DE2315432A1 - Einrichtung zur verringerung der schadstoffemission von brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

• Einrichtung zur Verringerung der Schadstoffemission von Brennkraftmaschinen Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Verringerung der Schadstoffemission von Erennkraf'2IIlaschinen , insbesondere von Kraftfahrzeugen, durch Rückführung eines Teils des Abgases der Brennkraftmaschine über einen Abgasrückführungskanal, der in einem hinter der Drosse'klappe liegenden Teil des Ansaugkanals einmiindet, mit einer die Menge des zurückgeführten Abgases steuernden, in Abhängigkeit von der Stellung der Drosselklappe mechanisch über ein Gestänge betätigbaren Ventilvorrichtung.
• Eine derartige Einrichtung zur Abgasrückführung ist aus dem US-Patent Nr. 3,612,020 bekannt, bei der ein in orm einer Klappe ausgeführtes Abgasrückführungventil über außen geführte Gestänge und Steuerscheibenglieder mit der Betätigung der in der Luftansaugleitung angeordneten Drosselklappe verstellt wird. Burch die Rückführung eines Teils der im wesentlichen aus inerten Gasen bestehenden Abgase der Brennkraftmaschine und die Zumischung dieser Abgasmenge in das von der Brennkraftmaschine angesaugte Gemisch aus Brennstoff und Luft wird insbesondere eine Verringerung der in den Abgasen der Brennkraftmaschine enthaltenen Stickoxyde angestrebt. Dabei bewirkt die Zumischung des Abgases eine Herabsetzung der in dem Hauptbrennraum auftretenden Verbrennungsspitzentemperaturen, so daß die von deren Höhe abhängige Emission von Stickoxyden entscheidend verringert werden kann.
• Bei der bereits bekannten Einrichtung zur Abgasrückführung mit dem mechanisch in Abhängigkeit von der Drosselklappe gesteuerten Abgasrückführungsventil ergibt sich nun ein verhältnismäßig hoher Kosten- und Bauaufwand, da eine Vielzahl von zur Steuerung des Abgasrückführungsventils verwendeten Gestänge- und Steuergliedern außen an den Saugkanal verlegt sind.
• Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Verringerung der Schadstoffemission von Brennkraftmaschinen durch Abgasrückführung zu schaffen, bei der dieser Aufwand wesentlich verringert wird und bei der eine möglichst genaue Einstellung der dem.Frischgas zuzumischenden Abgasmenge in Abhängigkeit von der Stellung der Drosselklappe erreicht wird.
• Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß der Erfindung dadurch, daß die Ventilvorrichtung an der Einmündung ae s des Abgasrückführungskanals in den Ansaugkanal den Abgasdurchtritt steuernd angeordnet ist und daß die Ventilvorrichtung mittels einer durch den Ansaugkanal geführten, an der Drosselklappe angelenkten Betätigungsstange verstellbar ist. Dadurch, daß gemäß der Erfindung die Steuerung des Abga.srückführÜllgsventils auf hfirzestem Wege, nämlich direkt mit Hilfe einer durch den Ansaugkanal geführten Betätigungsstange durchgeführt wird, läßt sich sowohl der Kostenaufwand durch Verringerung der für die Steuerung erforderlichen Bauteile wesentlich herabsetzen; darüber hinaus ermöglicht diese Anordnung auch eine sehr genaue und feinfühlige Steuerung der Ventilvorrichtung in Abhängigkeit von der Stellung der Fri schluf t-Dro sselklappe .
• Üblicherweise wird bei der Abgasrückführung die Zumischung der Abgasmenge zu dem Frischgas im Leerlauf und bei Vollastbetrieb der Brennkraftmaschine unterbrochen, während in den dazwischenliegenden Betriebszuständen die Abgaszuführung je nach Stellung der Yrischluft-Drosselklappe veränderlich ist. Um eine derartige Simerung der zuzumischenden Abgasmenge zu erzielen, soll gemäß einer Weiterbildung der Erfindung die Ventilvorrrichtung einen in einem mit dem Abgasrückführungskanal verbundenen Ventilgehäuse axial verstellbaren Ventilkörper aufweisen, der in den beiden Endstellungen der Ventilvorrichtung eine Durchtrittsöffnung zu dem Ansaugkanal verschließt. Zweckmäßigerweise ist dabei der Ventilkörper im wesentlichen kegelförmig verjüngend und die Durchtrittsöffnung koaxial durchdringend ausgebildet und weist an dem verjüngten Ende des kegelförmigen Ventilkörpers einen Verschlußteller auf. Damit vermag in der einen Endstellung der Ventilvorrichtung das im Durchmesser größere Ende des Ventilkegels und in der anderen Endstellung der Verschlußteller die Abgasdurchtrittsöffnung verschließen.
• Um eine exakte Axialführung des Ventilkörpers zu erreichen, ist an diesem gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung eine Ventilstange angebracht, die in einer Führung axial beweglich gehalten ist. Dabei kann die Führung durch eine in dem Ventilgehäuse gehaltene Führungsscheibe gebildet sein, die eine zentrale Bohrung zur axial beweglichen Aufnahme der Ventilstange aufweist. Für den Fall, daß der Abgasrückführungskanal koaxial zu dem Ventilkörper auf der der Duroktrittsöffnurlg entgegengesetzten Seite in das Ventilgehäuse einmündet, kann diese Führungsscheibe weiterhin lurchbrüche zum Durchtritt des Abgases aufweisen. Es ist jedoch auch ohne weiteres möglich, daß der Abgasrückführungskanal seitlich, das heißt senkrecht zu der Achse des Ventilkörpers in das Ventilgehäuse einmündet.
• In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung soll die Betätigungsstange mit einem Ende an einem in den Ansaugkanal hineinragenden Ende der Ventilstange und mit dem anderen Ende an einem an der Drosselklappe befestigten Hebelarm angelenkt sein. Dadurch wird die von der Erfindung bezweckte direkte und -anmittelbare Steuerung des Abgasrückführungsventils in Abhängigkeit von der Drosselklappenstellung erreicht. Um Schäden bei allzu plötzlichen Veränderungen der Drosselklappe, etwa bei einem plötzlichen Durchtreten des Fahrpedals in die Vollast entsprechende Stellung, an dem Ventilkörper zu vermeiden, kann die Ventilstange zwischen dem Anlenkpunkt der Betätigungsstange und dem Ventilkörper eine Dämpfungsfeder aufweisen. Die auf diese Weise bezweckte Dämpfung kann auch dadurch herbeigeführt werden, daß der Verschlußteller federnd nachgiebig ausgebildet ist, so daß er bei einem plötzlichen Aufschlagen auf dD ihm zugeordnete Sitzfläche der Abgasdurchtrittsöffnung federnd und stoßdämpfend nachgiebt.
• Eine einfache Ausführung der Anlenkung der Betätigungsstange an der Ventilstange ergibt sich dadurch, daß ein an der Ventilstange befestigter Querbolzen an einem an dem ventilseitigen Ende der Betätigungsstange angebrachten Auge angreift. Dabei kann an dem Auge ein Langloch vorgesehen sein, in das der Querbolzen der Ventilstange eingreift und dessen Größe nach dem gewünschten Ventilöffnungszeitpunkt bemessen ist. Durch eine Vergrößerung des Langloches kann der Öffnungszeitpunkt des Abgasrückführungsventils in Richtung auf größere Öffnungswinkel der Frischluf t-Dro sselklappe verstellt werden. Um trotz des Langloches eine genaue und einwandfreie Führung des Ventilkörpers zu erzielen, wird schließlich eine den Ventilkegel in Schließrichtung beaufschlagende Rückstellfeder vorgeschlagen.
• Weitere Vorteile und die wesentlichen Merkmale der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung enthalten, die das in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Dabei zeigt in schematischer Darstellungsweise Figur 1 einen Längsschnitt durch einen Ansaugkanal einer Brennkraftmaschine mit einem Abgasrückführungskanal, der über eine Ventilvorrichtung in den Ansaugkanal einmündet, und Figur 2 die Ansicht einer die Ventilstange führenden Führungsscheibe.
• In der Figur 1 ist mit 1 ein zu einer hier nicht gezeigten Brennkraftmaschine führender Ansaugkanal bezeichnet, in dessen Verlauf eine die Frischluftmenge regulierende, über ein hier nicht gezeigtes Fahrpedal betätigbare, schwenkbar um eine Drosselklappenwelle 4 gehaltene Drosselklappe 2 in einem Drosselklappengehäuse 3 angeordnet ist. An einem an der Drosselklappe 2 befestigten Hebelarm 5 ist eine Betätigungsstange 6 zur Betätigung einer die Zumischung einer über einen Abgasrückführungskanal 8 zugeführten Abgasmenge steuernden Ventilvorrichtung 7 angelenkt.
• Die Ventilvorrichtung 7 weist ein Ventilgehäuse 9 mit einem im wesentlichen zylindrischen Ventilraum 10 auf, an dessen einer Stirnseite eine mit einem Durchbruch 11 in dem Ansaugkanal 1 korrespondierende Abgasdurchtrittsöffnung 12 angeordnet ist und an dessen anderer Stirnseite der in einem Befestig'ingsflansch 14 gehaltene Abgasrückführungskanal 8 einmündet. Mit 13 sind Dichtungen bezeichnet, die an den Anlageflächen zwischen dem Ansaugkanal 1 und dem Ventilgehäuse 9 bzw. zwischen dem Ventilgehäuse 9 und dem Befestigungsflansch 14 angeordnet sind.
• Die durch die Durchirittsöffnullg 12 hindurchtretende Abgasmenge wird von einem Ventilkörper 15 gesteuert, der aus einen die DLLrchtrittsoffnung 12 durchdringendai Ventilkegel 16 und einem an seinem verjüngten Ende angebrachten Verschlußteller 17 besteht. Der Ventilkörper 15 weist eine Ventilstange 18 auf, die sich zu beiden Seiten des Ventilkegels 16 erstreckt und in einer Bohrung 20 einer in dem Ventilgehäuse 9 gehaltenen Führungsscheibe 19 axial beweglich geführt ist. Die Führungsscheibe 19 weist, wie aus der Figur 2 näher ersichtlich ist, neben der Führungsbohrung 20 für die Ventilstange 18 noch eine Zahl von Durchbrüchen 21 zum Durchtritt des aus der Abgasrückführungsleitung 8 herangeführten Abgases in den Ventilraum 10 auf.
• Dabei können diese Durchbrüche 21 mit der Führungsbohrung 20 in Verbindung stehen; es sind jedoch auch andere Ausführungen und Anordnungen der Abgasdurchbrüche in der Führungsscheibe 19 möglich. Diese Durchbrüche 21 könnten sich auch erübrigen, wenn der Abgasrückführungskanal 8 seitlich in das Ventilgehäuse 9, das heißt senkrecht zu der Achse der Ventilstange 18 einmünden würde.
• Wie aus der Figur 1 weiter hervorgeht, ist in dem Ventilraum 10 eine Rückstellfeder 22 angeordnet, die sich auf der Führungsscheibe 19 einerseits und an dem Ventilkegel 16 andererseits abstützt und den Ventilkegel 16 in Schließrichtung beaufschlagt.
• Eine weitere, zwischen dem Anlenkpunkt der Betätigungsstange 6 an der Ventilstange 18 und dem Ventilkörper 15 angeordnete Feder 23 dient zur Dämpfung von bei plötzlichen Betätigungen der Ventilvorrichtung 7 auftretenden Stößen. Diese Dämpfung könnte auch durch eine federnde Ausbildung des Ventiltellers 17 erreicht werden.
• Die Anlenkung der Betätigungsstange 6 an dem in den Ansaugkanal 1 hineinragenden Ende der Ventilstange 18 erfolgt in dem gezeigten Ausführungsbeispiel mit Hilfe eines in ein Langloch 25 an einem Auge 24 der Betätigungsstange 6 eingreifenden Querbolzens 26. Dabei bestimmt die Länge des Langloches 25 den Öffnungszeitpunkt der Ventilvorrichtung 7, das heißt den zu einer bestimmten Stellung der Drosselklappe 2 gehörenden Zeitpunkt, bei dem der Ventilkörper 15 die Durchtrittsöffnung 12 zur Zumischung von Abgas in den Frischgasstrom öffnet. Die Betätigungsstange 6 ist in ihrer Länge mit Hilfe einer an dem drosselklappenseitigen Ende auf ein Gewinde 29 aufschraubbaren Kappe 28, an der der Anlenkpunkt 27 an den Hebelarm 5 der Drosselklappe 2 angeordnet ist, einstellbar.
• Nachfolgend soll nun die Funktion und Wirkung der erfindungsgemäßen Einrichtung erläutert werden. Ausgehend von der in der Figur 1 der Zeichnung gezeigten Leerlaufstellung der Drosselklappe 2, bei der der Ventilkegel 16 des Ventilkörpers 15 die Durchtrittsöffnung 12 für das Abgas absperrt, wird durch ein Verschwenken der Drosselklappe 2 in der durch den Pfeil 30 angedeuteten Richtung die Leistung der Brennkraftmaschine durch Zuführung einer größeren Menge an zu verbrennendem Frischgas (Brennstoff-Luft-Gemisch) erhöht. Um die bei der Verbrennung des Brennstoff-Luft-Gemisches in der Brennkraftmaschine auftretenden Verbrennungsspitzentemperaturen auf einer für die Stickoxydbildung günstigen Höhe zu halten, wird von einer bestimmten Stellung der Drosselklappe 2 ab der Ventilkörper 15 über die in dem Frischgasstrom geführte Betätigungsstange 6 axial in Öffnungsrichtung verstellt. Dieser, einem bestimmten Drosselklappenwinkel entsprechende Öffnungszeitpunkt wird durch die Größe des Langloches 25 in dem Auge 24 der Betätigtrngsstange 6 festgelegt, wobei diese Länge dem von dem Anlenkpunkt 27 bei der Drehung der Drosselklappe 2 von der Leerlaufstellung in die Ventilöffnungsstellung in Richtung der Achse der Ventil stange 18 zurückgelegten Weg entspricht.
• Bei einer weiteren Verschwenkung der Drosselklappe 2 über diesen, beispielsweise 100 Drosselklappenstellung entsprechenden Winkel hinaus, was in bekannter Weise durch Betätigung des in dem Fahrzeug vorgesehenen Fahrpedals erreicht wird, wird die Durchtrittsöffnung 12 entsprcchend dem Stelgungswinkel des Ventllkegels zunehmend geöffnet. Kurz vor Erreichen der Vollaststellung der Drosselklappe 2 kommt der Verschlußteller 17 auf der dem Ventilkegel 16 entgegengesetzten Seite der Durchtrittsöffnung 12 zur Anlage und sperrt die Abgasdurchtrittsöffnung 12 wieder. Durch eine entsprechende Ausbildung der Kontur des Ventilkegels 16 und des Verschlußtellers 17 kann der zu einer bestimmten Dro s selklappenstellung gehörende Öffnungsquerschnitt der Abgasdurchtrittsöffnung 12 nach Belieben festgelegt werden. So kann anstelle des Verschlußtellers 17 bei Bedarf auch ein zweiter gegenläufig ansteigender Ventilkegel angeordnet sein.
• Um bei einer plötzlichen Verschwenkung der Drosselklappe 2 in ihre Vollaststellung ein allzu starkes und gegebenenfalls Beschädigungen hervorrufendes Anschlagen des Verschlußtellers 17 auf seiner Sitzfläche zu verhindern, kann eine Dämpfungsfeder 23 vorgesehen sein, oder es kann nach einer anderen Ausführungsform der Verschlußteller 17 selbst federnd nachgiebig ausgebildet sein.
• Die erfindungsgemäße Ausführung ermöglicht nun eine verhältnismäßig kostenarme und auch hinsichtlich des Bauraums vorteilhafte Steuerung des dem Frischgasstrom zuzumischenden Abgases mit Hilfe einer verhältnismäßig kurzen, in dem Frischgasstrom verlegten, direkt den Ventilkörper beaufschlagenden Betätigungsstange. Gleichzeitig ist dadurch eine verhältnismäßig genaue Dosierung der in Abhängigkeit von der Stellung der Drosselklappe veränderbaren Abgasmenge möglich. Dabei beschränkt das in der Zeichnung gezeigte Ausführungsbeispiel keineswegs die Erfindung.
• Vielmehr ist eine Vielzahl von konstruktiven Varianten unter Beibehaltung des erfindungsgemäßen Prinzips möglich.
• So kann beispielsweise der Ventilkörper 15 gegenüber der Ausführung nach Figur 1 umgekehrt angeordnet sein und die Betätigungsstange 6 an dem an der Drosselklappe 2 befestigten Hebelarm 5 in der Weise angelenkt sein, daß sie bei einer Verschwenkung der Drosselklappe 2 über den Öffnungswinkel hinaus das Ventil aufzieht. In diesem Falle würde die Betätigungsstange 6 auf Zug und nicht, wie in der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform, auf Druck beansprucht. Dabei könnte die Anlenkung der Betätigungsstange an den Hebelarm 5 bezogen auf die Drosselklappenwelle 4 weiter so ausgeführt sein, daß während der Anfangsverschwenkung der Drosselklappe 2 bis zum Ventilöffnungswinkelkeine wesentliche Axialverschiebung des Anlenkpunktes der Betätigungsstange 6 an der Ventilstange 18 auftritt. Dadurch würde das in der Zeichnung gezeigte und in der Beschreibung erwähnte Langloch 25 überflüssig werden.

Claims (13)

A n s p r ü c h e

1. Einrichtung zur Verringerung der Schadstoffemission von Brennkraftmaschinen, insbesondere von Kraftfahrzeugen, durch Rückführung eines Teils des Abgases der Brennkraftmaschine über eins Abgasrückführungskanal, der in einen hinter der Drosselklappe liegenden Teil des Ansaugkanals einmündet, mit einer die Menge des zurückgeführten Abgases steuernden, in Abhängigkeit von der Stellung der Drosselklappe mechanisch über ein Gestänge betätigbaren Ventilvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilvorrichtung (7) an der Einmündung des Abgasrückführungskanals (8) in den Ansaugkanal(1) angeordnet ist und daß die Ventilvorrichtung mittels einer durch den Ansaugkanal geführten, an der Drosselklappe (2) angelenkten Betätigungsstange (6) verstellbar ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilvorrichtung (7) einen in einem mit dem Abgasrückführungskanal (8) verbundenen Ventilgehäuse (9) axial verstellbaren Ventilkörper (15) aufweist, der in den beiden Endstellungen der Ventilvorrichtung eine Durchtrittsöffnung (12) zu den Ansaugkanal (1) verschließt.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (15) im wesentlichen als ein die Durchtrittsöffnung (12) koaxial durchdringender Ventilkegel (16) ausgebildet ist, an dessen verjüngtem Ende ein Verschlußteller (17) angeordnet ist.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (15) eine Ve-ntilstange (18) aufweist, die in einer Führung axial beweglich gehalten ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Führung durch eine in dem Ventilgehäuse (9) gehaltene Führungsscheibe (19) gebildet ist, die eine zentrale Bohrung (20) zur axial beweglichen Aufnahme der Ventil stange (18) aufweist.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgasrückführungskanal (8) koaxial zu dem Ventilkörper (15) auf der der Durchtrittsöffnung (12) entgegengesetzten Seite in das Ventilgehäuse (9) einmündet und daß die Führungsscheibe (19) axiale Durchbrüche (21) zum Durchtritt des Abgases aufweist.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungsstange (6) mit einem Ende an einem in den Ansaugkanal (1) hineinragenden Ende der Ventilstange (18) und mit dem anderen Ende an einem an der Drosselklappe (2) befestigten Hebelarm (5) angelenkt ist.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilstange (18) zwischen dem Anlenkpunkt der Betätigungsstange (6) und dem Ventilkörper (15) eine Dämpfungsfeder (23) aufweist.

9. Einrichtung nach den Ansprüchen 3 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungsfeder durch einen federnd nachgiebig ausgebildeten Verschluß teller (17) gebildet wird.

10. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein an der Ventilstange (18) befestigter Querbolzen (26) an einem an dem ventilseitigen Ende der Betätigungsstange (6) angebrachten Auge (24) angreift.

11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Auge (24) ein Langloch (25) vorgesehen ist, dessen Größe nach dem gewünschten Ventilöffnungszeitpunkt bemessen ist.

12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine den Ventilkegel (16) in Schließrichtung beaufschlagende Rückstellfeder (22) vorgesehen ist.

13. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungsstange (6) in der Weise an -dem Hebelarm (5) angelenkt ist, daß bei der Anfangsverschwenkung der Drosselklappe (2) aus der Leerlaufstellung heraus der Anlenkpunkt der Betätigungsstange an der Ventilstange keine wesentliche Axialverschiebung erfährt.