DE2425911B2

DE2425911B2 - Einrichtung zur rueckfuehrung von auspuffgasen einer brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2425911B2
Application number: DE19742425911
Authority: DE
Inventors: Hidetaka; Kobashi Kiyoshi; Susono Shizuoka Nohira (Japan)
Original assignee: Toyota Jidosha Kogyo KK
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1973-06-02
Filing date: 1974-05-30
Publication date: 1976-11-04
Also published as: JPS508922A; DE2425911A1; CA999198A; JPS5335217B2

Description

Die Erfindung bezieht siich auf eine Einrichtung zur Rückführung von Auspuffgasen einer Brennkraftmaschine.

Das als älteres Recht zu wertende deutsche Patent 17 001 offenbart eine Einrichtung zur Rückführung von Auspuffgasen einer Brennkraftmaschine, bei welcher das Auspuffsystem und das Einlaßsystem der Maschine über eine von einem Regelventil beherrschte Leitung miteinander verbunden sind und das Stellglied des Regelventils abhängig vom im Einlaßsystem herrschenden Unterdruck über einen Druckverstärker membrangesteuert ist, wobei der Druckverstärker eine federbelastete erste und eine federbelastete zweite Membran besitzt, die ein Gehäuse in drei Kammern so unterteilen, daß die ständig mit der Atmosphäre verbundene zweite Kammer von der mit einer Druckluftqueüe verbundenen dritten Kammer durch die zweite Membran getrennt wird, die erste Kammer mit dem im Bereich eines im Ansaugsystem gelegenen Venturirohres herrschenden Druck beaufschlagt ist, und mit der ersten Membran ein Betätigungsglied für ein Verschlußglied eines Ventils verbunden ist, welches unter der Einwirkung einer im Schließsinne wirkenden Feder steht und eine Verbindung von der dritten zur zweiten Kammer beherrscht, indem mit der zweiten Membran der Ventilsitz des Ventils verbunden ist.

Im allgemeinen wird bei Einrichtungen dieser Art ein Kontrollventil verwendet, welches in der Regel von einem Drucksignal überwacht wird, das die Menge der eingeführten Auspuffgase regelt In vielen Fällen verwendet man als Kontrollventil ein Membranventil, da die von der Ventilspindel ausgeübte Antriebskraft größer ist Auch kann der Vakuumdruck in dem Venturirohr des Vergasen als Kontrollsignal für das Kontrollventi! vorteilhaft verwendet werden, mit welchem die Menge der eingespeisten Auspuffgase mit hinreichender Genauigkeit geregelt werden kann. Der Vakuumdruck in dem Venturirohr des Vergasers ist jedoch viel zu schwach, um die Membran des Kontrollventils unmittelbar und wirksam zu bewegen. Deshalb werden Verstärkungseinrichtungen verwendet, die diesen negativen Druck in dem Venturirohr verstärken sollen. Bei einem Vakuumdruckverstärker stellt das Vakuum in der Ansaugleitung die Energiequelle dar, wobei sich der Vakuumdruck nach Maßgabe der Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine verändert Damit man stets in der Lage ist, ein Vakuumdruck signal durch Verstärkung des Vakuums in dem Venturirohr zu erhalten, verwendet man einen Vakuumbehälter. Ein derartiger Verstärkungsmechanismus neigt aber zu Undichtigkeiten; auch besteht die Gefahr, daß sich .der Druck in dem Vakuumbehälter als Folge von Undichtigkeiten ändert, namentlich dann, wenn der Vakuumdruck in der Ansaugleitung zu schwach ist. Mit Rücksicht auf die unterschiedlichen Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine sollte dtr Vakuumbehälter eine hinreichend große Kapazität besitzen, was aber zur Fo'₀e hat, daß die Funktion des Verstärkungsmechanismus nicht hinreichend betriebssicher erfüllt werden kann.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Einrichtung zur Rückführung von Auspuffgasen einer Brennkraftmaschine zu schaffen, bei welcher ein vergleichsweise schwacher Vakuumdruck in ein proportionales positives Drucksignal betriebssicher verstärkt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der in der dritten Kammer herrschende Druck über ein Druckwechselventil auf das Regelventil derart einzuwirken vermag, daß ein dem negativen Druck in der ersten Kammer proportionaler positiver Druck aus der dritten Kammer ausgesteuert wird.

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Einrichtung ist nachstehend anhand der Zeichnung noch etwas näher veranschaulicht. In dieser zeigt in rein schematischer Weise

F i g. 1 ein Schaltschema des Druckverstärkers in Verbindung mit der Einrichtung zur Rückführung von Auspuffgasen einer Brennkraftmaschine gemäß der Erfindung,

F i g. 2 einen Längsschnitt durch den Druckverstärker gemäß der Erfindung.

Wie aus den F i g. 1 und 2 hervorgeht, wird der erfindungsgemäße Druckverstärker in einem System zur Einführung der Auspuffgase in die Ansaugleitung einer Brennkraftmaschine 1 verwendet. Die Brennkraftmaschine besitzt eine Ansaugleitung 2 und eine Auspuffleitung 3, wobei das Brennstoff-Luft-Gemisch über einen Filter 4, ein Venturirohr 5 des Vergasers und eine Drosselklappe 6 der Ansaugleitung der Brennkraft maschine zugeführt wird.

Die Auspuffleitung 3 und die Ansaugleitung 2 sind über eine Umgehungsleitung 8 miteinander verbunden, wobei etwa in der Mitte dieser Umgehungsleitung 8 ein Kontrollventil 7 vorgesehen ist, welches einen Teil der Auspuffgase in die Ansaugleitung 2 einsteuert Das Kontrollventil 7 besitzt ein Ventilverschlußglied 9 und eine Kontrolldruckkammer 10 zum öffnen und Schließen des Ventilverschlußgliedes 9. Das Ventil 7 arbeitet in der Weise, daß das Ventilverschlußglied 9 dann

geöffnet werden kann, wenn in die Kontrolldruckkammer 10 ein positiver Druck eingesteuert wird. Das Ventil 7 wird hingegen dann geschlossen, wenn der Vakuumdruck in die Druckkammer eingesteuert wird. Mit der Bezugszahl 11 ist ganz allgemein ein Liruckverstärker bezeichnet, welcher den vergleichsweise schwachen Vakuumdruck in der Saugleitung auf einen postiven Druck verstärkt, der proportional dem absoluten Wert des negativen Druckes ist

Eine unter der Einwirkung einer Feder 14 stehende Membran 15 liegt zwischen dem unteren Gehäuseteil 12 und dem oberen Gehäuseteil 13, welche über Bolzen 16 miteinander verbunden sind. Die Membran 15 und der untere Gehäuseteil 12 bilden dabei eine Kontrolldruckkammer, wobei eine an die Atmosphäre angeschlossene Kammer 18 von der Membran 15 und dem oberen Gehäuseteil 13 gebildet wird. Mit der Bezugszahl 20 ist eine eine Einschnürung 19 aufweisende Einlaßleitung bezeichnet weiche mit ihrem einen Ende an das Gehäuseteil 12 und mit ihrem anderen Ende an die Leitung 22 angeschlossen ist, die mit einer Luftpumpe 21 in Verbindung steht. Diese Luftpumpe 21 wird dabei von der Brennkraftmaschine 1 angetrieben und liefert einen positiven Druck in die Kontrolldruckkammer 17. An dem Gehäuseteil 12 ist eine Austrittsleitung 23 für das Druckmittel angeschlossen, welche über die Leitung 24 mit der Kontrolldruckkammer 10 des Kontrollventils verbunden ist, so daß der in der Kontrolldruckkammer 17 herrschende, positive und kontrollierte Druck in die Kontrolldruckkammer 10 eingesteuert werden kann, ^o wie dies im folgenden noch näher beschrieben werden wird.

Auf der einen Seite der unter Atmosphärendruck stehenden Druckkammer 18 der Membran 15 ist eine Entlüftungsvorrichtung 26 vorgesehen, die mn einer Verbindungsöffnung 25 ausgestattet ist. Die Entlüftungsvorrichtung 26 besitzt dabei einen Entlüftungskanal 27 und ein Kontrollventil in Form eines Kugelventil 29, welches in unmittelbarer Nähe des Entlüftungskanals 27 liegt und unter der Einwirkung einer Feder 28 steht, die bestrebt ist, das Kugelventil 29 im Schließsinn des Entlüftungskanals 27 zu bewegen. Wenn der Entlüftungskanal 27 nicht geschlossen ist, so wird der in der Kontrolldruckkammer 17 herrschende Druck über den Entlüftungskanal 27 in Richtung der unter Atmosphärendruck stehenden Druckkammer 18 entlüftet. Die Einlaßleitung 20 steht mit einer Leitung 30 in Verbindung, welche am oberen Ende in unmittelbarer Nähe der Verbindungsöffnung 25 der Membran 15 angeordnet ist. Auf diese Weise wird verhindert, daß die von der Luftpumpe 21 gelieferte Druckluft unmittelbar in die Leitung 23 strömt.

Der obere Gehäuseteil 33 ist am oberen Teil des unteren Gehäuseteils 13 gelagert und steht über Bolzen 34 mit dem unteren Gehäuseteil !3 und mit einer zweiten Membran 32 in Verbindung, welche von einer weiteren Feder 31 nach unten gedrückt wird. Die Membran 32 und der obere Gehäuseteil 33 bestimmen dabei eine Vakuumdruckkammer 35. Diese Vakuum druckkammer 35 besitzt eine Einlaßleitung 36, welche *" über die Leitung 37 mit dem Venturirohr 5 oder mit einer unmittelbar danebenliegenden Stelle verbunden ist, so daß der Vakuumdruck von dem Venturirohr 5 in die Vakuumdruckkammer 35 eingesteuert wird. Die Kraft der Feder 31 kann durch Verstellung einer Stellschraube 38 verändert werden.

Mit der Bezugszahl 39 ist ein Stößel bezeichnet, welcher über die Mutter 40 mit der unteren Fläche der Membran 32 verbunden ist, so daß er auf das Kugelventil 29 der Entlüftungsvorrichtung 26 entgegen der Kraft der Feder 28 einwirkt Diese Federkraft hängt von demjenigen Lagen ab, welche die Membranen 13 und 32 einnehmen. Bei der Konstruktion des Druckverstärkers sind die Federkonstanten der Federn 28, 31 sowie die Montagestellung der Entlüftungsvorrichtung so bemessen, daß der Hub der Membran 15 stets glei_h dem Hub der Membran 32 ist

Die Bezugszahl 41 bezeichnet allgemein ein Druckwechselventil, welches auf halbem Wege in der Leitung 24 angeordnet ist welche den Druckverstärker 11 mit dem KontroUventU verbindet Das Ventil 41 besitzt eine Abzweigleitung, welche mit der Ansaugleitung 2 stromab der Drossel 6 in dem Vergaser verbunden ist Das Ventil 41 besitzt eine Vakuumdruckkammer 42, welche mit. dem Bereich der Drosselklappe 6 im Vergaser oder mit einer in unmittelbarer Nähe liegenden Stelle verbunden und so betätigbar ist, daß der Druckverstärker 11 mit dem Kontrollventil 7 in Verbindung gebracht wird, wenn ein großer Vakuumdruck in die Vakuumdruckkammer 42 eingesteuert wird, während die Ansaugleitung mit dem Kontrollventil 7 in Verbindung gebracht wird, wenn ein vergleichsweise kleiner Vakuumdruck in die Kammer 42 eingesteuen wird.

Der erfindungsgemäße Druckverstärker 11 arbeitet wie folgt:

Wenn das niedrige Vakuum oder aber der schwache negative Druck von dem Venturirohr 5 oder einer in unmittelbarer Nähe liegenden Stelle in die Vakuumdruckkammer 35 des Druckverstärkers eingesteuen wird, so wird die unter der Kraft der Feder 31 stehende Membran 32 in eine untere Stellung bewegt, wobei der Stößel 39 auf das Kugelventil 29 einwirkt und es entgegen der Kraft der Feder 28 nach unten bewegt. Der von der Luftpumpe 21 in die Kontrolldruckkammer 17 über die Leitung 22 und die Einlaßleitung 20 eingesteuerte positive Druck wird über die Kammer 18 und die Entlüftungsleitung 27 zur Atmosphäre entlüftet, so daß der Druck in der Kontrollkammer 17 auf Atmosphäi endruck gehalten wird. Das Druckwechselventil 41 arbeitet zu dieser Zeit in der Weise, daß es die Ansaugleitung 2 mit dem Kontrollventil 7 verbindet, wobei das Ventilverschlußglied 9 des Ventils 7 geschlossen wird. Auf diese Weise wird die Zufuhr von Auspuffgasen in die Ansaugleitung 2 verhindert.

Wenn das große Vakuum oder aber ein starker negativer Druck von dem Venturirohr 5 oder von einer in unmittelbarer Nähe liegenden SteMe in die Vakuumdruckkammer 35 des Druckverstärkers 11 eingesteuert wird, wird die Membran 32 entgegen der Kraft der Feder 31 nach oben bewegt, wobei sich der Stößel 39 aus seiner Anschlagstellung mit dem Kugelventil 29 löst. Der Entlüftungskanal 27 wird auf diese Weise von dem Kugelventil 29 geschlossen. Durch den Betrieb der Luftpumpe 21 steigt der Druck in der Kontrolldruckkammer 17 an, so daß die Membran 15 zusammen mit der Entlüftungsvorrichtung 26 angehoben wird. Wenn die Membran 15 zusammen mit der Entlüftungsvorrichtung 26 jenseits eines oberen, kritischen Punktes angehoben wird, so wirkt der Stößel 39 auf das Kugelventil 29 in der Weise ein, daß der positive Druck in der Kammer 17 über den nunmehr offenen Entlüftungskanal 27 herabgesetzt wird. Die Membran 15 wird auf diese Weise abgesenkt, wobei der Luftdruck in der Kontrollkammer 17 absinkt. Wenn die Membran 15 zusammen mit der Entlüftungsvorrichtung 26 über

einen unteren kritischen Punkt abgesenkt wurde, wird das Kugelventil 29 von dem Stößel 39 nicht mehr länger nach unten gedrückt Die Folge davon ist, daß der Entlüftungskanal von dem Kugelventil 29 geschlossen wird. Dies geschieht in wiederholter Folge mit kurzen Abständen in Form von gedämpften Schwingungen, bis sich die Membran 15 im gleichen Umfang wie die Membran 32 ausgebaucht hat

Wenn der in der Vakuumdruckkammer 35 herrschende Vakuumdruck konstant gehalten wird, was beispielsweise während des Normallaufes der Brennkraftmaschine 1 der Fall ist, verbleibt die Membran 15 in dem gleichen, ausgebogenen Zustand wie die Membran 32, welche unter dem in dem Venturirohr 5 herrschenden Vakuumdruck ausgebaucht ist Der überschüssige, von der Luftpumpe 21 in die Kontrolldruckkammer 17 eingesteuerte positive Druck wird auf diese Weise über den Entlüftungskanal 27 zur Atmosphäre hin entlüftet. Das Druckwechselventil 41 arbeitet gleichzeitig in der Weise, daß es den Druckverstärker 11 mit dem Kontrollventil 7 verbindet welches unter der Einwirkung des in unmittelbarer Nähe der Drosselklappe 6 herrschenden Vakuumdruckes steht, wobei ein positiver, proportional zu dem absoluten Wert des in der Vakuumdruckkammer 35 zufällig herrschenden negativen Druckes in der Kontrolldruckkammer 17 aufgebaut und von da aus in die Kontrolldruckkammer 10 des Kontrollventils 7 über die Leitungen 23 und 24 eingesteuert wird. Das Ventilverschlußglied 9 des Kontrollventils 7 wird dann unter der Einwirkung des in die Kammer 10 eingesteuerten positiven Luftdruckes geöffnet, so daß die Einführung der Auspuffgase in die Ansaugleitung ermöglicht wird.

Im folgenden wird eine Erklärung zu der Frage gegeben, wie der positive, proportional zu dem absoluten Wert des negativen Druckes in die negative Druckkammer 35 eingesteuerte Druck in der Kontrolldruckkammer 17 als Ergebnis derjenigen Bewegung der Membran 15 aufgebaut wird, welche von der Bewegung der Membran 32 abgeleitet wird.

Es sei einmal angenommen, daß die Wirkfläche der Membran 32 durch den Ausdruck Sa bezeichnet wird, während die Membran 15 als Sb angedeutet ist. Der in der Kammer 35 herrschende Vakuumdruck ist mit dem Ausdruck P_v angedeutet, während der in der Kammer 17 herrschende Druck mit der Bezeichnung Pc angedeutet ist. Der Nennwert des positiven Druckes in der Kammer 17 ist mit dem Ausdruck Pea bezeichnet, während der Hub der Membranen 32 und 15 mit den Buchstaben χ bzw. y angedeutet ist. Die Federkonstanten der Federn 31 und 14 sind mit den Buchstaben K_A und Kbangedeutet. Da χ = yist ergibt sich die folgende Gleichung:

Pc -

K_BS_A K_AS.

(Py — Pyo) —

Dabei bedeutet <x eine Konstante der Proportionalität oder einen Verstärkungsfaktor.

Bei dem erfindungsgemäßen Druckverstärker, wie er vorstehend beschrieben ist wird der von der Druckmittelquelle gelieferte, positive Luftdruck von den Schwingungsbewegungen der ersten Membran überwacht die demjenigen Luftdruck unterworfen ist welcher von der Druckluftquelle für den positiven Druck geliefert wird. Die zweite Membran hingegen wird von einem sehwachen Vakuumdruck beaufschlagt der als Eingangsdruck eingesteuert wird, so daß ein positiver, dem absoluten Wert des negativen Eingangsdruckes proportionaler Druck in das Kontrollventil eingesteuert wird. Auf diese Weise arbeitet das System zur Einführung der Auspuffgase unter der Einwirkung des verstärkten positiven Druckes außerordentlich zuverlässig.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Einrichtung zur Rückführung von Auspuffgasen einer Brennkraftmaschine, bei welcher das Auspuff- s system und das Einlaßsystem der Maschine Ober eine von einem Regelventil beherrschte Leitung miteinander verbunden sind und das Stellglied des Regelventils abhängig vom im Einlaßsystem herrschenden Unterdruck über einen Druckverstärker ι ο membrangesteuert ist, wobei der Druckverstärker eine federbelastete erste und eine federbelastete zweite Membran besitzt, die ein Gehäuse in drei Kammern so unterteilen, daß die ständig mit der Atmosphäre verbundene zweite Kammer von der mit einer Druckluftquelle verbundenen dritten Kammer durch die zweite Membran getrennt wird, die erste Kammer mit dem im Bereich eines im Ansaugsystem gelegenen Venturirohres herrschenden Druck beaufschlagt ist, und mit der ersten Membran ein Betätigungsglied für ein Verschlußglied eines Ventils verbunden ist, welches unter der Einwirkung einer im Schließsinne wirkenden Feder steht und eine Verbindung von der dritten zur zweiten Kammer beherrscht, indem mit der zweiten Membran der Ventilsitz des Ventils verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der in der dritten Kammer (17) herrschende Druck über ein Druckwechselventil (4t) auf das Regelventil (7) derart einzuwirken vermag, daß ein dem negativen Druck in der ersten Kammer (35) proportionaler positiver Druck aus der dritten Kammer (17) ausgesteuert wird.