DE2400083A1

DE2400083A1 - Steuerung fuer ein ventil zur rueckleitung der abgase

Info

Publication number: DE2400083A1
Application number: DE2400083A
Authority: DE
Inventors: Roland B Caldwell
Original assignee: Ranco Inc
Current assignee: Robertshaw US Holding Corp
Priority date: 1973-01-02
Filing date: 1974-01-02
Publication date: 1974-07-04
Also published as: FR2212493A2; JPS581267B2; AU6377573A; JPS4997124A; FR2212493B2; SE407837B; DE2400083C2; GB1450539A; IT1002450B; CA991491A

Description

DR. ING. E. HOFFMANN · DIPL·. ING. W. EITLE · DR. RER. NAT. K. HOFFMANN

PATKNTANW-il/ΓΕ D-8000 MÜNCHEN 81 · ARABELLASTRASSE 4 · TELEFON (0811) 911087 O / Π Π Cl O

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RANCO INCORPORATED, Columbus, Ohio / USA

Steuerung für ein Ventil zur Rückleitung der Abgase

Die Erfindung bezieht sich auf ein System zum Steuern der Durchflußmenge der Abgase von dem Abgassammeirohr in das Ansaugverteilerrohr einer Brennkraftmaschine, mit einem strömungsmittelbetätigten Ventil zum Steuern des Durchflusses, einem Regler zum Steuern des Arbeitsdruckes des zu dem Ventil geleiteten Strömungsmittels, um dadurch die Betätigung des Ventils

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entsprechend, der Durchflußmenge des Gases durch den Motor zu steuern, wobei ein Strömungsmittelsignalaufbau zum Erzeugen eines Strömungsmittelsignals für den Regler vorgesehen ist, das sieh als Punktion der Durchflußmenge des Gases durch den Motor ändert.

Derartige Steuerungen dienen zur Steuerung der Rezirkulation der Abgase durch eine Brennkraftmaschine, um die Erzeugung von Stickoxiden zu verringern oder zu vermeiden. In den früher eingereichten US-Patentanmeldungen, Serial Nos. l68 595 und 202 785, desselben Anmelders ist ein durch Unterdruck betätigtes Ventil zum Steuern der Rezirkulation des Abgases des Motors in das Ansaugverteilerrohr vorgesehen. Der Unterdruck zum Betätigen des Ventils wird durch den Unterdruck des Ansaugverteilerrohrs über einen Unterdruckregler bereitgestellt, der den das Ventil betätigenden Unterdruck entsprechend dem Unterdruck im Venturirohr des Vergasers steuert. Der Ausgang des Unterdruckreglers wird durch den Unterdruck des Venturirohrs des Vergasers so gesteuert, daß unter bestimmten Bedingungen der zum Betätigen des Antriebes des Ventils zur Steuerung der Abgasrezirkulation erzeugte Unterdruck eine Verstärkung des Unterdrucks am Venturirohr darstellt. So ändert sich das Unterdrucksteuersignal zum Unterdruckregler als Punktion der Luftansaugung in den Motor, und der Ausgang des Unterdruckreglers ist eine Verstärkung des Unterdrucks des Venturirohrs ungeachtet bestimmter Änderungen im Unterdruck des Ansaugverteilerrohrs, der eine Punktion der Motordrehzahl und Drosselklappenöffnung ist.

Es ist wünschenswert, ein gesteuertes Volumen des Abgases zurückzuleiten, um ein optimales Gemisch von Luft und Abgas zu erzeugen, das während verschiedener Betriebsbedingungen in den Motor fließt, welchen der Motor ausgesetzt ist. Wenn der Motor z.B. ohne eine besondere Belastung mit Reisedrehzahl arbeitet, befindet sich die Drosselklappe in einer mittleren Stellung,

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und ein hoher Unterdruck ist in dem Ansaugverteilerrohr vorhanden. Unter diesen Bedingungen ist ein großer Druckunterschied am Ventil zur Steuerung des Abgases vorhanden, so daß der Grad der Ventilöffnung, der zum Aufrechterhalten eines gewünschten Verhältnisses von Abgas in dem Brennstoffgemisch im Ansaugverteilerrohr kleiner sein kann·als der zum Aufrechterhalten eines gewünschten Durchflusses erforderliehe, wenn der Unterdruck im Ansaugverteilerrohr einen niedrigeren Wert hat und umgekehrt. Wenn der Motor beispielsweise einer Belastung ausgesetzt ist und dieselbe Geschwindigkeit durch Vergrößern der Drosselklappenöffnung aufrechterhalten wird, wird der Unterdruck im Ansaugverteilerrohr verringert, so daß der Druckabfall am die Abgasmenge steuernden Ventil verringert wird, so daß das Volumen des Abgases verringert wird, das dazu neigt, bei einer gegebenen Ventilöffnung durch das Ventil zu fließen. Bei den in den vorerwähnten Patentanmeldungen beschriebenen Erfindungen kann das Volumen des Abgasstroms durch das Ventil zur Steuerung der Ventilation relativ zum Volumen der Ansaugluft gesteigert oder verringert werden, wenn die Belastung des Motors abfällt und ansteigt, und das Verhältnis des Abgases zur Ansaugluft kann unter den für optimale Ergebnisse erforderlichen Wert verringert werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steuerung für ein Ventil zum Steuern des rezirkulierten Abgases zu schaffen, wobei das Ventil durch den Unterdruck in dem Ansaugverteilerrohr betätigt wird, welcher entsprechend dem im Venturirohr des Vergasers vorhandenen Unterdruck gesteuert wird, so daß das Ausmaß der Ventilöffnung entsprechend den Änderungen des Druckes im Ansaugverteilerrohr abgewandelt wird, -um einen gewünschten Volumenstrom des Abgases durch das Ventil relativ zum Volumen der Ansaugluft in den Motor herbeizuführen, obwohl sich die Drücke im Ansaugverteilerrohr relativ zum Druck des ausgestoßenen Abgases ändern.

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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Steuereinrichtung vorgesehen ist, die auf den Druck in dem Ansaugverteilerrohr des Motors anspricht, so daß das Strömungsmittelsignal., auf welches der Regler anspricht, modifizierter ist.

Erfindungsgemäß wird so ein Steuersystem für ein durch Unterdruck betätigtes Ventil zur Steuerung der Rückleitung des Abgases der eingangs genannten Art geschaffen, bei welchem das Steuersystem des Unterdruckreglers eine von dem Venturirohr des Vergasers führende Leitung für Unterdruck und ein Ventil aufweist, das auf einen gegebenen Anstieg des Unter drucks im Ansaugverteiler rohr anspricht, um das vom Unterdruckregler vom Venturirohr des Vergasers erhaltene Unterdrucksignal abzuwandeln, wodurch der dem Antrieb für das Ventil zur Steuerung der Abgasrezirkulation zugeführte Unterdruck eine solche Größe aufweist, daß die Durchflußöffnung des die Rezirkulation steuernden Ventiles beeinflußt wird, damit der Volumenstrom des Abgases durch das Ventil im Verhältnis zur Ansaugluft ein Optimum für ^ede gegebene Betriebsbedingung des Motors darstellt.

Weitere Aufgaben und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung, in der eine schematische Teildarstellung einer Brennkraftmaschine mit einem Ventil zum Rückleiten des Abgases und eine Steuereinrichtung für dasselbe dargestellt sind.

In der Zeichnung ist eine nicht vollständig dargestellte Brennkraftmaschine mit einem herkömmlichen Vergaser 10, mit einer Drosselklappe 11, einem Venturirohr 12 und einem Ansaugverteilerrohr 13 gezeigt. Ein Ventil 14 zum Steuern der Abgasrezirkulation ist zum Steuern des Durchganges von Abgas vom Abgassammeirohr 15 des Motors zum Ansaugverteilerrohr 13 zur Rückleitung durch die Maschine vorgesehen.

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Das Ventil l4 enthält ein durch eine Platte 17 in obere und untere Kammern 20, 21 geteiltes Gehäuse 16. Die obere Kammer 20 ist mittels einer flexiblen Membran 18 in obere und untere Kammerteile 20a,'20b geteilt. Die untere Kammer hat eine Einlaßöffnung 22 und eine Auslaßöffnung 23. Ein Ventilkörper 24 ist mittels eines Schaftes mit der Membran 18 verbunden· Der Schaft erstreckt sich durch eine passende öffnung in der Platte 17 und wird durch die Auslenkungen der Membran zum Schließen und öffnen der Einlaßöffnung 22 bewegt. Eine Feder 25 drückt den Ventilkörper 24 in eine die Einlaßöffnung verschließende Lage. Der Ventilkörper 24 wird von der Einlaßöffnung wegbewegt, wenn ein ausreichender Unterdruck in der oberen Kammer 20 erzeugt wird. Der Kammerteil 20b ist mit einer Entlüftungsöffnung 28 versehen, die ein Biegen der Membran l8 in bezug auf die Platte 17 ermöglicht, weil der untere Kammerabschnitt entlüftet wird und so,unabhängig von der Stellung der Membran,immer im wesentlichen Umgebungsdruck aufweist.

Ein das Ventil öffnender Unterdruck kann in dem Kammerteil 20a erzeugt werden, indem 3in Strömungsmitteldurchgang zwischen dem Kammerteil 20a und dem Ansaugverteilerrohr 13 hergestellt wird. Dieser Strömungsmitteldurchlaß besteht aus einer Leitung 27* welche das Ansaugverteilerrohr 13 und die Einlaßventilöffnung eines Unterdruckreglers 34. verbindet^, einer Kammer 35 ctes Unterdruckreglers und einer Leitung 3ß» welche die Kammer 35 und den Kammerteil 20a des Ventils 14 verbindet.

Der Ausgang des Unterdruckreglers 34₅ der in der Leitung 36 auftritt, wird entsprechend dem Unterdruck in einer Leitung 37 gesteuert, welche das Venturirohr 12 des Vergasers mit dem Unterdruckregler verbindet. Wie in der zuvor erwähnten Patentanmeldung, Serial No. 168 595, desselben Anmelders erläutert wurde, ist der Unterdruck am Venturirohr 12 im allgemeinen im Vergleich zum Unterdruck im Ansaugverteilerrohr klein. Jedoch bewirkt der

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dem-Unterdruckregler zugeführte Unterdruck des Venturirohrs die Steuerung des Unterdrucks des Ansaugverteilerrohrs im Ausgang des Unterdruckreglers, d.h. in der Leitung 36, um einen das Ventil betätigenden Unterdruck in der Kammer 20 mit einem gegebenen Vielfachen zu erzeugen, z.B. ungefähr das Zehnfache des Unterdrucks am Venturirohr, vorausgesetzt, daß ein solcher Unterdruck in dem Ansaugverteilerrohr vorhanden ist. Eine genauere Beschreibung des Unterdruckreglers 34 ist den Beschreibungen der anhängigen US-Patentanmeldung, Serial Ko. 202 783, und der US-^PS 3 125 H zu entnehmen. Es genügt zu sagen, daß die Größe des in der Kammer

35 erzeugten Unterdrucks durch die Größe des Unterdrucks in einer mit dem Venturirohr 12 über die Leitung 37 verbundenen Kammer 4-0 des Unterdruckreglers 34 gesteuert wird. Die Kammer 40 enthält eine flexible Membran 41, deren laterale Bewegungen über ein Verbindungsstück 43 auf ein Membranventil 42 übertragen werden. Die Bewegung des Membranventils 42 durch die Membran 41 dient dazu, die Kammer 35 entweder mit dem Ansaugverteilerrohr über die Leitung 27 usw. zu verbinden oder mit der Umgebungsluft, die in der Kammer zwischen den Membranen 41, 42 vorhanden ist, oder die Kammer 35 sowohl gegenüber der Umgebung als auch dem Unterdruck vom Ansaugverteilerrohr abzudichten. Diese Wirkung führt zu einem gesteuerten Unterdruck in der Kammer 35 und der Leitung

36 entsprechend dem Unterdruck in der Kammer 40, der die laterale Lage der Membran 41 beeinflußt.

Wie zuvor erwähnt wurde, ist es wünschenswert, daß der Grad der öffnung des Ventils 14 während Reisegeschwindigkeiten abgewandelt wird, um den Strom des Abgases zum Ansaugverteilerrohr zu steuern, um ein gewünschtes Verhältnis von Abgas zu Ansaugluft aufrechtzuerhalten. Während dieser Phase des Pahrens übersteigt der Unterdruck im Venturirohr 50 mm (2") Hg und der Unterdruck im Ansaugverteilerrohr 203 mn* (S") Hg. Diese Bedingungen würden den Unterdruckregler 34 andernfalls veranlassen, einen Unterdruck in der Kammer 20 des Ventils 14 zu erzeugen, damit das

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Ventil vollständig geöffnet wird. In diesem Fall würde der ■Volumenstrom des Abgases durch das Ventil durch Änderungen im Druckabfall durch das Ventil beeinflußt. Erfindungsgemäß wird der Unterdruck zur Steuerung des Unterdruckreglers 34 jedesmal automatisch abgewandelt oder verringert, wenn der Unterdruck im Ansaugrohr über einen vorbestimmten Wert ansteigt, der die Reisedrehzahl des Motors anzeigt, um die Ventilöffnung entsprechend abzuwandeln, und dadurch das Volumen des durch das Ventil 14 vom Abgassammelrohr zum Ansaugverteilerrohr durchgelassenenAbgases. Für diesen Zweck wird die Steuerung des Unterdruckreglers 34 durch ein Modulationsventil 50 abgewandelt.

Das Modulationsventil 50 umfaßt ein Gehäuse 51 mit einer Membran 52, die sich quer dazu erstreckt und zwei Kammern 55 und 54 im Gehäuse bildet. Die Kammer 55 ist über eine öffnung 55 zur Atmosphäre hin offen. Ein Ventilsitz 56 ist in der Kammer 53 angeordnet und mit der Leitung 37 zwischen einer Drosselstelle 57 in der Leitung und dem Unterdruckregler 34 verbunden. Ein kegliges Ventilelement 60 ist an der Membran 52 befestigt und wird beim Auslenken der Membran 52 axial bewegt. Das Ventilelement 6O kann durch die Membran 52 mehr oder weniger in den Ventilsitz 56 hineinbewegt werden, so daß eine Änderung der Durchflußöffnung, abhängig von dem Ausmaß des Einschiebens des Ventilelements 60 in den Ventilsitz und dem besonderen Umriß des Ventilelements, geschaffen wird. Wenn das Ventilelement 60 aus dem Ventilsitz 56 herausgezogen wird, wächst die Fläche der Durchflußöffnung und umgekehrt. Eine Druckfeder 6l drückt die Membran 52 und das Ventilelement 60 nach links, um den Ventilsitz 56 zu schließen. Wenn ein relativ großer Unterdruck im Ansaugverteilerrohr auftritt, bewegt der Umgebungsdruck die Membran 52 nach rechts und drückt die Druckfeder 6l zusammen, um die öffnung des- Ventilsitzes 56 durch das Ventilelement 60 zu vergrößern. Dies ermöglicht einen größeren Strom von'Atmosphärenluft durch das Ventil und in die Leitung 37j wodurch die Stärke des den Unterdruckregler

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beeinflussenden Unterdrucksignals verringert wird. Dadurch wird das Ventil l4 so gesteuert, daß es seine öffnung verringert, wodurch der Volumenstrom des Abgases durch das Ventil im wesentlichen konstant bleibt, obwohl eine Vergrößerung des Druckabfalls zwischen dem Abgassammeirohr und dem Ansaugverteilerrohr stattgefunden -hat.

Wenn der Unterdruck im Ansaugverteilerrohr abfällt, bewegt die Druckfeder 6l die Membran 52 und das Ventilelement 60 nach links und in den Ventilsitz 56, wodurch der Strom der Umgebungsluft durch das Ventil zur Leitung 37 verringert wird. Dadurch wird die Wirkung der in die Leitung 37 eingeblasenen Umgebungsluft verringert,und das Unterdrucksignal zum Unterdruckregler 3^ wird verstärkt,und der Unterdruckregler erzeugt einen Unterdruekausgang, welcher die öffnung des Ventils 14 vergrößert. So fließt im wesentlichen derselbe Volumenstrom von Abgas durch das Ventil 3.4, obwohl der Druckabfall über das Ventil verringert wurde.

Die Druckfeder 6l ist vorzugsweise so kalibriert, daß das Ventilelement 60 den Ventilsitz 56 verschließt, bis ein Unterdruck von ungefähr 203 mm (8") Hg im Ansaugverteilerrohr auftritt. So wird der Unterdruck in der Kammer 40 des Unterdruckreglers 3^· durch das Modulationsventil 50 nicht abgewandelt, ausgenommen, wenn der Unterdruck im Ansaugverteilerrohr einen vorbestimmten Wert erreicht.

Das Ventilelement 60 ist keglig dargestellt. Es kann jedoch auch irgendeine andere geeignete Ausbildung haben, um die Abschwächung des Unterdrucks vom Venturirohr in der Leitung 37 herbeizuführen, was den gewünschten *Abgasstrom zum Ansaugverteilerrohr bei jeder gegebenen Lage der Membran 52 ergibt, wie sie durch den Grad des Unterdrucks in der Kammer 54 bestimmt wird.

Es versteht sich, daß das Modulationsventil 50 eine modulierte Steuerung des Stroms der Umgebungsluft in die Leitung 37

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herbeiführt, was einen im wesentlichen optimalen Volumenstrom des Abgases vom Abgassammeirohr zum Ansaugverteilerrohr über einen wesentlichen Snderungsbereich des Unterdrucks im Ansaugsammelrohr ergibt. Die Durchflußmenge muß nicht unbedingt konstant sein und kann gesteigert werden, wenn die Belastung des Motors anwächst. Die besondere öffnung des Ventils 14, die von der Betätigung des Unterdruckreglers 3^ bei gegebenen Unterdrücken im Venturirohr und Ansaugverteilerrohr einer besonderen Motorauslegung abhängt, kann durch Versuche bestimmt werden, und die optimale Ventilöffnung kann erreicht werden, indem das Ventilelement βθ so geformt wird, daß für den Unterdruckregler 34 ein genauer Betriebsunterdruck erzeugt wird.

Kurz zusammengefaßt wird mit der Erfindung ein unterdruckgesteuertes Ventil zur Steuerung des Verhältnisses der in einer Brennkraftmaschine rückgeleiteten Abgase zur Ansaugluft geschaffen, das durch Unterdruck von dem Ansaugverteilerrohr gesteuert wird, der durch einen auf das Unterdrucksignal im Venturirohr des Vergasers ansprechenden Unterdruckregler gesteuert wird. Bei bestimmten Betriebsbedingungen des Motors kann sich der Unterdruck in dem Ansaugverteilerrohr im Verhältnis zur Ansaugluft ändern (was durch den Unterdruck am Venturirohr gezeigt wird), wodurch sich die Durchflußmenge des Abgases durch das Ventil bei einer gegebenen Ventilöffnung ändert. Gemäß der Erfindung wird die Arbeitsweise des Unterdruckreglers durch den Grad des in dem Ansaugverteilerrohr vorhandenen Unterdrucks abgewandelt, so daß · die Ventilöffnung so gesteuert wird, daß die wünschenswerteste Durchflußmenge des rückgeleiteten Abgases entsprechend der angesaugten Luft aufrechterhalten wird.

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Claims

Patentansprüche

System zum Steuern der Durchflußmenge der Abgase von dem Abgassammeirohr in das Ansaugverteilerrohr einer Brennkraftanas chine, mit einem strömungsmittelbetätigten Ventil zum Steuern des Durchflusses, einem Regler zum Steuern des Arbeitsdruckes des zu dem Ventil geleiteten Strömungsmittels, um dadurch die Betätigung des Ventils entsprechend der Durchflußmenge des Gases durch den Motor zu steuern, wobei ein Strömungsmittelsignalaufbau zum Erzeugen eines Stromungsmittelsignals für den Regler vorgesehen ist, das sich als Funktion der Durchflußmenge des Gases durch den Motor ändert, dadurch gekennzeichnet , daß eine Steuereinrichtung (50) vorgesehen ist, die auf den Druck in dem Ansaugverteilerrohr (13) des Motors anspricht, so daß das Strömungsmittelsignal, auf welches der Regler (34) anspricht, modifizierbar ist.
2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das strömungsmittelbetätigte Ventil (l4) ein bewegliches Ventilelement (24) enthält und einen strömungsmittelbetätigten Antrieb (l8) zum Bewegen des Ventils, und daß der strömungsmittelbetätigte Antrieb durch den Druck betätigbar ist, . der vom Ansaugverteilerrohr über den Regler (34) erzeugt wird.
3. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Regler eine Kammer (40) für ein Strömungsmittelsignal mit einer beweglichen Wand aufweist, daß der Strömungsmittelsignalaufbau das Signal zur Kammer leitet, daß die Steuereinrichtung aus einem Signalsteuerventil (50) besteht, das mit dem Strömungsmittelsignalaufbau verbunden ist und auf die Druckbedingungen im Ansaugverteilerrohr ansprechend betätigbar ist, wodurch die Höhe des Signals modifizierbar ist, das zur Kammer geleitet wird.

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4. System nach Anspruch J_? dadurch gekennzeichnet , daß das Signalsteuerventil (50) zur gesteuerten Verbindung des Signalauf baus zum Umgebungsdruck !betätigbar ist, wodurch das zum Regler (34) übertragene Stromungsmitteisignal modifizierbar ist.
5. ^: System nach Anspruch 4, dadurch' g e k e η η zeichnet , daß das Signalsteuerventil ein Ventilelement (60) und einen Ventilsitz (56) aufweist, daß das Ventilelement relativ zum Ventilsitz (56) bewegbar ist, um die Verbindung zwischen dem Atmosphären- bzw. Umgebungsdruck und dem Signalaufbau zu steuern, und daß ein Betätigungsteil (52) für das ¥entilelement vorgesehen ist, das auf den Druck im Ansaugverteilerrohr (13) anspricht, wodurch die Stellung des beweglichen Ventilelements veränderbar ist.
6. System nach Anspruch 3* dadurch gekennzeichnet , daß das Ventilelement (60) eine Oberfläche begrenzt, die zur Verbindung des Umgebungsdrucks mit dem Signalaufbau als vorbestimmte Punktion des Druckes des Ansaugverteilerrohrs ausgelegt ist.
7. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß das Ventilelement (60) des Signalsteuerventils (50) und der Ventilsitz (56) einander so zugeordnet sind, daß das strömungsmittelbetätigte Ventil (14) daran gehindert ist, Abgas zurückzuleiten, wenn der Motor im Leerlaufbereich läuft, und daß die Auslegung der Fläche des Ventilelements (60) den Regler (34) als Teilfunktion des Druckes im Ansaugverteilerrohr (13) beeinflußt, wenn der Motor in seinem normalen Arbeitsbereich läuft.

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