird. Die
Spule des Stellgliedes 81 wird bei einem hohen Wert des Ausgangssignals des Komparators
80 erregt und bei einem niedrigen Wert dieses Signals entregt. Das Stellglied 81
steuert das zweite Umgehungsventil 41, mit dem es mechanisch verbunden ist. Das
zweite Umgehungsventil 41 bildet in Verbindung mit dem Stellglied 81 ein übliches
EIN-AUS-Spulenventil, das den Umgehungskanal 40 bei entregter Stellglied-Spule schließt
und bei erregter Spule öffnet. Ähnlich wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel hält
daher das zweite Umgehungsventil 41 die zweite Umgehungsleitung 40.geschlossen,
wenn die Temperatur des Konverters 35 oberhalb des vorgegebenen Wertes liegt, während
es den Umgehungskanal 40 öffnet, wenn die Temperatur des Konverters 35 unter den
vorgegebenen Wert absinkt.
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Figur 3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindungs, das
sich in den nachfolgend beschriebenen Merkmalen von dem ersten Ausführungsbeispiel
unterscheidet. Die Vorrichtung nach dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung
umfaßt einen elektrischen Motor 100, der zur Betätigung des zweiten Umgehungsventils
41 mechanisch mit diesem verbunden ist. Die Verbindung des Motors 100 mit dem zweiten
Umgehungsventil 41 umfaßt eine Kupplung, die die Drehbewegung des Motors 100 in
eine lineare oder axiale Bewegung des Umgehungsventiles 41 umsetzt. In diesem Fall
ist der Öffnungsgrad des Umgehungsventils 41, d.h., die Stellung dieses Ventils
mit Hilfe einer nachfolgend beschriebenen Servo-Einrichtung oder Rückkopplungssteuerung
ent-
sprechend der Temperatur des katalytischen Konverters 35 stetig
veränderbar.
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Die Eingangsklemme eines Funktionsgenerators 102 ist mit der Ausgangsklemme
des Temperaturfühlers 75 verbunden und nimmt das die Temperatur des Konverters 35
anzeigende Spannungssignal auf. Der Funktionsgenerator 102 umfaßt einen Analog/Analog-
oder Spannungs/Spannungs-Wandler, der das Temperatursignal in ein als Funktion der
Temperatur des Konverters 35 veränderliches Spannungssignal umwandelt, das einer
gewünschten Stellung des zweiten Umgehungsventils 41 entspricht. Ein Potentiometer
104 ist zur Abtastung der Position des Umgehungsventils 41 mechanisch mit dem Umgehungsventil
verbunden. Die Ausgangsspannung des Potentiometers 104 ist als Funktion der Stellung
des Umgehungsventils 41 veränderlich und gibt somit die tatsächliche Stellung des
Umgehungsventils an.
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Eine erste Eingangsklemme eines Differenzverstärkers 106 ist mit dem
Funktionsgenerator 102 verbunden und nimmt das der Soll-Stellung des Umgehungsventils
41 entsprechende Spannungssignal auf. Eine zweite Eingangsklemme des Differenzverstärkers
106 ist mit der Ausgangsklemme des Potentiometers 104 verbunden und nimmt das der
Ist-Position des Umgehungsventils 41 entsprechende Spannungssignal auf. In Abhängigkeit
von den Ist- und Soll-Positionssignalen erzeugt der Differenzverstärker 106 eine
Spannung, die als Funktion der Differenz zwischen der Ist-Position und der Soll-Position
des Umgehungsventils 41 veränderlich ist und somit diese Differenz angibt. Die Eingangsklemme
eines Treibers oder Verstärkers 108 ist mit der Ausgangsklemme des Differenzverstärkers
106 verbunden und nimmt das der Differenz zwischen Ist- und Soll-Stellung des Umgehungsventils
entsprechende Signal auf.
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Die Ausgangsklemme des Treibers oder Verstärkers 108 ist zur Steuerung
des Motors 100 elektrisch mit dem Motor
verbunden. Der Treiber
108 wandelt das Differenzsignal des Differenzverstärkers 106 in ein geeignetes Signal
zum Antrieb des Motors 100 um. Der Differenzverstärker 106, der Treiber 108, der
Motor 100 und das zweite Umgehungsventil 41 sind in der Weise ausgelegt und miteinander
verbunden, daß die tatsächliche Stellung des Umgehungsventils 41 jeweils im Sinne
einer Annäherung an die Soll-Position verändert wird, wenn die Ist-Position von
der Soll-Position abweicht. Auf diese Weise wird das zweite Umgehungsventil 41 im
wesentlichen in einer Position in der Nähe der gewünschten Soll-Stellung gehalten.
Der Funktionsgenerator 102 ist derart ausgelegt, daß das zweite Umgehungsventil
41 den zweiten Umgehungskanal 40 geschlossen hält, wenn die Temperatur des katalytischen
Konverters 35 oberhalb eines vorgegebenen Wertes liegt, und daß das Umgehungsventil
41 die Umgehungsleitung 40 kontinuierlich öffnet, wenn die Temperatur des Konverters
35 unter den vorgegebenen Wert absinkt. Die kontinuierliche Steuerung der Stellung
des zweiten Umgehungsventils 41 gestattet eine stabilere und gleichmäßigere Steuerung
der Temperatur des Konverters 35.