DE2002164C3

DE2002164C3 - Regeleinrichtung fur die Abgas rückführung bei Kraftfahrzeug Brennkraft maschinen zur Verringerung von im Abgas enthaltenen Stickoxyden

Info

Publication number: DE2002164C3
Application number: DE2002164A
Authority: DE
Inventors: Yoshimasa Yokohama Hayashi; Yasuo Yokosuka Nakajima
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1969-01-20
Filing date: 1970-01-19
Publication date: 1973-10-31
Also published as: SE358932B; DE2002164B2; GB1262252A; US3675633A; DE2002164A1; FR2028733A1

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 einnimmt.

Es ist bereits bekannt (»Krafthand«, 7. Juli 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 3 204 621), 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

ist. Ist das Gaspedal zumindest um diesen Betrag getreten worden, hängt der Öffnungsgrad des in der Abgasrückführleitung angeordneten Ventils unmittelbar von dem Ansaugleitungsunterdruck ab. Dies hat zur Folge, daß zwar bei einer gewünschten Maximal-

leistung, nämlich bei voll getretenem Gaspedal und hoher Drehzahl und damit geringem Ansaugleitungsunterdruck (beispielsweise beim Beschleunigen) das Ventil in der Abgasrückführleitung kaum geöffnet ist_r 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 ge-

rade 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 Schicbebetrieb 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 Motorbremswiikung 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 hat 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 Regeleinrichtung die Abgasrückführung unteibunden, so daß die damit verbundene Leistungsminderung ausgeschlossen ist. Ein solcher erhöhter Leistungsbedarf (z.B. maximales Beschleunigen) tritt normalerweise selten ein, so daß auf eine Abgasrückführung zur Verminderung voa Stickoxydanteilen für den entsprechenden Maschinenbetriebszustand ohne weiteres verzichtet werden kann. Bei relativ hohem Ansaugleitungsunterdruck (niedriger absoluter Druck), wie er beim Schiebebetrieb oder beim Leichtlastbetrieb auftritt, findet bei der erfindungsgemäßen Regeleinrichtung keine Abgasrückführung statt, da bei dieser Betriebsbedingung ohnehin nur geringe Stickoxydanteile im Abgas auftreten und dadurch eine Abgasrückführung nicht nötig ist, die sojst nur zu einer Beeinträchtigung des Maschinenbetriebes, Verschmutzung u. dgl. führen würde.

Eine vorteilhafte Austührungsform der erfindungsgemäßen Regeleinrichtung besteht darin, daß das Ventil einen mittels einer Feder in Richtung Schließstellung gedrückten Ventilkopf mit einem damit verbundenen, sich aus einem Ventilgehäuse nach außen erstreckenden Ventilschaft aufweist, der mit seinem Ende an einem durch die Drosselklappenbewegung drehbaren Nocken anliegt, der über seine Achse mittels eines mit der Ansaugleitung verbundenen Zylinders und einer darin angeordneten Druckfeder 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 Nockenumfangs erstrekkender Anschlag den Ventilschaft zum öffnen des Ventils zurückdrücken kann, wenn die Drosselklappe sich in dem vorbestimmten Öffnungswinkelbereich befindet.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Regeleinrichtung besteht darin, 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.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

F i g. 1 ist eine graphische Darstellung für :in typisches Beispiel der Beziehung zwischen der Geschwindigkeit eines auf Stadtstraßen fahrenden Kraftfahrzeugs und der Konzentration von Stickstof foxy de η bei den dann ausgestoßenen Abgasen, wenn das erfindungsgemäße System verwendet und nicht verwendet wird;

F i g. 2 ist eine Schnittansicht einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schutzeinrichtung gegen Luftverunreinigung bei einem üblichen Kraftfahrzeugvergaser;

F i g. 3 ist eine Schnittansicht längs der Linie I-I in F ig. 2;

Fig. 4 ist eine Schnittansicht längs der Linie H-II in Fig. 2;

F i g. 5 ist eine graphische Darstellung eines Zustands- oder Bedingungsbereichs, bei dem die Motorabgase mit Hilfe der in den F i g. 2 bis 4 dargestellten Einrichtung rückzuführen sind.

Es wurde festgestellt, daß bei einem Kraftfahrzeugmotor üblicher Konstruktion die Konzentration an Stickstoffoxyden in den Motorabgasen während der Beschleunigung und während der Bergauffahrt des Kraftfahrzeugs abrupt ansteigt, wie es durch die gestrichelten Kurven a'-b' und c'-d' in F i g. 1 verdeutlicht ist, die der Fahrzeuggeschwindigkeit entsprechen, wie sie durch die Linien a-b bzw. c-d ver-

deutlicht ist. Mit Rücksicht darauf, daß bei Stadtfahrt häufig Verzögerungen, Haltestellen, Beschleunigungen und steile Hügel auftreten, wäre es für die Verringerung von Luftverunreinigungen förderlich, die Konzentration von Stickstoffoxyden während der ίο Beschleunigung und Bergauffahrt des Fahrzeugs zu verringern, wenn das Fahrzeug unter den Zuständen gefahren wird, wie sie durch die Linien a-b und c-d in F i g. 1 verdeutlicht sind.

Hierzu ist vorgesehen, daß die Bereiche a-b und

c-d der Fahrzustände des Kraftfahrzeugs durch die Winkelstellung der Drosselklappe im Vergaser und die Unterdruckhöhe in der Ansaugleitung des Motors repräsentiert werden. Dies bedeutet, daß das erfindungsgmäße Schutzsystem gegen Luftverunreini-

gung derart ausgestaltet wird, daß die Motorabgase lediglich dann in die Ansaugleitung des Motors rückgeführt werden, wenn die Drosselklappe des Vergasers vorbestimmte Winkelstellungen einnimmt und gleichzeitig der Ansaugleitungsunterdruck niedriger

as — also der absolute Druck in der Ansaugleitung höher — als ein vorbestimmter Wert ist. Eine bevorzugte Ausführungsform einer derartigen Einrichtung ist in den F i g. 2, 3 und 4 gezeigt.

Gemäß F i g. 2 wird die erfindungsgemäße Einrich-

tung in Verbindung mit einem üblichen Vergaser verwendet, der allgemein mitl bezeichnet ist. Der Vergaser 1 hat, wie gewöhnlich, eine auf einer Drehwelle 3 sitzende Drosselklappe 2 und ist mit dem Motor (nicht gezeigt) durch eine Ansaugleitung 4 verbunden.

Die Schutzeinrichtung gegen Luftverunreinigung besteht im wesentlichen aus einer Steuerventileinheit 10 für Abgasrückführung. Die Ventileinheit besitzt ein Ciehäuse, das auf einer Seite mit der Abgasleitung

(nicht gezeigt) über eine Abgasrückführungsleitung 12 und auf der anderen Seite unterhalb der Drosselklappe 2 über eine Abgasrückführungsdüse 13 mit dem Vergaser verbunden ist. Im Bedarfsfall kann die Düse 13 in die Ansaugleitung 4 münden, was nicht dargestellt ist.

Die Ventileinheit !0 besitzt in ihrem Gehäuse 11 einen Ventilkopf 14, der einem Ventilsitz 15 zugeordnet ist, welcher derart an das Gehäuse 11 angeformt ist, daß die Düse 13 von der Leitung 12 isoliert

ist, wenn der Ventilkopf 14 auf dem Ventilsitz sitzt. Der Ventilkopf besteht aus einem Stück mit einem Ventilschaft 16, der sich verschiebbar durch eine Ventilführung 17 erstreckt, welche an das Gehäuse 11 angearbeitet ist. Der Ventilschaft 16 wird

normalerweise durch die Wirkung einer Feder 18 in seiner rückgezogenen Stellung gehalten, wobei sich die Feder mit ihrem einen Ende auf dem Gehäuse und mit ihrem anderen Ende an einer Endplatte abstützt, die gegenüber dem Gehäuse 11 festgelegt

ist. Somit wird der Ventilschaft 16 normalerweise in zurückgezogener Stellung gehalten, bei der sich der Ventilkopf 14 in einer Stellung befindet, in der er die Düse 13 von der Leitung 12 trennt und dementsprechend die Ansaugleitung 4 von der Abgasleitung (nicht gezeigt) isoliert. Der Ventilschaft 16 erstreckt sich verschiebbar durch die Endplatte 19 und liegt an seinem vorderen Ende an einem doppeltwirkenden Nocken 20 an.

5 6

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. io 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 etsichtlich 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 j

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 i

Ventilschafts 16 und/oder der relativen Lage und/ Strom von Abgasen in der Abgasrückführungsleitung

oder der Abmessung des Anschlags 20 α und/oder as 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 j

selklappe 2 sich in einem bestimmten Winkelbereich, werden, die zu schwerwiegenden Luftverunreinigun- i

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 Ansauglei- i stellung in Fig.4 an seinem Umfang einen radial tungsunterdruck unter den vorgenannten vorbe- j verminderten Abschnitt 20 ft, der über einen koni- stimmten Wert, z.B. auf weniger als —350 mm Hg, j sehen Abschnitt 20 c in den Anschlag 20 a übergeht. und fällt die Winkelstellung der Drosselklappe 2 in j Die an den in dieser Weise ausgebildeten Nocken 20 den vorbestimmten vorgenannten Bereich, beispiels- j angeformte Nockenwelle 21 sitzt axial verschiebbar 35 weise irgendwo zwischen 15 und 45°. In diesem Zu- ! in einem Hohlzylinder 24, der gegenüber dem Ge- stand überwindet die Feder 26 den von der Ansaughäusel 1 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 Ventileinheit 10 und die

daß bei seiner vom Zylinder 24 am weitesten entfern- Düse 13 in die Ansaugleitung 2 riickströmen. Die

ten Stellung sein Anschlag 20 a mit dem Führungs- Verbrennungstemperatur im Motor wird abgesenkt,

ende des Ventilschafts 16 gemäß Darstellung fluchtet 5° 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 d-ä repräsentierten

Ventilschaft 16 fluchtet, wie es in F i g. 4 strichpunk- Werten auf die in ausgezogenen Linien dargestellten

tiert angedeutet ist. Kurven a'-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 Fig.5 dardaß der Ventilschaft 16 und dementsprechend der gestellt, bei der angenommen ist, daß die Ventilein-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 Ansaugtung 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

Patentansprüche:

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 Motorkenngrößen, nämlich vom Unterdruck in der Ansaugleitung und von der Drosselklappenstellung gesteuertes Ventil sitzt, wobei eine der beiden Kenngrößen erst Einfluß auf die Ventil stellung erhngen kann, wenn die andere Kenngröße einen Wert in einem vorbestimmten Bereich einnimmt, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil in Abhängigkeit von der Drosselklappenstellung nur geöffnet werden kann, wenn der absoluie 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 Drosselklappenbewegung 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 a) 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.