DD141337A5 - INTERNAL COMBUSTION ENGINE OPERATED WITH HYDROCARBON FUEL - Google Patents
INTERNAL COMBUSTION ENGINE OPERATED WITH HYDROCARBON FUEL Download PDFInfo
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- DD141337A5 DD141337A5 DD79210479A DD21047979A DD141337A5 DD 141337 A5 DD141337 A5 DD 141337A5 DD 79210479 A DD79210479 A DD 79210479A DD 21047979 A DD21047979 A DD 21047979A DD 141337 A5 DD141337 A5 DD 141337A5
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Description
Brennkraftmaschine, die mit Kohlenwasserstoff-Benzin betreibbar istInternal combustion engine operable with hydrocarbon gasoline
Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention
Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einem verbesserten Emissionsregel·" bzw. —kontrollsystem, wobei der Treibstoff große Mengenanteile an teilweise oxygenierten Komponenten, wie z.B„ Alkoholen mit niedrigem Molekulargewicht, Äther oder Ketonen, die in der Regel 1 bis 4 Kohlenstoff atome pro Molekül aufweisen, enthält» Die Erfindung betrifft insbesondere ein System, mit dessen Hilfe es möglich ist·, ohne eine manuelle Einstellung an dem System eine optimale' Verbrennung in der Hähe des stö'chiometrischen Verhältnisses zu erzielen bei Verwendung von Benzin mit großen Mengenanteilen an teilweise oxygenierten Kohlenwasserstofffraktionen«The invention relates to an internal combustion engine having an improved emission control system, wherein the fuel has large proportions of partially oxygenated components, such as "low molecular weight alcohols, ethers or ketones, which usually have 1 to 4 carbon atoms per molecule In particular, the invention relates to a system by means of which it is possible to achieve, without manual adjustment to the system, optimum combustion at the level of the stoichiometric ratio when using gasoline with large proportions of partially oxygenated hydrocarbon fractions "
Charakteristik 'der bekannten technischen LösungenCharacteristic 'of the known technical solutions
Es ist bekannt, ein Regelsystem mit geschlossenem Kreislauf zu verwenden, bei dem ein Sauerstoffsensor, der- in den Abgasen angeordnet istf ein Signal abgibt, das anzeigt, ob die Kombination zu reich oder zu arm an Treibstoff (Kraftstoff) ist« Dieses Sensorsignal steuert die Einstellung eines Luft/It is known to use a control system with a closed circuit, in which an oxygen sensor, DER in the exhaust gases is arranged f outputs a signal indicating whether the combination too rich or too lean in fuel (fuel) is "This sensor signal controls the setting of an air /
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Treibstoff-Verhältnis-Regelmechanismus in Richtung auf eine Anreicherung oder Verarmung des Treibstoffes, um so ein Luft/Treibstoff-Verhältnis aufrechtzuerhalten, das nahe bei dem stöchiometrischen Luft/Treibstoff-Verhältnis liegt· Diese Regelsysteme mit geschlossenem Kreislauf ergeben bekanntlich eine automatische Kompensation für Veränderungen, die eine Folge des dynamischen Betriebs (Fahrens), als Folge von Änderungen der Luftdichte und sogar als Folge von geringen Änderungen des Treibstoffgehaltes zwischen Winterkraftstoff und Sommerkraftstoff auftreten© Es ist daher bekannt, daß dieses Regelsystem auf begrenzte Betriebsänderungen ansprechen kann zur Erzielung einer optimalen Verbrennung. Unter einer optimalen Verbrennung ist allgemein eine Verbrennung nahe bei einem Verhältnis zu verstehen, bei dem genügend Sauerstoff vorhanden ist, so daß dann, wenn die Verbrennung vollständig ist, der gesamte Treibstoff vollständig verbrannt wird zu Wasser und Kohlendioxid und bei dem kein Sauerstoff zurückbleibt* Dieses Verhältnis wird alsstöchiometrisches Verhältnis bezeichnet·Fuel Ratio Control Mechanism towards Enrichment or Depletion of the Fuel So as to Maintain an Air / Fuel Ratio Close to the Stoichiometric Air / Fuel Ratio. These closed loop control systems are known to provide automatic compensation for changes. which is a consequence of dynamic operation (driving) as a result of changes in air density and even as a result of small changes in fuel content between winter fuel and summer fuel © It is therefore known that this control system can respond to limited operational changes to achieve optimum combustion. Optimum combustion is generally understood to mean combustion close to a ratio at which sufficient oxygen is present so that when combustion is complete, all of the fuel is completely burned to water and carbon dioxide and no oxygen remains Ratio is called stoichiometric ratio ·
Der normalerweise in Brennkraftmaschinen verwendete Treibstoff (Kraftstoff) besteht im wesentlichen aus Kohlenwasserstoffen als Treibstoffkomponentenβ Entsprechend der üblichen Terminologie bezieht sich der hier verwendete Ausdruck "Kohlenwasserstoff" auf eine Verbindung, die nur Wasserstoff und Kohlenstoff enthält· Der hier verwendete Ausdruck "Kohlenwasserstoff-Benzin" bezieht sich auf einen Treibstoff, dessen Treibstoffkomponenten im wesentlichen nur aus Kohlenwasserstoffen bestehen* Bei diesen .Kohlenwasserstoffen handelt es sich normalerweise um die Alkan-, Alken- und cyclischen Kohlenwasserstoffe© Kohlenwasserstoff-Benzin wird normalerweise aus fossilen Treibstoffen, wie Erdöl,' gewonnen»The normally used in internal combustion engine fuel (fuel) consists essentially of hydrocarbons as fuel components β According to the usual terminology, the term "hydrocarbon" refers to a compound that contains only hydrogen and carbon · As used herein, "hydrocarbon fuel" refers to a fuel whose fuel components consist essentially only of hydrocarbons * These hydrocarbons are normally the alkane, alkene and cyclic hydrocarbons © hydrocarbon gasoline is usually derived from fossil fuels such as petroleum
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In einigen Gebieten der Erde, in denen der Vorrat an Kohlenwasserstoff-Benzin begrenzt oder dieses teuer ist, stellt die Zugabe von wesentlichen Anteilen von leichter zugänglichen und billigeren Komponenten eine attraktive Möglichkeit zum Ersatz eines wesentlichen Anteils der Kohlenwasserstoffkomponenten darο Bei diesen anderen Komponenten, wie z,B· Äthanol, Methanol, Propanol, Isopropylalkohol, Diäthyläther und Aceton, handelt es sich um Kohlenwasserstoffderivate insofern, als diese Komponenten wie das zugrunde liegende Alkoholmolekül Sauerstoff als Teil ihrer molekularen Grundstruktur enthalten. Diese Komponenten werden daher allgemein als teilweise oxygenierte (sauerstoffhaltige) Kohlenwasserstoffkomponenten bezeichnet (nachfolgend stets als "teilweise ozygenierte Kohlenwasserstoffkomponenten" bezeichnet)·In some areas of the world, where the supply of hydrocarbon gasoline is limited or expensive, the addition of substantial proportions of more accessible and cheaper components is an attractive option for replacing a substantial proportion of the hydrocarbon components , B · ethanol, methanol, propanol, isopropyl alcohol, diethyl ether and acetone, are hydrocarbon derivatives in that these components, like the underlying alcohol molecule, contain oxygen as part of their molecular backbone. These components are therefore generally referred to as partially oxygenated (oxygen-containing) hydrocarbon components (hereinafter always referred to as "partially ozygenated hydrocarbon components").
Zur Ausnutzung von Treibstoffen bzw. Kraftstoffen (nachfolgend stets als "Treibstoffe" bezeichnet), die große Mengenanteile an teilweise oxygenierten Kohlenwasserstoffen enthalten, muß das Motorsystem so eingestellt werden, daß es sich an die Änderung der Eigenschaften anpaßt. Die erforderliche Hauptänderung besteht darin, das Verhältnis zwischen Treibstoff und Luft, das dem Motor durch das Kraftstoffzuführungssystem zugeführt wird, zu ändern«To utilize fuels (hereinafter always referred to as "fuels") containing large proportions of partially oxygenated hydrocarbons, the engine system must be adjusted to accommodate the change in properties. The main change required is to change the ratio between fuel and air supplied to the engine by the fuel delivery system. "
Pur eine wirksame Emissionskontrolle wäre es vorteilhaft, das Treibstoff/Luft-Verhältnis auf im wesentlichen das stöchiometrische Verhältnis einzustellen, so daß eine Benzinmischung aus Benzinkohlenwasserstoffen und teilweise oxygenierten Kohlenwasserstoffen praktisch vollständig verbrannt wird© Unter diesen stöchiometrischen Bedingungen könnte ein Drei~Wege-Konversionskatalysator dazu verwendet werden, die gasförmigen Verunreinigungen aus den Abgasen, delu H2, COFor effective emission control, it would be advantageous to set the fuel / air ratio to substantially stoichiometric, so that a gasoline mixture of gasoline hydrocarbons and partially oxygenated hydrocarbons would be virtually completely incinerated. Under these stoichiometric conditions, a three-way conversion catalyst could be used gaseous pollutants from the exhaust gases, d e lu H 2 , CO
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und NO_, zu eliminieren. Der für die vollständige Verbrennung eines Kohlenwasserstoffs erforderliche Sauerstoffgehalt ist jedoch wesentlich verschieden von dem Sauerstoffgehalt, der für die vollständige Verbrennung einer teilweise oxygenierten Kohlenwasserstoffkomponente erforderlich ist, und wenn der Mengenanteil an teilweise oxygenierten Kohlenwasserstoffen erhöht wird, ist weniger Sauerstoff für die vollständige Verbrennung der Treibstoffmischung erforderlich·and NO_, to eliminate. However, the oxygen content required for complete combustion of a hydrocarbon is substantially different than the oxygen content required for complete combustion of a partially oxygenated hydrocarbon component, and as the proportion of partially oxygenated hydrocarbons is increased, less oxygen is required for complete combustion of the fuel mixture ·
Ziel der Erfindung ist es, eine Brennkraftmaschine, die mit Kohlenwasserstoff-Benzin betreibbar ist, so auszubilden, daß eine geringe Umweltbelastung und möglichst vollständige Ausnutzung der Energie des Kraftstoffes erreichbar sind*The aim of the invention is to design an internal combustion engine which can be operated with hydrocarbon gasoline in such a way that a low environmental impact and as complete as possible utilization of the energy of the fuel can be achieved.
Darle^urig des Wesens der ErfindungLouboutin the nature of the invention
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brennkraftmaschine, die mit Kohlenwasserstoff-Benzin betreibbar ist, zu schaffen, bei der ein geschlossenes Kreislaufregelsystem das Luft/Treibstoff-Verhältnis in der Weise kontrolliert bzw* regelt, daß das Verhältnis auf einen Wert gebracht wird, bei dem eine vollständige oder nahezu vollständige Verbrennung sowohl· der Kohlenwasserstoffkomponenten als auch der teilweise oxygenierten Kohlenwasserstoffkomponenten auftritt«The invention has for its object to provide an internal combustion engine which is operable with hydrocarbon gasoline, in which a closed loop control system controls the air / fuel ratio in such a way or * controls that the ratio is brought to a value at complete or near complete combustion of both the hydrocarbon components and the partially oxygenated hydrocarbon components
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Brennkraftmaschine, in der Treibstoff mit Kohlenwasserstoff-Benzin und einem wesentlichen Anteil an teilweise oxygenierten (sauerstoffhaltigen) Kohlenwasserstoffen, v/ie Äthanol oder Methanol, verwendet wird« Das System umfaßt eine geschlossene Kreislauf-Kontrolle für die Aufrechterhaltung einer Verbrennung unter stöchiometrischen oder nahezu stöchiometrischen Bedingungen· Die geschlossene Kreislaufkontrolle umfaßt einen Sauerstoffsensor in dem Auspuff der Verbrennungskammer, der ein Zustandssignal abgibt, das anzeigt, ob die Verbrennung unterhalb oder oberhalb des stö'ehiometrisehen Verhältnisses stattfindet* Das Zustandssignal wird von einem logischen Regelkreis oder einem Luft/Treibstoff-Verhältnis-Regelkreis verarbeitet zur Erzielung eines Kontrollsignals, das einen Luft/Treibstoff-Verhältnis-Kontrollmechanismus bzw« -Regelmechanismus in einer solchen Richtung einstellt, daß er das Luft/Treibstoff«Verhältnis innerhalb eines sehr engen Bereiches um das stöchiometrische Verhältnis herum halte Um den Pollutionsausstoß aus dieser Brennkraftmaschine minimal zu halten, wird ein Drei-Wege-Katalysator .verwendet und die Wirksamkeit des Katalysators wird durch die geschlossene Kreislaufkontrolle optimal gestaltet«The subject of the present invention is an internal combustion engine which utilizes hydrocarbon gasoline fuel and a substantial proportion of partially oxygenated (oxygenated) hydrocarbons, ie ethanol or methanol. The system includes closed loop control for the maintenance of combustion Under Stoichiometric or Near Stoichiometric Conditions Closed loop control includes an oxygen sensor in the exhaust of the combustion chamber, which outputs a status signal indicating whether combustion is below or above the stoichiometric ratio. The condition signal is from a logic loop or air / Fuel ratio control circuit processes to obtain a control signal which sets an air / fuel ratio control mechanism in such a direction as to adjust the air / fuel ratio within e Keeping the stoichiometric ratio within a very narrow range In order to minimize polluting emissions from this internal combustion engine, a three-way catalytic converter is used and the efficiency of the catalytic converter is optimized by the closed-loop control. "
Bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine wird eine Quelle für Treibstoff, der Kohlenwasserstoff-Benzin und einen wesentlichen Anteil an teilweise oxygenierten Kohlenwasserstoffen, wie Äthanol und Methanol, enthält, mit Luft in einem Verhältnis kombiniert, das bestimmt wird durch einen Luft/Treibstoff-Verhältnis-Regelmechanismus, um die Mischung so nahe wie möglich auf dasIn one embodiment of the internal combustion engine according to the invention, a source of fuel containing hydrocarbon gasoline and a substantial proportion of partially oxygenated hydrocarbons, such as ethanol and methanol, is combined with air in a ratio determined by an air / fuel ratio. Control mechanism to keep the mixture as close as possible to the mix
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stöchiometrische Verhältnis einzustellen· Die Mischung wird in eine Verbrennungskammer eingeführt· Ein Sauerstoffsensor in dem Auspuff der Verbrennungskammer liefert ein Zustandssignal, welches anzeigt, ob die Auspuffgasmischung unterhalb des stö'chiometrischen Verhältnisses (reich an Treibstoff) oder oberhalb des stöchiometrischen Verhältnisses (arm an Treibstoff) liegt· Dieses Zustandssignal wird auf einen Luft/ Treibstoff-Verhältnis-Regelkreis oder einen logischen Schaltkreis aufgegeben,der auf das Zustandssignal anspricht unter Abgabe eines geeigneten Kontrollsignals bzw· Regelsignals für den Luft/Treibstoff-Verhältnis-RegeImechanismus· Das Steuersignal (Regelsignal) bewirkt, daß dieser Mechanismus das Luft/Treibstoff-Verhältnis in Richtung auf das stöchiometrische Verhältnis einstellt· Auf diese Weise kann ein einen wesentliehen Mengenanteil an teilweise oxygenierten Kohlenwasserstoffen enthaltender Treibstoff verwendet werden, während gleichzeitig die Verbrennung bei dem stöchiometrischen Verhältnis oder sehr nahe bei dem stöchiometrischen Verhältnis gehalten wird. Infolgedessen kann ein Drei-V/ege-Katalysator verwendet werden, um den Pollutionsgehalt der Abgase aus dem Inn en Verbrennungssystem auf v/irksame Weise minimal zu halten«,Stoichiometric Ratio · The mixture is introduced into a combustion chamber · An oxygen sensor in the exhaust of the combustion chamber provides a status signal indicating whether the exhaust gas mixture is below the stoichiometric ratio (rich in fuel) or above the stoichiometric ratio (low in fuel) This condition signal is applied to an air / fuel ratio control circuit or a logic circuit which responds to the status signal by issuing an appropriate control signal for the air / fuel ratio control mechanism. The control signal (control signal) causes that this mechanism sets the air / fuel ratio towards the stoichiometric ratio. In this way, a fuel containing a substantial amount of partially oxygenated hydrocarbons can be used while at the same time burning is kept at the stoichiometric ratio or very close to the stoichiometric ratio. As a result, a three-phase catalyst can be used to minimize the pollutant content of the waste gases from the internal combustion system in an effective manner.
Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine ist im einzelnen dadurch gekennzeichnet, daß das Verbrennungssystem umfaßtThe internal combustion engine according to the invention is characterized in detail in that the combustion system comprises
- eine Verbrennungskammer und einen Auspuff,- a combustion chamber and an exhaust,
- eine Einrichtung zum Mischen von Luft mit dem Treibstoff, der enthält oder besteht aus Kohlenwasserstoff-Benzin und einem wesentlichen Anteil mindestens eines teilweise oxygenierten (säuerstoffhaltigen) Kohlenwasserstoffs, die getrennte Zufiihrungsquellen für Luft und Treibstoff umfaßt,means for mixing air with the fuel which contains or consists of hydrocarbon gasoline and a substantial proportion of at least one partially oxygenated (acid-containing) hydrocarbon comprising separate supply sources of air and fuel,
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- eine Luft/Treibstoff-Verhältnis-Rege!einrichtung, die mit mindestens einer der Zuführungsquellen gekoppelt ist, zur Regelung des Luft/Treibstoff-Verhältnisses für die Verbrennung undan air / fuel ratio control means coupled to at least one of the supply sources for controlling the air / fuel ratio for combustion and
- einen Sauerstoffsensor, der mit dem Auspuff des Verbrennungssystems gekoppelt ist und auf das stöchiometrische Verhältnis in dem Auspuffgas anspricht unter Abgabe eines Regelsignals, wobei die Luft/Treibstoff-Verhältnis-Regeleinrichtung anspricht, welches die Luft/Treibstoff-Verhältnis-Rege !einrichtung so einstellt, daß ein vorher festgelegtes durchschnittliches Luft/Treibstoff-Verhältnis erzielbar ist, wodurch ein im wesentlichen durchschnittliches stöchiometrisches Luft/Treibstoff-Verhältnis für die Verbrennung des Treibstoffes, der einen wesentlichen Anteil an teilweise ozygenierten (säuerstoffhaltigen) Kohlenwasserstoff komponenten enthält, automatisch eingestellt ist.an oxygen sensor coupled to the exhaust of the combustion system and responsive to the stoichiometric ratio in the exhaust gas delivering a control signal responsive to the air / fuel ratio controller adjusting the air / fuel ratio controller in that a predetermined average air / fuel ratio is achievable, whereby a substantially average stoichiometric air / fuel ratio for the combustion of the fuel containing a substantial proportion of partially ozygenierten (acid-containing) hydrocarbon components, is set automatically.
In v/eiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen daß das Verbrennungssystem außerdem aufweist einen Oxidationsund Reduktionskatalysator, der mit dem Auspuff des Verbren« nungssystems gekoppelt ist, wobei der Betrieb dieses Systems einen normalen Zyklus für den Auspuff ergibt, der schnell innerhalb einer vorher festgelegten begrenzten Abweichung von dem stöchiometrischen Verhältnis oszillierteIn still another aspect of the invention, it is contemplated that the combustion system further includes an oxidation and reduction catalyst coupled to the exhaust system of the combustion system, the operation of which system results in a normal cycle for the exhaust that is fast within a predetermined limited deviation oscillated from the stoichiometric ratio
Gemäß*einem letzten Merkmal ist es zweckmäßig, daß die Abweichung von dem stöchiometrischen Verhältnis zwischen ± 2 % liegt·According to a last feature, it is appropriate that the deviation from the stoichiometric ratio is between ± 2% .
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, . γ ,. γ
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die.beiliegenden Zeichnungen näher erläutert· Dabei zeigen:The invention will be explained in more detail below with reference to the accompanying drawings.
Pig« 1: ein elektrisches und mechanisches Blockdiagramm, das ein System darstellt, auf das die Erfindung angewendet wird; undPig 1: an electrical and mechanical block diagram illustrating a system to which the invention is applied; and
Pig· 2: eine graphische Darstellung des stöchiometrischen Luft/Treibstoff-Verhältnisses als Punktion des Gehaltes an Äthanol in Prozent in einer Äthanol/ Benzin-Mschung«Pig · 2: A graph of the stoichiometric air / fuel ratio as a puncture of the percentage of ethanol in an ethanol / gasoline scheme «
Wie in der Pig· 1 der beiliegenden Zeichnung dargestellt, umfaßt die Brennkraftmaschine eine Verbrennungskammer 10, die ein Luft/Treibstoff-Gemisch verbrennt und dadurch ein Auspuffgas erzeugt, das schematisch in einem Auspuff 12 dargestellt ist· In dem Auspuff 12 ist ein bekannter Typ eines Sauerstoffsensors 14 angeordnet, der ein elektrisches Signal E1 mit einem Wert ergibt, der eine Punktion der Stöchiome» trie des Auspuffgases ist· Das abgegebene elektrische Signal E1 des Säuerstoffsensors 14 wird auf einen Luft/Treib» stoff-Verhältnis-Regelkreis 22 aufgegeben· Dieser Luft/Treibst off- Verhältnis-Regelkreis 22 wird hier nicht näher beschrieben, weil es viele bekannte Regelkreise bzw« Schal« tungen gibt, die diese Punktion erfüllen· Es können auch andere Eingangssignale für den Luft/Treibstoff-Verhältnis-Regelkreis 22 verwendet werden, so daß der Sauerstoffsensor 14 ein Signal E1 abgibt, das nur einen der Parameter repräsentiert, die ein Regelsignal (Kontrollsignal) E2 aus dem Luft/Treibstoff-Verhältnis-Regelkreis 22 beeinflussen können, .As shown in Pig. 1 of the accompanying drawings, the internal combustion engine comprises a combustion chamber 10 which burns an air / fuel mixture and thereby produces an exhaust gas which is schematically shown in an exhaust pipe 12. In the exhaust pipe 12, a known type is one Oxygen sensor 14 is arranged, which produces an electrical signal E1 with a value that is a puncture of the stoichiometry of the exhaust gas. The emitted electrical signal E1 of the acid substance sensor 14 is applied to an air / fuel ratio control circuit 22 / Treibst off- ratio control circuit 22 is not described here in more detail, because there are many known control circuits or «Schal« lines that meet this puncture · It can also be used for the air / fuel ratio control circuit 22, other input signals that the oxygen sensor 14 emits a signal E1, which represents only one of the parameters that a control signal (Kontrollsig nal) E2 can influence from the air / fuel ratio control circuit 22,.
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Eine Zuführungsquelle 16 für Luft und eine Zuführungsquelle 18 für Treibstoff (Kraftstoff) liefern die Luft bzw· den Treibstoff für die Luft/Treibstoff-Verhältnis-Regeleinrichtung 20 bzwo den Kontrollmechanismus. Bei dem aus der Zuführungsquelle 18 stammenden Treibstoff handelt es sich um. einen solchen, der einen wesentlichen Anteil an teilweise oxygenierten Komponenten enthält« Wie in Verbindung mit der Pig, 2 weiter unten näher erörtert, ist hier unter einem wesentlichen Anteil einer teilweise oxygenierten Komponente eine Menge zu verstehen, die ausreicht, um einen wesentlichen Effekt auf die Stöchiometrie des Systems auszuüben«»An air supply source 16 and a fuel (supply) supply source 18 provide the air and fuel for the air / fuel ratio controller 20, respectively, to the control mechanism. The fuel originating from the supply source 18 is. As discussed in greater detail with Pig, 2 discussed below, a substantial proportion of a partially oxygenated component is to be understood as an amount sufficient to have a significant effect on the Exercise stoichiometry of the system «»
Die Luft und der Treibstoff aus den Zuführungsquellen 16; werden in einem durch die Luft/Treibstoff-Verhältnis-Regeleinrichtung 20 bzw. den Kontrollmechanismus vorgegebenen Mengenverhältnis miteinander gemischt,- so daß die Luft und der Treibstoff durch die Zuführungsleitung 21 in die Verbrennungskammer 10 in einem Verhältnis eingeführt werden, das durch die Einstellung der Luft/Treibstoff«Verhältnis-Regeleinrichtung 20 bzw» des Kontrollmechanismus festgelegt wird* Die Einstellung der Luft/Treibstoff-Verhältnis-Regel« einrichtung 20 bzw« des Kontrollmechanismus wird mindestens teilweise bestimmt durch das Regelsignal.E2 aus dem Luft/ Treibstoff -Verhältnis-Regelkreis 22,,The air and fuel from the supply sources 16; are mixed with each other in a predetermined by the air / fuel ratio control device 20 and the control mechanism, respectively - so that the air and the fuel are introduced through the supply line 21 into the combustion chamber 10 in a ratio by adjusting the air The setting of the air / fuel ratio control means 20 or of the control mechanism is at least partially determined by the control signal E.E2 from the air / fuel ratio control circuit 22 ,,
Der. Luft/Treibstoff-Verhältnis-Regelkreis 22 ist so angeordnet, daß dann, wenn das Signal, das ein Output-Signal ist, E1 des Sauerstoffsensors 14 eine Säuerstoffmenge anzeigt, die unterhalb derjenigen liegt, die bei der stöchiometrischen Verbrennung auftritt, das Regelsignal E2 so eingestellt wird, daß ein magereres Luft/Treibstoff-Verhältnis erzeugt wirä'(dehu die Treibstoffmenge in bezug auf dieThe. Air / fuel ratio control circuit 22 is arranged so that when the signal which is an output signal, E1 of the oxygen sensor 14 indicates an amount of acid substance which is below that occurring in the stoichiometric combustion, the control signal E2 so is set that a leaner air / fuel ratio wirä '(d e hu the amount of fuel with respect to
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Luftmenge verringert wird) , um eine etwa stöchiometrische Verbrennung herbeizuführen. In entsprechender Weise wird dann, wenn das Signal E1 des Sauerstoffsensors 14 anzeigt, daß die Sauerstoffmenge größer ist als diejenige, die bei der stöchiometrischen Verbrennung auftritt, das Regelsignal E2 so verschoben, daß es die Luft/Treibstoff-Verhältnis-Regeleinrichtung 20 bzw· den Kontrollmechanismus so einstellt, daß die Treibstoffmenge in bezug auf die Luftmenge erhöht wird und so das Verhältnis wieder auf das stöchiometrische Verhältnis gebracht wird»Air amount is reduced) to bring about an approximately stoichiometric combustion. Similarly, when the signal E1 of the oxygen sensor 14 indicates that the amount of oxygen is greater than that occurring in the stoichiometric combustion, the control signal E2 is shifted so that it the air / fuel ratio controller 20 and Control mechanism adjusted so that the amount of fuel is increased in relation to the amount of air and so the ratio is brought back to the stoichiometric ratio »
Auf diese Weise entsteht eine Anordnung vom geschlossenen Kreislauf-Servo-Regel-Typ, die das.Verhältnis nahe bei dem stöchiometrischen Verhältnis hält« Der normale Betrieb eines beliebigen Fahrzeugs mit einer Brennkraftmaschine ist jedoch so, daß das Verhältnis um das stöchiometrische Verhältnis herum variiert. Wenn nun ein Drei-Wege-Katalysator verwendet wird, um die Auspuffpollution minimal zu halten, so tritt eine Schwankung um das stöchiometrische Verhältnis herum auf, bei der der Betrieb vorzugsweise kontinuierlich oberhalb oder kontinuierlich unterhalb des stöchiometrischen Verhältnisses liegt, weil der Katalysator sowohl für den Betrieb oberhalb des stöchiometrischen Verhältnisses als auch für den Betrieb unterhalb des stöchiometrischen Verhältnisses bestimmt ist» .In this way, a closed loop servo-control type arrangement maintains the ratio close to the stoichiometric ratio. However, the normal operation of any vehicle with an internal combustion engine is such that the ratio varies around the stoichiometric ratio. Now, if a three-way catalyst is used to minimize exhaust accumulation, there will be a variation around the stoichiometric ratio where the operation is preferably continuously above or continuously below the stoichiometric ratio because the catalyst is effective for both Operation above the stoichiometric ratio as well as for operation below the stoichiometric ratio is determined ».
Die derzeitigen weltweiten Forderungen nach einer neuen Energiequelle haben das Interesse an Alkohol als Streckmittel zum Ersatz eines bestimmten Mengenanteils von Kohlenwasserstoff-Benzin als Automobiltreibstoff bzw» -kraftstoff erneuerte Es besteht ein bestimmtes Interesse an durch Fermentation gewonnenem Äthanol oder an aus Kohle gewonnenem Methanol als Mischungsbestandteile in einem Motortrcibstoff©Current global demands for a new source of energy have renewed interest in alcohol as a diluent to replace a certain proportion of hydrocarbon gasoline as an automotive fuel. There is a particular interest in fermented ethanol or methanol derived from coal as compounding ingredients in a motor vehicle ©
Die begrenzte derzeitige Verwendung von Alkohol/Benzin-Gemischen erfolgt im allgemeinen in der Weise, daß man sich, nicht bemüht, den signifikanten Unterschied in bezug auf die stöchiometrischen Luft/Treibstoff-Verhältnisse der Treibst off komponenten zu kompensieren. Unter dem Wort "Benzin" ist hier "Kohlenwasserstoff-Benzin, wie oben definiert, zu verstehen. So weist beispielsweise handelsübliches bleifreies Kohlenwasserstoff-Benzin ein stöchiometrisches Luft/ Treibstoff-Verhältnis von etwa 1,46 auf, während Äthanol ein stöchiometrisches Luft/Treibstoff-Verhältnis von 9>0 aufweist· Wie aus der Fig«, 2 zu ersehen, variiert das stöchiometrische Luft/Treibstoff-Verhältnis einer Äthanol/Benzin-Mischung linear zwischen diesen Werten« Darüber hinaus folgt ein konventioneller Benzinvergaser oder ein konventionelles Benzineinspritzungssystem einem Weg, der ähnlich der charakteristischen Treibstoffdosierungslinie gemäß Fig* 2 ist, wenn der Prozentsatz an Äthanol von 0 % (100 % Benzin) in einer Äthanol/Benzin-Mischung erhöht wird» Die Folge davon ist, daß konventionelle Vergaser, die für die Verwendung in Verbindung mit normalem Benzin hergestellt werden, in der Uähe eines stöchiometrischen Luft/Treibstoff-Verhältnisses von 14,6. ein Luft/Treibstoff-Verhältnis von vielleicht 14*3 ergeben (vgl» die Pig. 1), wenn sie mit einer Mischung aus 30 % Äthanol und 10 % Benzin betrieben werden« Ein Luft/ Treibstoff-Verhältnis von 14»3 ist wesentlich ärmer an Treibstoff als das stöchiometrische Luft/Treibstoff-Verhältnis von 12,8 für 30 % Äthanol und der Vergaser muß daher eingestellt werden, um den Treibstoff wirksam auszunutzen« Umgekehrt ist dann, wenn ein Vergaser auf die Iahe des stöchiometrischen Punktes für ein Äthanol/Benzin-Gemisch mit 30 % Äthanol eingestellt v/ird? und dann das Fahrzeug mit 100 %The limited current use of alcohol / gasoline blends is generally such that one does not endeavor to compensate for the significant difference in stoichiometric air / fuel ratios of the propellant components. By the term "gasoline" herein is meant "hydrocarbon gasoline as defined above." For example, commercial unleaded hydrocarbon gasoline has a stoichiometric air / fuel ratio of about 1.46 while ethanol has a stoichiometric air / fuel ratio of about 1.46. As can be seen from FIG. 2, the stoichiometric air / fuel ratio of an ethanol / gasoline mixture varies linearly between these values. In addition, a conventional gasoline carburetor or gasoline injection system follows a path which similar to the characteristic fuel dosing line of FIG. 2, when the percentage of ethanol is increased from 0 % (100 % gasoline) in an ethanol / gasoline mixture. The consequence of this is that conventional gasifiers suitable for use in conjunction with normal Gasoline, in the vicinity of a stoichiometric air / fuel ratio of 14.6 e in air / fuel ratio of perhaps 14 * 3 (see "the Pig. 1) when run on a mixture of 30 % ethanol and 10% gasoline "An air / fuel ratio of 14" 3 is significantly lower in fuel than the stoichiometric air / fuel ratio of 12.8 for 30 % ethanol and conversely, the carburetor must be adjusted to take advantage of the fuel. Conversely, when a carburetor is adjusted to the level of the stoichiometric point for an ethanol / gasoline mixture containing 30 % ethanol, is it ? and then the vehicle with 100%
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Benzin betrieben wird, die dabei erhaltene Mischimg reicher an Treibstoff und man erhält wesentlich höhere CO-und HC-Emissionen und es wird Energie verschwendet· Zu den Problembereichen, die mit der Vervrendung dieser Alkohol/Benzin-Gemische verbunden sind, gehören:Gasoline is operated, the resulting Mischimg richer in fuel and you get much higher CO and HC emissions and energy is wasted · The problem areas associated with the use of these alcohol / gasoline mixtures include:
1« die Flüchtigkeit - die zu Kalt- und Warmstartschwierigkeiten führt,1 "the volatility - which leads to cold and warm start difficulties,
2. die Verteilung der Mischung innerhalb des Motors, 3· die Y/asseraufnähme und die Komponenten trennung, 4· die Korrosion und der chemische Angriff am Treibstoffsystem und an den Motorsystemkomponenten und 5» die stöchiometrischen Unterschiede zwischen Alkohol und Benzin mit den zugehörigen Abgasemissionserwägungene 2. the distribution of the mixture within the engine, 3 · the water absorption and the components separation, 4 · the corrosion and the chemical attack on the fuel system and the engine system components and 5 »the stoichiometric differences between alcohol and gasoline with the associated exhaust emissions considerations e
Die vorliegende Erfindung bezieht sich insbesondere auf diesen zuletzt genannten Punkt·The present invention relates in particular to this latter point.
Das geschlossene Kreislauf-Treibstoff-Dosiersystem, das durch die Fig. 1 repräsentiert wird, für die Verwendung zusammen mit den Drei-Wege-Konversionskatalysatoren (TWC-Katalysatoren) bietet, wie sich aus den weiter unten diskutierten Tests ergibt, die Möglichkeit, niedrige Auspuffgasemissionen zu erzielen und das TreibstoffeinspritzungssystemThe closed loop fuel metering system represented by Figure 1, for use with the three-way conversion catalysts (TWC catalysts) offers the potential for low exhaust gas emissions, as will be seen from the tests discussed below to achieve and the fuel injection system
automatisch auf die Unterschiede in·bezug auf die Stöchiometrie zwischen einer Vielzahl von Treibstoffmischungskomponenten einzustellen* Durch diese neue Technologie können Treibstoffgemische, die bis zu mindestens 30 % Äthanol enthalten, in einem solchen System verwendet werden, während gleichzeitig die niedrigen Auspuffgasemissionen und zufriedenstellende Fahreigenschaften aufrechterhalten werden» EsThis novel technology allows fuel blends containing up to at least 30 % ethanol to be used in such a system while maintaining low exhaust gas emissions and satisfactory driveability "It
ist daher zu erwarten, daß ein Fahrzeug, das bei einer 30 % Äthanol/Benzin-Mischung auf eine optimale Systemleistung eingestellt ist, ein ähnliches Leistungsvermögen möglicherweise bei + 30 %, d.ho bei 0 % Äthanol bis 60 % Äthanol aufweist«It can therefore be expected that a vehicle set for optimal system performance with a 30 % ethanol / gasoline mixture may have similar performance at + 30 %, i.e. 0 % ethanol to 60 % ethanol. "
Der Oxidations- und Reduktionskatalysator 24 bewirkt die gleichzeitige Entfernung von HC, CO und NO aus dem Motorabgase Hohe Prozentsätze an allen drei Pollutionsmittelri, die häufig 80 % oder mehr betragen, können auf diese V/eise entfernt v/erden, wenn die Abgaszusammensetzung im Durchschnitt innerhalb eines engen Bereiches des Luft (Sauerstoff)·=· Treibstoff-Verhältnisses bleibt, wie er in der Fig· 2 dargestellt ist. Obgleich die Luft/Treibstoff-Verhältnisse momentan stark variieren können, muß das durchschnittliche Verhältnis innerhalb jedes Betriebsdauerzeitraumes von einigen wenigen Sekunden innerhalb eines Bereiches von etwa 1 oder 2 Prozentpunkten auf jeder Seite des stöchiometrischen Luft/Treibstoff-Verhältnisses für den verwendeten Treibstoff liegen, damit der TWC»Katalysator auf v/irksame Weise HC, CO und U0„ entfernen kann» Wenn beispielsweise das stöchiometrische Luft/Treibstoff-Verhältnis für bleifreies Benzin 14?6 beträgt, so kann der erforderliche Regelbereich etwa die Werte 14,45 bis 14»75 für das Luft/Treibstoff-Verhältnis umfassen. Die erfolgreiche Regelung des Luft/Treibstoff-Verhältnisses hängt von dem geschlossenen Kreislauf-Regelsystem (Regelkreis) ab, d*he es hängt ab von einer Einrichtung, mit deren Hilfe der Sauerstoffgehalt des Abgases kontinuierlich überwacht und das Luft/Treibstoff-Verhältnis so eingestellt wird, daß die stöchiometrische Abgaszusammensetzung aufrechterhalten wird, die für den Betrieb des TWC-Katalysators erforderlich ist» Außerdem liegen, sowohl dieThe oxidation and reduction catalyst 24 effects the simultaneous removal of HC, CO and NO from the engine exhaust. High percentages of all three pollutants, which are often 80 % or more, can be removed to this extent if the exhaust composition is average remains within a narrow range of the air (oxygen) · = · fuel ratio as shown in FIG. 2. Although the air / fuel ratios may currently vary widely, the average ratio within each operating period of a few seconds must be within a range of about 1 or 2 percentage points on either side of the stoichiometric air / fuel ratio for the fuel used, thus TWC »Effectively Removing Catalyst HC, CO and U0» For example, if the stoichiometric air / fuel ratio for unleaded gasoline is 14 ? 6, the required control range may be about 14.45 to 14 »75 for the air / fuel ratio. The successful control of the air / fuel ratio depends on the closed loop control system starting from (control circuit), d * h e it depends on a device, by means of which the oxygen content of the exhaust gas is continuously monitored, and the air / fuel ratio is set so will maintain the stoichiometric exhaust gas composition required to operate the TWC catalyst
210 479 -210 479 -
H -H -
wirtschaftliche Ausnutzung des Treibstoffes als auch die Leistung des Motors in der Nähe des Maximums, wenn das Luft/Treibstoff-Verhältnis bei dem stöchiometrischen Verhältnis gehalten wird. Der Sauerstoffgehalt des Auspuffgases, der in Beziehung zu dem Luft/Treibstoff-Verhältnis steht, wird mittels eines Sauerstoffsensors 14 bestimmt, der am Ausgang der Auspuff-Rohrverzwigung angeordnet ist·' Der Säuerst off sensor 14 spricht sehr schnell an, bestimmt die Änderungen in der Auspuffgaszusammensetzung innerhalb einer weniger Millisekungen und antwortet mit einer sehr steilen Spannungscharakteristik unabhängig von der Treibstoffzusammensetzung an dem stöchiometrischen Punkt 1,00· Diese steil ansteigende Charakteristik erlaubt die Verwendung eines verhältnismäßig einfachen elektronischen Luft/Treibstoff«Verhältnis-Regelkreises 22 (oder eines Schaltkreises (einer logischen Einrichtung)) zur Erzeugung von korregierenden Regelsignalen E2 für eine Luft/Treibstoff-Verhältnis-Regeleinrichtung 20 bzwo einen Kontrollmechanismus und somit zur Einstellung einer Treibstoffeinspritzungseinrichtung oder eines Vergasers, um die genaue geschlossene Kreislauf-Regelung des Luft/Treibstoff-Verhältnisses aufrechtzuerhalten»economic utilization of the fuel as well as the performance of the engine near the maximum when the air / fuel ratio is kept at the stoichiometric ratio. The oxygen content of the exhaust gas, which is related to the air / fuel ratio, is determined by means of an oxygen sensor 14 located at the outlet of the exhaust pipe union. The acid release sensor 14 responds very rapidly, determining the changes in the exhaust gas Exhaust gas composition within a few milliseconds and respond with a very steep voltage characteristic regardless of the fuel composition at the stoichiometric point 1.00 This steeply increasing characteristic allows the use of a relatively simple electronic air / fuel ratio control circuit 22 (or a circuit (a logical Means) for generating corrective control signals E2 for an air / fuel ratio controller 20 and a control mechanism and thus for adjusting a fuel injection device or a carburetor, for the accurate closed loop control of the air / T maintain friction ratio »
Es wurde ein Testprogramm durchgeführt, in dem mehrere Äthanol/Benzin- und einige Methanol/Benzin-Gemische zum Testen in einem 1977er Prototyp-Volvo-TY/C-Katalysator-Fahrzeug verwendet wurden, dessen Motor nur für Benzin bestimmt war. Der Zweck der Tests war der, die Emissionen und das Fahrverhalten des Fahrzeugs zu untersuchen, um das Leistungsvermögen der bereits vorhandenen Regelsysteme mit geschlossenem Kreislauf zur Aufrechterhaltung eines stöchiometrischen Luft/Treibstoff-Verhältnisses bei Verwendung der Test-A test program was conducted using several ethanol / gasoline and some methanol / gasoline blends for testing in a 1977 prototype Volvo TY / C catalytic converter vehicle whose engine was for gasoline only. The purpose of the tests was to investigate the emissions and driveability of the vehicle to test the performance of existing closed-loop systems to maintain a stoichiometric air / fuel ratio using the test equipment.
21 O 4721 o 47
gemische zu bestimmen. Es wurde kein Versuch gemacht, den Zündzeitpunkt einzustellen oder anderweitig die geschlossene Kreislaufregelung und den TWC-Katalysator für die Verwendung der Äthanol/Benzin-Gemische zu optimieren· Das System an dem Volvo-Testfahrzeug war nämlich dazu bestimmt, die Neigung des Luft/Treibstoff-Verhältnisses mit zunehmender Höhenlage reicher an Treibstoff zu werden, zu kompensieren· Andererseits sollte ein System, das für Alkohol/Benzin-Gemische bestimmt ist, so gebaut sein, daß es das Luft/Treibstoff-Verhältnis genau in entgegengesetzter Richtung (arm an Treibstoff) kompensiert«to determine mixtures. No attempt was made to adjust the ignition timing or otherwise to optimize the closed circuit control and the TWC catalyst for the use of the ethanol / gasoline mixtures. The system on the Volvo test vehicle was designed to measure the slope of the air / fuel ratio. On the other hand, a system designed for alcohol / gasoline mixtures should be designed to compensate for the air / fuel ratio in exactly the opposite (low fuel) ratio "
In dem Programm wurde ein Volvo-TWC-Katalysator-Testwagen mit dem in Pig· 1 dargestellten Treibstoffen;) ektionsregelsystem mit geschlossenem Kreislauf verwendet. Die spezifischen Fahrzeugdaten sind nachfolgend angegeben:The program used a Volvo TWC catalytic converter test car with the closed loop fuel control system shown in Pig. The specific vehicle data are given below:
Fahrzeug: Volvo Modell 244, 4-Gang-Hand-Vehicle: Volvo Model 244, 4-speed manual
schaltungcircuit
Motors Volvo B 21, 4-Zylinder mit 2,1 1Motors Volvo B 21, 4-cylinder with 2.1 1
Verdrängung, keine AbgasrezyklisierungDisplacement, no exhaust gas recycle
Treibstoffzuführungs- R. Bosch K-Jetronic - Treibstoffsystem: einspritzungFuel Supply R. Bosch K-Jetronic - Fuel System: Injection
Regelsystem mit geschlos- R0 Bosch-Sauerstoffsensor (/t-Sonsenem Kreislauf: de) und Schaltkreis (logische Einrichtung) /ßas Treibstoffzuführungssystem und das RegelsystemControl system with closed R 0 Bosch oxygen sensor (/ t-Sonsenem circuit: de) and circuit (logical device) / ßas fuel supply system and the control system
210'47.9. .-ie-210'47.9. .-IE
mit geschlossenem Kreislauf bildeten eine Einheit/with a closed circuit formed a unit /
Dynamometrisches 1350 kg (3000 Pounds)Dynamometric 1350 kg (3000 pounds)
Trägheitsgewicht: 13»2 Straßen-PS (RHP) bei 80 km/h . (50 ICPH) (einschließlich 10 % Inertia weight: 13 »2 road horsepower (RHP) at 80 km / h. (50 ICPH) (including 10 %
zusätzlichen PS für die Klimaanlage)additional horsepower for the air conditioning)
TWC-Katalysator: Engelhard PTX-516, TWC-16 (Kata-TWC catalyst: Engelhard PTX-516, TWC-16 (cat
lysator-Volumen 1671»8 cm (102 inch3))lysator volume 1671 »8 cm (102 in. 3 ))
Sowohl der Engelhard-Katalysator als auch der R. Bosch-Sauerstoffsensor waren zum Zeitpunkt des Beginns der Tests mit diesen Alkohol/Benzin-Gemischen weniger als 480 km (300Both the Engelhard catalyst and the R. Bosch oxygen sensor were less than 480 km (300th) at the time of testing with these alcohol / gasoline blends
miles) in Betrieb gewesen· Es sei darauf hingewiesen, daß kein Versuch gemacht wurde, die Motor- oder Regelsystemparameter für die Alkohol/Benzin-Gemische zu optimieren,It should be noted that no attempt has been made to optimize the engine or control system parameters for the alcohol / gasoline blends.
Äthanol.C und Methanol)/Benzin-Mischun^skomponenten Ethylene glycol and methanol) / gasoline mixture components
Bei dem Benzin handelte es sich um einen bleifreien Treibstoff (Kraftstoff), der demjenigen sehr stark ähnelte, wie er von d em Environmental Protection Agency der Regierung der Vereinigten Staaten für Fahrzeugemissionstests vorgeschrieben ist· Bei dein Äthanol handelte es sich um ein kommerzielles denaturiertes Produkt und bei dem Methanol handelte es sich um ein solches von Reagensqualität« Die wesentlichen Eigenschaften der Treibstoffkomponenten waren folgende:The gasoline was a lead-free fuel that was very similar to the one prescribed by the United States Government Environmental Protection Agency for vehicle emissions testing. · Its ethanol was a commercial denatured product the methanol was one of reagent grade. "The essential properties of the fuel components were as follows:
Das Äthanol bestand im wesentlichen zu 97 % aus Äthylalkohol, zu 1 % aus Äthylacetat, zu 1 % aus Methylisobutylketon und zu 1 % aus Flugbenzin»The ethanol consisted essentially of 97 % ethyl alcohol, 1% ethyl acetate, 1 % methyl isobutyl ketone and 1 % aviation fuel »
Das Methanol war ein solches von Reagensqualität (99,9 %ig)·The methanol was one of reagent grade (99.9%) ·
Das verwendete bleifreie Benzin hatte die folgenden Eigenschaften:The lead-free gas used had the following characteristics:
Es wurden Abgasemissionstests mit dem Yolvo-TWC-Katalysator» Testwagen mit den nachfolgend angegebenen Äthanol/Benzin-Gemischen (bezogen auf das Volumen) durchgeführt:Exhaust emission tests were carried out on the Yolvo TWC catalyst »test car with the following ethanol / gasoline mixtures (by volume):
0 % Äthanol 100 % Benzin0 % ethanol 100% gasoline
10 % Äthanol 90% Benzin10 % ethanol 90% gasoline
20 % Äthanol 80 % Benzin20 % ethanol 80 % gasoline
30 % Äthanol . 70 % Benzin30 % ethanol. 70 % gasoline
40 % Äthanol . 60 % Benzin40 % ethanol. 60 % gasoline
50 % Äthanol ' 50 % Benzin50 % ethanol '50 % gasoline
210 479210 479
Zur Bestimmung der Abgasemissionen wurde das US-Federal-Testverfahren angewendet· Außerdem wurde eine Reihe von kurzen dynamischen Fahrzyklen mit jedem der obengenannten Gemische durchgeführt und zusätzlich wurde ein 60 % Äthanol/ 40 % Benzin-Gemisch bewertet, um die Eigenschaften des Regel« systems mit geschlossenem Kreislauf näher zu untersuchene Die Testdaten umfaßten die Aufzeichnung des Säuerstoffsensor- Outputs· Die Auspuffgasemissionstests wurden auch mit den nachfolgend angegebenen Methanol/Benzin-Gemischen (bezogen auf das Volumen) durchgeführt:In addition, a series of short dynamic driving cycles were performed with each of the above mixtures and additionally a 60 % ethanol / 40 % gasoline mixture was evaluated to determine the characteristics of the control system closed circuit closer to investigate e test data included the recording of Säuerstoffsensor- outputs · the exhaust gas emission test gasoline mixtures were carried out (by volume) with the disclaimer provided below methanol /:
0 % Methanol 100 % Benzin0 % methanol 100% gasoline
10 % Methanol 90 % Benzin10% methanol 90 % gasoline
20 % Methanol 80 % Benzin20 % methanol 80 % gasoline
Testergebnisse Test results
Die bei dem US-Federal~Testverfahren (I1TP) erhaltenen Emissionsergebnisse sind in der folgenden Tabelle zusammen mit einem kurzen Kommentar bezüglich des Gesamt fahr verhalt ens des Fahrzeugs während der Emissionstests auf dem Chassis-Dynamometer angegeben·The emission results obtained in the US Federal Test Method (I 1 TP) are given in the following table, together with a brief comment on the overall driving behavior of the vehicle during the emission tests on the chassis dynamometer.
Die wichtigsten Aspekte der FTP-Emissionstests sind die sehr niedrigen Fahrzeugemissionen und die Tatsache, daß diese niedrigen Emissionen mit 30 % Äthanol in dem Treibstoffgemisch aufrechterhalten wurden« Die HC/QO/ΈΟ -Gehalte lagen in der Bähe von 0,2/3,0/0,1 g/mi bei Ausgangsemissionen (ohne Katalysator) von 0,93/13,68/2,47 g/mi. Im Vergleich zu den Tests mit 30 % Äthanol zeigten die FTP-Emissionstests bei 40 % und 50 % Äthanol einen Anstieg der HO -Emis«The most important aspects of the FTP emissions tests are the very low vehicle emissions and the fact that these low emissions were maintained in the fuel mixture with 30 % ethanol. "The HC / QO / ΈΟ contents were close to 0.2 / 3.0 / 0.1 g / ml at starting emissions (without catalyst) of 0.93 / 13.68 / 2.47 g / ml. In comparison to the tests with 30% ethanol, the FTP emission tests showed an increase of the HO-emissions for 40 % and 50 % ethanol «
Λ. Λ.
sion und eine Abnahme der ,CO-Bmissicne Diese Beobachtungsion and a decrease in, CO-e Bmissicn This observation
210210
bezüglich der CO- und UO -Emissionen stimmte mit einer Ver-Schiebung der Regelung der Luft/Treibstoff-Verhältnis-Regeleinrichtung mit geschlossenem Kreislauf in Richtung auf eine etwas magerere Mischung überein·CO and UO emissions coincided with a shift in closed-loop air / fuel ratio control in the direction of a somewhat leaner mixture.
210 479 -so-210 479 -so-
Tabelle (Portsetzung)Table (port setting)
HC CO NO Mischung Bemerkungen (g/ml) (g/mi) Cg3VmI) HC CO NO mixture Remarks (g / ml) (g / mi) Cg 3 VmI)
Methanol/Benzin-Methanol / gasoline
Gemische - · Mixtures - ·
0,14 3,19 0,11 100 % Benzin Grundgemisch0.14 3.19 0.11 100 % gasoline base mixture
nur Benzin 0,16 3,20 0,09 10 % Methanol/-only petrol 0.16 3.20 0.09 10 % methanol / -
. . 90 % Benzin 0,15 3,20 0,05 20 % Methanol/-, , 90 % gasoline 0.15 3.20 0.05 20 % methanol / -
80 % Benzin80 % gasoline
Wenn man die in Pig· 2 erläuterte Ireibstoffdosiercharakteristik berücksichtigt, ergibt sich folgendes: Bei einem 40 % Ätha nol/Benzin-Gemisch beträgt das erforderliche, durch einen geschlossenen Kreislauf geregelte stöchiometrische Luft/Treibstoff-Verhältnis für die TWC-Katalysatoraktivität 12,2 während das Luft/Treibstoff«Verhältnis ohne geschlossene Kreislauf-Regelung wahrscheinlich in der Uähe der charakteristischen Treibstoffdosierlinie bei etwa 14,0 liegen würde,. Diese Differenz stellt eine beachtliche Herausforderung für das Regelsystem dar und während des dynamischen Betriebs mit mehr als 30 %: Ätha nol ist es wahrscheinlich, daß das geschlossene Kreislaufsystem (wie eingestellt) nicht immer ein stöchiometrisches (./L- 1,00) Luft/Treibstoff-Verhältnis einhalten kann, um einen maximalen TWC-Katalysa« tor~Umwandlungsv/irkungsgrad für HC, CO und H0_ aufrechtzuerhaltenβ Die Polge davon ist, daß sich das durchschnittliche Luft/Treibstoff-Verhältnis etwas zu dem mageren Bereich hin verschiebt, wobei der NO -Umwand lungs wirkungsgrad für denTaking into account the fuel metering characteristic illustrated in Pig. 2, the following is the case. For a 40 % ethanol / gasoline mixture, the required closed loop stoichiometric air / fuel ratio for the TWC catalyst activity is 12.2 during the Air / fuel ratio without closed loop control would likely be close to the 14.0 characteristic fuel dosing line. This difference poses a considerable challenge to the control system and more than 30 % during dynamic operation : Ätha nol it is likely that the closed loop system (as set) will not always have a stoichiometric (./L- 1.00) air / Fuel ratio can be maintained to maintain a maximum TWC catalyst conversion efficiency for HC, CO and H0_. The poling of this is that the average air / fuel ratio shifts slightly towards the lean region, with the NO - Conversion efficiency for the
210 479210 479
TWC-Katalysator deutlich abnehmen sollte, während die CO- und HC-Umwandlungsgrade ansteigen* Die Daten in der vorstehenden Tabelle bestätigen den erwarteten Trend für CO und HO · Die HC-Emissionen nehmen jedoch nicht weiterhin abs wie angenommen· Die Erklärung für dieses HC-Verhalten ist verhältnismäßig kompliziert und bezieht sich direkt auf das Fahrverhalten des Fahrzeugs (die Verzögerung und dgl«), das teilweise durch Einstellung des Motors verbessert werden kann*,TWC catalyst should decrease significantly, while the CO and HC conversion levels rise * The data in the above table confirm the expected trend for CO and HO However, the HC emissions will not continue from s as assumed · The explanation for this HC Behavior is relatively complicated and relates directly to the vehicle's handling (the deceleration and the like), which can be partially improved by adjusting the engine *,
Ein begrenzter Test wurde auch mit Methanol als Benzin-Streckmittel durchgeführt. Die in der Tabelle angegebenen Testdaten zeigen, daß Mischungen mit bis zu 20 % Methanol keinen Einfluß auf die Emissionsergebnisse im Vergleich zu der Grundmischung hatten· Obgleich ein weiterer Test erforderlieh wäre, um die Betriebsgrenzen für Gemische von Methanol mit Benzin festzulegen, zeigen diese Ergebnisse, daß das TWC-Katalysatorsystem mit geschlossenem Kreis auch für variierende Methanol/Benzin-Gemische auf die gleiche Art und Weise wie vorstehend für. Äthanol-Benzin-Gemische beschrie* ben anwendbar ist«A limited test was also conducted with methanol as a gasoline extender. The test data presented in the table shows that mixtures with up to 20% methanol had no effect on the emission results compared to the base mixture. Although another test would be required to establish the operating limits for mixtures of methanol with gasoline, these results show that the TWC closed-loop catalyst system also for varying methanol / gasoline mixtures in the same manner as above for. Ethanol-petrol mixtures described is applicable «
SchlußfolgerungenConclusions
Die Schlußfolgerungen aus dieser Untersuchung bezüglich des Einflusses von Alkohol/Benzin-Treibstoffgemischen auf den Betrieb und die Auspuffgasemissionen eines TWC-Katalysator-Pahrzeuges mit geschlossenem Regelkreis sind folgende:The conclusions from this study regarding the effect of alcohol / gasoline fuel mixtures on the operation and exhaust gas emissions of a closed-loop TWC catalytic converter are the following:
210 479 -22 -210 479 -22 -
Bei einem Emission/Fahrzeug-System, das nur für den Betrieb mit Benzin als Treibstoff bestimmt ist, können Äthanol/Benzin-Treibstoffgemische, die mindestens 30 % Äthanol enthalten, bei einem ausgezeichneten Fahrzeugbetrieb und bei niedrigen HC-, CO- und UO -Auspuffgasemissionen verwendet werden, gemessen auf einem Chassis-Dynamometer unter Anwendung des US(3?ederal)-E&issions-TestverfahrensoIn an emission / vehicle system intended only for gasoline fuel use, ethanol / gasoline fuel blends containing at least 30 % ethanol can provide excellent vehicle operation and low HC, CO and UO purge gas emissions measured on a chassis dynamometer using the US (3 "ed.) -E & issions test method
Im allgemeinen wurde eine gute Regelung (Steuerung) der HC- und CO-Emissionen bei Äthanol/Benzin-Gemischen mit bis zu 50 % Äthanol erzielt, das Fahrverhalten des Fahrzeugs wurde jedoch bei einigen Arten des dynamischen Betriebes verschlechterteIn general, good control of HC and CO emissions has been achieved with ethanol / gasoline blends containing up to 50 % ethanol, but vehicle driveability has been degraded in some types of dynamic operation
Methanol/Benzin-Treibstoffgemische, die bis zu 20 % Methanol enthielten, ergaben einen ausgezeichneten Fahrzeugbetrieb und niedrige HC-, CO- und UO -Abgasemissionen· Methanolkonzentrationen oberhalb 20 % wurden nicht untersucht»Methanol / gasoline fuel blends containing up to 20 % methanol gave excellent vehicle operation and low HC, CO, and UO emissions. · Methanol concentrations above 20 % were not investigated »
Es wird angenommen, daß dieses Fahrzeug, wenn es in bezug auf Leistung und Emissionsregelung auf einen Äthanol/Benzin« Treibstoff mit 30 % Äthanol optimal eingestellt würde, wahrscheinlich eine Regelung innerhalb des Bereiches von + 30 % ermöglichen, d«h. mit einem 0/100 %-bis 60/40 %-Äthanöl/-Benzin-Gemisch betrieben v/erden könnte»It is believed that if this vehicle were optimally tuned to an ethanol / gasoline fuel with 30 % ethanol in terms of power and emissions control, it would likely allow for regulation within the range of + 30 % , ie. could be operated with a 0/100% to 60/40% ethanol / gasoline mixture »
Obwohl keine Versuche mit anderen Gemischen als den vorstehend genannten durchgeführt wurden, scheint es möglich, ein Rückführungs-Luft/Treibstoff-Kondensationssystem zu ent?ri.kkelnf das ein stöchiometrisches Verhältnis bei Treibstoffgemischen innerhalb des Bereiches von 100 % Benzin bis 100 % Methanol oder Äthanol aufrechterhalten könnte»Although no experiments with other mixtures were carried out as the above, it seems possible a feedback air / fuel condensation system to ent? Ri.kkeln f the stoichiometric ratio in fuel mixtures within the range of 100% gasoline to 100% methanol or Ethanol could sustain »
Claims (3)
Auspuff (12) des Verbrennungssystems gekoppelt ist,
wobei der Betrieb dieses Systems einen normalen Zyklus
für den Auspuff (12) ergibt, der schnell innerhalb
einer vorher festgelegten begrenzten Abweichung von dem stöchiometrischen Verhältnis oszilliert·2 »internal combustion engine nach.Punkt 1, characterized in that the combustion system also comprises an oxidation and reduction catalyst (24)» with the
Exhaust (12) of the combustion system is coupled,
the operation of this system being a normal cycle
for the exhaust (12), which quickly within
a predetermined limited deviation from the stoichiometric ratio oscillates ·
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