DE2304435C2

DE2304435C2 - Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE2304435C2
Application number: DE2304435A
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: ALFA ROMEO SpA MILANO IT; Alfa Romeo SpA Milano
Current assignee: Fiat Auto SpA
Priority date: 1972-02-08
Filing date: 1973-01-30
Publication date: 1982-08-19
Also published as: DE2304435A1; US3844261A; IT947400B

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor mit einer Ansaugleitung, einer Auspuffleitung und einer mit der Auspuffleitung verbundenen Nebenleitung zur Entnahme eines Teils der darin . strömenden Abgase und deren Zuführung zur Ansaugleitung.

Durch die Rückführung von der Auspuffleitung entnommenen Abgas über die Nebenleitung zur Ansaugleitung des Verbrennungsmotors, d.h. durch eine Verdünnung des dem Motor zugeführten Kraftstoffluftgemisches kann unter bestimmten Voraussetzungen eine Senkung des Anteils an Stickoxiden in den Auspuffgasen des Verbrennangsmotors erzielt werden, ίο Dieser Effekt ist bekannt und wird in der Praxis bei Verbrennungsmotoren verschiedenster Art bereits verwirklicht

Zu einer wirkungsvollen Reduzierung des Anteils an Stickoxiden in den Auspuffgasen ist es jedoch is notwendig, die Rückführung des Abgases in die Ansaugleitung dem jeweiligen Betriebszustand entsprechend zu steuern. Für diese Steuerung sind bereits eine Reihe von Vorschlägen bekanntgeworden.

So ist für eine Brennkraftmaschine mit Verdichtungs-

zündung bereits vorgeschlagen worden (vgl. DE-OS 16 01374), die Menge der ruckgeführten Abgase in

Abhängigkeit der angesaugten Luftmenge einzuregeln. Zu diesem Zweck ist bei dieser bekannten Konstraktion

in der Nebenleitung eine Drosselklappe zur Verände rung des Durchtrittsquerschnittes vorgesehen, die mit der Membran einer Druckdose in Verbindung steht deren eine Seite dem Atmosphärendruck ausgesetzt ist und deren andere Seite mit dem engsten Querschnitt einer Venturidüse in Verbindung steht, die in der

Ansaugleitung des Verbrennungsmotors angeordnet ist Auf diese Weise wird bei dieser bekannten Steuerung

die Menge der rückgeführten Abgase lediglich in

Abhängigkeit der angesaugten Luftmenge, d. h. lediglich

proportional zu dieser gesteuert Eine allein in

Abhängigkeit der angesaugten Luftmenge arbeitende Steuerung erbringt jedoch hinsichtlich der Senkung des Anteils an Stickoxiden keine optimalen Ergebnisse.

Bei einem Steuerungssystem dieser Art ist es auch bekannt, (vgl. Fig. 2 der DE-OS 16 01 374) die Stellung der Drosselklappe in der Nebenleitung in Abhängigkeit der Temperatur der Kühlluft zusätzlich zu korrigieren. Auf diese Weise erfolgt jedoch lediglich eine Anpassung in Abhängigkeit der Belastung des Motors, die ebenfalls zu keinen optimalen Verhältnissen führt. Es ist auch bereits bekannt (vgl. DE-OS 20 02 164), in der zur Rückführung der Abgase dienenden Nebenleitung ein Ventil vorzusehen, das über eine Nockenanordnung sowohl in Abhängigkeit des U.iterdruckes in der Ansaugleitung als auch in Abhängigkeit der Winkellage so der Drosselklappe gesteuert wird. Bei dieser Art der Steuerung wird die Nebenleitung durch das Ventil im wesentlichen jedoch nur geschlossen bzw. mehr oder minder voll geöffnet, um die Abgasrückführung in einem bestimmten Teilbereich eines Betriebszustandes des Verbrennungsmotors zu gestatten. Eine dem jeweiligen Betriebszustand in bezug auf die Senkung des Anteils an Stickoxiden genau angepaßte Steuerung ist jedoch mit einem Steuerungssystem dieser Art nicht zu erzielen.

Es ist ferner bereits bekannt (vgl. DE-OS 19 44 357),

die Menge des in der Nebenleitung riickgeführten

Abgases über zwei Ventile zu steuern, von denen das

eine in Abhängigkeit des Unterdruckes in der

Ansaugleitung und das andere in Abhängigkeit der Drehzahl des Verbrennungsmotors arbeitet Bei dieser

bekannten Einrichtung wird die Steuerung der beiden

Ventile durch ein drittes Ventil überlagert, welches

ebenfalls auf den Unterdruck in der Ansaugleitung anspricht. Aufgrund dieses Aufbaues erfolgt bei diesem

bekannten System die Steuerung einer über die Nebenleitung rückgeführten Abgasmenge ausschließlich in Abhängigkeit zweier Betriebsparameter des Motors, nämlich dem Unterdruck in der Ansaugleitung und der Drehzahl. Auch eine derartige Anordnung kann keine optimalen Ergebnisse in bezug auf die Senkung des Anteils an Stickoxid im Abgas bei den verschiedenen Betriebszuständen des Verbrennungsmotors erbringen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Verbrennungsmotor der eingangs beschriebenen Art derart weiterzubilden, daß mit einfachen und betriebssicheren Mitteln zur Senkung des Anteils an Stickoxiden im Abgas das Verhältnis der vom Motor angesaugten Luft bzw. des angesaugten Gemisches zur rückgeführten Abgasmenge auch bei einer Änderung der Betriebsbedingungen jeweils möglichst konstant gehalten werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst, durch einen Fühler für den Druckverlust der in einem Abschnitt der Auspuffleitung strömenden Abgase, durch einen Fühler für den Druckverlust der in einem Abschnitt der Nebenleitung strömenden Gase und durch ein Drosselorgan für die Nebenleitung, das durch die Fühler so verstellt wird, daß die wahrgenommenen Druckverluste verhältnisgleich bleiben.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß stets dann, wenn das Verhältnis zwischen der über die Nebenleitung rückgeführten Abgasmenge und der gesamten Abgasmenge annähernd konstant gehalten wird, auch das Verdünnungsverhältnis, d. h. das Verhältnis zwischen der vom Motor angesaugten Luft bzw. des angesaugten Gemisches zur rückgeführten Abgasmenge konstant bleibt, denn die Menge der vom Motor angesaugten Luft bzw. des angesaugten Gemisches entspricht der Abgasmenge.

Dieses Prinzip ist selbstverständlich nur dann zutreffend, wenn im Falle einer Gemischansaugung das Verhältnis zwischen der Luftmenge und des Kraftstoffes weitgehend konstant ist. Die Praxis hat jedoch gezeigt, daß die Schwankungen im Mischungsverhältnis meist derart gering sind, daß sie auf die erfindungsgemäße Art der Steuerung nur einen kaum ins Gewicht fallenden Einfluß ausüben.

Gegenüber bekannten Steuerungssystemen wird somit erfindungsgemäß die über die Nebenleitung rückgeführte Abgasmenge stets im Verhältnis, d. h. proportional zur gesamten Abgasmenge gesteuert und dadurch die prozentuale Verdünnung, d. h. das Verhältnis der vom Motor angesaugten Luft bzw. des angesaugten Gemisches zur rückgeführten Abgasmenge in allen Betriebzuständen des Verbrennungsmotors konstant gehalten.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung steht jeder Fühler jeweils mit einer Kammer in Verbindung. Die Kammern sind mittels einer Membran voneinander getrennt, wobei die erste Kammer mittels des Fühlers mit einer Stelle der Auspuffleitung stromab der Abzweigung der Nebenleitung in Verbindung steht und die zweite Kammer mittels des Fühlers mit einer «> Stelle der Nebenleitung in Verbindung steht. Die Membran ist dabei wirkungsmäßig mit dem Drosselorgan derart verbunden, daß eine Verringerung des Durchflußquerschnittes der Nebenleitung erfolgt, wenn der Druck in der ersten Kammer höher als in der zweiten Kammer ist, und eine Vergrößerung des Durchflußquersclinilies erfolgt, wenn der Druck in der zweiten Kammer höher als in der ersten Kammer ist.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung steht der Fühler mit einer Kammer in Verbindung, deren Wand aus einer verformbaren Membran besteht, wobei die Kammer mit einer an der Verbindungsleitung stromaufwärts von dem Drosselorgan liegenden Stelle verbunden ssL Die Membran ist dabei derart mit dem Drosselorgan verbunden, daß eine Verringerung des Durchflußquerschnittes der NebenJeitung bewirkt wird, wenn der Druck in der Kammer kleiner als der atmosphärische Luftdruck ist Eine Vergrößerung des Durchflußquerschnittes der Nebenleitung erfolgt dann, wenn der Druck in der Kammer größer ist als der atmosphärische Luftdruck.

Sollen für bestimmte Betriebsbedingungen die Durchflußverhältnisse in der Nebenleitung verändert werden, ist es zweckmäßig, daß in der Nebenleitung ein zusätzliches Drosselorgan eingebaut wird, durch das der Durchflußwidersland in der gesamten Nebenleitung beeinflußbar ist. Dieses zusätzliche Drosselorgan kann von einem durch die vom Motor abgegebene Leistung beeinflußten Fühler derart gesteuert werden, daß es den Durchfiußwiderstand beim Ansteigen der Motorleistung verringert und umgekehrt.

Im folgenden sind zur weiteren Erläuterung und zum besseren Verständnis zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 schematisch eine Gesamtansicht eines erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors,

F i g. 2 einen Schnitt durch einen Teil der F i g. 1 und F i g. 3 in einer der F i g. 2 entsprechenden Darstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel.

In Fig. 1 ist ein Verbrennungsmotor mit 10 bezeichnet, der vier Zylinder 11,12,13,14 in einer Reihe aufweist. Mit 15 ist eine Ansaugleitung des Motors und mit 16 ein Ansaugkrümmer, aus welchem die einzelnen Zufuhrrohre zu den Zylindern abzweigen, bezeichnet. Mit 17 ist ein Gehäuse bezeichnet, das Mittel zum Drosseln des vom Motor angesaugten Gases enthält, und zwar eines Gasgemisches bei Vergasermotoren und von Luft bei Einspritzmotoren. Ein an sich bekanntes Gestänge zur Verbindung der Drosselmittel mit Gaspedal ist teilweise dargestellt Die F i g. 1 zeigt einen mit den Drosselmitteln verbundenen Hebel 18 und eine mit dem nicht dargestellten Gaspedal verbundene Stange 19. Mit 20 ist ein auch schalldämpfend wirkender Filter für die vom Motor angesaugte Luft bezeichnet. Mit 21, 22,23 bzw. 24 sind von den einzelnen Zylindern kommenden Auspuffrohre und mit 25 ein Krümmer bezeichnet, an dem bei 26 eine die Abgase abführende Auspuffleitung 27 angeflanscht ist.

In der Auspuffleitung 27 sind eine Nachverbrennungseinrichtung 28 und ein Schalldämpferelement 29 eingebaut.

Mit 30 bzw. 31 sind zwei von der Auspuffleitung 27 abzweigende, kleinere Rohre bezeichnet. Das Rohr 30 zweigt an einer Stelle vor der Nachverbrennungseinrichtung 28, das Rohr 31 an einer Stelle nach dem Schalldämpferelement 29 ab.

Das Rohr 31 mündet in ein Gehäuse 37, dessen Aufbau in F i g. 2 näher dargestellt ist. Das Rohr 30 ist über einen Flansch 32 an einem Flansch 33 eines zylindrischen Abschnittes 34 angeschlossen, der mit e-ner Leitung 35 verbunden ist, die in die Ansaugleitung 15 einmündet. Vom zylindrischen Abschnitt 34 wiederum zweigt ein mit dem Gehäuse 37 verbundenes Rohr 36 ab.

In F i g. 2 sind das Gehäuse 37 sowie der zwischen die

Rohre 30 und 35 eingeschaltete zylindrische Abschnitt 34 in ihrem Aufbau im einzelnen dargestellt. Die Pfeile 58 und 59 bezeichnen dabei die Strömungsrichtung des rückgeführten Abgases. Mit 38 ist eine Blende mit fester öffnung 39 bezeichnet, die zwischen dem Flansch 32 und dem Gegenflansch 33 in dem Rohr 30 eingebaut ist. Mit 40 ist eine an einer Stelle 41 der Wandung des zylindrischen Abschnittes 34 gelagerte Drosselklappe bezeichnet.

An der Drosselklappe 40 ist an der Stelle 42 ein Ende einer Stange 43 angelenkt. Das andere Ende der Stange 43 ist an der Stelle 44 am mittleren, steifen Teil 46 einer Membran 45 angelenkt. Der Umfang der Membran 45 ist zwischen Flanschen der beiden Hälften 47 und 48 des Gehäuses 37 eingeklemmt. Diese Hälften werden durch einen Haltering 49 zusammengehalten. Mit 50 und 51 sind die durch die Membran 45 und die Wände der Gehäusehälften 48 bzw. 47 begrenzten Kammern bezeichnet.

Die Wirkungsweise der beschriebenen Vorrichtung ist die folgende:

Während das Rohr 31 als Fühler für den in der Auspuffleitung 37 herrschenden Druck dient, wird das Rohr 36 als Fühler für den in der Nebenleitung 30, 35 hinter der festen öffnung 39 der Blende 38 herrschenden Druck.

Die Membran 45 befindet sich im Gleichgewichtszustand, wenn der in der Auspuffleitung 27 im Bereich der Abzweigung des Rohre 31 vorhandene Druck gleich dem am Ende des Rohre 30 im Bereich der Abzweigung vom Rohr 36, d. h. dem zwischen der festen Blende 39 und der Drosselklappe 40 herrschenden Druck ist, da diese beiden Drücke auf die beiden Seitenflächen der Membran 45 wirken. Dieser Gleichheitszustand setzt allerdings voraus, daß der Druckverlust der Abgase in dem Abschnitt der Auspuffleitung 27 zwischen den Abzweigstellen der Rohre 30 und 31 dem Druckverlust entspricht, den die rückgeführten Abgase beim Durchströmen des Rohrs 30 von der Abzweigstelle aus der Leitung 27 bis dicht nach der öffnung 39 der Blende 38 erfahren.

Bei jeder Änderung des Unierdruckes in der Ansaugleitung 15 bzw. des Druckes in der Auspuffleitung 27 verschiebt sich die Membran 45 in eine neue Gleichgewichtsstellung, der eine andere Neigung der Drosselklappe 40 entspricht, so daß das Verhältnis zwischen der Abgasmenge des Motors und der rückgeführten Abgasmenge konstant bleibt.

Änderungen an dem geschilderten Ausführungsbeispiel sind selbstverständlich möglich. So kann insbeson dere der durch die öffnung 39 der Blende 38 verursachte Druckverlust auf verschiedene Art und Weise herbeigeführt werden, beispielsweise kann das Rohr 30 so ausgestaltet werden, daß dessen Durchfluß-ίο Widerstand dem gewünschten Drosselwert entspricht Der Einsatz einer Blende 38 mit geeichter öffnung 39 ermöglicht jedoch eine sehr leichte und genaue Anfangseinstellung des gewünschten Verhältnisses zwischen den Durchflußmengen.

is Wird eine Änderung dieses Verhältnisses bei bestimmten Einsatzbedingungen des Motors gewünscht, so kann ein weiteres Drosselorgan in der Nebenleitung 30 so vorgesehen werden, wie dies in F i g. 3 gezeigt ist Dort ist eine zusätzliche Drosselklappe 55 vor der Blende 38 vorgesehen, welcher über ein Gestänge 57 gesteuert werden kann, das auf einen mit der Drosselklappe 55 fest verbundenen Hebel 56 wirkt.

Die zusätzliche Drosselklappe 55 kann so gesteuert werden, daß sie schließt, wenn der Motor eine niedrige Leistung abgeben soll. In solchen Fällen ist nämlich der Vorteil der Abgasrückführung weniger bedeutend. Das Gestänge 57 kann mit dem Gaspedal 61 derart verbunden werden, daß die Drosselklappe 55 schließt, wenn das Gaspedal durch die Wirkung der Feder 62 zurückgestellt wird. Das Gestänge 57 kann jedoch auch durch einen Fühler mit gleicher Wirkung gesteuert werden, welcher auf den Unterdruck in der Ansaugleitung des Motors anspricht, so daß die Drosselklappe 57 schließt, wenn der Unterdruck in der Ansaugleitung zunimmt

Es leuchtet ein, daß das Schließen der Drosselklappe 55 den Widerstand gegen den Abgasdurchfluß in der Nebenleitung 30 erhöht und somit die Durchflußmenge an rückgeführtem Abgas verringert Damit entsteht ein Druckverlust im Rohr 30, der gleich dem Druckverlust in der Auspuffleitung 27 ist Bei Widerstandszunahme im Rohr 30 verringert sich jedoch das Verhältnis zwischen der rückgeführten Abgasmenge und der gesamten Abgasmenge.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verbrennungsmotor mit einer Ansaugleitung, einer Auspuffleitung und einer mit der Auspuffleitung verbundenen Nebenleitung zur Entnahme eines Teils der darin strömenden Abgase und deren Zuführung zur Ansaugleitung, gekennzeichnet durch einen Fühler (31) für den Druckverlust der in einem Abschnitt der Auspuffleitung (27) strömenden Abgase, durch einen Fühler (36) für den Druckverlust der in einem Abschnitt der Nebenleitung (30_v 35) strömenden Gase und durch ein Drosselorgan (40) für die Nebenleitung (30,35), das durch die Fühler (31, 36) so verstellt wird, daß die wahrgenommenen Druckverluste verhältnisgleich bleiben.

2. Verbrennungsmotor nach Anspruch t, dadurch gekennzeichnet, daß die Fühler (31,36) jeweils mit einer Kammer (50, 51), die mittels einer Membran (45) voneinander getrennt sind, in Verbindung stehen, wobei die erste Kammer (50) mittels des Fühlers (31) mit einer Stelle der Auspuffleitung (27) stromab der Abzweigung der Nebenleitung (30,35) in Verbindung steht und die zweite Kammer (51) mittels des Fühlers (36) mit einer Stelle der Nebenleitung (30, 35) in Verbindung steht, daß die Membran (45) mit dem Drosselorgan (40) wirkungsmäßig zur Verringerung des Durchflußquerschnitts der Nebenleitung (30, 35), wenn der Druck in der ersten Kammer (50) höher als in der zweiten Kammer (51) ist, und zur Vergrößerung des Durchflußquerschnitts, wenn der Druck in der zweiten Kammer (51) höher als in der ersten Kammer (50) ist, verbunden ist

3. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß der Fühler (36) mit einer Kammer (51) in Verbindung steht deren Wand aus einer verformbaren Membran (45) besteht und die mit einer Stelle an der Nebenleitung (30, 35) stromauf von dem Drosselorgan (40) in Verbindung steht, wobei das Drosselorgan (40) mit der Membran (45) zur Verringerung des Durchflußquerschnitts der Nebenleitung (30, 35), wenn der Druck in der Kammer (51) kleiner als der atmosphärische Luftdruck ist, und zur Vergrößerung des Durchflußquerschnitts, wenn der Druck in der Kammer (51) größer als der atmosphärische Luftdruck ist, verbunden ist.

4. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Nebenleitung (30) ein zusätzliches Drosselorgan (55) eingebaut ist, wodurch der Durchflußwiderstand in der gesamten Nebenleitung (30, 35) beeinflußt werden kann (F ig. 3).

5. Verbrennungsmotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das zusätzliche Drosselorgan (55) von einem durch die vom Motor abgegebene Leistung beeinflußten Fühler so gesteuert wird, daß es den Durchflußwiderstand beim Ansteigen der Motorleistung verringert und umgekehrt (F i g. 3).