DE2002164B2 - Regeleinrichtung fuer die abgasrueckfuehrung bei kraftfahrzeug-brennkraftmaschinen zur verringerung von im abgas enthaltenen stickoxyden - Google Patents
Regeleinrichtung fuer die abgasrueckfuehrung bei kraftfahrzeug-brennkraftmaschinen zur verringerung von im abgas enthaltenen stickoxydenInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Regeleinrichtung für die Abgasrückführung bei Brennkraftmaschinen
zum Antrieb von Kraftfahrzeugen zur Verringerung von im Abgas enthaltenen Stickoxyden,
bei welcher in einer die Abgasleitung mit der Ansaugleitung verbindenden Leitung ein in Abhängigkeit
von zwei Motorkenngrößen, nämlich vom Unterdruck in der Ansaugleitung und von der Drosselklappenstellung
gesteuertes Ventil sitzt, wobei eine der beiden Kenngrößen erst Einfluß auf die Ventilstellung
erlangen kann, wenn die andere Kenngröße einen Wert in einem vorbestimmten Bereich ein-Es ist bereits bekannt (»Krafthand«, 7.JuIi 1960,
S. 524), daß in Abgasen von Brennkraftmaschinen bei Vollast Stickoxyde in relativ hohem Maße auftreten. Weiterhin ist es bekannt (»MTZ«, 1968, S. 365),
daß eine Abgasrückführung zu einer Verringerung der Verbrennungstemperatur und dadurch zu einer
Verringerung des Stickoxydanteils im Maschinenabgas führt. Weiterhin ist bereits eine Regeleinrichtung
der vorstehend angegebenen Art bekannt (USA.-Pa tentschrift 3 204621), bei der das Ventil von einer
Membranvorrichtung geöffnet wird, der der Ansaugleitungsunterdruck über ein Schieberventil zugeführt wird, das nur dann geöffnet ist, wenn das Gaspedal um einen bestimmten Mindestbetrag getreten
is ist. Ist das Gaspedal zumindest um diesen Betrag getreten worden, hängt der öffnungsgrad des in der
Abgasrückführleitung angeordneten Ventils unmittel bar von dem Ansaugleitungsunterdruck ab. Dies hat
zur Folge, daß zwar bei einer gewünschten Maximalleistung, nämlich bei voll getretenem Gaspedal und
hoher Drehzahl und damit geringem Ansaugleitungsunterdruck (beispielsweise beim Beschleunigen) das
Ventil in der Abgasrückführleitung kaum geöffnet ist, wodurch Abgas in geringem Maß in den Vergaser
rückgeführt wird. Andererseits wird aber beim Beschleunigen aus mittleren Drehzahlen durch weiteres
öffnen der Drosselklappe der Ansaugleitungsunterdruck vermindert, wodurch das in der Abgasrückführleitung
sitzende Ventil geschlossen wird. Da gerade bei dieser Betriebsbedingung der Maschine ein
relativ mageres Luft-Kraftstoffgemisch zugeführt wird, das eine Erhöhung der Verbrennungstemperatur
und damit eine Vergrößerung des Stickoxydanteils im Abgas zur Folge hat, ist das Schließen des in
der Abgasrückführleitung sitzenden Ventils für diese Betriebsbedingung äußerst nachteilig. Beim Schiebebetrieb
mit getretenem Gaspedal — ein Betriebszustand, der insbesondere beim Hochgeschwindigkeitsfahren
häufig vorkommt — wird das in der Abgasrückführleitung sitzende Ventil um ein dem Ansaugleitungsunterdruck
entsprechendes Maß geöffnet und dadurch in entsprechender Menge Abgas in den Vergaser zurückgeführt. Damit wird einerseits die erwünschte
Motorbremswirkung vermindert und andererseits das der Maschine zugeführte Luft-Kraftstoffgemisch
derart durch das Abgas verdünnt, daß Fehlzündungen auftreten können oder eine Verbrennung
nur unvollständig oder gar nicht stattfindet. Dies iiat entsprechend starke Luftverschmutzungen
durch Kohlenwasserstoffe zur Folge.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Regeleinrichtung der eingangs genannten Art zu
schaffen, die eine optimale Verringerung des Stickoxydanteils im Abgas bei geringstmöglicher Beeinträchtigung
des Maschinenbetriebes ermöglicht.
Diese Aufgabe ist dadurch gelöst, daß das Ventil in Abhängigkeit von der Drosselklappenstellung nur
geöffnet werden kann, wenn der absolute Druck in der Ansaugleitung über einen vorbestimmten Wert in
einen Bereich gestiegen ist, der zusammen mit der Drosselklappenstellung einer Motordrehzahl entspricht,
bei der das Fahrzeug beschleunigt wird oder bergauf fährt.
Bei der erfindungsgemäßen Regeleinrichtung wird vorteilhafterweise eine Abgasrückführung nur in dem
Bereich zugelassen, der Beschleunigung oder Bergauffahrt entspricht. Bei einem Leistungsbedarf, der
höher als bei normaler Beschleunigung oder Bergauf-
fahrt liegt, wird bei der erfindungsgemäßen Regelein- des Kraftfahrzeugs abrupt ansteigt, wie es durch die
richtung die Abgasrückführung unterbunden, so daß gestrichelten Kurven ά-b' und c'-d' in F i g. 1 νβΐ-die damit verbundene Leistungsmimierung ausge- deutlicht ist, die der Fahrzeuggeschwindigkeit entschlossen ist. Ein solcher erhöl^er Leistungsbedarf sprechen, wie sie durch die Linien a-b bzw. c-d ver-(z.B. maximales Beschleunigen) tritt normalerweise 5 deutlicht ist. Mit Rücksicht darauf, daß bei Stadtselten ein, so daß auf eine Abgasrückführung zur fahrt häufig Verzögerungen, Haltestellen, Beschleu-Verminderung von Stickoxydanteilen für &en ent- nigungen und steile Hügel auftreten, wäre es für die
sprechenden Maschinenbetriebszustand ohne weite- Verringerung von Luftverunreinigungen förderlich,
res verzichtet werden kann. Bei relativ hohem An- die Konzentration von Stickstoffoxyden während der
saugleitungsunterdruck (niedriger absoluter Druck), io Beschleunigung und Bergauffahrt des Fahrzeugs zu
wie er beim Schiebebetrieb oder beim Leichtlastbe- verringern, wenn das Fahrzeug unter den Zuständen
trieb auftritt, findet bei der erfindungsgemäßen Regel- gefahren wird, wie sie durch die Linien a-b und c-d
einrichtung keine Abgasrückführung statt, da bei in F i g. 1 verdeutlicht sind.
dieser Betriebsbedingung ohnehin nur geringe Stick- Hierzu ist vorgesehen, daß die Bereiche a-b und
oxydanteile im Abgas auftreten und dadurch eine Ab- 15 c-d der Fahrzustände des Kraftfahrzeugs durch die
gasrückführung nicht nötig ist, die sonst nur zu einer Winkelstellung der Drosselklappe im Vergaser und
Beeinträchtigung des Maschinenbetriebes, Ver- die Unterdruckhöhe in der Ansaugleitung des Motors
schmutzuiig u. dgl. führen würde. repräsentiert werden. Dies bedeutet, daß das erfin-
Eine vorteilhafte Ausführungsform der erfindungs- dungsgmäße Schutzsystem gegen Luftverunreinigemäßen
Regeleinrichtung besteht darin, daß das 20 gung derart ausgestaltet wird, daß die Motorabgase
Ventil einen mittels einer Feder in Richtung Schließ- lediglich dann in die Ansaugleitung des Motors rückstellung
gedrückten Ventilkopf mit einem damit ver- geführt werden, wenn die Drosselklappe des Vergabundenen,
sich aus einem Ventilgehäuse nach außen sers vorbestimmte Winkelstellungen einnimmt und
erstreckenden Ventilschaft aufweist, der mit seinem gleichzeitig der Ansaugleitungsunterdruck niedriger
Ende an einem durch die Drosselklappenbewegung 25 — al mi der absolute Druck in der Ansaugleitung hödrehbaren
Nocken anliegt, der über seine Achse mit- her — als ein vorbestimmter Wert ist. Eine bevortels
eines mit der Ansaugleitung verbundenen Zylin- zugte Ausführungsform einer derartigen Einrichtung
ders und einer darin angeordneten Druckfeder zwi- ist in den F i g. 2, 3 und 4 gezeigt,
sehen zwei axialen Lagen axial verschiebbar ist, wo- Gemäß F i g. 2 wird die erfindungsgemäße Einrich-
sehen zwei axialen Lagen axial verschiebbar ist, wo- Gemäß F i g. 2 wird die erfindungsgemäße Einrich-
bei in der einen axialen Lage, die dem vorgenannten 30 tung in Verbindung mit einem üblichen Vergaser
Bereich des Druckes in der Ansaugleitung entspricht, verwendet, der allgemein mit 1 bezeichnet ist. Der
ein sich über einen Teil des Nockenumfangs erstrek- Vergaser 1 hut, wie gewöhnlich, eine auf einer Drehkender
Anschlag den Ventilschaft zum öffnen des welle 3 sitzende Drosselklappe 2 und ist mit dem Mo-Ventils
zurüokdrücken kann, wenn die Drosselklappe tor (nicht gezeigt) durch eine Ansaugleitung 4 versieh
in dem vorbestimmten öffnungswinkelbereich 35 bunden.
befindet. Die Schutzeinrichtung gegen Luftverunreinigung
befindet. Die Schutzeinrichtung gegen Luftverunreinigung
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der er- besteht im wesentlichen aus einer Steuerventileinheit
findungsgemäßen Regeleinrichtung besteht darin, 10 für Abgasrückführung. Die Ventileinheit besitzt
daß der genannte Bereich des Druckes in der An- ein Gehäuse, das auf einer Seite mit der Abgasleitung
saugleitung oberhalb — 350 mm Hg liegt und der 40 (nicht gezeigt) über eine Abgasrückführungsleitung
vorbestimmte öffnungswinkelbereich der Drossel- 12 und auf der anderen Seite unterhalb der Drosselklappe
zwischen 15 und 45° liegt, klappe 2 über eine Abgasrückführungsdüse 13 mit
Die Erfindung wird im folgenden an Hand sehe- dem Vergaser verbunden ist. Im Bedarfsfall kann die
matischer Zeichnungen an einem Ausführungsbei- Düse 13 in die Ansaugleitung 4 münden, was nicht
spiel näher erläutert. 45 dargestellt ist.
F i g. 1 ist eine graphische Darstellung für ein typi- Die Ventileinheit 10 besitzt in ihrem Gehäuse 11
sches Beispiel der Beziehung zwischen der Geschwin- einen Ventilkopf 14, der einem Ventilsitz 15 zudigkeit
eines auf Stadtstraßen fahrenden Kraftfahr- geordnet ist, welcher derart an das Gehäuse 11 angezeugs
und der Konzentration von Stickstoffoxyden formt ist, daß die Düse 13 von der Leitung 12 isoliert
bei den dann ausgestoßenen Abgasen, wenn das er- 50 ist, wenn der Ventilkopf 14 auf dem Ventilsitz 15
findungsgemäße System verwendet und nicht ver- sitzt. Der Ventilkopf besteht aus einem Stück mit
wendet wird; einem Ventilschaft 16, der sich verschiebbar durch
F i g. 2 ist eine Schnittansicht einer bevorzugten eine Ventilführung 17 erstreckt, welche an das Ge-Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Schutz- hause 11 angearbeitet ist. Der Ventilschaft 16 wird
einrichtung gegen Luftverunreinigung bei einem übli- 55 normalerweise durch die Wirkung einer Feder 18 in
chen Kraftfahrzeugvergaser; seiner rückgezogenen Stellung gehalten, wobei sich
F i g. 3 ist eine Schnittansicht längs der Linie 1-1 in die Feder mit ihrem einen Ende auf dem Gehäuse 11
Fig. 2; und mit ihrem anderen Ende an einer Endplatte 19
Fig.4 ist eine Schnittansicht längs der Linie II-1I abstützt, die gegenüber dem Gehäuse 11 festgelegt
inFig.2; 60 ist. Somit wird der Ventilschaft 16 normalerweise in
F i g. 5 ist eine graphische Darstellung eines Zu- zurückgezogener Stellung gehalten, bei der sich der
stands- oder Bedingungsbereichs, bei dem die Motor- Ventilkopf 14 in einer Stellung befindet, in der er die
abgase mit Hilfe der in den F i g. 2 bis 4 dargestell- Düse 13 von der Leitung 12 trennt und dementspreten
Einrichtung rückzuführen sind. chend die Ansaugleitung 4 von der Abgasleitung
Es wurde festgestellt, daß bei einem Kraftfahr- 65 (nicht gezeigt) isoliert. Der Ventilschaft 16 erstreckt
zeugmotor üblicher Konstruktion die Konzentration sich verschiebbar durch die Endplatte 19 und liegt an
an Stickstoffoxyden in den Motorabgasen während seinem vorderen Ende an einem doppeltwirkenden
der Beschleunigung und während der Bergauffahrt Nocken 20 an.
Der doppeltwirkende Nocken 20 sitzt fest auf In der Düse 13 kann vorteilhaft für konstante
einer Nockenwelle 21, die nicht nur drehbar, sondern Fließrate eine Drossel 13 α vorgesehen werden,
auch um einen beschränkten Betrag axial beweglich Wird der Motor beim Einsatz unter Bedingungen
ist. Der Nocken 20 besitzt an einem Teil seines Um- betrieben, bei denen die Menge an abgegebenen
fangs einen vorstehenden Anschlag 20 a, wobei beim 5 Stickstoffoxyden vom praktischen Standpunkt aus
Drehen des Nockens 20 der Anschlag 20 a an das zulässig ist, wie es während der Verzögerung oder
Führungsende oder vordere Ende des Ventilschafts bei normaler Stadtfahrt der Fall ist, bleibt die Win-
16 anstößt, der dementsprechend von dem Nocken kelstellung der Drosselklappe 2 und die Unterdruck-
20 weggedrückt wird, so daß der Ventilkopf 14 von höhe in der Ansaugleitung 4 außerhalb derjenigen
dem Ventilsitz 15 abgehoben wird. i° Bereiche, in denen der Anschlag 20 α des doppeltwir-
Der Nocken 20 ist über eine Verbindungsstange kenden Nockens 20 den Ventilschaft 16 berühren
22 mit einem Arm 23 verbunden, der wiederum an kann. In diesem Fall wird der Nocken 20 gemäß
die Drehwelle3 der Drosselklappe2 derart ange- Schnittdarstellung in Fig.4 gegen die Wirkung der
schlossen ist, daß die Drosselklappe 2 gedreht wird, Rückholfeder 26 in einer in unterbrochenen Linien
wie es aus den F i g. 2 und 3 ersichtlich ist. Somit 15 dargestellten Stellung gehalten, da in der Ansauglei-
wird der Nocken 20 um die Achse der Nockenwelle tung ein hoher Unterdruck herrscht, wobei in der
21 beim Drehen der Drosselklappe 2 gedreht, so daß dargestellten Stellung sich der Anschlag 20 α nicht
dann, wenn der Anschlag 20 α gegen den Ventil- mit dem Ventilschaft 16 in Berührung befindet. Der
schaft 16 stößt, der Ventilkopf 14 sich vom Ventil- Nocken 20 befindet sich somit in einer Stellung, bei
sitz 15 abhebt und dadurch eine Verbindung zwi- 20 der der verringerte oder eingezogene Abschnitt 20 b
sehen der Düse 13 und der Leitung 12 herstellt. Die mit dem Ventilschaft 16 fluchtet, so daß der Nocken
Verschiebung des Ventilkopfs 14 gegenüber dem nicht auf den Ventilschaft 16 einwirken kann und
Ventilsitz 15 wird durch Variieren der Länge des der Ventilkopf 14 auf dem Ventilsitz 15 sitzt und den
Ventilschafts 16 und/oder der relativen Lage und/ Strom von Abgasen in der Abgasrückführungsleitung
oder der Abmessung des Anschlags 20 a und/oder »5 12 unterbindet.
des Nockens 20 bestimmt, so daß die Ventileinheit Steigt dagegen die Motorleistung in einem derarti-
10 nur dann geöffnet werden kann, wenn die Dros- gen Maß, daß Stickstoffoxyde in Mengen erzeugt
selklappe 2 sich in einem bestimmten Winkelbereich, werden, die zu schwerwiegenden Luftverunreinigun-
beispielweise zwischen 15 und 45°, befindet. gen führen, wie es durch die Kurve a'-b' oder c'-d' in
Der doppeltwirkende Nocken 20 hat gemäß Dar- 30 F i g. 1 verdeutlicht ist, verringert sich der Ansaugleisteilung
in F i g. 4 an seinem Umfang einen radial tungsunterdruck unter den vorgenannten vorbeverminderten
Abschnitt 20 fe, der über einen koni- stimmten Wert, z. B. auf weniger als - 350 mm Hg,
sehen Abschnitt 20 c in den Anschlag 20 α übergeht. und fällt die Winkelstellung der Drosselklappe 2 in
Die an den in dieser Weise ausgebildeten Nocken 20 den vorbestimmten vorgenannten Bereich, beispielsangeformte
Nockenwelle 21 sitzt axial verschiebbar 35 weise irgendwo zwischen 15 und 45 . In diesem Zuin
einem Hohlzylinder 24, der gegenüber dem Ge- stand überwindet die Feder 26 den von der Ansaughäuse
11 festgelegt ist oder fest mit dem Gehäuse 11 leitung 2 angelegten Unterdruck und bewegt den
verbunden ist. In einer durch die Innenwände der Nocken 20 in eine Stellung, in der der Anschlag 20 a
Nockenwelle 21 und den Zylinder 24 begrenzten mit dem Ventilschaft 16 fluchtet, wobei gleichzeitig
Kammer 25 sitzt eine Rückholfeder 26, durch die die 40 der Nocken 20 in eine Stellung gedreht wird, bei der
Nockenwelle 21 von der Endwand 25 α des Zylinders der Anschlag 20 α das Führungsende des Ventilweggedrückt
wird, so daß der Nocken normalerweise Schafts 16 berührt. Durch die Doppelwirkung des
in einer Stellung gehalten wird, die am weitesten von Nockens 20 wird der Schaft 16 in Gegenrichtung
dem Zylinder 24 entfernt ist, wie es dargestellt ist. zum Nocken 20 gegen die Wirkung der Feder 18
Die Kammer 25 ist mit der Ansaugleitung 4 über 45 niedergedrückt, so daß der Ventilkopf 14 von dem
eine Unterdruckleitung 27 verbunden. Ventilsitz abgehoben wird. Damit können die Abgase
Der doppeltwirkende Nocken 20 ist so angeordnet, über die Leitung 12. die Ventileinheh. 10 und die
daß bei seiner vom Zylinder 24 am weitesten entfern- Düse 13 in die Ansaugleitung 2 rückströmen. Die
ten Stellung sein Anschlag 20 α mit dem Führungs- Verbrennungstemperatur im Motor wird abgesenkt,
ende des Ventilschafts 16 gemäß Darstellung fluchtet 50 und es wird die Konzentration an die Außenluft
und der radial eingezogene Abschnitt 20 b bei seiner abgegebenen Stickstoffoxyden von den durch die ge-
dem Zylinder am nächsten liegenden Lage mit dem strichelten Kurven a'-b' und c'-d' repräsentierten
Ventilschaft 16 fluchtet, wie es in F i g. 4 strichpunk- Werten auf die in ausgezogenen Linien dargestellten
tiert angedeutet ist. Kurven cl-b\ c'-d' in F i g. 1 vermindert.
Die Axialbewegung des Nockens 20 wird durch 55 Der Bereich, in dem die Motorabgase in die AnWahl
der Kompression der Feder 26 bestimmt, so saugleitung zurückgeführt werden, ist in F i g. 5 dardaß
der Ventilschaft 16 und dementsprechend der gestellt, bei der angenommen ist, daß die Ventflein-Ventilkopf
14 gegen die Wirkung der Feder 26 nur heit 10 öffnet, wenn die Drosselklappe bei einem
dann bewegt werden kann, wenn der über die Lei- Winkel von 15 bis 45° geöffnet ist und der Ansaugrung
27 angelegte Unterdruck der Ansaugleitung 4 60 leitungsunterdruck niedriger als —350 mm Hg ist.
niedriger als ein vorbestimmter Wert, z.B. Der Rückführungsbereich ist durch die schraffierte
350 mm Hg ist. Fläche angedeutet.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (3)
1. Regeleinrichtung für die Abgasrückführung
bei Brennkraftmaschinen zum Antrieb von Kraftfahrzeugen zur Verringerung von im Abgas enthaltenen Stickoxyden, bei welcher in einer die
Abgasleitung mit der Ansaugleitung verbindenden Leitung ein in Abhängigkeit von zwei Molorkenngrößen, nämlich vom Unterdruck in der Ansaugleitung und von der Drosselklappenstellung
gesteuertes Ventil sitzt, wobei eine der beiden Kenngrößen erst Einfluß auf die Ventilstellung
erlangen kann, wenn die andere Kenngröße einen Wert in einem vorbestimmten Bereich einnimmt,
dadurch gekennzeichnet, daß das Ven til in Abhängigkeit von der Drosselklappenstellung
nur geöffnet werden kann, wenn der absolute Druck in der Ansaugleitung über einen vorbestimmten
Wert in einen Bereich gestiegen ist, der zusammen mit der Drosselklappenstellung
einer Motordrehzahl entspricht, bei der das Fahrzeug beschleunigt wird oder bergauf fährt.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (10) einen mittels
einer Feder (18) in Richtung Schließstellung gedrückten Ventilkopf (14) mit einem damit verbundenen,
sich aus einem Ventilgehäuse nach außen erstreckenden Ventilschaft (16) aufweist,
der mit seinem Ende an einem durch die Drosselklapp^nbewegung drehbaren Nocken (20) anliegt,
der über seine Achse (21) mittels eines mit der Ansaugleitung verbundenen Zylinders (24)
und einer darin angeordneten Druckfeder (26) zwischen zwei axialen Lagen axial verschiebbar
ist, wobei in der einen axialen Lage, die dem vorgenannten Bereich des Druckes in der Ansaugleitung
entspricht, ein sich über einen Teil des Nokkenumfangs erstreckender Anschlag (20«) den
Ventilschaft (16) zum Öffnen des Ventils (10) zurückdrücken kann, wenn die Drosselklappe sich
in dem vorbestimmten Öffnungswinkelbereich befindet.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Bereich
des Druckes in der Ansaugleitung oberhalb — 350 mm Hg liegt und der vorbestimmte Öffnungswinkelbereich
der Drosselklappe zwischen 15 und 45° liegt.
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