DE2204292A1

DE2204292A1 - Verfahren und vorrichtung zur abgasentgiftung von brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE2204292A1
Application number: DE2204292A
Authority: DE
Inventors: Dieter Eichler; Walter Remmele; Guenter Rosenzopf
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1972-01-29
Filing date: 1972-01-29
Publication date: 1973-08-02
Also published as: NL7301151A; JPS5024624A; SE388666B; FR2169407A1; FR2169407B1; GB1423733A; DE2204292B2; AT322294B; IT990517B; JPS5543107B2

Description

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R. 722
24.1.1972 Ka/Kb

Anlage zur
Patent anmeldung

R035RT BOSCH GMBH₅ 7 Stuttgart 1

Verfahren und Vorrichtunp: zur Abgasentgiftung von Brennkraft-

maschinen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verminderung von schädlichen Anteilen der Abgas einiss ion während der Warmlaufphase von Brennkraftmaschinen und der entsprechenden Anwärmphase des zu der Brennkraftmaschine gehörenden, wenigstens einen katalytischem Reaktor aufweisenden Auspuffsystems.

Bei einer Abgas entgiftung an lage , deren optimaler Arbeitspunkt bei einem stöchiometrischen Gemisch (4^S 1) liegt und deren /V-V,^Tert über eine Regeleinrichtung exaict auf dem genannten Wert gehalten wird, sind die Bedingungen für einen Abbau der Motoreraissionen mittels Katalysatoren nur dann erfüllt _s wenn diese Katalysatoren ihre Betriebstemperatur erreicht haben»

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Beim Betrieb der Brennkraftmaschine unterhalb der Betriebstemperatur des entsprechenden Katalysators, also während der Warmlaufphase der Brennkraftmaschine und der entsprechenden Anwärmen as e des Auspuffsystems, ist es nachteilig, wenn das Kraftstoff-Luft-Gemisch auf λ = 1 eingeregelt wird, da .-.dann sehr hohe Emissionen an Kohlenwasserstoff und Kohlenmonoxyd und insbesondere an Stickoxyden auftreten, die in Katalysatorsystem nicht reduziert bzw. oxydiert werden.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe augrunde ein Verfahren zu schaffen, mit dem auch während der V'armlauf phase der ■Brennkraftmaschine und der entsprechenden Anwärmphase des der Brennkraftmaschine zugeordneten Auspuff sys tens eine Reduzieruno der schädlichen Anteile des -Aorases möglich ist.

Diese Aufgabe kann dadurch gelöst v/erden, daß ger.äÄ der Erfindung während der VJarnlaufp^ase der Brennkraftmaschine und der entsprechender. Anwärrnphase des Auspuffsystens der Brennkraftmaschine ein relativ mageres Kraftstoff-Luft-Gemisch zugeführt wird uric da."· die Kaltstartanreieherung des zugeführten Kraftstoffes nach Beendigung des AnlaSvorganges der Brennkraftna s eh in e in an 3 ich bekannter ^T.7eise zunächst zeitabhängig und dann in Abhängigkeit von der Temperatur der Brennkraftmaschine reduziert wird und da5 bei Erreichen der Betriebstemperatur¹ des katalytischen Heaktors im Auspuffsystem der Brennkraftmaschine eine Regeleinrichtung zur Regelung der Luftzahl)*des Kraftstoff-Luft-Gemisches eingeschaltet wird,

Der Erfindung liegt- weiterhin die Aufgabe zugrunde eine Einrichtung aur Durchführung da? genannten Verfahren? zu schaffer. die preisgünstig sein soll und zuverlässig arbeitet.

Diese Aufgabe wird gen.äß üer "rfinöursg dadurch gelöst, daß ein;'. Steuerung ?ur ssir-abhängigen. Abrerelur,-; ä^v Kaltsti.r^r-v.hrir.Gn^.e unö eirii S':-^je iibh^*

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Abregelung der Kaltstartanreicherung vorgesehen sind und da3 ein temperaturabhängiger, wenigstens eine Schaltschwelle aufweisender Schalter zur Einschaltung der Xf-Regelung bei Erreichen einer bestimmten Temperatur des Auspuffsystems, insbesondere des katalytischen Reaktors des Auspuffsystems, vorgesehen ist. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich in Verbindung mit den Unteransprüchen aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und aus den zugehörigen Zeichnungen. Es zeigen:

Fig. 1 ein Diagramm, in dem die Anteile der Abgasemission über der Luftzahl Λ aufgetragen sind,

Fig. 2 das gleiche Diagramm bei Vervrendung eines Katalysators im Auspuffsystem einer Brennkraftmaschine,

Fig. 3 ein Diagramm in dem die LüftzahlS/ über der Zeit t aufgetragen ist,

Fig. H einen Temperaturschalter und Fig. 5 ein anderes Ausführungsbeispi.el eines Temperaturschalters,

In Fig. 1 ist die Zusammensetzung der Abgase der Brennkraftmaschine in Abhängigkeit von der Luftzahl λ angegeben. Die Kurven 10, und 12 geben in dieser Reihenfolge den Gehalt der Abgase an Stickoxyden unverbrannten Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxyd wieder. Aus dieser Fig. 1 ist zu erkennen, daß es keine Luftzahl \ gibt, bei der alle drei schädlichen Komponenten der Abgase gleichzeitig einen Minimalwert annehmen. Ss besteht jedoch die Möglichkeit, das Kraftstoff-Luft-Gemisch auf eine Luft zahl Λ einzuregeln., die sehr nahe bei 1,0 liegt, v/eil bei dieser Luftzahl sowohl der Kohlenmonoxydgehalt, als auch der Gehalt an unverbrannten Kohlenwasserstoffen ziemlich herabgesetzt ist. Gleichzeitig tritt jedoch ein Maximum der

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Stickoxydemissipn auf, so daß es erforderlich ist, an das Auspufffrohr der Brennkraftmaschine einen katalytischen Reaktor zur Umsetzung der Stickoxyde anzuschließen.

Fig. 2 zeigt die Zusammensetzung der Motorabgase in Abhängigkeit von der Luftzahl /V > wobei die Kurven die Anteile der schädlichen Teile des Abgases bei einem betriebswarnen Katalysator im Auspuffsystern der Brennkraftmaschine wiedergeben. Die Kurve 13 zeigt den Anteil der Stickoxyde ,die Kurve 14- der Anteil der Kohlenwasserstoffe und die Kurve 15 den Anteil des Kohlenmonoxyds. Aus dieser Figur ist zu erkennen, daß bei einer Luftzahl /y ungefähr gleich 1 die Kurven 13, 14, 15 ein Minimum auf v/eisen.

Da aber beim Betrieb der Brennkraftmaschine unterhalb der Betriebstemperatur, also in der Anwärmphase des Katalysators hohe Stickoxydemissionen auftreten, ist es zweckmäßig, wenn in dieser V/armlauf phase der Brennkraftmaschine und der entsprechenden Anwärmphase des Auspuffsystems mit einem magereren Gemisch gefahren als dies üblicherweise der Fall ist. Erst nach .Erreichen der Betriebstemperatur des katalytischen Reaktors wird dann auf eine A -Regelung umgeschaltet. In Fig. 3 ist über der Zeit t die Luftzahl /V aufgetragen. Die mit unterbrochenen Linien angedeutete Kurve 16 zeigt den Verlauf der Luftzahl über der Zeit t, v.'obei diese Zeit t in verschiedenen Phasen unterteilt ist. Die Phase 17 bedeutet die sogenannte Kaltphase. In dieser Phase, die die ersten 20 bis 30 see. nach dem Anlassen der Brennkraftmaschine ausmacht, könnt es zu einer an sich bekannten zeitabhängig gesteuerten Anreicherung des*Kraftstoff-Luft-Gemisches. Die Phase 18 wird als sogenannte Anwärmphase bezeichnet, in der als Führungsgröße für den Anreicherungsfaktor des Kraftstoff-Luft-Gemisches die Motortemperatur . oder Kühlwassertemperatur oder Zylinderkopfteraperatur verwendet v/erden kann. Der Anreicherungsfaktor des Kraftstoff-Luft-Gemisches wird mit steigender Temperatur

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kontinuierlich abgeregelt und erreicht bei einer festgelegten Temperatur einen bestimmten Wert. Auf diesem Wert wird die Kraftstoffanreicherung zunächst konstant bleiben, wobei die Phase 19 als betriebs*; arme Phase der Brennkraftmaschine betrachtet.werden kann. In der Phase 20 ist dann das Auspuffsystem der Brennkraftmaschine soweit angewärmt, daß der in der. Auspuff sy s tern der Brennkraftmaschine angeordnete katalytische Reaktor seine Betriebstemperatur erreicht hat. Wie aus dem Kurvenzug bei 21 hervorgeht, wird nun die normalerweise, erfolgende Kaltstartanreicherung, die durch die Kurve Io wiedergegeben wird, herabgesetzt, so daß der Brennkraftmaschine ein magereres Gemisch zugeführt wird. Bei Erreichen der Phase 20, d. h. bei Erreichen der Betriebstemperatur des katalytischen Reaktors im Auspuffsystem der Brennkraftmaschine wird durch einen Temperaturfühler mit einer sich an diesen Temperaturfühler anschließenden Schalteinrichtung ein Schaltsignal abgegeben, das eine Einrichtung zur Regelung der Luftzahl }γ einschaltet, wobei diese Einrichtung die Luftzahl h auf etwa ^Jf = 1 einregelt, so daß eine Zusammensetzung des Abgases eintritt, die in Fig. 2 dargestellt ist.

Die Abregelung der Kaltstartmehrmenge nach dem Start erfolgt in an sich bekannter Weise mit einem elektronischen Steuergerät das zur elektronischen Steuerung einer Einsprifczanlage für Brennkraftmaschinen dient. Eine derartige Steuereinrichtung ist beispielsweise in der deutschen Offenlegungsschrift 1 601 367 beschrieben.

Erst wenn der katalytische Reaktor im Auspuffsystem der Brennkraftmaschine seine Betriebstemperatur erreicht hat, wird eine Einrichtung zur Regelung der Luftzahl M eingeschaltet. Dazu dient ein Temperaturschalter, der in Fig. 4 dargestellt ist. Dieser Temperaturschalter v/eist einen Schwellwertschalter auf, der als Operationsverstärker 22 ausgebildet ist, zwischen dessen Ausgang und einem ersten Eingang ein Rückkopplungswiderstand 23 vorgesehen ist. Durch diesen Rückkopplungswiderstand 23 verhält sich der Operationsverstärker 22 wie ein

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Schmitt-Trigger und wird deshalb bei Erreichen einer bestimmten Schaltschwelle umschalten. Die Schaltschwelle wird dann erreicht, wenn ein .^TJTC-lJiderstand 2^1, der zwischen eine Eingangsklerr.r-.e und eine mit einem gemeinsamen Besugspotential verbundene Klemme 26 geschaltet ist und der beispielsweise ■ im Zylinderkopf der Brennkraftmaschine oder in Auspuffsystem der Brennkraftmaschine angeordnet sein kann, einen bestimmten V/ert annimmt. Dadurch entsteht an dem Verbindungspunkt zv:eier Widerstände 27 und 2 3 eine bestimmte Spannung. Diese Spannung wird über eine hochohmige Eingangsstufe mit einer. Transistor 29, die als Kollektorschaltung zur Impedanzwandlung dient auf einen zweiten Eingang des Operationsverstärkers 22 gegeben. Bei einer eingestellten Ter.peraturschwelle wird der Operationsverstärker durchgeschaltet und über eine Verstärkerstufe mit einen Transistor 30 kann ein Relais 31 sun Abfall bzw. Anzug gebracht werden. Mit dieser. Relais 31 wird dann die an sich bekannte Einrichtung zur Regelung der Luftsahl/) in betrieb genorinen. -.'eiterhin kcr.r.?n auch andere elektronische oder elektroneehanische Baugruppen in Funktion gesetzt werden. Bei Tenperaturrückgang, und dar.it bei änderung der Spannung über der·'; i'TC-'/Jiclerstand 24 wird das Relais erst nach Durchlaufen einer einstellbarer. Hysterese wieder in seine ursprüngliche Schalt lage zurückgehen, wodurch die yj- "Regelung abgeschaltet 7/ird. Die Schaltschwelle des Schmitt-Triggers 22 und die Hysterese lassen sich in bekannter --'eise durch eine entsprechende Eingangs- und Rückkopplungsbeschaltung des Operations Verstärkers einstellen.

Sin zv/eites Ausführungsbeispiel für einen Temperaturechalter ist in Fig. 5 dargestellt. Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 weist einen als Schmitt-Trigger geschalteten ersten Operationsverstärker 32 und einen als Verstärker geschalteten zweiten Operationsverstärker 33 auf. An den ersten Eingang des zweiten Operationsverstärkers 33 ist eine konstante Spannung, die mit Hilfe eines Spannungsteilers aus Widerständen 3^ und 35 erzeugt wird, angelegt. An den zweiten Eingang des zv/ei ten

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Operationsverstärkers 33 ist über einen Feldeffekttransistor 36, der als hocb.ohr.ige Eingangsstufe der Impedanzwandlung dient,ein temperaturabhängiges Bauelement ,-beispielsweise ein Therir.oelenient 37 angeschlossen. Gibt das Thermoelement bei Erwärmung eine bestimmte Spannung ab, so wird diese Spannung an den zweiten Eingang des zweiten Operationsverstärkers 33 angelegt und dort verstärkt. Das verstärkte Ausgangssignal des zweiten Operationsverstärkers ist an einen ersten Eingang des ersten Operationsverstärkers 32 angelegt. Dieser Operationsverstärker 32 arbeitet infolge eines Rückkopplungswiderstandes 38 zwischen dem Verstärkerausgang und seinem zweiten Eingang als Schmitt-Trigger. An den zweiten Eingang, des Operationsverstärkers 32 ist weiterhin eine feste Vergleichsspannung angelegt, die mit Hilfe eines Spannungsteilers aus Widerständen 39 und 40 erzeugt wird. Erreicht das Eingangssignal am ersten Eingang des Operationsverstärkers 32 einen bestimmten Viert, dann wird aer als Schmitt-Trigger geschaltete Operationsverstärker ein Signal abgeben, das einen mit .dem Ausgang des Operationsverstärkers 32 verbundenen Verstärkertransistor 4l in seinen ■ leitenden Zustand steuert. Dadurch wird die Arbeitswicklung eines Relais 42 erregt, so daß mit Hilfe dieses Relais Schaltfunktionen ausgeführt werden können. Mit Hilfe des Relais 42 kann so die A -Regeleinrichtung bei Erreichen der Betriebstemperatur des katalytischen Reaktors im Auspuffsystem der Brennkraftmaschine eingeschaltet werden.

Zur Erhöhung der Genauigkeit der Arbeitsweise sind bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel an sich bekannte Mittel 43 zur Spannungsstabilisierung der Schaltanordnung vorgesehen.

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Claims

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ÄnsDrüche

1·) Verfahren zur Verminderung von schädlichen Anteilen der Abgasemission während der Warmlaufphase von Brennkraftmaschinen und der entsprechenden Anwärmphase des zu der 3renr.kraftmaschine gehörenden, wenigstens einen katalytischer) Reaktor aufweisenden Auspuffsystems, dadurch gekennzeichnet, daß während der I\^Tarml auf phase der Brennkraftmaschine und der entsprechenden Änwärmphase des Auspuff systems der Brennkraftmaschine ein relativ mageres Kraftstoff-Luft-Gemisch zugeführt wird, und daß die Kaltstartanreicherung des zugeführten Kraftstoffes nach Beendigung des Anlaßvorganges der Brennkraftmaschine in an sich bekannter V/eise zunächst zeitabhängig und dann in Abhängigkeit von der Temperatur der Brennkraftmaschine reduziert wird und daß bei Erreichen der Betriebstemperatur des katalytischem Reaktors im Auspuffsystem der Brennkraftmaschine eine Regeleinrichtung zur Regelung der Luftzahl/Ύ des Kraftstoff-Luft-Genisches eingeschaltet wird.
2. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuerung zur zeitabhängigen A'oregelung der Kaltstartmehrmenge und eine Steuerung zur temperaturabhängigen Abregelung der Kaltstartanreicherung vorgesehen sind und daß ein temperaturabhängige^ wenigstens

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eine Schaltschwelle aufweisender Schalter zur Einschaltung der/V - Regelung bei Erreichen einer bestimmten Temperatur des Auspuffsystems j insbesondere des katalytischen Reaktors des Auspuffsystemes, vorgesehen ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerungen zur zeitabhängigen und temperaturabhängigen Abregelung der Xaltstartmehrmenge Bestandteil des an sich bekannten elektronischen Steuergerätes einer Benzin-Einspritzeinrichtung sind.
· Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3> dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturschalter zur Einschaltung der /^ -Regel- - einrichtung einen Schwellwertschalter, insbesondere einen als Schmitt-Trigger arbeitenden Operationsverstärker (22 bzw. 32) aufweist, der über einen Impedanzwandler (29 bzw. 3o) von einen temperaturabhängigen Bauelement (24 bzw. 37) ansteuerbar ist und der über eine Verstärkerstufe (30 bzw. ¹M) ein Schaltsignal zur Einschaltung der ßy -Regelung abgibt.
5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das temperaturabhängige Bauelement ein sog. NTC-Widerstand (24) ist, der im Zylinderkopf der Brennkraftmaschine angeordnet ist und ein der Temperatur im. Auspuffsystern der Brennkraftmaschine etwa proportionales elektrisches Signal liefert.

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6. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das temperaturabhängige Bauelement ein Thermoelement (37) ist, das ira bzw. in der Mähe des katalytischen Reaktors -'angeordnet ist und ein der Temperatur des katalytischen Reaktors etwa "proportionales elektrisches Signal liefert.
7· Einrichtung nach einer, der Ansprüche 2,3,5,6, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturschalter wenigstens einen Schwellwei'tschalter, insbesondere einen als Schmitt-Trigger geschalteten ersten Operationsverstärker (32), aufweist, der über einen zweiten Operationsverstärker (33) ansteuerbar ist, v/obei ein erster Eingang des zweiten Operationsverstärkers (33) über eine hochohr.ige Eingangsstufe (J>6) mit dem temperaturabhängigen Bauelement (37) verbunden ist und an einem zweiten Eingang eine Vergleichsspannung angelegt ist.
8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß an d^n Ausgang des Schwellwertschalters ein Verstärker (30 bzw. ^1) angeschlossen ist, der ein Schaltsignal zur 3etätigung der /V -Regelung abgibt.

,9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Ausgang des Operationsverstärkers (22 bzw. 32) weitere als Schwellwertschalter dienende Operationsverstärker zur Abgabe von Schaltsignalen verbunden sind.

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