DE2550849C2 - Fahrzeug-Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Fahrzeug-Brennkraftmaschine der im Oberbegriff des Anspruchs genannten Art.

Bei einer solchen, aus der DE-OS 20 10 793 bekannten Fahrzeug-Brennkraftmaschine wird die beim Hochlastbetrieb wirksam zu schaltende Einrichtung nur bei der plötzlichen Beschleunigung des Fahrzeugs wirksamgeschaltet. Dieses geschieht dabei über einen mit dem Gaspedal mechanisch verbundenen Potentiometerabgriff, der eine Spannungsänderung bewirkt, die mit Hilfe eines Differenziergliedes in einen steilen Impuls umgewandelt wird, der seinerseits wiederum dem die Konzentration einer Komponente der Abgase angebenden Signal am Eingang der Steuerschaltung überlagert wird. Aufgrund dieses Impulses vergrößert die Steuerschaltung schlagartig die mit dem Gemischzuführungssystem der Brennkraftmaschine zugeführte Kraftstoffmenge, so daß eine Beschleunigung des Fahrzeuges möglich ist. Nach dem Abklingen des Impulses findet aber die Regelung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses wieder in der üblichen Weise mit Hilfe der Steuerschaltung statt, so daß beim kontinuierlichen Hochlastbetrieb der Brennkraftmaschine kein ausreichend niedriges Luft-Kraftstoff-Verhältnis sicherzustellen ist. Die beim Beschleunigungsvorgang zugeführte erhöhte Kraftstoffmenge ist umso größer, je plötzlicher und stärker das Gaspedal niedergetreten wird, da dann auch eine entsprechend plötzliche und große Spannungsänderung auftritt, die ihrerseits wiederum durch die Differenzierung zu einem entsprechend großen und steilen Impuls führt. ' b5

Aus der DE-OS 20 14 633 ist eine elektronische Steuerschaltung zur Bestimmung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses bei einer Brennkraftmaschine mit einem elektronischen Funktionsgeber bekannt, die nur beim Vollastbetrieb und einem Betrieb mit kleiner Drehzahl und kleiner Last kraftstoffreiche Gemische zuläßt, also ein niedriges Luft-Kraftstoffverhältnis bei diesen Betriebsarten anstrebt Der elektronische Funktionsgeber steuert dabei die Kraftstoffdosierung in Abhängigkeit von der Stellung des Gaspedals, der Drehzahl der Brennkraftmaschine und von der Ansaugluftmenge im Gemischzuführungssystem.

Die elektronische Steuerschaltung kann auch einen im Abgassystem angeordneten Fühler zum Erfassen der Konzentration einer Komponente der Abgase aufweisen, dessen Ausgangssignal zusammen mit einer Vielzahl weiterer, bestimmte Betriebsparameter der Brennkraftmaschine angebender Ausgangssignale in einem Funktionsgeber derart verarbeitet wird, daß mehrere Steuersignale erzeugt werden, die die Einspritzzeitpunkte und Einspritzdauern für den Kraftstoff, die Einstellung der Drosselklappe, die rückgeführte Abgasmenge, sowie den Zündzeitpunkt bzw. die Zünddauer bestimmen oder einstellen.

Aus der DE-OS 22 15 533 ist es bekannt bei Brennkraftmaschinen mit einen thermischen und/oder katalytischen Reaktor enthaltenden Abgassystemen mit Hilfe eines in dem Abgassystem angeordneten Fühlers ein festes Luft-Kraftstoff-Gemisch festzustellen und in Abhängigkeit vom Signal des Fühlers dem Abgas Sekundärluft zuzuführen, um ein optimales Luft-Kraftstoff-Verhältnis wieder zu erreichen, wobei nach Maßgabe des Signals des Fühlers auch die Zusammensetzung des über das Gemischzuführungssystem zugeführten Luft-Kraftstoff-Gemisches gesteuert bzw. geregelt wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Fahrzeug-Brennkraftmaschine der im Oberbegriff des Patentanspruchs genannten Art so weiterzubilden, daß die beim Hochlastbetrieb der Brennkraftmaschine wirksam zu schaltende Einrichtung unabhängig von einer plötzlichen Beschleunigung des Fahrzeuges auch dann wirksamgeschaltet bleibt, wenn ein kontinuierlicher Hochlastbetrieb der Brennkraftmaschine auftritt.

Bei einer Fahrzeug-Brennkraftmaschine der genannten Art ist diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs angegebenen Merkmale gelöst.

Bei der Erfindung wird zusätzliche Frischluft in das Abgassystem stromauf von dem Fühler eingeleitet, so daß der Fühler sein von ihm abgegebenes Signal so ändert, als wenn ein besonders mageres Luft-Kraftstoff-Gomisch über das Gemischzuführungssystem der Brennkraftmaschine zugeführt würde. In diesem Fall bleibt also die Steuerschaltung voll wirksam, steuert aber die Gemischaufbereitungseinrichtung jetzt so, daß ein besonders angereichertes Luft-Kraftstoff-Gemisch, also ein entsprechend niedriges Luft-Kraftstoff-Verhältnis auftritt. Das bei dieser Ausführungsform der Erfindung benutzte Schaltventil ist mit Hilfe eines elektrischen Schalters in seine den Ansaugdruck an den Servoantrieb gebende Stellung umschaltbar, wenn z. B. durch eine entsprechende Einstellung der Drosselklappe oder aber einen entsprechenden Ansaugunterdruck der Hochlastbetrieb der Brennkraftmaschine erkannt wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung erläutert.

Bei der gezeigten Brennkraftmaschine handelt es sich um eine Vergaser-Brennkraftmaschine. Ein Ansaugrohr 10 des Vergasers ist über einen Ansaugkrümmer 26 mit den Zylindern der Brennkraftmaschine 24 verbunden.

Die Strömung von Kraftstoff und/oder Luft durch die Vergasersysteme ist mittels Magnetventilen 162 steuerbar, die ihrerseits von einer elektrischen Steuerschaltung 164 gesteuert sind. Die Steuerschaltung 164 erhält das Ausgangssignal eines im Abgassystem 94 angeordneten Fühlers 88. Am Auspuffrohr 92 ist ein katalytischer Umformer 90 angeschlossen, der mit dreierlei Schadstoffen wie Kohlenwasserstoffen, Kohlenmonoxid und Stickoxiden reagiert

Eine Belüftungseinrichtung weist eine an der Zu-Strömseite des Fühlers 88 in das Abgassysterc 94 hineinragende Düse 166 und ein mit dieser verbundenes Steuerventil 168 auf. Dieses hat eine Atmosphärenkammer 170 mit einem in die freie Umgebung mündenden Einlaß 172 und einem zur Düse 166 führenden Auslaß 174. Der Einlaß -72 enthält ein Rückschlagventil 176, das von einer Feder 178 in die Schließstellung auf einen Sitz 180 belastet ist, um das Entweichen von Abgasen über die Kammer 170 in die freie Umgebung bei in dem Abgassystem auftretendem Überdruck zu verhindern. Das Steuerventil 168 enthält ferner ein Absperrglied 182, das gegenüber dem Auslaß 174 in eine Schließstellung und eine Freigabestellung bewegbar ist. Das Absperrglied 182 hat vorzugsweise einen sich in Strömungsrichtung verjüngenden Querschnitt, so daß 2"> sich die Durchströmung des Auslasses 174 bei der Bewegung des Absperrgliedes 182 auf ihn zu und von ihm fort kontinuierlich variieren läßt. Ein fest mit dem Absperrglied 182 verbundener oder mit diesem einstückiger Schaft 184 steht aus der Luftkammer 170 j₍₎ hervor und ist mit einem Unterdruck-Servoantrieb 186 verbunden. Dieser weist eine Druckdose auf, die von einer Membran 188 in eine Unterdruckkammer 190 und eine mit der freien Umgebung in Verbindung stehende Atmosphärenkammer 192 unterteilt ist. Der Ventil- ₃-, schaft 184 durchsetzt die Luftkammer 192 und ist mit der Membran 188 verbunden. Eine in der Unterdruckkammer 190 sitzende Druckfeder 194 belastet die Membran 188 in Richtung auf die Atmosphärenkammer 192 und damit das Absperrglied 182 in seine Schließstellung am Auslaß 174 der Atmosphärenkammer 170. Ein als Zweiwege-Magnetventil ausgebildetes Schaltventil 1% hat zwei Einlasse 198 und 200 für Umgebungsluft bzw. Unterdruck und einen Auslaß 202, der mit der Unterdruckkammer 190 der Druckdose 186 verbunden ist. Der Lufteinlaß 198 mündet in der freien Umgebung und der Unterdruckeinlaß 200 ist über eine Unterdruckleitung 204 mit dem Ansaugkrümmer 26 verbunden. In der ersten Stellung des Schaltventils 196 ist der Lufteinlaß 198 und in der zweiten Stellung der Unterdruckeinlaß 200 mit dem Auslaß 202 verbunden. In der ersten Stellung des Schaltventils 1% kann also Umgebungsluft über den Einlaß 198 und den Auslaß 202 in die Unterdruckkammer 190 der Druckdose 186 einströmen. Dadurch ist die Membran dann an beiden Seiten von atmosphärischem Luftdruck beaufschlagt und wird von der Feder 194 in Richtung auf die Atmosphärenkammer 192 gedrückt, so daß das Absperrglied 182 den Auslaß 174 der Atmosphärenkammer 170 geschlossen hält. In der zweiten Stellung des t>o Schaltventils 196 ist die Unterdruckkammer 190 der Druckdose 186 dagegen über den Auslaß 202, den Unterdruckeinlaß 200 und die Unterdruckleitung 204 mit dem Ansaugkrümmer 26 verbunden, so daß ein in diesem herrschender Unterdruck auf die Unterdruck- to kammer 190 übertragen wird. Aufgrund des Unterdrucks wird die Membran 188 gegen die Belastung der Feder 194 in die Unterdruckkammer 190 gesaugt, wodurch das Absperrventil 182 des Steuerventils 168 von seinem Sitz am Auslaß 174 der Atmosphärenkammer 170 abgehoben wird. Die nicht gezeigte Magnetspule des Schaltventils 196 ist über einen Schalter 208 mit einer Gleichstromquelle 206 verbunden. Der Schalter 208 spricht auf die veränderliche Belastung der Brennkraftmaschine an und wird bei hoher Belastung geschlossen. Im stromlosen Zustand befindet sich das Schaltventil 196 in seiner ersten Stellung, und bei Stromspeisung in der zweiten.

Solange die Brennkraftmaschine unter niedriger oder mittlerer Belastung arbeitet, bleibt der Schalter 208 geöffnet und das Schaltventil 196 somit in der ersten Stellung, in der es den Lufteinlaß 198 mit dem Auslaß 202 verbindet. Dementsprechend hält das Absperrventil 182 des Steuerventils 168 den Auslaß 174 der Atmosphärenkammer 170 unter der Belastung durch die in der Druckdose 186 angeordnete Feder 194 geschlossen. Dadurch kann keine Luft über das Steuerventil 168 in die Düse 166 einströmen, und die Steuerschaltung 164 steuert die Magnetventile 162 des Vergasers in Abhängigkeit von dem vom Fünfer 88 abgegebenen Ausgangssignal derart, daß das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des im Ansaugrohr 10 aufbereiteten Gemisches im Teillastbereich zwischen etwa 14 : 1 und 16:1 liegt und der katalytische Umformer 90 seine optimale Wirkung hat. Bei hoher Belastung, etwa beim Beschleunigen der Brennkraftmaschine wird der belastungsabhängig betätigbare Schalter 208 geschlossen, so daß das Schaltventil 196 nun in seine zweite Stellung gelangt, in der sein Auslaß 202 mit dem Unterdruckeinlaß 200 verbunden ist. Der im Ansaugkrümmer 26 herrschende Unterdruck wird nun über die Leitung 204, das Schaltventil 196 und dessen Auslaß 202 auf die Unterdruckkammer 190 der Druckdose 186 übertragen und beaufschlagt die Membran 188. Dadurch wird das Absperrglied 182 des Steuerventils 168 aus seiner Schließstellung am Auslaß 174 der Atmosphärenkammer 170 zurückgezogen, um diese mit der Düse 166 zu verbinden. Dadurch strömt nun atmosphärische Luft über den Einlaß 172, die Atmosphärenkammer 170, den Auslaß 174 und die Düse 166 in das Abgassystem und bewirkt dort eine Verdünnung der dieses durchströmenden Abgase. Der Fühler 88 spricht auf den höheren Sauerstoffgehalt der Abgase an, so daß über die Steuerschaltung 164 eine Anreicherung des im Ansaugrohr 10 aufbereiteten Gemisches bewirkt wird, bis dessen Luft-Kraftstoff-Verhältnis einen Wert erreicht, der in den Abgasen unter Einbeziehung der zugeführten Zusatzluft eine dem Teillastbereich des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses entsprechende Sauerstoffkonzentration ergibt. Der Vergaser muß dem Ansaugrohr 10 dabei eine größere Kraftstoffmenge zuführen als zur Aufbereitung eines Gemisches mit einem im Teillastbereich liegenden Luft-Kraftstoff-Verhältnis erforderlich wäre, so daß sich also das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des im Ansaugrohr 10 aufbereiteten Gemisches auf einen im Überlastbereich zwischen etwa 10 :1 und 13:1 liegenden Wert verkleinert. Der genaue Wert des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses innerhalb des Überlastbereichs ergibt sich dabei aus der Menge der den Abgasen zugesetzten Luft. Die Anreicherung des den Zylindern der Brennkraftmaschine 24 zugeführten Gemisches bewirkt eine Zunahme der brennbaren Bestandteile wie Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid in den Abgasen. Durch die ihnen zugesetzte Luft werden die Abgase jedoch auf eine dem Teillastbereich entsprechende Konzentration verdünnt, so daß der katalytische Umformer 90 weiterhin unter

optimalen Bedingungen arbeitet.

Das gezeigte Ausführungsbeispiel ist nicht nur für eine Vergaser-Brennkraftmaschine geeignet, sondern auch für eine Brennkraftmaschine mit Kraftstoff-Einspritzung, wobei die Steuerschaltung 164 dann die über die Einspritzventile zugeführten Kraftstoffmengen steuert. Die Düse 166 kann in mehrere zu den einzelnen Auslassen der Zylinder führende Zweigleitungen unterteilt sein, so daß sich die Abgase schon vor dem Eintritt in das Abgassystem mit der zugesetzten Luft vermischen. Anstelle des Zweiwege-Magnetventils 196 kann auch eine andere Art von Ventil vorgesehen sein, etwa ein membrangesteuertes Ventil oder ein von der Steuerschaltung 164 gesteuertes Servoventil. Die Steuerschaltung kann auch so ausgebildet sein, daß sie nicht nur bei hoher Belastung der Brennkraftmaschine, sondern auch im Leerlauf wirksam ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Fahrzeug-Brennkraftmaschine mit einem Luft-Kraftstoff-Gemischzuführungssystems, einem Abgassystem, einem in diesem angeordneten Fühler zum Erfassen der Konzentration einer Komponente der Abgase und zum Erzeugen eines das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des zugeführten Gemisches angebenden Signals, einer auf dieses Signal ansprechenden Steuerschaltung mit geschlossener Regelschleife zum Erzeugen eines Befehlssignals zum Steuern einer Gemischaufbereitungseinrichtung derart, daß das Luft-Kraftstoff-Verhältnis innerhalb eines bestimmten Bereiches geregelt wird, und einer beim Hochlastbetrieb der Brennkraftmaschine wirksamzuschaltenden Einrichtung zum Vermindern des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auf Werte unterhalb des bestimmten Bereiches, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung eine in dem Abgassystem (94) stromauf vom Fühler (88) angeordnete Düse (166), ein die Düse (166) mit der Umgebung verbindendes Rückschlagventil (176), ein die Luftabgabe vom Rückschlagventil zur Düse (166) kontinuierlich steuerndes Steuerventil (168) mit einem vom Ansaugunterdruck des Gemischzuführungssystems betätigten Servoantrieb (186) und ein diesen mit dem Ansaugunterdruck beaufschlagendes Schaltventil (196) aufweist, das über einen elektrischen Schalter (208) gespeist ist, der bei Hochlastbetrieb geschlossen ist, um das Schaltventil zu öffnen,

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