DE10137365A1

DE10137365A1 - Abgasrezirkulationssystem

Info

Publication number: DE10137365A1
Application number: DE10137365A
Authority: DE
Inventors: Min-Seon Choi
Original assignee: Hyundai Motor Co
Current assignee: Hyundai Motor Co
Priority date: 2000-09-15
Filing date: 2001-07-31
Publication date: 2002-03-28
Also published as: KR100394617B1; JP4638625B2; KR20020021434A; JP2002155811A; US6394077B1; US20020033170A1

Abstract

Ein Abgasrezirkulationssystem (EGR-System) umfasst ein Einlass- und ein Auslassventil, die in einem Zylinderkopf einer Maschine angeordnet sind, eine erste Verbindung, die schwenkbar durch den Zylinderkopf gelagert ist, wobei ein erstes Schwenkelement verwendet wird, um das Einlassventil zu betätigen, eine zweite Verbindung, um das Auslassventil zu betätigen, die schwenkbar durch den Zylinder gelagert ist, wobei ein zweites Schwenkelement verwendet wird, um das Auslassventil zu betätigen, einen EGR Justierer, der mit einem proximalen Ende der ersten Verbindung verbunden ist und mit einer unteren Oberfläche der zweiten Verbindung in Kontakt steht, um die Auslassventilöffnung zu justieren.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Abgasrezirkulationssystem (exhaust gas recirculation, EGR), und insbesondere auf ein verbessertes Abgasrezirkulationssystem, das die Menge eines rezirkulierenden Abgases entsprechend einer Außentemperatur steuern kann.

Beschreibung des Stands der Technik

Das EGR System ist ein System, um einen Teil des Abgases zu einem Einlassteil eines Motors zu rezirkulieren, so dass das Erzeugen von Stickoxiden (NO_x) reduziert wird. Typischerweise umfasst das EGR System ein EGR Ventil, das den Auslass- und den Einlassverteiler verbindet und das eine Menge von rezirkulierendem Abgas gemäß einem Zustand des Einlassverteilers steuert, so dass ein Teil des Abgases in den Einlassverteiler strömt, der einen relativ niedrigeren Druck als der Abgasverteiler hat, wenn das EGR Ventil geöffnet ist. Es sind zwei Arten von EGR Ventilen bekannt, d. h. ein pneumatisches EGR Ventil, das eine Druckdifferenz zwischen dem Einlass- und dem Auslassverteiler verwendet, und ein elektronisches EGR Ventil, das Solenoidventile verwendet. Das pneumatische EGR Ventil wird bei Motoren kleiner Größe verwendet, die eine EGR Menge von 5-15% benötigen, und das elektronische EGR Ventil wird bei verhältnismäßig großen Motoren verwendet, die eine EGR Menge von 15-20% benötigen.

Fig. 1 ist eine schematische Ansicht eines herkömmlichen pneumatischen EGR Systems. Wie es in Fig. 1 gezeigt ist, wird Einlassluft einem Motor 20 über einen Luftreiniger 12, den Drosselkörper 14 und den Einlassverteiler 18 zugeführt. Die Menge von Einlassluft wird durch ein Drosselventil 16 justiert, das in dem Drosselkörper 14 angeordnet ist. Die Einlassluft wird mit Brennstoff in Brennkammern des Motors gemischt und die Abgasemission nach der Verbrennung des gemischten Gases wird durch den Auslassverteiler 22 abgegeben. Von einem anfänglich geschlossenen Zustand öffnet sich das EGR Ventil 26 durch die Druckdifferenz zwischen dem Einlass- und dem Auslassverteiler 18 und 22 des Motors 20, wenn das Drosselventil 16 geschlossen ist, d. h. der Einlassteildruck niedriger wird als der Auslassteildruck, so dass eine Ventilplatte 23 sich nach oben bewegt, wobei sie eine elastische Kraft einer Feder 27 des EGR Ventils 22 überwindet, so dass ein EGR Durchlass 24 geöffnet wird, was dazu führt, das Auslassgas in den Einlassteil strömt. Eine Referenzziffer 28 bezeichnet ein EGR Rückdrucktransducerventil (EGR-BPT), das ein Druckniveau justiert, das auf das EGR Ventil 26 aufgebracht wird.

Dieses herkömmliche EGR System hat jedoch einen Nachteil, dahingehend, dass die Struktur kompliziert ist und viele Teile benötigt. Ferner benötigt das elektronische EGR Ventil ein kompliziertes EGR Logiksystem und überträgt viel Bearbeitungslast auf eine Regelung.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung wurde getätigt, um die oben beschriebenen Probleme des Stands der Technik zu lösen.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes EGR System vorzusehen, das eine Abgasmenge gemäß der Außentemperatur justieren kann, die in eine Brennkammer rezirkuliert wird.

Um die obenstehende Aufgabe zu erzielen, umfasst ein EGR System ein Einlass- und ein Auslassventil, die in einem Zylinderkopf eines Motors angeordnet sind, eine erste Verbindung, die schwenkbar durch den Zylinderkopf gelagert wird, wobei ein erstes Schwenkelement verwendet wird, um das Einlassventil zu betätigen, eine zweite Verbindung, die schwenkbar durch den Zylinderkopf gelagert wird, wobei ein zweites Schwenkelement verwendet wird, um das Auslassventil zu betätigen, und einen EGR Justierer, der mit einem proximalen Ende der ersten Verbindung verbunden ist und eine untere Oberfläche der zweiten Verbindung kontaktiert, um die Auslassventilöffnung zu justieren.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die beigefügten Zeichnungen, die zur Beschreibung gehören und einen Teil von ihr bilden, veranschaulichen eine Ausführungsform der Erfindung, und dienen zusammen mit der Beschreibung dazu, die Prinzipien der Erfindung zu erklären.

Fig. 1 ist eine schematische Ansicht, die ein EGR System des Stands der Technik zeigt;

Fig. 2 ist eine Vorderansicht, die ein EGR System gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, wenn eine EGR Menge klein ist; und

Fig. 3 ist eine Vorderansicht, die das EGR System aus Fig. 2 veranschaulicht, wenn die EGR Menge groß ist.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird untenstehend unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. In der folgenden detaillierten Beschreibung ist nur die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung gezeigt und beschrieben, um rein beispielhaft den besten Weg darzustellen, um die Erfindung auszuführen. Es ist offensichtlich, dass die Erfindung auf verschiedene offensichtliche Weisen modifiziert werden kann, die jeweils nicht von der Erfindung abweichen. Entsprechend sind die Zeichnungen und Beschreibung als rein veranschaulichend anzusehen und nicht begrenzend.

Fig. 2 und Fig. 3 sind jeweils Vorderansichten, die ein EGR System gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen, wenn eine EGR Menge klein bzw. groß ist.

Das EGR System der vorliegenden Erfindung umfasst ein Einlass- und ein Auslassventil 110 und 120, eine erste Verbindung 130, die schwenkbar durch einen Zylinderkopf (nicht gezeigt) gelagert ist, wobei ein erstes Gelenk 132 verwendet wird, näherungsweise an ihrem mittleren Bereich, und von dem ein Ende senkrecht ein oberes Ende 112 des Einlassventils 110 kontaktiert; eine zweite Verbindung 140, die schwenkbar durch einen Zylinderkopf gelagert ist, wobei ein zweites Gelenk 142 verwendet wird, näherungsweise an ihrem mittleren Bereich, und von der ein Ende senkrecht ein oberes Ende 122 des Auslassventils 120 kontaktiert, und einen EGR Justierer 150, der zwischen die erste und zweite Verbindung 130 und 140 geschaltet ist, wobei der EGR Justierer 150 mit dem anderen Ende der ersten Verbindung 130 verbunden ist und das andere Ende der zweiten Verbindung 140 kontaktiert.

Die ersten und zweiten Verbindung 130 und 140 können entsprechend modifizierte Kniehebelarme sein, dass sie an die vorliegende Erfindung angepasst sind, oder sie können getrennte Elemente sein, die mit den entsprechenden Kniehebelarmen zusammenwirken.

Der EGR Justierer 150 umfasst ein zylindrisches Gehäuse 152, das integral an dem Ende der ersten Verbindung 130 in einer Längsrichtung angeschlossen ist, eine Kolbenstange 154 mit einem Kolben 156, die eng in das Gehäuse eingeführt ist, so dass sie einen inneren Raum des Gehäuses in eine linke und rechte Abteilung trennt, wobei ein Ende der Kolbenstange 154 nach außen aus dem Gehäuse 152 vorsteht, so dass ein distales Ende der Kolbenstange 154 eine untere Oberfläche der zweiten Verbindung 140 kontaktiert, eine Schraubenfeder 158, die in der rechten Abteilung angebracht ist, die so definiert ist, dass sie den Kolben 156 in der Richtung nach links vorspannt, ein thermisch empfindliches Material, das in der linken Abteilung des Gehäuses 152 untergebracht ist, und eine Luftöffnung 160, die mit der Abteilung verbunden ist, in der das thermisch empfindliche Material untergebracht ist, so dass das thermisch empfindliche Material sich ausdehnt, damit der Kolben 156 gedrückt wird, wobei die elastische Kraft der Schraubenfeder 158 überwunden wird, wenn es einer hohen Temperatur von der Luftöffnung 160 her ausgesetzt wird. Die Luftöffnung 160 ist mit einem Luftdurchlass 162 verbunden, der mit der Umgebung in Verbindung steht, um Umgebungsluft zu führen.

Der Betrieb des wie oben beschrieben strukturierten EGR Systems wird untenstehend erklärt.

Die erste und zweite Verbindung 130 und 140 wirken als Kniehebelarme, so dass sie das Einlass- und Auslassventil 110 und 120 betätigen. Die zweite Verbindung 140 betätigt unabhängig das Auslassventil 120 während eines Auslasshubs des Motors. Gleichzeitig betätigt die erste Verbindung 130 das Einlassventil 110, das geöffnet werden soll, und bewirkt, dass als Antwort darauf die zweite Verbindung 140 das Auslassventil 120, das geöffnet werden soll, betätigt. Das heißt, während eines Einlasshubs des Motors dreht sich die erste Verbindung 130 in einer Richtung im Uhrzeigersinn, so dass das distale Ende der ersten Verbindung 130 das Einlassventil 110 nach unten drückt und das andere Ende der ersten Verbindung 130 sich nach oben bewegt. Entsprechend drückt das distale Ende der Kolbenstange 154 des EGR Justierers 52 das eine Ende der zweiten Verbindung 140 nach oben, da das distale Ende der Kolbenstange 154 die untere Oberfläche der zweiten Verbindung 140 kontaktiert, so dass sich die zweite Verbindung 140 in einer Richtung entgegen dem Uhrzeigersinn dreht, was dazu führt, dass das distale Ende der zweiten Verbindung 140 das Auslassventil 120 nach unten drückt und es öffnet.

Während dieses Einlassbetriebs des Motors wird eine Öffnungsmenge des Auslassventils 120 durch einen Rotationswinkel der zweiten Verbindung 140 bestimmt, und der Rotationswinkel der zweiten Verbindung wird durch einen Abstand "B" zwischen dem zweiten Gelenk 142 und einem Kontaktpunkt bestimmt, an dem die zweite Verbindung das Ende der Kolbenstange 154 kontaktiert. Das heißt, je kürzer der Abstand "B" ist, desto größer ist der Rotationswinkel der zweiten Verbindung 140 und auch die Öffnungsmenge des Auslassventils 120.

Der Abstand "B" variiert entsprechend dem Stück, das die Kolbenstange 154 aus dem Gehäuse 152 des EGR Justierers 150 durch die elastische Kraft der Feder 158 vorsteht. Ein Vorspringen der Kolbenstange 154 wird durch ein Volumen des thermisch empfindlichen Materials begrenzt, das in dem linken Abteil des Gehäuses 152 untergebracht ist. Das thermisch empfindliche Material kann ein Material sein, das sich entsprechend der Temperatur abhängig davon ausdehnt und zusammenzieht, wie Wachskügelchen, die in Thermostaten verwendet werden.

Wie es in Fig. 2 gezeigt ist, dehnt sich das thermisch empfindliche Material aus, wenn es Luft mit hoher Temperatur ausgesetzt wird, die durch die Luftöffnung 160 und den Luftdurchlass 162 geführt wird. In diesem Fall dehnt sich das thermisch empfindliche Material aus, so dass der Kolben 156 nach rechts gedrückt wird, wobei die elastische Kraft der Schraubenfeder 158 überwunden wird, so dass sich die Kolbenstange 154 in das Gehäuse 152 zurückzieht, was dazu führt, dass die Länge "B" maximiert wird. Entsprechend dreht sich die zweite Verbindung 140 einen kleinen Winkel in der Richtung gegen den Uhrzeigersinn entsprechend der Rotation der ersten Verbindung 130 in einer Richtung im Uhrzeigersinn während des Einlasshubs des Motors, so dass sich das Auslassventil 120 eine kleine Menge öffnet, um eine kleine Menge des Auslassgases einzulassen, das in einem Auslassverteiler (nicht gezeigt) verbleibt.

In Fig. 3 wird das thermisch empfindliche Material zusammengezogen, wenn es einer niedrigeren Temperatur von der Außenseite ausgesetzt wird, so dass sich der Kolben 156 nach links durch die elastische Kraft der Schraubenfeder 158 bewegt. Dies bewirkt, dass die Kolbenstange 154 vollständig aus dem Gehäuse 152 vorsteht, so dass die Länge "B" verkürzt wird, wodurch die zweite Verbindung 140 sich merklich in einer Richtung gegen den Uhrzeigersinn als Antwort auf die Rotation der ersten Verbindung 130 in einer Richtung im Uhrzeigersinn während des Einlasshubs des Motors dreht.

Entsprechend öffnet sich das Auslassventil 120, so dass eine verhältnismäßig große Menge des Abgases eingelassen wird, das in dem Auslassverteiler verbleibt.

Es wird bevorzugt, dass ein Verhältnis zwischen den Abständen "A" zwischen dem zweiten Gelenk 142 und dem Kontaktpunkt der zweiten Verbindung 140 mit dem oberen Ende des Auslassventils 120, "B" zwischen dem zweiten Gelenk 142 und dem Kontaktpunkt der zweiten Verbindung 140 mit dem distalen Ende der Kolbenstange 154, "C" zwischen dem Kontaktpunkt der zweiten Verbindung 140 mit dem distalen Ende der Kolbenstange 154 und dem ersten Gelenk 132 der ersten Verbindung 130, und "D" zwischen dem ersten Gelenk 132 und dem Kontaktpunkt der ersten Verbindung 130 mit dem oberen Ende des Einlassventils 110 1 : 1 : 1 : 8 ist, wenn die Lufttemperatur von der Luftöffnung 160 höher als ein erster vorbestimmter Schwellenwert ist, d. h. wenn die Kolbenstange 154 vollständig in das Gehäuse 152 zurückgezogen ist, so dass sich das Einlass- und Auslassventil in einem Verhältnis von 8 : 1 während des Einlasshubs des Motors öffnen, wie es in Fig. 2 gezeigt ist.

Ferner wird bevorzugt, dass das Verhältnis zwischen den Abständen "A", "B", "C", und "D" 1 : 0,5 : 1,5 : 8 ist, wenn die Lufttemperatur von der Luftöffnung 160 niedriger als eine zweite vorbestimmte Schwellwerttemperatur ist, d. h. wenn die Kolbenstange 154 vollständig aus dem Gehäuse 152 ausgefahren ist, so dass sich das Einlass- und Auslassventil in einem Verhältnis von 8 : 3 während des Einlasshubs des Motors öffnen, wie es in Fig. 3 gezeigt ist.

Das Öffnungsverhältnis kann kontinuierlich zwischen den Verhältnissen 8 : 1 und 8 : 3 entsprechend der Außentemperaturänderung variieren.

Wie es oben beschrieben worden ist, kann das EGR System der vorliegenden Erfindung die EGR Menge durch Regeln der Auslassventilöffnung gemäß der Außentemperatur justieren, so dass die EGR Menge bei kaltem Winterwetter ansteigt und im heißen Sommerwetter absinkt, was dazu führt, dass die Stickoxidemissionen (NO_x) effizient reduziert werden.

Ferner, da dieses EGR System ohne die Notwendigkeit der konventionellen Elemente, wie EGR Ventilen und Durchlässen zum Rezirkulieren des Abgases arbeitet, sind die Struktur und der EGR Betrieb vereinfacht und die EGR Leistung wird verbessert.

Claims

1. Abgaszirkulationssystem, umfassend:
ein Einlass- und ein Auslassventil, die in einem Zylinderkopf einer Maschine angeordnet sind;
eine erste Verbindung, um das Einlassventil zu betätigen, die schwenkbar durch den Zylinderkopf gelagert wird, wobei ein erstes Gelenkelement verwendet wird;
eine zweite Verbindung, um das Auslassventil zu betätigen, die schwenkbar durch den Zylinderkopf gelagert wird, wobei ein zweites Schwenkelement verwendet wird;
einen EGR Justierer, der mit einem proximalen Ende der ersten Verbindung verbunden ist und mit einer unteren Oberfläche der zweiten Verbindung in Kontakt ist, um die Auslassventilöffnung zu justieren.

2. Abgasrezirkulationssystem nach Anspruch 1, wobei die erste Verbindung ein oberes Ende des Einlassventils an einem distalen Endbereich davon kontaktiert, um das Einlassventil während eines Einlasshubs des Motors nach unten zu drücken.

3. Abgasrezirkulationssystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei die zweite Verbindung mit einem oberen Ende des Auslassventils an einem distalen Endbereich davon in Kontakt ist, um das Auslassventil während eines Einlasshubs des Motors nach unten zu drücken.

4. Abgasrezirkulationssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der EGR Justierer umfasst:
ein zylindrisches Gehäuse, das mit dem proximalen Ende der ersten Verbindung in einer Längsrichtung verbunden ist;
eine Kolbenstange, die einen Kolben eng anliegend in das Gehäuse eingeführt hat, um einen inneren Raum des Gehäuses in eine erste und zweite Kammer zu teilen;
eine Schraubenfeder, die in dem ersten Abteil angeordnet ist, um den Kolben in einer vorbestimmten Richtung vorzuspannen;
ein thermisch empfindliches Material, das in dem zweiten Abteil aufbewahrt ist, um eine Bewegung des Kolbens zu begrenzen; und
eine Luftöffnung, die auf dem Gehäuse geformt ist, um die zweite Kammer und einen Luftdurchlass zu verbinden, um Außenluft dadurch zu führen,
wobei ein Ende der Kolbenstange mit einer unteren Oberfläche der zweiten Verbindung in Kontakt ist.

5. EGR System nach Anspruch 4, wobei das thermisch empfindliche Material sich entsprechend der Temperatur ausdehnt oder zusammenzieht.

6. EGR System nach Anspruch 4 oder 5, wobei die Kolbenstange sich hin- und herbewegt entsprechend, ob das thermisch empfindliche Material sich ausdehnt oder zusammenzieht, so dass eine Länge eines vorspringenden Bereichs der Kolbenstange variiert.

7. EGR System nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei ein Verhältnis zwischen einem Abstand "A" zwischen einem Kontaktpunkt der zweiten Verbindung mit dem oberen Ende des Auslassventils und einem zweiten Gelenkpunkt der zweiten Verbindung, ein Abstand "B" zwischen dem Schwenkpunkt der zweiten Verbindung und einem Kontaktpunkt zwischen der unteren Oberfläche der zweiten Verbindung und dem Ende der Kolbenstange, ein Abstand "C" zwischen dem Kontaktpunkt der zweiten Verbindung mit der Kolbenstange und einem ersten Schwenkpunkt der ersten Verbindung, und ein Abstand "D" zwischen dem Schwenkpunkt der ersten Verbindung und dem oberen Ende des Einlassventils 1 : 1 : 1 : 8 ist, wenn die Kolbenstange voll in das Gehäuse eingezogen ist.

8. EGR System nach Anspruch 7, wobei ein Verhältnis der Auslassventilöffnung zur Einlassventilöffnung 1 : 8 ist.

9. EGR System nach Anspruch 7 oder 8, wobei das Verhältnis unter den Abständen A, B, C und D 1 : 0,5 : 1,5 : 8 ist, wenn die Kolbenstange voll aus dem Gehäuse ausgefahren ist.

10. EGR System nach Anspruch 9, wobei das Verhältnis der Auslassventilöffnung zur Einlassventilöffnung 3 : 8 ist.