DE2022911B2

DE2022911B2 - Regeleinrichtung für eine gemischverdichtende fremdgezündete Brennkraftmaschine zur Verringerung des Ausstoßes von schädlichen Abgasbestandteilen

Info

Publication number: DE2022911B2
Application number: DE2022911A
Authority: DE
Inventors: Yoshimasa Yokohama Hayashi; Yasuo Yokosuka Nakajima
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1969-05-30
Filing date: 1970-05-11
Publication date: 1974-11-07
Also published as: US3646764A; DE2022911C3; DE2022911A1; SE372964B; GB1305996A; FR2048569A5

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Regeleinrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 näher bezeichneten Gattung.

Bei einer in der US-PS 3 444 846 beschriebenen Einrichtung dieser Art erfolgt die Abgasrückführung in Abhängigkeit vom Ansaugieitungsunterdruck und dient dem Zweck, die Verbrennt ngstemperatur der Maschine zu senken und die Emission von Stickoxyden zu reduzieren, die eine direkte F'unktion der Verbrennungstemperatur ist. Der Ausstoü von unverbrannten brenn- baren Abgasbestandteilen ist mit dieser bekannten Einrichtung nicht reduzierbar. Hierzu werden in der Regel Abgasnachverbrennungseinrichtungen eingesetzt.

In dem MAN-Forschungsheft Nr. 10, 1961, S. 7, ist eine thermostatisch voll automatisierte Abgasrückführung bei einem Vielstoffmotor erwähnt, die insbesondere bei rußfrei verbrennenden Kraftstoffen, wie Alkohol, einen ausreichend kurzen Zündverzug gewährleisten soll.

Ein in der ATZ, 1963, S. 20, genannter Vielstoffmotor mit Abgasrückführung wurde während des Anlassens bis zum Erreichen eines für Alkohol-Betrieb genügenden Erwärmungsgrades mit Dieselkraftstoff betrieben, wobei die Abgasrückführung abgestellt war.

Die FR-PS 1 210458 zeigt ferner einen Dieselmotor, bei dem sowohl eine rußmindernde Abgasrückführung als auch eine katalytische Nachverbrennung vorgesehen sind, die überlappend in Betrieb sind. Eine katalytisch arbeitende Nachverbrennung erfordert jedoch eine relativ hohe Abgastemperatur bzw. Verbrennungstemperatur, so daß sie bei kalter Maschine nicht realisierbar ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Regeleinrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art anzugeben, die eine Minderung der jeweils '5 schädlichen Abgasbestandteile bei allen Betriebszuständen der Maschine erreichen läßt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den im

Anspruch 1 angegebenen Mitteln gelöst.

Die Erfindung nutzt somit die Erkenntnis, daß de Ausstoß an Stickoxyden während der Erwärmungspha se des Maschinenbetriebs praktisch vernachlässigba ist so daß ein Betrieb der Abgasrückführvorrichtunj die Verbrennung und damit die Maschinenleistung nui beeinträchtigt, während der Ausstoß an unverbranntei Kohlenwasserstoffen in dieser Phase außerordentlid hoch liegt, und daß bei warmer Maschine der Stick oxydausstoß sehr groß ist während der Ausstoß unver brannter Kohlenwasserstoffe vernachlässigbar ist se daß der Betrieb der Nachverbrennungseinrichtung eint unnötige Energieverschwendung darstellen würde.

Vorteilhaft ist der Umschalter von einem zumindesi mittelbar der Maschinenkühlflüssigkeit ausgesetzter Bimetall steuerbar.

Gemäß einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung ist der Umschalter mittels eines Stellgliedes, vorzugsweise eines Nockens, steuerbar, das mit einem thermostatisch gesteuerten Vordrosselventil in Verbindung steht.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.

F i g. 1 zeigt den die Abgasrückführung betreffenden Teil einer erfindungsgemäßen Regeleinrichtung gegen Luftverunreinigung;

F i g. 2 zeigt ein Beispiel für einen Thermostatschalter für die Einrichtung nach F i g. 1;

F i g. 3 ist eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Regeleinrichtung;

F i g. 4 zeigt ein weiteres Beispiel für einen Thermostatschalter der erfindungsgemäßen Regeleinrichtung.

Bevor eine Erläuterung im einzelnen erfolgt wird darauf hingewiesen, daß die erfindungsgemäße Regeleinrichtung außer in Abhängigkeit von der Maschinentemperatur zusätzlich durch einen beliebigen Betriebsparameter des Fahrzeugs unter Einschluß des Ansaugleitungsunterdrucks, der Fahrzeuggeschwindigkeit bzw. der Maschinendrehzahl, der Winkelstellung der Vergaserdrosselklappe (oder des wirksamen Drosselquerschnitts) oder durch eine Kombination irgendwelcher dieser Parameter betrieben werden kann, sofern die Betriebsparameter bestimmte Zustände der Maschine repräsentieren.

Die Einrichtung gemäß F i g. 1 wird in Verbindung mit einer üblichen Brennkraftmaschine 10 benutzt. Die Maschine 10 besitzt eine Ansaugleitung U und eine Abgasleitung 12. Die Ansaugleitung 11 ist über einen Anschlußflansch 13 an einen nicht dargestellten Vergaser angeschlossen, während die Abgasleitung 12 zu einem nicht dargestellten Abgasrohr führt, das die von der Maschine 10 ausgestoßenen Abgase abführt.

Die Darstellung gemäß F i g. 1 zeigt nur die Abgasrückführung, die in Kombination mit dem Ansaugleitungsunterdruck und der Maschinendrehzahl bzw. der Fahrzeuggeschwindigkeit gesteuert wird. Die Einrichtung besitzt eine Abgasrückführungsleitung 14, die von der Abgasleitung 12 durch einen Wasserabscheider 15 und ein Kohlenstoffilter 16 führt. Der Wasserabscheider 15 entfernt Feuchtigkeit aus den rückzuführenden Abgasen, so daß die Maschine nicht gekühlt wird. Das auf diese Weise entfernte Wasser fließt über eine Leitung 15a zur Abgasleitung 12. Das Kohlenstoffilter 16 entfernt Kohlenstoff aus den Abgasen, um die Maschine vor Verschmutzung zu schützen. Die Abgasrückführungsleitung 14 besitzt eine Drossel 14a zur Regulierung des Abgasrückführungsstroms. Das in die Abgas-

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rückführungsleitung 14 gezogene Abgas gelangt durch ein Strömungssteuerventil 17 und eine Abgasrückführungsdüse 18 zur Maschine. Die Abgasrückführungsdüse 18 geht von der Ventilkammer aus und mündet in der Ansaugleitung 11. Das Strömungssteuerventil 17 weist einen Ventilkörper 19 auf. Dieser wird durch eine Solenoidvorrichtung aus einer Solenoidspule 20 und einem beweglichen Kern 21 betätigt, der mit dem Ventilkörper 19 einstückig ausgebildet ist. Der Yentilkörper 19 sitzt normalerweise auf seinem Sitz und sperrt die Verbindung zwischen der Abgasrückführungsleitung 14 und der Düse 18. Die Solenoidspule 20 ist über einen Unterdruckschalter 23 und einen Geschwindigkeitsschalter 24 durch eine Leitung 25 mit einer Energiequelle 22 verbunden. Mit 26 ist ein Zündschalter be- «5 zeichnet, der zwischen der Energiequelle 22 und dem Geschwindigkeitsschalter 24 eingeschaltet ist

Der Unterdruckschalter 23 wird mit Hilfe einer Membranvorrichtung 27 betätigt, dit auf den Ansaugleitungsunterdruck anspricht. Die Membranvorrichtung 27 besitzt eine unter Atmosphärendruck stehende Kammer 28, die über eine öffnung 29 mit der Umgebungsluft in Verbindung steht, und eine Unterdruckkammer 30, die über eine Unterdruckleitung 31 mit der Ansaugleitung 11 verbunden ist. Die Unterdruckkam- *5 mer 30 ist durch eine Membran 32 hermetisch gegenüber der Kammer 28 abgeschlossen, wobei die Membran 32 durch eine die Kammer 28 durchdringende Verbindungsstange 33 fest mit dem Unterdruckschalter 23 verbunden ist In der Unterdruckkammer 3d ist eine Druckfeder 34 an der Membran 32 befestigt, so daß die Membran und damit die Verbindungsstange 33 in eine Stellung gedrückt werden, in der der Unterdruckschalter 23 geschlossen ist. Die Druckkraft der Feder 34 ist derart festgelegt, daß sie die Kräfte infolge des Ansaugleitungsunterdrucks überwindet, wenn diese eine vorbesfimmte Grenze unterschreiten. Somit wird der Unterdruckschalter 23 normalerweise in einer Schließstellung gehalten. Sobald jedoch der Unterdruck in der Ansaugleitung eine vorbestimmte Grenze überschreitet und die Druckkraft der Feder 34 überwindet, wird der Schalter 23 geöffnet.

Der Geschwindigkeitsschalter 24 ist als normalerweise offener Relaisschalter ausgebildet, der an einen Geschwindigkeitsdetektor angeschlossen ist und durch diesen betätigt wird. Der Geschwindigkeitsdetektor 35 ermittelt die Drehzahl der Maschine 10 oder die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs und gibt eine Spannung ab, die der ermittelten Drehzahl bzw. Geschwindigkeit entspricht. Der Relaisschalter 24 wird geschlossen, wenn die von dem Geschwindigkeitsdetektor 35 gelieferte Spannung eine vorbestimmte Grenze überschreitet.

Die Solenoidspule 20 wird somit nur dann erregt, wenn die Schalter 23 und 24 und der Schalter 26, sofern dieser vorhanden ist, gleichzeitig geschlossen sind. Wenn die Solenoidspule 20 erregt ist, wird der bewegliche Kern 21 in eine Stellung bewegt, in der der Ventilkörper 19 von seinem Sitz abgehoben ist, so daß eine Verbindung zwischen der Abgasrückführungsleitung 14 und der Düse 18 hergestellt ist. Die Abgase der Abgasleitung werden auf diese Weise in die Maschine 10 zurückgeführt, wenn sich der Ansaugleitungsunterdruck unter einem vorbestimmten Wert befindet und wenn sich gleichzeitig die Fahrzeuggeschwindigkeit oder die Motordrehzahl oberhalb eines vorbestimmten Werts befindet. Voraussetzung ist, daß dabei ein Schalter 36 geschlossen ist.

In der die Solenoidspule 20 mit der Energiequelle 22 verbindenden Leitung 25 ist dieser Schalter — ein Thermostatschalter — 36 vorgesehen, der im vorliegenden Fall zwischen der Solenoidspule 20 und dem Unterdruckschalter 23 liegt Der Thermostatschalter sitzt an einem Maschinenthermostatgehäuse 37, das normalerweise benutzt wird, um die Temperatur der Maschinenkühlflüssigkeit zu regulieren.

Der Thermostatschalter 36, der in F i g. 2 näher gezeigt ist, besitzt einen Bimetallkörper 38, der auf dem Thermostatgehäuse 37 sitzt und sich in der Maschinenkühlflüssigkeit befindet, einen beweglichen Kontakt 39, der dem Bimetallkörper 38 gegenüberliegt, sowie ein Betätigungsglied 40, das an dem beweglichen Kontakt 39 befestigt ist und in Anlage an dem Bimetallkörper 38 gehalten wird. Der bewegliche Kontakt 39 arbeitet mit einem stationären Kontakt 41 zusammen, der an die Leitung 25 angeschlossen ist, und wird mit Hilfe des Betätigungsgliedes 40 mit dem stationären Kontakt 41 in Berührung gehalten, wenn sich der Bimetallkörper 38 bei voll erwärmter Maschine verbiegt Wird die Maschine hingegen kalt betrieben, befindet sich der Bimetallkörper 38 in einer Stellung, in der der bewegliche Kontakt 39 von dem stationären Kontakt 41 abgehoben ist. so daß die Solenoidspule von der Energiequelle

22 getrennt ist.

Selbst wenn somit bei kalter Maschine die Schalter

23 und 24 und gegebenenfalls der Schalter 26 alle gleichzeitig geschlossen sind, bleibt die Solenoidspule 20 unerregt und der Ventilkörper 19 auf seinem Sitz, wenn der Thermostatschalter 36 offen ist. Somit können die Maschinenabgase in der Abgasleitung 12 erst dann in die Ansaugleitung rückgeführt werden, wenn die Betriebstemperatur der Maschine erreicht ist. Sobald die Maschine völlig erwärmt ist, kann die Rückführung der Abgase bewirkt werden, sofern die Schalter 23 und 24 geschlossen sind.

F i g. 3 zeigt die erfindungsgemäße Regeleinrichtung, bei der eine Abgasrückführvorrichtung 42 und eine Abgasnachverbrennungseinrichtung 43 miteinander kombiniert und durch Leitungen 25a und 256 mit einem Thermostatschalter 36a verbunden sind und durch diesen gesteuert werden.

Der Thermostatschalter 36a ist wie der Thermostatschalter 36 aufgebaut, soweit der Bimetallkörper 38, der bewegliche Kontakt 39 und das Betätigungsglied 40 betroffen sind. Im Unterschied zum Thermostatschalter 36 hat der Thermostatschalter 36a ein Paar stationärer Kontakte 41a und 416, die mit der Abgasrückführvorrichtung 42 bzw. der Abgasnachverbrennungseinrchtung 43 verbunden sind. Wenn siel·, der Bimetallkörper 38 in seiner normalen Kaltstellung befindet, stützt sich der bewegliche Kontakt 39 auf dem stationären Kontakt 41 b ab. während der bewegliche Kontakt 39 beim Ausbiegen des Bimetallkörpers 38 aus seiner Kaltstellung durch das Betätigungsglied 40 gegen den stationären Kontakt 41a gedrückt wird.

Die Abgasrückführvorrichtung 42 ist wie gemäß F i g. 1 ausgebildet und besitzt die Abgasrückführungsleitung 14 mit Düse 18, das Strömungssteuerventil 17, das zwischen der Abgasrückführungsleitung 14 und der Düse 18 angeordnet ist, den Ventilkörper 19 zum Sperren der Gasverbindung zwischen der Abgasrückführungsleitung 14 und der Düse 18 und die Solenoidvorrichtung mit der Solenoidspule 20 und dem beweglichen Kern 21. Mit 44 ist ein Vergaser bezeichnet, der über den Anschlußflansch 13 auf der Ansaugleitung 11 sitzt und im Innern eine Vergaserdrosselklappe 45 auf-

weist. Die Solenoidspule 20 ist an einem Ende mit dem stationären Kontakt 41a und am anderen Ende mit einem Steuerschalter 46 verbunden, der durch einen von den Betriebsparametern wie Ansaugleitungsunterdruck, Fahrzeuggeschwindigkeit bzw. Maschinendrehzahl. Winkelstellung der Drosselklappe oder eine Kombination der Parameter betätigt wird.

Die Abgasnachverbrennungseinrichtung 43 besitzt einen Reaktor 47, der an die Abgasleitung 12 angeschlossen ist, um die unverbrauchten brennbaren Bestandteile in den Abgasen zu verbrennen, sowie einen Injektor 48, der in den Reaktor mündet und bei Betätigung Kraftstoff ansaugt. Der Injektor oder Einspritzer 48 wird mit Hilfe des Thermostatschalters 36a durch die Leitung 256 gesteuert, die an den stationären Kontakt 41 6 angeschlossen ist. Der Einspritzer führt Kraftstoff in den Reaktor 47 ein, wenn die Leitung 25b durch Anlage des beweglichen Kontakts 39 an dem stationären Kontakt 41 b unter Spannung steht.

Wenn die Maschine kalt betrieben wird, wird der Bimetallkörper 38 in seiner normalen Kaltstellung gehalten, so daß sich der bewegliche Kontakt 39 mit dem stationären Kontakt 416 in Berührung befindet, wie es in F i g. 3 mit ausgezogenen Linien dargestellt ist. In diesem Zustand bleibt die Leitung 25a der Abgasrückfahrvorrichtung 42 entregt, so daß die Abgase in der Abgasleitung nicht in die Ansaugleitung ruckgeführt werden können. Die Leitung 25b zur Abgasnachverbrennungseinrichtung 43 ist dagegen erregt, so daß der Einspritzer 48 Kraftstoff in den Reaktor 47 gibt, um die Nachverbrennung der unverbrannten Maschinenabgasbestandteile zu unterstützen. Auf diese Weise wird der Ausstoß an schädlichen Kohlenwasserstoffen während des Betriebs der kalten Maschine auf ein Minimum reduziert. Wenn sich die Maschinenkühlflüssigkeit erwärmt und die Maschine ihre Betriebstemperatur erreicht, biegt sich der Bimetallkörper 38 aus seiner normalen Kaltstellung heraus, so daß der bewegliche Kontakt 39 den stationären Kontakt 41a berührt, wie es gestrichelt dargestellt ist. Auf diese Weise wird die Leitung 25Z? von der Energiequelle 22 abgetrennt, während statt dessen in die Leitung 25a eingespeist wird. Die Abgasnachverbrennungseinrichtung 43 kommt somit außer Einsatz, während die Abgasrückführvorrichtung 42 angesteuert wird und Abgase in die Ansaugleitung rückführt. Auf diese Weise kann die Menge an Stickoxyden während aller Fahrzustände des Kraftfahrzeugs bei Betriebstemperatur der Maschine vermindert wer

Der Thermostatschalter der erfindungsgemäßen Regeleinrichtung kann auch auf viele andere Weisen aufgebaut sein; ein Beispiel hierfür ist in F i g. 4 gezeigt.

Gemäß F i g. 4 werden die Abgasrückführvorrichtung 42 und die Abgasnachverbrennungseinrichtung 43 mit Hilfe eines mechanisch betätigten Schalters 366 in Abhängigkeit von der Winkelstellung eines Vordrosselventils 49 betätigt, das stromaufwärts der Drosselklappe 45 des Vergasers 44 im Luittrichter angeordnet ist und thermostatisch gesteuert wird. Der Schalter 366 hat einen beweglichen Kontakt 39, ein Betätigungsglied 40 und ein Paar stationärer Kontakte 41a und 416, die mit der Abgasrückführvorrichtung 42 bzw. der Abgasnachverbrennungseinrichtung 43 durch die Leitungen 25a und 256 verbunden sind, wie es auch beim Schalter 36a in F i g. 3 der Fall ist.

Zwischen dem Drosselventil 49 und dem Schalter 366 ist eine mechanische Verbindung über einen Nokken 50 hergestellt, der auf der Welle 49a des Vordrosselventils 49 sitzt und durch diese gedreht wird. Der Nocken 50 ist als Sektornocken mit einem vorstehenden Steuerabschnitt 50a und einem diesem gegenüber zurückstehenden Steuerabschnitt 506 am Umfangsrand ausgebildet. Der Nocken 50 und der vorstehende Abschnitt 50a sind derart angeordnet und ausgebildet, daß dann, wenn sich das Betätigungsglied 40 mit dem zurückstehenden Abschnitt 506 des Nockens 50 in Berührung befindet, der bewegliche Kontakt 39 den stationären Kontakt 416 berührt, wie es durch ausgezogene Linien dargestellt ist. Wenn der Nocken 50 mit der Welle 49a des Vordrosselventils 49 gedreht wird und der vorstehende Abschnitt 50a auf das Betätigungsglied 40 trifft, wird der bewegliche Kontakt 39 mit dem stationären Kontakt 41a in Berührung gebracht, wie es durch gestrichelte Linien angedeutet ist.

Aus der Beschreibung geht hervor, daß die Rückführung von Abgasen, wie sie zur Verminderung der Menge an Stickoxyden in den Abgasen durchgeführt wird, nicht erfolgt, wenn die Maschine kalt betrieben wird und die Menge an Stickoxyden praktisch vernachlässigbar ist, so daß die Maschine mit befriedigender Leistung betrieben werden kann. Dagegen ist die Abgasnachverbrennungseinrichtung so lange im Einsatz, bis die Betriebstemperatur der Maschine erreicht ist, wodurch die Menge an Kohlenwasserstoffen, die bei kalter Maschine in beträchtlichem Umfang ausgestoßen werden, erheblich vermindert werden kann.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen.

Claims

Patentansprüche:

1. Regeleinrichtung für eine gemischverdichtend*, fremdgezündete Brennkraftmaschine zur Verringerung des Ausstoßes von schädlichen Abgasbestandteilen, mit einer Vorrichtung zur Rückführung eines Teils der Abgase in die Ansaugleitung sowie mit einem Organ zum Steuern der Abgasrückführvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß das Organ (17) mittels eines Umschalters (36a; 366) unterhalb einer vorbestimmten Maschinentemperatur die Abgasrückführvorrichtung (42) abgeschaltet und eine der Brennkraftmaschine nachgeordnete Abgasnachverbrennungseinrichtung (43) eingeschaltet hält und umgekehrt.

2. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aer Umschalter (36a; 36b) von einem zumindest mittelbar der Maschinenkühlflüssigkeit ausgesetzten Bimetall (38) steuerbar ist

3. Regeleinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Umschalter (366) mittels eines Stellgliedes, vorzugsweise eines Nokkens (50), steuerbar ist, das mit einem thermostatisch gesteuerten Vordrosselventil 49 in Verbindung steht.