DE2216562A1

DE2216562A1 - Brennkraftmaschine mit abgasrueckfuehrung

Info

Publication number: DE2216562A1
Application number: DE2216562A
Authority: DE
Inventors: Peter Phillimore Swatman
Original assignee: Meakers Realisations Ltd
Current assignee: Meakers Realisations Ltd
Priority date: 1972-04-06
Filing date: 1972-04-06
Publication date: 1973-11-08

Description

Brennkraftmaschine mit Abgasrtickführung Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Vermindern der Luftverschmutzung durch Abgase von Brennkraftmaschinen.
Die Abgasrückführung ist ein bekanntes Mittel zum Herabsetzen des Ausstoßes von Stickstoffoxyden der allgemeinen Formel NOx durch das Abgassystem von Brennkraftmaschinen.
Bisher verwendete Rückftihrsysteme für Abgase lassen Jedoch hinsichtlich der Verminderung der Abgabe von Stickstoffoxyden manches zu wünschen übrig, und der einfache Grund hierfür ist, daß die Kontrolle über die Menge der rUckgeführten Abgase zu ungenau ist und sich auch mit den Betriebszuständen der Maschine ändert.
Die Erfindung, die sowohl ftlr Maschinen mit Vergasern als auch mit Kraft stoffe inspritzsystemen verwendbar ist, bezweckt daher die Schaffung eines Systems für die Abgasrückführung, das 1. die rückgeführte Abgasmenge so steuert, daß sie in einem im wesentlichen konstanten Verhältnis (beispielsweise 12 - 17%) zur Mengenluftstromrate der Maschine steht; und 2. vorzugsweise automatisch so gesteuert wird, daß eine Abgasrückführung nur erfolgt, wenn die Betriebszustände der Maschine eine solche erfordern. Hinsichtlich Punkt 2 ist eine Rückführung bei Jedem der folgenden Betriebszustände nicht erforderlich: Leerlauf, Freilauf, Vollast oder wenn die Maschine bei einer Temperatur betrieben wird, die unterhalb eines vorbestimmten Wertes liegt. Insbesondere ist eine Rückführung bei Kaltstart nicht erforderlich oder bei der anfänglichen Erwärmungsphase, dagegen ist sie erforderlich, wenn das Fahrzeug bei Maschinentemperaturen von F F (15)560C) oder mehr betrieben wird. et a Es gibt verschiedene Wege zum Bestimmen der Rate des Mengenluftstroms einer gegebenen Brennkraftmaschine, von denen als praktischster für die Anwendung bei Kraftfahrzeugen die Benutzung des Rückdruck der Abgase als ein Kriterium angesehen wird. Die Menge des von einer Maschine in der Zeiteinheit erzeugten Abgases ist der Rate des Mengenluftstroms der Maschine direkt proportional.
Das der Erfindung zugrundeliegende Prinzip läßt sich am leichtesten verstehen, wenn man sich einmal das Abgassystem der Maschine als zwei einfache Öffnungen, eine primäre und eine sekundäre, aufweisend vorstellt, von denen Jede Abgas an die Atmosphäre abgibt. Damit ist gesagt, daß die beiden Abgaben in Bereiche mit vollkommen gleichem Druck erfolgen.
Infolgedessen ist die Mengenströmungsrate durch jede Öffnung der wirksamen Querschnittsfläche der betreffenden Öffnung proportional. Wenn daher die wirksame Querschnittsfläche der sekundären Öffnung etwa 15% von derJenigen der primären Öffnung betrüge (die,wie bereits vorausgesetzt,yatmosphärischen Druck abgibt), und der Ausstoß aus der sekundären Öffnung in eine Zone von atmosphärischem Druck abgegeben würde, bevor der Zutritt in das Einlaßsystem der Maschine erfolgt, dann wäre die Mengenrate des rückgeführten Abgases im wesentlichen 15% der Rate der Mengenluftströmung der Maschine, unabhängig von der Temperatur des Abgases.
Daraus ergibt sich, daß, wenn einmal experimentell der korrekte Prozentsatz der rückzuführenden. Abgasmengenströmung für eine bestimmte Maschine festgelegt wurde, geeignete Einrichtungen vorzusehen sind, die automatisch die Rückführung entweder veranlassen oder verhindern, Je nach den. Betriebszuständen der Maschine zu den jeweils gegebenen 2eitpunkten.
Gemäß der Erfindung wird eine rennk.raftmaschine mit einem Abgasrückführsystem ausgerüstet, in welchem eine parallel zum Abgassystem geschaltete Meßöffnung die Rückführrate.als im wesentlichen konstanter. Prozentsatz der Rate der Mengenluftströmung der Maschine steuert, und wobei. eine Drucksteuerungs-Ventileinrichtung unmittelbar stromabwärts von der Meßöffnung im wesentlichen atmosphärischen Druck aufrechterhält und außerdem die Verbindung zwischen dieser Stelle. und der Einlaßleitung bzw. dem Ansaugstutzen der Maschine steuert. Zusätzlich sieht die Erfindung vor, daß eine auf die Betriebszustände der Maschine ansprechende, druckempfindliche Ventileinrichtung automatisch ,die Drucksteuerungs-Ventileinrichtung dahingehend beeinflußt, daß eine Abgasrückführüng nur.ann erfolgt, wenn es notwendig ist.
Mehr ins Einzelne gehend wird nach der Erfindung eine .Brennkraftmaschine, die Mittel zum Steuern der Rate der Mengenluftströmung in-das Ansaugsystem aufweist, mit einem AbgasrUckführsystem ausgestattet, das eine automatische Steuerung der Rückführung in einem im wesentlichen konstanten Verhältnis zur Rate der Mengenluftströmung nur dann bewirkt, wenn die Betriebszustände der Maschine derart sind, daß die Rückführung erforderlich ist, wobei vorgesehen ist, daß eine Rückführleitung vorgesehen ist, welche die Abgabe der Meßöffnung aufnimmt und von einer Stelle unmittelbar' Str;omatjwärts von dieser Öffnung zur Einlaßleitung führt;'cla' Drucksteuerungs-Ventileinrichtung ein Abgaseintrittsventil enthält, welches die Verbindung zwischen der Rückführleitung und der Einlaßleitung steuert und durch seine Bewegungen im wesentlichen atmosphärischen Druck innerhalb der Rückführleitung unmittelbar stromabwärts von der Meßöffnung aufrechterhält; und daß die druckempfindliche Ventileinrichtung auf den Unterdruck an der Stelle des üblichen Unterdruck-Zündverstellers anspricht.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung kennzeichnet sich dadurch, daß die Drucksteuerungs-Ventileinrichtung ein druckempfindliches Element aufweist, das auf seiner einen Seite von atmosphärischem Druck und auf seiner anderen Seite von dem Druck unmittelbar stromabwärts von der Meßöffnung beaufschlagt wird, sowie ein pneumatisches Servoelement, welches das Abgaseintrittsventil in Abhängigkeit von der Bewegung des druckempfindlichen Elements betätigt.
Eine Betätigung der druckempfindlichen Ventileinrichtung, welche die Betriebszustände der Maschine an die Drucksteuerungs-Ventileinrichtung meldet bzw. diese beeinflußt, um die Abgasrückführung zu veranlassen, wird durch temperaturempfindliche Organe jeweils dann verhindert, wenn die Maschinentemperatur beispielsweise unterhalb von 600F (15,560c) liegt.
Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert, und zwar zeigen: Fig. 1 schematisch die allgemeine Anordnung eines Abgas-Rückführsystems einer Brennkraftmaschine gemäß der Erfindung; Fig. 2 schematisch ein grundsätzlich dem in Fig. 1 gezeigten ähnliches System, bei dem jedoch einige Komponenten anders ausgeführt und angeordnet sind; und Fig. 3 einen Vertikalschnitt durch eine andere Ausführungsform einer Drucksteuerungs-Ventileinheit, wie sie in jedem der Systeme nach Fig. 1 und 2 Verwendung findet.
Bei der Ausführung gemäß Fig. 1 weist eine Brennkraftmaschine 1 einen Vergaser 2, ein Luftfilter 3, ein Ansaugrohr 4 (als Teil einer Einlaßleitung 5) und eine Abgasleitung 6 auf.
Die Gemischleitung 7 des Vergasers 2 (der im vorliegenden Fall von der bekannten Bauart mit steuerbarer Vergaserdüse und automatisch veränderlicher Luftklappe ist) ist wie üblich mit einer Drosselklappe 8 ausgerüstet.
Das Abgas-Rückführsystem enthält: eine Meßöffnung 9 in der Abgasleitung 6, eine Drucksteuerungs-Ventileinrichtung 10 und eine druckempfindliche Ventileinrichtung 11. Die Ventileinheit 10, welche die Verbindung zwischen dem Ansaugrohr 4 (stromabwärts von der Drosselklappe 8) und einer Rückführleitung 12 steuert, die von der Meßöffnung 9 ausgeht, dient dazu, in der Leitung 12 unmittelbar stromabwärts von der Meßöffnung 9 im wesentlichen atmosphärischen Druck aufrechtzuerhalten, wenn die Rückführung im Gange ist. Die druckempfindliche Ventileinheit 11 bestimmt, wann Abgasruckführung stattfinden soll, indem sie einen auslösenden Effekt auf die Drucksteuerungs-Ventileinheit 10 ausübt, diese also beeinflußt.
Die Ventileinheit 10 weist ein Gehäuse 13 mit drei Kammern 14, 15 und 16 auf, die von zwei Membranen 17 und 18 gebildet werden. Die mittlere Kammer 15 steht in ständiger Verbindung mit der Atmosphäre über eine Leitung 19 und einen Luftreiniger bzw. Luftfilter 20. Dieser gesonderte Filter 20 ist erforderlich, weil die Luftzufuhr zur Kammer 15 unter atmosphärischem Druck stehen soll und daher nicht stromabwärts von dem Luftfilter 3 der Maschine entnommen werden kann.
Die Abgasrückführung wird durch ein Abgaseinlaßventil 21 sozusagen ein- und ausgeschaltet. Wenn dieses Ventil 21 von seinem Sitz 22 abgehoben wird, strömt die Abgabe der Meßöffnung 9 über die Rückführleitung 12 in die Einlaßleitung 5, und es findet also eine-Abgasrückführung statt.
Das Abgaseinlaßventil 21 ist ringförmig und starr an einem Ende eines hohlen Ventilschafts 23 befestigt, der durch eine flexible, ringartige Stopfbüchse 24, die einen Gleitsitz für den Schaft bildet, in das Gehäuse 13 hineinragt. Der Ventilschaft 23 ist an der Membran 17 befestigt und erstreckt sich bis in die Kammer 15, so daß eine Öffnung 25 am freien Ende des Schaftes 23 mit einer Ventilplatte 26 zusammenwirken kann, die mittig an der Membran 18 befestigt ist. Der Innenraum des Ventilschafts 23 steht über eine Öffnung 27 in ständiger Verbindung mit der Kammer 14, und eine Drosselstelle bzw.
Verengung 28 ist innerhalb des hohlen Schaftes 23 entweder (wie gezeigt) benachbart zu dem Ventil 21 oder aber an einer Stelle zwischen dem Ventil und der Öffnung 27 angebracht.
Das Abgaseinlaßventil 21 wird von der Membran 17 betätigt, die unter dem Einfluß des Unterdrucks in der Einlaßleitung 5 (oder eines gesteuerten Teils von diesem) steht, welcher der Kammer 14 über die Drosselstelle 28, den hohlen Ventilschaft 23 und die Öffnung 27 zugeführt wird.
Die Membran 17, die ein pneumatisches Servoelement darstellt, steht unter der Wirkung des Drucks einer Schraubenfeder 29, welche die für eine volle Öffnung des Ventils 21 erforderliche Bewegung der Membran 17 bei einem Unterdruck von etwa 2 1/2" bzw. 63,5 mm Quecksilber zuläßt (also einen Wert, der nicht ganz demJenigen des Unterdrucks in der Einlaßleitung der Maschine unter Vollast entspricht). Die wirksame Fläche der Membran 17 ist so zu bemessen, daß sie unter Einwirkung dieses Unterdrucks die Kraft der Feder 29 überwindet. Dabei soll die Kraft der Feder 29 ausreichen, um dann, wenn keine Abgasrückführung stattfindet, zu gewährleisten, daß das Ventil 21 entgegen dem Unterdruck in der Einlaßleitung 5 oder dem Abgasdruck in der Leitung 12 gegen seinen ß'ftz 22 anliegend gehalten wird. Die Feder 29 hat also für eine gegebene Fläche des Ventils 21 eine gegebene Kraft -auszuüben.
Eine zwischen den Membranen 17 und 18 eingeschaltete Druckfeder 30 ist gerade stark genug, um das Gewicht der Membran 18 aufzunehmen, wenn die Ventileinheit 10, wie gezeigt, vertikal angeordnet ist.
Der auf die Membran 17 wirkende Unterdruck ist eine Funktion des -in der Einlaßleitung 5 herrschenden Unterdr'-ucks, der wirksamen Fläche der Drosselstelle 28 und des wirksamen Bereichs der Öffnung 25, welche" durch die Ventilklappe 26 an der Membran 18 zu der mit der Atmosphäre in Verbindung stehenden Leitung 19 hin ge6ffnet'wird.-Die Bewegung der Ventilklappe 26, welche die Weite der Öffnung 25 verändert, wird durch die Bewegung der Membran 18 gesteuert, wenn diese unter der Wirkung des -Drucks unmittelbar stromabwärts von der Meßöffnung 9 steht, der ihr über eine die Kammer 16 mit der druckempfindlichen Ventileinri'öli'-' tung 11 verbindende Leitung 31 und-eine an diese Einheit anschließende Leitung 32 zugeführt wird; die Leitung 32,- die von der Rückführleitung 12 ausgeht, hat. eine Eintrittsöffnung 33 unmittelbar stromabwärts von der Meßöffnung 9.
Wenn der Druck in der Kammer 16 größter als atmosphärischer Druck ist, wird die Membran 18 gebogen, so da die Ventil platte 26 die Öffnung 25 schließt. Infolgedessen wirkt der die Unterdruck der Einlaßleitung 5 jetzt auf' - Membran 17, die sich entgegen der Wirkung der Feder 29 bewegt un ein Öffnen des Ventils 21 bewirkt, so daß Abgasrückführung aurtr-itt.
Wenn der Druck in der Kammer 16 geringer als der atmosphärische Druck ist, wird die Öffnung 25. freigegeben und daher herrscht in der Kammer 14 annähernd atmosphärischer Druck. Unter der Wirkung der Feder 29 veranlaßt die Membran 17 daher jetzt ein Schließen des Ventils 21, wobei die Bewegung des Ventils automatisch zwischen den Stellungen "offen" und "geschlossen" eingestellt wird, so daß ein größerer oder geringerer Unterdruck in der Leitung 12 hergestellt wird, um im wesentlichen atmosphärischen Druck stromabwärts von der Meßöffnung 9 aufrechtzuerhalten, unabhängig von dem auf diese Öffnung 9 wirkenden Abgasdruck und unabhängig vom Unterdruck in der Einlaßleitung 5,der auf den Ventilsitz 22 wirkt.
Die verschiedenen Betriebszustände der Maschine, bei denen eine Abgasrückführung nicht erforderlich ist, wurden bereits oben angeführt und brauchen daher hier nicht wiederholt zu werden. Wie bereits gesagt, ist der Zweck der druckempfindlichen Ventileinrichtung 11 den jeweiligen Betriebszustand an die Drucksteuerungs-Ventileinrichtung 10 zu melden bzw.
diese derart zu beeinflussen, daß sie eine Abgasrückführung bewirkt oder unterbindet, je nach den Betriebszuständen der Maschine zum jeweiligen Zeitpunkt.
Die druckempfindliche Ventileinrichtung 11 hat ein Gehäuse 34, in dem zwei Kammern 35 und 36 durch eine Membran 37 gebildet sind. Diese Membran ist mit einer schraubenförmigen Druckfeder 38 belastet und hat einen einstellbaren Anschlag 39, der ihre Auswärtsbewegung begrenzt. Von einer Bohrung 40 an der Drosselkante des Vergasers 2 führt eine Leitung 41 zur Kammer 35. Die Bohrung 40 gleicht in ihrer Funktion der sogenannten Unterdruck-Zündversteller-Bohrung, wie sie bei modernen Vergasern verwendet wird. Eine Leitung 42 verbindet die Kammer 36 mit einem Ventilgehäuse 43 mit zwei Ventilsitzen 44 und 45 für einen scheibenartigen Ventilkörper 46.
Der Ventilkörper 46 ist am einen Ende eines Ventilschafts 47 angebracht, der durch die Leitung 42 geführt und mit seinem anderen Ende an den thermisch biegbaren Schenkel eines im wesentlichen U-förmigen, bi-metallischen Elements 48 angelenkt ist, dessen anderer Schenkel starr mit dem zentralen Bereich der Membran 37 verbunden ist. Der Ventilkörper 46 ist daher sowohl durch die Membran 37 als auch durch thermische Biegung des zwischengeschalteten Elements 48 bewegbar. In der gezeigten Weise verbinden die (bereits früher erwähnten)Leitungen 31 und 32 das Ventilgehäuse 43 mit der Kammer 16 der Drucksteuerungs-Ventileinrichtung 10 und mit der unmittelbar stromabwärts von-der Meßöffnung 9 vorgesehenen Öffnung 33. Eine Leitung 49 verbindet die Leitung 42 mit dem Bereich 7,der/zwischen einer (nicht gezeigten) veränderbaren Luftklappe und der Drosselklappe 8 des Vergasers 2 befindet. Da in dem Bereich 7, wenn ein Vergaser der oben beschriebenen Art in Betrieb ist, stets ein im wesentlichen konstanter Unterdruck herrscht, wird dieser Bereich hier einfach als Bereich konstanten Unterdrucks bezeichnet.
Die durch die Feder 38 in Verbindung mit der wirksamen Fläche der Membran 37 ausgeübte Belastung-ist so gewählt, daß die Membran eine volle Bewegung gegen den Anschlag 39 bei einem in der Kammer 35 herrschenden Unterdruck von annähernd 0,07 kg/cm2 (1 psi) ausführt; die andere Kammer 36 steht über die Leitung 49 mit dem Bereich konstanten.Unterdrucks 7 des Vergasers 2 in Verbindung.
Wenn die Drosselklappe 8 des Vergasers 2 praktisch geschlossen ist, wie bei Leerlauf, wirkt nur der konstante Unterdruck im Bereich 7 auf die Kammer 35 und die Membran 37 bewegt sich nicht. Die Membran 37 befindet sich dann in einer Stellung, bei welcher der Ventilkörper 46 gegen seinen Ventilsitz 45 anliegt und das Ende der Leitung 32 verschließt, während die Kammer 16 der Drucksteuerungs-Ventileinrichtung 10 über die Leitungen 31 und 49 mit dem- Bereich konstanten Drucks 7 verbunden ist. Infolgedessen hebt die Membran 18 der Ventileinrichtung 10 die Ventilplatte 26 vom oberen Ende des hohlen Ventilschafts 23 ab, so daß die Kammer 14 über die Öffnungen 25 und 27 unter atmosphärischem Druck steht und die Servomembran 17-das Ventil 21 schließt, also eine Abgasrückführung unterbindet.
Wenn die Drosselklappe 8 geöffnet ist, wird die Kammer 35 der Ventileinrichtung 11 einem wachsenden Grad von Unterdruck aus der Einlaßleitung 5 ausgesetzt, der auf die Membran 37 einwirkend veranlaßt, daß das Ventil 46 sich gegen seinen Ventilsitz 44/und'damit die Verbindung mit dem Bereich konstanten Unterdrucks 7 (über die Leitung 49) sperrt.
Gleichzeitig öffnet das Ventil 46 die Verbindung zwischen den Leitungen 31 und 32. Die Kammer 16 der Ventileinrichtung 10 erhält daher jetzt Druck aus der Abgasöffnung 33, und es erfolgt eine Abgasrückführung.
Wenn die Drosselklappe 8 so weit geöffnet ist, daß die Maschine unter Vollast steht, genügt der Unterdruck in der Kammer 35 der Ventileinrichtung 11 nicht, um die Membran 37 entgegen der Feder 38 zu halten, so daß das Ventil 46 von seinem Ventilsitz 44 abgehoben wird und die Leitungen 31 und 49 die Verbindung zwischen dem Bereich konstanten Unterdrucks 7 und der Kammer 16 der Ventileinrichtung 10 herstellen. Die Servomembran 17 schließt dann in der bereits beschriebenen Weise das Ventil 21, welches die Abgasrückführung abschaltet.
Bei kalten Zuständen nimmt der thermisch biegbare Schenkel des bimetallischen Elements 48 die in der Zeichnung gestrichelt dargestellte Stellung ein mit dem Ergebnis, daß bei Maschinentemperatur unter etwa 60°F (15'560C) die Membran 37 zur Anlage gegen den Anschlag 39 kommt, ohne den Ventilkörper 46 zu bewegen, und es erfolgt daher keine AbgasrUckführung.
Praktisch ergibt sich ein maximaler Unterdruck im Bereich konstanten Unterdrucks 7 des Vergasers, wenn die Maschine unter Voll-Last mit maximaler~Drehzahl läuft, und wenn-der Luftfilter 3 durch Verschmutzung soweit verstopft ist, daß sein Strömungswiderstand auch den Höchstwert erreicht. Die Stärke der Feder 38 ist so gewählt, daß unter dieser ungünstigsten Bedingung die Membran 37 sich nicht bewegt.
Unter Freilaufbedingungen ist die Drosselklappe 8 geschlossen, und es herrscht kein ausreichender Unterdruck an der Bohrung 40 bei der Drosselkante und also auch nicht in. der.
Kammer 35, um den Ventilkörper 46 gegen seinen Ventilsitz 44 zu bewegen,-so daß die Kammer 16 der Ventileinrichtung 10 über' die Leitungen 31 und 49 mit dem Bereich konstanten Unter drucks 7 des Vergasers in Verbindung' steht mit dem Ergeibnis,-daß die Abgasrückführung durch Schließen des Ventils 21 in der bereits beschriebenen Weise unterbunden ist.
In der Ausführungsform gemäß Fig. 2 sind diejenigen Komponenten, die in der gleichen Weise wie bei Fig. 1 ausgeführt.
und angeordnet sind, mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Die Hauptunterschiede zwischen beiden Systemen liegen -in-der Ausführung der Abgas-Meßöffnung und der druckempfindlichen Ventileinrichtung.
Bei der Ausführung gemäß Fig. 2 hat die Abgasleitung 6 eine stutzenartige Abzweigung 50 mit einer Meßöffnung 9A, in die ein hin und her bewegbarer zapfenartiger Ventilkörper 51 eindringt. Die Meßöffnung 9A, die von einem ringförmigen Ventilsitz 52 für den Ventilkörper 51 gebildet ist, wird dadurch frei von Verkrustungen durch Ablagerung von Partikeln gehalten, daß der Ventilkörper 51 jeweils bei seinen Bewegungen auf die ihn-umgebende Kante der Meßöffnung 9A eine Reibwirkung ausübt, welche die Aufrechterhaltung des ursprünlglichen wirksamen Querschnitts der Meßöffnung gewährleistet.
Der Ventilkörper 51, der entweder in voll geschlossener oder voll geöffneter Stellung arbeitet, ist an einem Schaft 53 gelagert, der gleitbar durch eine Kammer 54 in ein Gehäuse 55 geführt ist. Das Gehäuse 55 enthält eine Membran 56 mit Federbelastung durch eine Schraubenfeder 57 innerhalb einer Membrankammer 58. Der-Schaft 53, der mittig an der Membran 56 befestigt ist, trägt eine Anschlageinrichtung 59, die durch Berührung mit der Oberseite der Kammer 54 die Öffnungsbewegung des Ventilkörpers 51 begrenzt und auch die Kammer abdichtend verschließt. Wenn der Ventilkörper 51 die Offenstellung einnimmt, geht die Strömung von der Meßöffnung 9A durch die Kammer 54 hindurch zur Einlaßleitung 5 über die Rückführleitung 12A und das Ventil 21.
Wenn die Membrankammer 58 dem Unterdruck der Einlaßleitung 5 unterliegt, und zwar in einer später noch zu beschreibenden Weise, bringt die Membran 56 normalerweise den Ventilkörper 51 in die Offenstellung. Das Verhältnis der wirksamen Fläche der Membran 56 und der Belastung durch die Feder 57 ist jedoch derart, daß ein Öffnen des Ventils 51 verhindert wird, wenn in der Membrankammer 58 der maximale Unterdruck der Einlaßleitung 5 bei Voll-Lastbetrieb der Maschine herrscht.
Die Membran 18 der Drucksteuerungs-Ventileinrichtung 10 empfängt den unmittelbar stromabwärts von der Meßöffnung 9A herrschenden Abgasdruck über eine Leitung 60, welche die Kammer 16 und und die Abgaskammer 54 verbindet. Eine Leitung 61 schließt die Membrankammer 58 an eine druckempfindliche Ventileinrichtung IIA an, die einen scheibenartigen Ventilkörper 46A mit zwei ihm zugeordneten Ventilsitzen 44A und 45A innerhalb eines Ventilblocks 63 enthält.
Der Ventilkörper 46A lagert an einem Schaft 63, der gleitbar und luftdicht durch ein Ende des Ventilblocks 62 hindurch in ein Gehäuse 64 geführt ist, dessen angrenzende Zone zum atmosphärischen Druck hin offen ist. Das Gehäuse 64 enthält eine Membran 65, die durch eine schraubenförmige Druckfeder 66 innerhalb einer Kammer 67 belastet ist. Der Ventilschaft 63 ist mittig an der Membran 65 befestigt und trägt eine Anschlageinrichtung 68, die mit dem thermisch biegbaren Schenkel eines im wesentlichen U-förmigen, bimetallischen Elements 69 zusammenwirkt, dessen anderer Schenkel bei 70 starr befestigt ist. Die Anordnung ist so getroffen, daß jeweils bei Maschinentemperaturen unter etwa 60°F (is,s60c) das freie Ende des bimetallischen Elements 69 eine Bewegung der Anschlag einrichtung 68 nach rechts in der Zeichnung verhindert, so daß der Ventilkörper 46A nicht von seinem Ventilsitz 45A abheben kann. Bei steigender Maschinentemperatur, also beispielsweise über 600F, nimmt der thermisch biegbare Schenkel des Elements 69 die gestrichelt gezeichnete Stellung ein und behindert daher nicht länger-ein Abheben des Ventilkörpers 46A von seinem Ventilsitz 45A.
Der Ventilblock 62 steht ständig mit der Atmosphäre über eine Leitung 71 in-Verbindung, die in bezug auf die Ventilsitze 44A und 45A so angeordnet ist, daß, wenn der Ventilkörper 46A (wie gezeichnet) von seinem Sitz 44A abhebt, die Leitung 61 Atmosphärendruck von der Leitung 71 zur Membrankammer 58 überträgt. Der Ventilkörper 51 des Abgasventils wird dann durch die Feder 57 geschlossen gehalten.
Wenn die Betriebsbedingungen bzw. der Betriebszustand derart ist, daß eine Abgasrückführung erforderlich ist, bewirkt der der Kammer 67 der druckempfindlichen Ventileinrichtung IIA übertragene verstärkte Unterdruck, daß die Membran 65 den Ventilkörper 46A von seinem Sitz 45A abhebt und gegen den Sitz 44A legt. Infolgedessen wird über die Leitung 72 als Verbindung der Einlaßleitung 5 mit dem VentilbLock 62 an einer zur Bohrung des Ventilsitzes 45A offenen Stelle über die Leitung 61 der Unterdruck der Einlaßleitung 5 zur Membrankammer 58 übertragen. Die Membran 56 bewegt sich daraufhin entgegen der Wirkung der Feder 57 und öffnet das Abgasventil 51. Als Ergebnis wird der Druck unmittelbar stromabwärts von der Meßöffnung 9A für das Abgas von der Kammer 54 über die Leitung 60 auf die Membrankammer 16 der Drucksteuerungs-Ventileinrichtung 10 übertragen. Letztere gestattet daraufhin in der bereits anhand der Fig. 1 beschriebenen Weise den Zutritt von Abgas in die Einlaßleitung 5 und hält auf diese Weise im wesentlichen atmosphärischen Druck stromabwärts von der Meßöffnung 9A aufrecht.
Fig. 3 zeigt eine andere Ausführungsform eines Teils der Drucksteuerungs-Ventileinrichtung 10, wie sie in Fig. 1 und 2 verwendet ist; Zweck dieser anderen Ausführungsform ist, soweit als angängig die Möglichkeit zu unterbinden, daß der Ventilschaft 23 (Fig. 1 und 2) an seiner Dichtung 24 kleben oder anhaften könnte als Folge der Ansammlung von am Ventilschaft 23 abgelagerten Kohlepartikeln aus dem Abgas, dem er ausgesetzt ist. Infolgedessen ist bei der Ausführungsform nach Fig. 3 der früher gezeigte Ventilschaft 23 durch einen ähnlichen hohlen Ventilschaft 23A ersetzt, der von dem Abgaseinlaßventil entfernt liegt und daher dem Einfluß der Abgase nicht ausgesetzt ist, wenn diese über die Rückführleitung 12 oder 12A der Einlaßleitung 5 zugeführt werden. Der früher gezeigte ringförmige Ventilkörper 21 des Abgaseinlaßventils ist hier durch einen scheibenförmigen Ventilkörper 21A ersetzt, dem ein Ventilsitz 22A am Auslaß der Rückführleitung 12 bzw. 12A zugeordnet ist, wobei der Ventilkarper 2-1tA mit dem Ventilschaft 23A Über ein bogenartiges Joch 73 verbunden ist. Dieses Joch ist ein GuRteil mit T-förmigem Querschnitt, das an seinen Enden genau aufeinander ausgerichtete Bohrungen 74 und 75 aufweist, in die der Ventilkörper 21A einerseits und der Ventil schaft 23A andererseits eingepreßt sind.
Das Joch~73 arbeitet in einer Kammer 76, die über einen lösbar angebrachten Dichtungsstopfen 77 zugänglich ist. Die Basis der-in Fig. 3 gezeigten Einheit ist unmittelbar mittels Bolzen auf der Einlaßleitung 5 (Fig. 1 und 2), abwärts von der Drosselklappe 8 so befestigt, daß die Kammer 76 möglichst nahe an der Drosselklappe 8 liegt. Infolgedessen wird der Ventilschaft 23A nur dem Kraftstoffdampf innerhalb der Kammer 76 ausgesetzt und hat nicht unter Verunreinigung durch Abgase zu leiden, wenn der Ventilkörper 21A des Abgaseinlaßventils geöffnet ist, weil die Kammer 76 an die Einlaßleitung 5 (Fig. 1 und 2) an einer Stelle stromaufwärts von derjenigen Stelle angeschlossen ist, an der das rückgeführte Abgas in die Einlaßleitung 5 eintritt.

Claims

Patentansprüche:

5 Brennkraftmaschine mit Abgasrückführung, dadurch gekennzeichnet, daß eine Meßöffnung (9) parallel zum Abgassystem (6) vorgesehen ist, über welche der Anteil der rückgeführten Abgase als im wesentlichen konstanter Prozentsatz der Mengenluftströmung durch die Maschine regelbar ist und daß weiter eine Drucksteuerungs-Ventileinrichtung (10) vorgesehen ist, über die an einer Stelle unmittelbar stromabwärts von der Meßöffnung (9) im wesentlichen atmosphärischer Druck aufrechterhaltbar und außerdem eine Verbindung (21,22) zwischen dieser Stelle und der Ansaugleitung (5) steuerbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine auf die Betriebszustände der Maschine ansprechende, druckempfindliche Ventileinrichtung (11) vorgesehen ist, welche die Drucksteuerungs-Ventileinrichtung (10) automatisch dahin beeinflußt, daß eine Abgasrückführung nur erfolgt, wenn diese erforderlich ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Rückführleitung (12) vorgesehen ist, welche die Abgabe der Meßöffnung (9) aufnimmt und von einer Stelle unmittelbar stromabwärts von dieser Öffnung zur Ansaugleitung (5) führt; daß die Drucksteuerungs- Ventileinrichtung (10) ein Abgaseintrittsventil (21) enthält, welches die Verbindung zwischen der Rückführleitung (12) und der Ansaugleitung (5) steuert und durch seine Bewegungen im wesentlichen atmosphärischen Druck innerhalb der Rückführleitung unmittelbar stromabwärts von der Meßöffnung aufrechterhält; und daß die druckempfindliche Ventileinrichtung (11) auf den Unterdruck an der Stelle (bei 40) des üblichen Unterdruck-Zündverstellers anspricht.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Drucksteuerungs-Ventilein richtung (10) ein druckempfindliches Element (18) aufweist, das auf seiner einen Seite von atmosphärischem Druck und auf seiner anderen Seite von dem Druck unmittelbar stromabwärts von der Meßöffnung (9) beaufschlagt wird sowie ein pneumatisches Servoelement (17), welches das Abgaseintrittsventil (21) in Abhängigkeit Von der Bewegung des druckempfindlichen Elements (18) betätigt.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche.2 - 4, dadurch gekennzeichnet, daß die druckempfindliche Ventileinrichtung (11), welche die Abgasrückführung über die Drucksteuerungs-Ventileinrichtung (10) ermöglicht, durch ein temperatur--empfindliches Organ (48) gesperrt ist, wenn die Maschinentemperatur unter/600 F (15,560 C) liegt.
6. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgaseintrittsventil (21A) scheibenartige Form hat und über einen Ventilschaft (23A) betätigbar ist, der nicht unmittelbar mit dem Ventil verbunden und in einer Zone außerhalb des Einflusses der rückgeführten Abgase ångebracht ist. (Fig. 3)
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgaseintrittsventil (21A) mit dem Ventilschaft (23A) durch ein bogenförmiges Joch (73) verbunden ist, welches innerhalb einer Kammer (76) arbeitet, die von der Einlaßleitung (5) an einer Stelle stromaufwärts vom Eintritt der rückgeführten Abgase in die Einlaßleitung abzweigt.

- Anspruch 8 -
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßöffnung (9A) von einem ringförmigen Ventilsitz (52) eines hin- und herbewegbaren zapfenartigen Ventilkörpers (51) gebildet ist, der in die Meßöffnung ragt und bei seiner Bewegung auf die ihn umgebende Kante der Öffnung eine Reibwirkung ausübt, welche die Aufrechterhaltung der ursprünglichen wirksamen Querschnittsfläche der Öffnung gewährleistet. (Fig. 2)
9. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgaseintrittsventil (21) nach Art eines Ringes oder einer Scheibe ausgebildet und starr mit einem Ende eines hohlen Ventilschafts (23) verbunden ist, der gleitend durch eine Druckdichtung (24) hindurch in ein Gehäuse (13) geführt ist, in welchem drei Kammern (14, 15, 16) durch zwei Membranen (17, 18) gebildet sind, von denen eine (18) das druckempfindliche Element und die andere (17) das pneumatische Servoelement bildet, und daß der hohle Ventilschaft sich durch das Servoelement hindurch in die mittlere Kammer (15) erstreckt, die ständig mit der Atmosphäre in Verbindung steht.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das freie Ende des hohlen Ventilschafts (23) innerhalb der mittleren Kammer (15) eine Öffnung (25) aufweist, die mit einer an dem druckempfindlichen Element (18) befestigten Ventilplatte (26) zusammenarbeitet sowie eine zweite Öffnung (27), über welche der Hohlraum im Ventilschaft in ständiger Verbindung mit der von dem Servoelement (17) gebildeten Kammer (14) steht; und daß in dem Ventilschaft (23) eine Verengung (28) entweder dem Abgaseinlaßventil (21) benachbart oder an einer Stelle zwischen diesem und der zweiten Öffnung (27) vorgesehen ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet) daß die Servomembran (17) in Schließrichtung des Abgaseinlaßventils (21) federbelastet und das Verhältnis der Federbelastung (29) zur wirksamen Fläche der Membran so ausgelegt ist, daß ein-Öffnen des Ventils (21) erfolgt, wenn ein etwas unter dem Vollastwert liegender Unterdrvuck auf die Servomembran (17) einwirkt.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3, - jil, dadurch gekennzeichnet, daß die druckempfindliche Ventileinrichtung (11) ein durch eine druckempfindliche Membran (37) betätigbares Ventil (46) aufweist, wobei eine Federbelastung (38) im Verhältnis zur wirksamen Fläche der Membran so eingestellt ist, daß bei maximalem Unterdruck in der Einlaßleitung (5)^unter Vollastbetrieb der Maschine die Membran (37) niht in der Lage ist, das zugeordnete Ventil (46) entgegen der Federbelastung zu öffnen und dadurch eine Verbindung zwischen der Drucksteuerungs-Ventileinrichtung (10), und einer Öffnung (33) unmittelbar stromabwärts von der Meßöffnung (9) herzustellen.
13. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der apfenartige Ventilkörper (51) seiner Membran-(56) befestigt ist, die in Schließrichtung des Ventils (51) federbelastet ist und eine Druckkammer (58) begrenzt, die über die druckempfindliche Ventileinrichtung (11A) an atmosphärischen Druck oder an den Unterdruck in der Einlaßleitung (5) anschließbar ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Federbelastung (57) der Membran (56) gegenüber ihrer wirksamen Fläche so ausgelegt ist., daß ein Öffnen des zugeordneten Abgasventils ,(51) verhindert wird, wenn die Druckkammer (58) maximalem Unterdruck aus der Einlaßleitung (5) bei Vollastbetrieb der Maschiz unterliegt.

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