DE2631020A1

DE2631020A1 - Elektro-pneumatische regelvorrichtung fuer die beigabe von zusatzluft in den ansaugweg einer verbrennungskraftmaschine

Info

Publication number: DE2631020A1
Application number: DE19762631020
Authority: DE
Inventors: Jean-Pierre Rivere
Original assignee: Automobiles Peugeot SA; Renault SA
Current assignee: Automobiles Peugeot SA; Renault SA
Priority date: 1975-07-11
Filing date: 1976-07-09
Publication date: 1977-01-20
Also published as: JPS5266831U; SU860714A1; DE2631020C2; IT1071245B; GB1541618A; US4109623A; SE7607783L; SE421947B; FR2317511B1; FR2317511A1; JPS585079Y2; BE843965A

Description

Patentanwälte Dipl.- Ing. W. Scherrmann Dr.- Ing. R. RQger

7300 Esslingen (Neckar), Webergasse 3, Postfach 348

9. Juli 1976 Telefon

?fi r-aoh "Stifttg art (0711) 3565.39

Zb raen _35g619

o c ^ 1 η ο ί5^β'^{βx o72566iosmru}

^uJ I U Zl yfelegramme Patentschutz Esslingen neckar

REGIE NATIONALE DES USINES RENAULT, 8-1Q, Avenue Emile Zola, 92109 Boulogne-Billancourt/Frankreich, AUTOMOBILES PEUGEOT, 75, Avenue de la Armee, 7 5016 Paris/Frankreich

Elektro-pneumatische Regelvorrichtung für die Beigabe von Zusatzluft in den Ansaugweg einer Verbrennungskraftmaschine

Die Erfindung betrifft eine elektro-pneumatische Regelvorrichtung für die Beigabe von Zusatzluft in den Ansaugweg einer Verbrennungskraftmaschine mit einer eine
Zwischenkammer mit einem dem Druck im gemeinsamen Saugrohr proportionalen Zwischendruck versorgenden Druck-Regelstufe und mit einer Öffnungs-Regelstufe, über die
Luft aus der Zwischenkammer in eine mit dem Saugrohr
verbundene Saugkammer strömt, wobei die Druck-Regelstufe einen Dosierventilschieber aufweist, der durch eine unter einen Steuerdruck stehende Membran betätigbar ist.

Es sind Vorrichtungen der obengenannten Art zur Korrektur der mangelhaften Genauigkeit der herkömmlichen Vergaser bekannt. Solche Vorrichtungen, von:.denen eine aus der
FR-PS 7 432 501 beschrieben ist, weisen eine Abgassonde auf, die ein Signal an eine elektronische Schaltung abgibt, .welche über ein Magnetventil ein durch Unterdruck

609883/0420

gesteuertes pneumatisches Ventil betätigt, das die Beigabe von Zusatzluft in das hinter dem Vergaser liegende Saugrohr dosiert.

Solche Vorrichtungen stellen einen Regelkreis dar, dessen Arbeitsweise im stationären oder quasistationären Betriebszustand äußerst genau sein kann. Jedoch zeigen die bekannten Vorrichtungen im allgemeinen bei plötzlichen Änderungen des Betriebszustandes eine fehlerhafte Arbeitsweise.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die auch bei plötzlichen Änderungen des Betriebszustandes eine genaue Regelung ergibt. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Dosierventilschieber im Öffnungssinne entgegen der Wirkung einer Rückholfeder durch den Steuerdruck in einer Außenkammer betätigbar ist, die einerseits über eine erste Drosselöffnung und eine Leitung mit einem unter den Ansaugdruck stehenden Raum und andererseits mit der Zwischenkammer über ein Magnetventil verbunden ist, dessen Öffnungsdauer von einem Rechteckstrom mit einer der Drehzahl des Hotors entsprechenden Frequenz (ΓIotorfrequenz) steuerbar ist, .wobei die die veränderlichen Öffnungszeiten des Magnetventils bestimmenden Impulsdauern des Rechteckstromes mit Hilfe eines elektronischen Rechners in Abhänigkeit von der Motordrehzahl und der Ausgangsgröße einer analysierenden Abgassonde steuerbar sind.

Weitere Merkmale der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.

609883/0420

In der Zeichnung, ist ein Ausführungsbeispiel des
Gegenstander, der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 eine elektro-pneumatische Regelvorrichtung für die Beigabe von Zusatzluft gemäß der Erfindung in schematischer Darstellung und

Fig. 2 einen Vergaser mit konstantem Unterdruck, dessen Nadel durch die elektro-pneumatische Regelvorrichtung nach Fig. 1 gesteuert ist, in schematischer Zmsicht.

609883/0420

Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung v/eist eine öffnungs-Regelstufe 1 auf, deren Zentralkammer 2 mit einem Rohr 3 in das Ansaugrohr 4 hinter der Drosselklappe 5 einmündet. Die Sffnungs-Regelstufe 1 ist durch eine den Sitz 8 eines Dosierventilschiebers 9 enthaltende Wandung 7 von einer Zwischenkammer 6 getrennt. Der Dosierventilschieber 9 sitzt auf einer Ventilstange 10, deren anderes Ende mit zwei eine Membran 13 einklemmenden Platten 11 und 12 verbunden ist. Unter der Membran 13 befindet sich eine unter einem Steuerdruck stehende Außenkampier 14. Die Zwischenkäufer 6 wird über eine in die Wandung 7 eingefügte Luftdüse oder einfach über eine Leerlauf-Offenstellung des Dosierventilschiebers 9 mit Unterdruck beaufschlagt, wobei die Größe-der Offenstellung durch eine einen einstellbaren Anschlag bildende Schraube TG bestimmt ist, die in die Wandung 17 der Außenkammer 14 eingeschraubt ist, so daß die für den Leerlauf des Motors notwendige Luft ganz oder teilweise durch das gewollte Leck strömt.

Die Vorrichtung.besitzt weiterhin eine Druck-Regelstufe 18, deren Aufgabe es ist, den in der Zwischenkammer 6 herrschenden Druck so zu steuern, daß dieser proportional dem in dem Saugrohr 4 oder dem in der Z-entralkammer 2 herrschenden Druck ist. Dazu weist die Druck-Regelstufe 18 ein über eine zweite Membran 21 gesteuertes Ventil 19 auf, über das die 'Zwischenkammer 6 mit dem äußeren atmosphärischen Druck verbunden werden kann. Die zweite Membran 21 ist mit einer Steuerstange 20 verbunden und wird durch eine Feder 22 und durch den Ansaugdruck im öffnungssine^-. des Ventils 19 betätigt. Dazu ist die obere Kammer durch eine Rohrverbindung 24 mit dem Rohr 3 oder der Zentralkammer 2 verbunden. Die Feder 22 ist derart einge-

6 09883/0420

stellt, daß ihre Kraft im wesentlichen der durch den Luftdruck auf die Wirkungsfläche des Ventiles 19 ausgeübten Kraft entspricht. Man kann leicht zeigen, daß sich unter diesen Bedingungen ^der Zwischendruck, in der Zwischenkammer 6 auf einen Wert einregelt, der proportional dem absoluten Ansaugdruck ist.

Der unter der Membran 13 herrschende Steuerdruck wird erzeugt, indem die Außenkammer 14 über eine Drosselöffnung 25 und eine Rohrleitung 26 mit dem Rohr 3 oder der Zentralkammer 2, d.h. mit dem Ansaügdruck, verbunden ist, während andererseits die Außenkaramer 14 mit der Zwischenkanmer 6 über die Leitungen 2.7 und 28 verbunden ist, zwischen denen ein einsinnig gerichtetes, normalerweise geschlossenes Magnetventil 29 liegt.

Das Magnetventil 29 wird mit einem Rechteckstrom in bekannter Weise versorgt, dessen Frequenz F von der Drehzahl des Motors abhängt und dessen Impulsdauer t von .einer nicht dargestellten elektronischen Vorrichtung moduliert-vrLrd, die in Abhängigkeit von der Motordrehzahl unc" einer binären Ausgangsgröße einer analysierenden Abgassonde g steuert ist.Unter der Voraussetzung, daß diese Frequenz verhältnismäßig hoch (10 bis 100 Hz) ist und wenn man den Öffnungsquerschnitt des völlig geöffneten Magnetventils 29 mit s bezeichnet, entspricht das abwechselnd wirksame" Elektroventil einer Drosselstelle mit dem äquivalenten Wirkungsquerschnitt s.F.t. Bezeichnet man daneben den Ansaugdruck mit Pa und den in der Außenkammer 14 herrschenden Druck mit Pc, so ergibt sich

. _Pa . .*s*

609883/0420

Dabei ist r das Verhältnis zwischen dem gerade betrachteten äquivalenten Wirkungsquerschnitt und dem Qu erschnitt s der Drosselöffnung 25. Da r gegenüber 1 praktisch vornachläßigbar ist, ergibt sich, daß Pc - Pa

2 2
proportional Pa und Ft ist. Der sich ergebende Linearitätsfehler kann gemäß der Erfindung korrigiert werden, indem t durch F mit Hilfe eines elektronischen Rechners so geregelt wird, daß t umgekehrt proportional zu \F ist. Dcuzufolge wird der differentielle Steuerdruck Pc - Pa proportional Pa . F. Daraus ergibt sich, daß der Steuerdruck oder_r was das gleiche bedeutet, der Hub der Ventilstange 10 und die Öffnung des Dosierventilschiebers 9 proportional Pa . F sind, d.h. der von dem Motor ange-.saugten. Luftmenge. Die Regelung gemäß der Erfindung wirkt daher mit einer ausgezeichneten Näherung im Nutzungsbereich proportional.

Wie oben erwähnt, wird der das Hagnetventil 29 speisende Rechteck-Strom mit Hilfe eines elektronischen Rechners auch in /ibhängigkeit von der Ausgangsgröße einer Abgassonde bestimmt.Da diese Abgassonde in einem engen Mischverhältnisbereich binär (ein-aus)-arbeitet, muß der elektronische Rechner zunächst das von der Sonde abgegebene Rechtecksignal in Abhängigkeit von der Zeit integrieren, um die Impulsdauer t des Rechteckstromes mit der Frequenz F, den er zu dem Magnetventil 29 leitet, zu bestimmen. Gleichzeitig wird, wie oben erwähnt, die Zeit t in Abhängigkeit von 1/ Vf*korrigiert. Die Regelung wirkt daher integral.

Als Merkmal der Erfindung trennt eine Trennwand 30 die Zentralkammer 2 von einer Innenkammer 31, die über der Membran 13 liegt. Die beiden Kammern 2 und 31 stehen über eine Drosselöffnung 32 in Verbindung, die vorteilhafter-

6 0 9 8 8 3/0420

weise durch das Spiel zwischen Ventilstange 10 der öffnung in der Trennwand 30 in der diese sie geführt ist, gebildet ist. Dabei ist die Drosselöffnung 32 so gewählt, daß die Zeitkonstante beim Füllen der Innenkammer 31 über die Drosselöffnung 32 beispiels" v/eise kleiner als die Zeitkonstante beim Füllen der Außenkarcmer 14 über die Drosselöffnung 25 ist.

nan erkennt, daß unter diesen Bedingungen die erfindungsgem.äße Vorrichtung nicht nur auf den Ansaugdruck selbst, sondern auch auf Änderungen dieses Druckes anspricht. · Ninmt man an, daß der Ansaugdruck-Pa plötzlich größer wird, wie das beispielsweise bei einem plötzlichen Öffnen der Drosselklappe vor einer Beschleunigungsphase der Fall ist, so steigt der Druck in der Innenkammer 31 schneller als in der Äußenkammer 1 4, so daß der Dosierventilschieber 9 schließt und den Einlaß von Zusatzluft drosselt.

Diese Wirkung ist besonders erwünscht, weil in der Beschleuniqunasphase das Gemisch fetter gemacht vrer&en nuß und nicht der Wirkung der Beschleunigerpumpe entgegengearbeitet werden soll.

Wenn der Einlaßdruck P a umgekehrt plötzlich sinkt, wie dies beispielsweise, bei einem plötzlichen Schließen der Drosselklappe vor einer Verzögerung geschieht, so entleert sich die Innenkammer 31 schneller als die Außenkamir.er 14, so daß der Dosierventilschieber 9 weiter geöffnet wird. Auch in diesem Fall ist die Wirkung günstig/ weil die Zufuhr von Zusatzluft vergrößert wird und einen Ausgleich für die parasitäre Verwertung der auf den Wandungen niedergeschlagenen Kohlenwasserstoffen ermöglicht, die somit eine Überfettung des Gemisches

609883/0420

verursachen wurden. Diese beiden Wirkungen können zusammengefaßt werden, indem festgestellt wird, daß die Regelung differenzierend wirkt.

Zusammenfassend ergibt sich, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Regelung ermöglicht, die sowohl proportional, ,integral als auch differendzierend wirkt, so daß sie nach der Theorie der Regelungstechnik und der Informationstheorie eine optimale Wirkungsweise besitzt.

Die strenge Proportionalität zwischen den Hub der Ventilstange 10 und der durch den Motor angesaugten Luftmenge erlaubt, wie oben erläutert, die Verwendung dieses pneumatischen Ventils, um neben der Regelung der Zufuhr von Zusatzluft eine zusätzliche Funktion zu gewährleisten, indem außerdem eine steuerbare Benzineinspritzdüse in einem Vergaser mit konstantem Unterdruck betätigt wird.

Ein solches Ausführungsbeispiel ist in Fig. 2 dargestellt, die einen Vergaser 33 mit konstantem Unterdruck mit einer exzentrischen Klappe 3 4 zeigt, auf deren Drehachse 35 eine Rückholfeder 36 sitzt, sowie eine Drosselklappe 5a geigt, unter der sich die Hündung des Rohres 3 für die Zufuhr von Luft befindet, über ein Schwiramergehäuse 37 mit konstanter Niveauhöhe wird eine Düse 38 versorgt, deren Durchlaßöffnung mit Hilfe einer Nadel 39 steuerbar ist. Gemäß der Erfindung kann diese Nadel 39 unmittelbar von dem Dosierventilschieber 9 betätigt werden, d.h. unmittelbar mit der Ventilstange 10 fest verbunden sein, so daß sie die Verlängerung der Ventilstange 10 bildet, wobei sie abgedichtet durch die Wandung 17 geführt ist. Die Anschlagschraube 16 ist dazu seitlich versetzt oder durch eine andere Anschlagvorrichtung ersetzt.

609883/0420

Im letzten Fall wird zusätzlich zu der großen Einfachkeit des so aufgebauten Vergasers dank der ganzen Regelungen eine sehr genaue Dosierung erreicht.

- 10 -

609883/0420

Claims

Patentansprüche

©Elektro-pneumatische Regelvorrichtung für die Beigabe von Zusatzluft in den Ansaugweg einer Verbrennungskraftmaschine mit einer eine Zwischenkammer mit einem dem Druck im gemeinsamen Saugrohr proportionalen Zwischendruck versorgenden Druck-Regelstufe und mit einer Öffnungs-Regelstufe, über die Luft aus der Zwischenkarnitier in eine mit dem Saugrohr verbundene Saugkammer strömt, wobei die Druck-Regelstufe einen Dosierventilschieber aufweist, der durch eine unter einem Steuerdruck stehende Membran betätigbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Dosierventilschieber (9) im Öffnungssinne entgegen der Wirkung einer Rückholfeder (15) durch den Steuerdruck in einer Außen-kammer (14) betätigbar ist, die einerseits über eine erste Drosselöffnung (25) und eine Leitung (26) mit einem unter dem Ansaugdruck stehenden Raum und andererseits mit der Zwischenkammer (6) über ein Magnetventil (29) verbunden ist, dessen Öffnungsdauer von einem Rechteckstrom mit einer der Drehzahl des Motors entsprechenden Frequenz (Motorfrequnez) (F) steuerbar ist, wobei die die veränderlichen Öffnungszeiten des Magnetventils (29) bestimmenden Impuls-. dauern (t) des Rechteckstromes mit Hilfe eines elektronischen Rechners in Abhängigkeit von der Motordrehzahl· und der Ausgangsgröße einer analysierenden Abgassonde steuerbar sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mittels des elektronischen Rechners die Impulsdauer in Abhängigkeit von dem über die Zeit intergrierten Ausgangssignal der Abgassonde und in Abhängigkeit des Kehrwertes der Quadratwurzel der. Motorfrequenz einstellbar ist.

609883/CU20
3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß neben der Saugkammer (2) auf der Seite der Membran (13) , auf der normalerweise, wenigstens bei konstanten Betrieb, der Ansaugdruck herrscht, eine Innenkammer (31) angeordnet ist, die durch eine Trennwand (30) abgetrennt ist,-in der eine vorzugsweise um die Ventilstange (10) angeordnete zweite Drosselöffnung (3 2) ausgebildet ist, deren Größe so bestimmt int, naß die Zeitkonstante zum Füllen der Innenkammer (31) über die zweite Drosselöffnung (32) kleiner ist als c?ic Zeitkonstante zum Füllen der Außenkammer (14) über die erste Drosselöffnung (25), wobei das Verhältnis dar beiden Zeitkonstanten von der jeweils zu erzielenden differentialen Wirkung abhängt.
4. Vorrichtung nach einem der vorherghenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß außer der hinter dem Vergaser erfolgenden Regelung der Beigabe von Zusatzluft durch sie ein Vergaser (33) mit konstantem Unterdruck dadurch steuerbar ist, daß dessen Nadel.(39) über die Ventilstange (10) betätigbar ist, die vorzugsweise die Verlängerung der Nadel (39) darstellt.

60 9 883/0420