DE1476516B2

DE1476516B2 - ADDITIONAL AIR CONTROL FOR THE EXHAUST SYSTEM OF A COMBUSTION ENGINE IN MOTOR VEHICLES

Info

Publication number: DE1476516B2
Application number: DE1966F0050410
Authority: DE
Inventors: James Bloomfield Hills Mich. Knowles (V.St.A.)
Original assignee: Ford Motor Co
Current assignee: Ford Motor Co
Priority date: 1965-12-20
Filing date: 1966-10-12
Publication date: 1977-05-18
Also published as: GB1097328A; DE1476516A1

Description

Bei einer nach der US-PS 30 60 678 bekannten Regeleinrichtung gemäß dem Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1 ist die Druckleitung der die Zusatzluft aus der Atmosphäre ansaugenden Pumpe am Einbauort des Regelventils in zwei Zweigleitungen aufgeteilt, die beide in der Nähe der Auspuffventile der Brennkraftmaschine an die Auspuffanlage angeschlossen sind. Das Regelventil ist in Abhängigkeit von einem gemessenen Druck zwischen diesen beiden Zweigleitungen umschaltbar, von welchen die eine für eine Vorwärmung der Zusatzluft und die andere für deren Abkühlung eingerichtet ist, um so verschiedene Voraussetzungen für die mit der Zuleitung solcher Zusatzluft bewirkte Nachverbrennung der Auspuffgase zu schaffen, um so beispielsweise das schädliche Kohlenmonoxid in das unschädliche Kohlendioxid umzuwandeln. Als Steuereinrichtung zur Steuerung dieser druckabhängigen Umschaltung des Regelventils dient dabei eine an den Ansaugkrümmer der Brennkraftmaschine angeschlossene Meßeinrichtung, die mithin den im Ansaugkrümmer vorherrschenden Unterdruck abfühlt, so daß der Steuerimpuls dem Antriebsmoment der Brennkraftmaschine analog ist.In a known from US-PS 30 60 678 control device according to the generic term of Claim 1 is the pressure line of the pump sucking in the additional air from the atmosphere The installation location of the control valve is divided into two branch lines, both near the exhaust valves of the Internal combustion engine are connected to the exhaust system. The control valve is dependent on one measured pressure switchable between these two branch lines, one of which for one Preheating of the additional air and the other for its cooling is set up so different Requirements for the afterburning of the exhaust gases caused by the supply of such additional air to create, for example, the harmful carbon monoxide into the harmless carbon dioxide to convert. As a control device for controlling this pressure-dependent switchover of the regulating valve a measuring device connected to the intake manifold of the internal combustion engine is used thus senses the prevailing negative pressure in the intake manifold, so that the control pulse the Drive torque of the internal combustion engine is analog.

Bei der bekannten Regeleinrichtung ist weiter eine von der Steuerimpulsleitung abgezweigte Zweigleitung zu einem Entlüftungsventil geführt, das in die dabei ins Freie mündende Bypass-Leitung der Zusatzluft-Druckleitung angeschlossen ist. Die Bypass-Leitung ist an einer bezüglich des Regelventils stromaufwärts gelegenen Stelle an die Druckleitung der Pumpe angeschlossen und ist durch das eingebaute Entlüftungsventil so lange für eineTerringerung der an die Auspuffanlage angelieferten Zusatzluft gesperrt, wie der Steuerimpuls nicht für eine Umschaltung des Regelventils zum Anschluß an die beheizte Zweigleitung der Druckleitung der Pumpe ausreicht. Für diesen Anschluß ist gesorgt, solange die Brennkraftmaschine im Leerlauf oder bei entsprechend niedrigem Antriebsmoment läuft, so daß dann also alle von der Pumpe geförderte Zusatzluft nach einer entsprechenden Aufwärmung in der einen Zweigleitung an die Auspuffanlage weitergeleitet wird. Andererseits wird eine im Vergleich dazu verringerte Luftmenge an das Auspuffrohr angeliefert, wenn das Regelventil in die zu der ungeheizten Zweigleitung durchgeschaltete Schaltstellung gebracht ist, was bei der bekannten Regeleinrichtung für alle höheren Antriebsmomente der . Brennkraftmaschine vorgesehen ist ebenso wie für eine mittels der Brennkraftmaschine bewirkte Bremsung des Kraftfahrzeuges. In diesen Fällen wird dann also eine Teilmenge der von der Pumpe geförderten Zusatzluft über das dann geöffnete Entlüftungsventil in der Bypass-Leitung ins Freie abgeleitet, wobei die Größe dieser abgeleiteten Luftmenge auch beeinflußt ist von einem in die Bypass-Leitung an einer Stelle stromabwärts von dem Entlüftungsventil eingebauten festen Strömungswiderstand. In the known control device there is also a branch line branched off from the control pulse line led to a vent valve, which into the bypass line of the additional air pressure line that opens into the open air connected. The bypass line is on an upstream of the control valve Place connected to the pressure line of the pump and is so thanks to the built-in vent valve long blocked for a reduction of the additional air supplied to the exhaust system, like the control pulse not for switching over the control valve for connection to the heated branch line of the pressure line the pump is sufficient. This connection is provided as long as the internal combustion engine is idling or runs at a correspondingly low drive torque, so that then all of the pump is funded Additional air is passed on to the exhaust system in one branch line after it has been warmed up accordingly will. On the other hand, a relatively reduced amount of air is delivered to the exhaust pipe, when the control valve is brought into the switching position switched through to the unheated branch line is what in the known control device for all higher drive torques of the. Internal combustion engine is provided as well as for a braking of the motor vehicle effected by means of the internal combustion engine. In these cases, a subset of the additional air delivered by the pump is then via the then opened vent valve in the bypass line diverted to the outside, the size of these diverted Air volume is also affected by one in the bypass line at a point downstream of that Vent valve built-in fixed flow resistance.

Bei einer anderen, aus der US-PS 22 63 318 bekannten gleichartigen Regeleinrichtung ist in die Druckleitung der auch hierbei maschinengetriebenen Pumpe eine Drosselklappe als Regelventil eingebaut die mit dem Vergasergestänge über ein Betätigungsgestänge so verbunden ist, daß bei durchgedrücktem Beschleunigerpedal durch die dann mit maximaler Förderleistung arbeitende Pumpe die größte Menge an Zusatzluft in das Auspuffrohr gedrückt wird, während andererseits bei unbetätigtem Beschleunigerpedal durch die dann gleichzeitig mit entsprechend minimaler Förderleistung arbeitende Pumpe die geringste Menge an Zusatzluft zur Anlieferung an das Auspuffrohr für eine auch dabei bezweckte Nachverbrennung der Auspuffgase kommtIn another, known from US-PS 22 63 318 similar control device is in the Pressure line of the machine-driven pump, a throttle valve installed as a control valve which is connected to the carburetor linkage via an operating linkage so that when pushed through Accelerator pedal by the pump, which then works at maximum delivery rate, the largest amount of Additional air is pressed into the exhaust pipe, while on the other hand when the accelerator pedal is not depressed the smallest amount due to the pump, which then works at the same time with a correspondingly minimal delivery rate of additional air for delivery to the exhaust pipe for an afterburning of the Exhaust gas comes

Die bekannten Regeleinrichtungen haben damit im wesentlichen den Nachteil, daß in allen Fahrbereichen Zusatzluft in die Auspuffanlage angeliefert wird, so daß die Pumpe ständig unter Last läuft und mithin Leistung auch dann aufnimmt und verbraucht, wenn eigentlich eine Nachverbrennung wegen vernachlässigbar kleinerThe known control devices thus essentially have the disadvantage that in all driving ranges Additional air is supplied to the exhaust system, so that the pump runs constantly under load and therefore performance also absorbs and consumes when actually an afterburning because of negligibly smaller

Schadstoffanteile in den Auspuffgasen nicht zwingend erforderlich ist. Dies ist beispielsweise der Fall bei höheren Fahrgeschwindigkeiten, für die nach neueren Untersuchungen ein sehr geringer Schadstoffanteil in den Auspuffgasen angenommen werden kann im Vergleich zu den bezüglich eines bei etwa 80 km/h liegenden Grenzwertes niedrigeren Fahrgeschwindigkeiten, bezüglich welcher noch zusätzlich festgestellt werden muß, daß besonders dafür die bekannten Regeleinrichtungen eine hauptsächlich deshalb nur unvollkommene Nachverbrennung ergeben, weil dabei eine ungünstige Übersteuerung des Regelventils im Sinne einer unzureichenden Luftzufuhr möglich ist.Pollutant content in the exhaust gases is not absolutely necessary. This is the case with, for example higher driving speeds, for which, according to recent studies, a very low proportion of pollutants in the exhaust gases can be compared to the one taken at about 80 km / h lying limit value lower driving speeds, with respect to which also determined it must be that especially for this the known control devices mainly only result in imperfect post-combustion, because this is an unfavorable override of the control valve in the Sense of an insufficient air supply is possible.

Mithin liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die bekannte Regeleinrichtung nach dem Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1 so weiterzubilden, daß damit, bei gleichzeitig günstigerer Beeinflussung der Nachverbrennung in den niedrigeren Fahrgeschwindigkeitsbereichen eine Schonung der Pumpe dadurch möglich gemacht wird, daß dann keine Zusatzluft mehr-in das Auspuffrohr gefördert wird, wenn eine Nachverbrennung der Auspuffgase nicht mehr zwingend erforderlich ist.The present invention is therefore based on the object, the known control device according to the To develop the generic term of claim 1 in such a way that with it, at the same time, more favorable influence the afterburning in the lower driving speed ranges protects the pump this is made possible that no additional air is then fed into the exhaust pipe, when afterburning of the exhaust gases is no longer absolutely necessary.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit den Merkmalen, die im Kennzeichen des Patentanspruches 1 niedergelegt sind. Weil damit für die Steuerung des Regelventils ein der Fahrgeschwindigkeit analoger Druck verwertet wird, ist damit auf jeden Fall sichergestellt, daß im bezüglich der Erzeugung von Schadstoffen in den Auspuffgasen besonders kritischen Leerlauf der Brennkraftmaschine und bei den ebenso kritischen niedrigen Fahrgeschwindigkeiten eine für eine optimale Nachverbrennung genügend ausreichende Luftmenge in die Auspuffanlage geliefert wird, wobei es für die Erreichbarkeit dieses Optimums nur erforderlich ist, die Pumpe mit einer entsprechend optimalen Förderleistung auszurüsten. Sobald andererseits der Grenzwert der Fahrgeschwindigkeit überschritten wird, bei welcher es nur noch zu einer vernachlässigbar geringen Erzeugung von Schadstoffen in den Auspuffgasen kommt, wird dann diese optimale Förderleistung der Pumpe praktisch augenblicklich auf ein Minimum reduziert, indem dann die Pumpe wegen der Durchschaltung zu der ins Freie mündenden Bypass-Leitung praktisch lastfrei arbeitet. Sofern die Bypass-Leitung an die Ansaugleitung der Pumpe angeschlossen ist, kann damit eine sogar noch weitergehende Entlastung der Pumpe erreicht werden und mithin eine noch größere Schonung.This object is achieved according to the invention with the features in the characterizing part of the patent claim 1 are laid down. Because for the control of the control valve it is more analogous to the driving speed Print is utilized, so it is guaranteed in any case that in terms of the generation of Pollutants in the exhaust gases particularly critical idling of the internal combustion engine and in the same way critical low driving speeds sufficient for optimal post-combustion Amount of air is delivered into the exhaust system, it being necessary for the attainability of this optimum only it is necessary to equip the pump with a correspondingly optimal delivery rate. Once on the other hand the limit value of the driving speed is exceeded, at which there is only one If there is negligible generation of pollutants in the exhaust gases, then this becomes optimal The delivery rate of the pump is reduced to a minimum practically instantly by then the pump because of the connection to the bypass line opening into the open works practically load-free. Unless the Bypass line is connected to the suction line of the pump, so it can even be used Further relief of the pump can be achieved and thus an even greater protection.

Weitere zweckmäßige Ausbildungen der Erfindung sind in den darauf bezogenen Ansprüchen 2 bis 5 erfaßt.Further expedient developments of the invention are covered in the related claims 2 to 5.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird nachfolgend näher beschrieben. Es zeigtAn embodiment of the invention is shown schematically in the drawing and is described below described in more detail. It shows

F i g. 1 eine Schemadarstellung in Blockform der gesamten Regeleinrichtung unter Einbeziehung einer in Perspektivdarstellung schematisch gezeigten Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges undF i g. 1 is a schematic representation in block form of the entire control device, including an in Perspective view schematically shown internal combustion engine of a motor vehicle and

Fig.2 in vergrößerter Darstellung einen Längsschnitt durch die Pumpe und das Regelventil der Regeleinrichtung gemäß F i g. 1.2 shows an enlarged view of a longitudinal section through the pump and the control valve of the control device according to FIG. 1.

In Fig. 1 ist mit 10 die Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges angedeutet, die in üblicher Weise mittels einer Kurbelwelle an ein übliches Zahnräderwechselgetriebe 12 angeschlossen ist, dessen Abtriebswelle 14 über ein übliches Ausgleichsgetriebe mit den hinteren Antriebsrädern des Fahrzeuges verbunden ist Durch die Abtriebswelle 14 wird ein Meßumformer 16 betätigt, der einen der Fahrgeschwindigkeit analogen Druck liefert, welcher über eine angeschlossene Steuerdruckleitung 18 einem Regelventil 34 zugeleitet wird. Das Regelventil 34 ist in der Druckleitung 32 einer von der Brennkraftmaschine 10 angetriebenen Pumpe 30 angeordnet und steuert in Abhängigkeit von der Größe des in der Steuerdruckleitung 18 herrschenden Steuerdrucks die Verbindung dieser Druckleitung 32 entweder über eine Zweigleitung 36 und weitere Leitungen 26 und 28 mit der in ihrer Gesamtheit mit 24 bezeichneten Auspuffanlage der Brennkraftmaschine 10. Oder es wird durch dieses Regelventil 34 eine Verbindung der Druckleitung 32 mit einer Bypass-Leitung 38 hergestellt, was dann der Fall ist, wenn der Meßumformer 16 einen Steuerdruck zur Weiterleitung an das Regelventil 34 über die Steuerdruckleitung 18 liefert, der bei Überschreitung einer bestimmten Fahrgeschwindigkeit, beispielsweise bei etwa 80 km/h, erreicht wird. Eine Versorgung der Auspuffanlage mit Zusatzluft ,durch die Pumpe 30 unterbleibt dann, was wegen des bei höheren Fahrgeschwindigkeffen~vernachlässigbar kleinen "Schadstoffanteils in den Auspuffgasen, der mithin dann eine Nachverbrennung überflüssig macht, möglich istIn Fig. 1, 10 indicates the internal combustion engine of a motor vehicle, which in the usual way is connected by means of a crankshaft to a conventional gear change transmission 12, the output shaft of which 14 is connected to the rear drive wheels of the vehicle via a conventional differential gear A transducer 16 is actuated by the output shaft 14, which is analogous to the driving speed Provides pressure which is fed to a control valve 34 via a connected control pressure line 18 will. The control valve 34 is in the pressure line 32 of a pump driven by the internal combustion engine 10 30 arranged and controls depending on the size of the prevailing in the control pressure line 18 Control pressure the connection of this pressure line 32 either via a branch line 36 and others Lines 26 and 28 with the exhaust system of the internal combustion engine, designated in its entirety by 24 10. Or this control valve 34 establishes a connection between the pressure line 32 and a bypass line 38 produced, which is the case when the transmitter 16 has a control pressure for transmission to the control valve 34 via the control pressure line 18, which when a certain Driving speed, for example at about 80 km / h, is reached. A supply of the exhaust system with Additional air through the pump 30 is then omitted, which is negligible because of the higher driving speeds small "pollutant content in the exhaust gases, which then makes post-combustion superfluous makes is possible

Die Pumpe 30 kann die in F i g. 2 gezeigte Ausführungsform haben und mithin als Zentrifugalpumpe ausgebildet sein. Sie umfaßt in dieser üblichen Ausbildung ein mit Schaufeln 54 bestücktes Pumpenrad 42, an dessen Mantel eine Riemenscheibe 44 angeschweißt ist, die über eine Lagerhülse 46 und Lager 50 und 52 auf einem feststehenden Lagerzapfen 48 zum Antrieb durch einen Riementrieb gelagert ist, der von der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine 10 ausgeht. Die Pumpe umfaßt weiterhin ein schaufelloses, feststehendes Leitrad 56, das mittels einer Nabe 66 auf dem am Maschinengehäuse 68 festgeschraubten Zapfen 48 angeordnet ist. Der von dem Mantel des Leitrades 56 umgrenzte Hohlraum 62 ist an eine Ansaugöffnung 58 angeschlossen sowie an eine Auslaßöffnung 60, mit welcher die Druckleitung 32 verbunden ist. Im übrigen übergreift der Mantel des Leitrades 56 randseitig den Mantel des Pumpenrades 42, wobei im diesbezüglichen Zwischenraum an entsprechende Ansätze 74 und 76 am Mantel des Leitrades 56 angeklebte Dichtungsringe 70 und 72 angeordnet sind, die abdichtend an zwei verschiedenen Orten 78 und 80 an dem Mantel des Pumpenrades 42 anliegen. Die dadurch bewirkte Abdichtung zwischen dem drehenden Pumpenrad 42 und dem ortsfesten Leitrad 56 wird weiterhin ergänzt durch die Ausbildung eines labyrinthartigen Luftkanals 82, der an der Lagerstelle des Pumpenrades 42 verhindert, daß dort Fremdluft angesaugt wird.The pump 30 can be the one shown in FIG. 2 have the embodiment shown and therefore as a centrifugal pump be trained. In this usual design, it comprises an impeller equipped with blades 54 42, on the jacket of which a belt pulley 44 is welded, which via a bearing sleeve 46 and bearing 50 and 52 is mounted on a stationary journal 48 for drive by a belt drive, which is from the crankshaft of the internal combustion engine 10 goes out. The pump further comprises a vaneless, fixed one Guide wheel 56, which by means of a hub 66 on the pin 48 screwed to the machine housing 68 is arranged. The cavity 62 delimited by the jacket of the stator 56 is connected to a suction opening 58 and to an outlet opening 60 to which the pressure line 32 is connected. Furthermore the jacket of the stator 56 engages over the edge of the jacket of the pump wheel 42, in this regard Sealing rings 70 glued to corresponding lugs 74 and 76 on the jacket of the stator 56 in the space and 72 are arranged sealingly at two different locations 78 and 80 on the shell of the The pump wheel 42 is in contact. The resulting seal between the rotating pump impeller 42 and the stationary stator 56 is further supplemented by the formation of a labyrinth-like air channel 82, which prevents external air from being sucked in at the bearing point of the pump wheel 42.

In Fig.2 ist weiterhin noch die bevorzugte Ausbildung des Regelventils 34 dargestellt, gemäß welcher dessen an die Steuerdruckleitung 18 angeschlossenes Stellteil 86 durch einen mit zwei Steuerkolben 92 und 94 versehenen Kolbenschieber 96 gebildet ist, der in einem Druckzylinder 88 durch den Steuerdruck gegen die Kraft einer Feder 98 verschieblich ist Der über die Steuerdruckleitung 18 angelieferte Steuerdruck beaufschlagt dabei den einen Steuerkolben 94, der entweder für eine flächige Berührung mit der zugeordneten Stirnwand ausgebildet ist oder für eine im Abstand dazu liegende Anschlagstellung, wozu beispielsweise an dem Steuerkolben 94 einzelne Vorsprünge 104 ausgebildet sein können, deren gleiche Höhen in dieser Anschlagstellung des Steuerkolbens 94 bestimmend sind für die Größe des Restvolumes, das derIn Figure 2, the preferred embodiment of the control valve 34 is also shown according to which of the control part 86 connected to the control pressure line 18 by a control piston with two 92 and 94 provided piston slide 96 is formed, which is in a pressure cylinder 88 by the Control pressure is displaceable against the force of a spring 98 that is supplied via the control pressure line 18 Control pressure acts on the one control piston 94, which is either for a flat contact with the associated end wall is formed or for a stop position at a distance therefrom, for which purpose, for example on the control piston 94 individual projections 104 can be formed, the same heights in this stop position of the control piston 94 are decisive for the size of the remaining volume that the

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Hohlraum 100 des Druckzylinders 88 zwischen der druck das Stellteil 86 aus der in Fig.2 dargestelltenCavity 100 of the pressure cylinder 88 between the pressure the actuating part 86 from the illustrated in Fig.2

zugeordneten Stirnwand und dem Steuerkolben 94 Relativlage nach links gegen die Kraft der Feder 98associated end wall and the control piston 94 relative position to the left against the force of the spring 98

beibehält. Der Steuerkolben 94 steuert die zur verschoben wird. Die durch die Pumpe 30 über diemaintains. The control piston 94 controls which is moved to. The by the pump 30 via the

Auspuffanlage der Brennkraftmaschine 10 führende angeschlossene Druckleitung 32 angelieferte Luft wirdExhaust system of the internal combustion engine 10 leading connected pressure line 32 is supplied air

Zweigleitung 36, während der Steuerkolben 92 die ₅ dann über eine Bohrung 102 in den Hohlraum 100 desBranch line 36, while the control piston 92 of the ₅ then via a bore 102 into the cavity 100 of the

Bypass-Leitung 38 steuert, die mithin dann für eine Druckzylinders 88 geleitet, aus dem sie nur über dieBypass line 38 controls, which is then passed for a pressure cylinder 88, from which it is only via the

Verbindung entweder ins Freie oder an die Ansauglei- Bypass-Leitung 38 abströmen kann, weil dann dieConnection can either flow into the open air or to the suction line bypass line 38, because then the

tung der Pumpe 30 aufgesteuert wird, wenn durch den Leitung 36 durch den Steuerkolben 94 verschlossen ist.
über die Steuerdruckleitung 18 angelieferten Steuer-device of the pump 30 is opened when it is closed through the line 36 by the control piston 94.
via the control pressure line 18 delivered control

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Control device for an internal combustion engine of motor vehicles for controlling the supply line of additional air in the exhaust system, with a machine-driven pump, in whose in the Exhaust system opening pressure line a control valve is arranged, of which a bypass line branches off and that by a measuring device when the measured value exceeds a certain value, is adjustable in the sense of opening the bypass, characterized in that the Measuring device one driven by the output shaft (14) of the vehicle transmission (12), one the driving speed analog pressure delivering transducer (16) includes, which via its control pressure line (18) is connected to the actuating part (86) of the control valve (34) which is set up so that the bypass line (38) for a connection when a certain driving speed is exceeded either into the open air or to the suction line of the pump (30).

2. Control device according to claim 1, characterized in that the actuating part (86) of the control valve (34) is biased by a spring (98) into a blocking position that is effective with respect to the bypass line (38) and against the force of this spring by the control pressure in a relative to the bypass line (38) effective open position is movable, in which the direct connection with the pressure line (32) of the pump (30) consists.

3. Control device according to claim 2, characterized in that the actuating part (86) of the control valve (34) by a with. two control pistons (92, 94) provided piston slide (96) is formed, in which one control piston (92) for opening the bypass line (38) and the other control piston (94) for controlling the branch (36) of the pressure line connected to the exhaust system (24) (32) of the pump (30) is set up.

4. Control device according to claims 2 and 3, characterized in that one of the two Control piston (92, 94) of the actuating part (86) of the control valve (34) for direct application is established by the control pressure

5. Control device according to claim 4, characterized in that the for direct application A control piston (94) set up by the control pressure either for a flat Contact with an end wall of the associated pressure cylinder connected to the control pressure line (18) (88) set up or with the help of stops one at a distance from this end wall Has intended stop position