DE10053675B4 - Brennkraftmaschine mit geregelter Abgasrückführung - Google Patents

Brennkraftmaschine mit geregelter Abgasrückführung Download PDF

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Abstract

Brennkraftmaschine, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einem Ansaugtrakt mit Frischluftkanal (16) zur Frischluftzuführung, einem Abgasrückführkanal (20) zur teilweise Rückführung von Abgas (22) in den Ansaugtrakt und mit einem Luftsammler (28), wobei der Abgasrückführkanal (20) und der Frischluftkanal (16) je einen Einlaßkanal zu einem Dreiwegeventil (18) ausbilden und ein Auslaß (25) des Dreiwegeventils (18) mit dem Luftsammler (28) verbunden ist, wobei das Dreiwegeventil (18) derart ausgebildet ist, dass der Abgasrückführkanal (20) und der Frischluftkanal (16) wahlweise einen Zustand zwischen vollständig offen und vollständig geschlossen aufweisen dadurch gekennzeichnet, dass ein Umgehungskanal (44) vorgesehen ist, welcher den Frischluftkanal (16) stromauf des Dreiwegeventils (18) mit dem Auslaß (25) des Dreiwegeventils (18) verbindet, wobei in dem Umgehungskanal (44) eine Einrichtung (46) zum wahlweise öffnen oder verschließen desselben vorgesehen ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einem Ansaugtrakt mit Frischluftkanal zur Frischluftzuführung, einem Abgasrückführkanal zur teilweisen Rückführung von Abgas in den Ansaugtrakt und mit einem Luftsammler, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Bei einer Brennkraftmaschine können durch eine Abgasrückführung, d. h. einer Beimischung einer bestimmten Abgasmenge zur Ansaugluft, nennenswerte Vorteile hinsichtlich Abgasemission und Kraftstoffverbrauch erzielt werden. Bekannte Systeme arbeiten entweder mit pneumatischen oder elektrischen von der Motorelektronik angesteuerten Abgasrückführventilen, wobei die Ansteuerdaten in einem Kennfeld abgelegt sind. Derartige Systeme reagieren jedoch sehr empfindlich auf veränderliche Randbedingungen, wie beispielsweise Luftdruck- oder Temperaturveränderungen, wobei die maximal erzielbaren Vorteile der Abgasrückführung infolge von Abweichungen der jeweiligen Abgasrückführrate vom Sollwert ggf. gemindert werden.
  • Dazu wird in der DE 32 20 832 A1 ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung der Abgasrückführrate (AFR-R) für Brennkraftmaschinen vorgeschlagen, wobei zur genauen Regelung der zum Ansaugluftbereich rückgeführten Abgasmenge ein Stellglied in der Abgasrückführleitung von einem Regler verstellt wird, dem als Lastsignal für die Brennkraftmaschine die jeweils gemessene Abgastemperatur- zugeführt wird. Als Vergleichswert des Reglers dient entweder ein durch effektive Temperaturmessung im Ansaugbereich der Brennkraftmaschine ermittelter Istwert der Abgasrückführrate oder eine Soll-Differenztemperatur, die sich durch Messung der jeweils angesaugten Luftmasse und der Drehzahl ergibt.
  • Die DE 196 36 806 A1 offenbart ein Luftansaugrohr für eine Brennkraftmaschine, wobei in einem Lufteinführungsstutzen mit Einführung von rückgeführtem Abgas ein Ventilschieber angeordnet ist, welcher Verbindungskanäle durch pneumatischen oder elektrischen Antrieb in ihrer Wirkgröße steuert und eine Durchgangsöffnung für die Ansaugluft aufweist.
  • Aus der DE 195 49 107 A1 ist eine Vorrichtung zur Abgasrückführung mit einem an einen Ansaugkanal angeschlossenen Abgaszuführkanal bekannt, wobei der Abgaszuführkanal über ein von einem Verstellantrieb betätigbaren Schließelement öffen- und verschließbar ist. In den Ansaugkanal ragt annähernd senkrecht zur Frischgasströmung ein im wesentlichen zylindrisches Abgaszuführrohr als Teil eines Abgaszuführstutzens hinein, das in seiner zylindrischen Wandung eine Auslaßöffnung aufweist. Über der Auslaßöffnung ist als Schließelement eine Drehschieberglocke angeordnet, die das in den Ansaugkanal hineinragende Abgaszuführrohr zumindest bereichsweise umfaßt. Die Drehschieberglocke ist mit einem als Verstellantrieb dienenden Elektroschwenkmotor gekuppelt.
  • Die JP 61016256 AA zeigt eine Brennkraftmaschine mit einem Ansaugtrakt mit Frischluftkanal zur Frischluftzuführung, einem Abgasrückführkanal zur teilweise Rückführung von Abgas in den Ansaugtrakt und mit einem Luftsammler, wobei der Abgasrückführkanal und der Frischluftkanal je einen Einlaßkanal zu einem Dreiwegeventil ausbilden und wobei das Dreiwegeventil derart ausgebildet ist, dass der Abgasrückführkanal und der Frischluftkanal wahlweise einen Zustand zwischen vollständig offen und vollständig geschlossen aufweisen.
  • Aus DE 195 49 107 A1 ist eine Vorrichtung zur Abgasführung mit einem an einen Ansaugkanal angeschlossenen Abgaszuführkanal bekannt, wobei die Abgasrückführung vor dem Luftsammler zur Verbrennungsluft zugeführt wird.
  • Ein weiterer Nachteil bekannter Systeme ist das zu geringe Druckgefälle zwischen Abgas- und Sauganlage bei weitgehend ungedrosseltem Betrieb des Motors, beispielsweise bei Dieselmotoren, Ottomotoren bei Vollast oder bei direkteinspritzenden Ottomotoren bei Teillast, so dass zu geringe Abgasrückführraten auftreten.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Brennkraftmaschine der obengenannten Art bzgl. der Abgasrückführung zu verbessern und zu optimieren, so dass in allen Betriebssituationen und unabhängig von Umwelteinflüssen eine optimale Abgasrückführung bei gleichzeitig geringem Aufwand gewährleistet ist.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Brennkraftmaschine der o. g. Art mit den in Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Dazu ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Abgasruckführkanal und der Frischluftkanal je einen Einlaßkanal zu einem Dreiwegeventil ausbilden und ein Auslaß des Dreiwegeventils mit dem Luftsammler verbunden ist, wobei das Dreiwegeventil derart ausgebildet ist, dass der Abgasrückführkanal und der Frischluftkanal wahlweise einen Zustand zwischen vollständig offen und vollständig geschlossen aufweisen.
  • Dies hat den Vorteil, dass bei einfachem mechanischem Aufbau eine einfache und funktionssichere Regelung der Abgasrückführrate möglich ist, wobei dieses erfindungsgemäße Abgasrückführventil als Zusatznutzen eine Drosselfunktion ausüben kann, da es nicht nur den Abgasrückführkanal sondern auch den Frischluftkanal stufenlos öffnen und ggf. vollständig schließen kann.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Dreiwegeventil als Drehschieber mit einem Durchgangskanal derart ausgebildet, daß in Abhängigkeit von einer Stellung des Drehschiebers der Abgasrückführkanal und der Frischluftkanal wahlweise einen Zustand zwischen vollständig offen und vollständig geschlossen aufweisen.
  • Als Leistungsregler ist im Frischluftkanal stromauf des Dreiwegeventils eine Drosselklappe angeordnet.
  • Um bei Vollast nicht die gesamte Frischluft über das Dreiwegeventil führen zu müssen, was eine entsprechende Dimensionierung seiner durchströmten Bereiche erfordern würde, ist eine Parallelluftführung mit einem Umgehungskanal vorgesehen, welcher den Frischluftkanal stromauf des Dreiwegeventils mit dem Auslaß des Dreiwegeventils verbindet, wobei in dem Umgehungskanal eine Einrichtung zum wahlweise öffnen oder verschließen desselben, wie beispielsweise eine Klappe, vorgesehen ist.
  • Für eine möglichst hohe Güte der Regelung ist/sind in dem Frischluftkanal, in dem Abgasrückführkanal und/oder stromab des Auslasses des Dreiwegeventils jeweils ein Temperatursensor angeordnet, der/die mit einer Dreiwegeventilregelung verbunden ist/sind.
  • Zum Mischen von Abgas und Frischluft ist stromab des Auslasses des Dreiwegeventils ein Mischkanal vorgesehen.
  • Weitere Merkmale, Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, sowie aus der nachstehenden Beschreibung der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung. Diese zeigt in der einzigen Fig. eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführung eines Teils eines Ansaugtraktes mit Abgasrückführung einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine.
  • Ein nicht näher dargestellter Verbrennungsmotor saugt Frischluft 10 über einen Luftfilter 12 und eine geöffnete Drosselklappe 14 durch einen Frischluftkanal 16 an. Der Frischluftkanal 16 mündet als einer von zwei Einlaßkanälen in einen Drehschieber 18. Ein zweiter Einlaßkanal des Drehschiebers 18 wird von einem Abgasrückführkanal 20 ausgebildet, über den Abgas 22 in den Ansaugtrakt zurück geführt wird. Der Drehschieber 18 weist einen Durchlaßkanal 24 derart auf, daß in Abhängigkeit von einer Stellung des Drehschiebers 18 der Abgasrückführkanal 20 einen Zustand zwischen vollständig oder teilweise offen und vollständig geschlossen aufweist. In entsprechender Weise hat der Frischluftkanal 16 in Abhängigkeit von einer Stellung des Drehschiebers 18 einen Zustand zwischen vollständig oder teilweise offen und vollständig geschlossen.
  • An einem Auslaß 25 des Drehschiebers 18 schließt sich ein Mischkanal 26 an, der in einen Saugrohrsammler 28 mündet. Von diesem gelangt das angesaugte Mischgas 32 über ein Ansaugrohr 30 zu nicht dargestellten Arbeitszylindern der Brennkraftmaschine.
  • Die Stellung des Drehschiebers 18 wird von einem Elektronikgerät 34 geregelt, das über Temperatursensoren 36, 38, 40 die jeweiligen Gastemperaturen im Frischluftkanal 16, im Abgasrückführkanal 20 und im Mischkanal 26 stromab vom Auslaß 25 des Drehschiebers 18 bestimmt und daraus das Frischluft-Abgas-Verhältnis ermittelt, das schließlich mit dem Sollwert eines abgelegten Kennfeldes verglichen wird. Bei Istwert-Sollwert-Abweichungen wird eine Verstellung des Drehschiebers 18, beispielsweise durch einen zugehörigen Stellmotor 42, entsprechend der Sollwertvorgabe vorgenommen.
  • Bei Bedarf wird mit der vorzugsweise elektrisch betätigten Drosselklappe 14 eine Frischluftdrosselung vorgenommen, was beispielsweise bei einem herkömmlichen Ottomotor zur Lastregelung wie auch beim direkteinspritzenden Ottomotor in gewissen Kennfeldbereichen erforderlich ist.
  • Der Drehschieber 18 stellt je nach Bedarf eine Abgasrückführrate zwischen ”Null” und ”verbrennungstechnisch maximal verträglich” ein.
  • Optional dient der Drehschieber 18 auch zur Lastregelung durch Frischluftdrosselung, wobei der Durchlaß 24 ausgehend von einer in der einzigen Fig. waagerechten Position durch Linksdrehung ausschließlich eine Frischluftverbindung bei Überdeckung mit dem Frischluftkanal 16 herstellt. Der Abgasrückführkanal 20 ist bei dieser Funktion durch den Drehschieber 18 ständig verschlossen.
  • Um bei Vollast nicht die gesamte Frischluftmenge über den Drehschieber 18 führen zu müssen, was eine entsprechende Dimensionierung seiner durchströmten Bereiche erfordern würde, ist eine Parallelführung über einen Umgehungskanal 44 vorgesehen. Dieser Umgehungskanal 44 verbindet den Frischluftkanal 16 stromauf des Drehschiebers 18 mit dem Mischkanal 26 stromab des Drehschiebers 18, so daß der Drehschieber 18 teilweise, d. h. für einen Teil der Frischluftströmung, überbrückt ist. Zum wahlweise öffnen und schließen des Umgehungskanals 44 ist eine Klappe 46 vorgesehen. Diese öffnet hauptsächlich im Vollastbereich und schließt in den anderen Lastbereichen der Brennkraftmaschine den Umgehungskanal 44 ganz oder teilweise ab.

Claims (6)

  1. Brennkraftmaschine, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einem Ansaugtrakt mit Frischluftkanal (16) zur Frischluftzuführung, einem Abgasrückführkanal (20) zur teilweise Rückführung von Abgas (22) in den Ansaugtrakt und mit einem Luftsammler (28), wobei der Abgasrückführkanal (20) und der Frischluftkanal (16) je einen Einlaßkanal zu einem Dreiwegeventil (18) ausbilden und ein Auslaß (25) des Dreiwegeventils (18) mit dem Luftsammler (28) verbunden ist, wobei das Dreiwegeventil (18) derart ausgebildet ist, dass der Abgasrückführkanal (20) und der Frischluftkanal (16) wahlweise einen Zustand zwischen vollständig offen und vollständig geschlossen aufweisen dadurch gekennzeichnet, dass ein Umgehungskanal (44) vorgesehen ist, welcher den Frischluftkanal (16) stromauf des Dreiwegeventils (18) mit dem Auslaß (25) des Dreiwegeventils (18) verbindet, wobei in dem Umgehungskanal (44) eine Einrichtung (46) zum wahlweise öffnen oder verschließen desselben vorgesehen ist.
  2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Dreiwegeventil als Drehschieber (18) mit einem Durchgangskanal (24) derart ausgebildet ist, dass in Abhängigkeit von einer Stellung des Drehschiebers (18) der Abgasrückführkanal (20) und der Frischluftkanal (16) wahlweise einen Zustand zwischen vollständig offen und vollständig geschlossen aufweisen.
  3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Frischluftkanal (16) stromauf des Dreiwegeventils (18) eine Drosselklappe (14) angeordnet ist.
  4. Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum wahlweise öffnen oder verschließen des Umgehungskanals (44) eine Drosselklappe (46) ist.
  5. Brennkraftmaschine nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch, gekennzeichnet, dass in dem Frischluftkanal (16), in dem Abgasrückführkanal (20) und/oder stromab des Auslasses (25) des Dreiwegeventils (18) ein Temperatursensor (36, 38, 40) angeordnet ist/sind, der/die mit einer Dreiwegeventilregelung (34) verbunden ist/sind.
  6. Brennkraftmaschine nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass stromab des Auslasses (25) des Dreiwegeventils (18) ein Mischkanal (26) vorgesehen ist.
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