DE2444275C2

DE2444275C2 - Steuerventil für eine Abgasrückführeinrichtung für Verbrennungsmotoren

Info

Publication number: DE2444275C2
Application number: DE2444275A
Authority: DE
Inventors: Richard D. Dearborn Mich Vartanian
Original assignee: Ford Werke GmbH
Current assignee: Ford Werke GmbH
Priority date: 1973-09-24
Filing date: 1974-09-17
Publication date: 1982-12-30
Also published as: DE2444275A1; US3878823A; CA1010734A; GB1483355A; JPS5059624A; AU7317374A

Description

Die Erfindung geht aus von einem Steuerventil für eine Abgasrückführeinrichtung für Verbrennungsmotoren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

Aus der DE-OS 22 21 152 ist ein Steuerventil dieser Art bekannt, das von dem an einer Abnahmestelle unterhalb der geschlossenen Drosselklappe herrschen- so den Ansaugrohr-Unterdruck beaufschlagt ist und bei einem bestimmten Unterdruck öffnet und bei übermäßig hohem und bei niedrigem Unterdruck schließt, wobei ein der Drehzahl des Verbrennungsmotors proportionaler Venturi-Unterdruck verstärkt auf das Steuerventil einwirkt.

Bei diesem Steuerventil sind neben dem eigentlichen, von einer Membrane betätigten und die Abgasrückführung bestimmender. Ventil noch zwei weitere Ventilanordnungen, ein Unterdruckregelventil und ein Über-Strömventil sowie ein Speicher erforderlich. Auch wenn diese verschiedenen Ventilanordnungen in einem gemeinsamen, kompakten Gehäuse untergebracht sind, ist der bauliche Aufwand hierfür verhältnismäßig hoch.

Aus der DE-OS 19 44 357 ist ein Steuerventil für eine Abgasrückrühreinrichtung für Verbrennungsmotoren bekannt, das aus zwei getrennten und von unterschiedlichen Medien, einerseits vom Unterdruck im Ansaugrohr und andererseits vom Staudruck einer Kühlwasserpum pe betätigten Ventilen besteht Der hier erforderlichi Bauaufwand ist hierdurch verhältnimäßig hoch.

Aus der DE-AS 22 47 587 ist eine Steuerventilanord nung für eine Abgasrückführeinrichtung für Verbren nungsmotoren bekannt, bei der drei einzelne membran betätigte Steuerventile mit entsprechenden Drosselein richtungen vorgesehen sind um eine gewünscht! Abgasrückführung sicherzustellen.

Diese bekannte Steuerventilanordnung macht somi einen hohen Bau- und Montageaufwand erforderlich ζ dem noch ein erheblicher Abstimmungsaufwand für di Drosselstellen hinzukommt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eil Steuerventil für eine Abgasrückführeinrichtung fü Verbrennungsmotoren bereitzustellen, das den Prozent satz der Abgasrückführung sowohl in Abhängigkeit vo der Drehzahl als auch von der Belastung de Verbrennungsmotors steuert, hierbei jedoch dafü sorgt, daß für ein solches Steuerventil nur ein geringe Bauaufwand erforderlich ist und eine hohe Funktionssi cherheit erzielt wird.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäße Einrichtung durch die kennzeichnenden Merkmale de | Patentanspruchs gelöst. "

Dadurch, daß das Steuerventil durch die Differentia kraft zwischen dem auf eine Membi a\\e zwischen ein Ansaugrohr-Unterdruckkammer und einer Umge| bungskammer einwirkenden Ansaugrohr-Unterdruc und dem auf eine größere Membrane zwischen ein Venturi-Unterdruckkammer und einer Umgebung: druckkammer einwirkenden Venturi-Unterdruck beau schlagt wird, wobei die Venturi-Unterdruckkammer un die Ansaugrohr-Unterdruckkammer einander benac bart angeordnet und durch eine dritte Membran voneinander getrennt sind und sämtliche Membrane jj mit dem Schaft des Steuerventils verbunden sind, da | mit zwei Steuerbünden versehen ist, von denen der ein S bei einer die vom Ansaugrohr-Unterdruck ausgeübt jj Kraft übersteigenden, vom Venturi-Unterdruck ausge | übten Kraft die Verbindung zwischen dem Auspuffroi" (j und dem Ansaugrohr öffnet und von denen der ander ^ bei einer über einen vorbestimmten Betrag hinausgcjj henden Öffnungsbewegung des Steuerventils dies ^ Verbindung wieder schließt, wird eine kompakt | Bauform eines solchen Steuerventils geschaffen, für da i nur zwei Anschlußleitungen erforderlich sind und das nur mit einem einzigen Ventilglied arbeitet. I

Insbesondere die Verwendung des nur einen Venti f gliedes führt zu einer höheren Funktionssicherheit, d 1 dessen Bewegung nicht von mehreren Hilfsventilglic \ dem abhängig ist, die z. B. durch Haftenbleiben ode r dergleichen die Steuerung beeinträchtigen könnten. |

Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnun; gezeigten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zei§ i

Fig. 1 einen vertikalen Schnitt durch Teile eine§ Vergasers und eines Verbrennungsmotors, an dem d Erfindung angewendet ist,

Fig. 2 einen horizontalen Schnitt entlang der Lini 2-2 in Fig. 1 durch eine Steuervorrichtung gemäß df| Erfindung und

Fig.3 ein Diagramm über die Änderungen defr Unterdruckverhältnisse und des Luftdurchsatzes einem Vergaser.

F i g. 1 zeigt einen Teil 10 der Hälfte eines bekannte ^; Fallstrom-Doppelvergasers. Dieser weist einen Ansau; trichter 12, einen Hauptteil 14 und einen Drosselklai penteil 16 auf. Der Vergaser weist die übliche

lAnsaugkanäle 18 auf, die an ihren oberen Enden 20 mit fdem Reinluftraum eines herkömmlichen Luftfilters Ε-verbunden sind. Die Ansaugkanäle 18 weisen herkömmliche Venturiabschnitte 22 von gleichbleibendem Querschnitt auf, in denen bekannte Verstärkungsventuriteile J23 angeordnet sind, in denen auch die Haupttieibstoffjdüsen (nicht gezeigt) angeordnet sind. I Der Durchsatz von Luft und TreibstcC durch die lAnsaugkanäle 18 wird hierbei jeweils durch eine ^Drosselklappe 24 gesteuert, die an Drosselklappenwel- |len 23 drehbar im Vergasergehäuse gelagert sind. f| Die Ansaugkuiiäle sind hierbei mit einer Abfühlöffjhung 26 für den Ansaugrohr-Unterdruck und mit einer |Abfühlöffnung 28 für den Venturi-Unterdruck versehen. Ί Der Drosselklappentefi 16 des Vergasers ist mit |einem Flansch versehen, mit dem er am Ansaugrohr 30 |des Verbrennungsmotors unter Zwischenschaltung Ijeines Zwischenflansches 32 befestigt ist Das Ansaug- '" rohr 30 weist eine Anzahl von vertikalen Kanälen 34 auf, die mit den unteren Enden der Ansaugkanäle 18 des _t Vergasers verbunden sind. Die vertikalen Kanäle 34 |sind an ihren unteren Enden mit horizontal wegführen- ^ den Kanälen 36 verbunden, die zu den Einlaßventilen I des Verbrennungsmotors führen.

Das Auspuffrohr des Verbrennungsmotors ist bei 38 angedeutet und weist einen Abgasrückführkanal 40 auf, der vom eigentlichen Auspuffkrümmer (nicht gezeigt) nach unterhalb des Ansaugrohres 30 führt, um eine !Vorwärmung des durch die horizontalen Kanäle 36 I strömenden Treibstoff-Luftgemisches zu erzielen. 1 Wie am besten aus F i g. 2 zu ersehen ist, ist der 1 Zwischenflansch 32 mit einem Ausschnitt 42 versehen, |der über eine Bohrung 44 mit dem Abgasrückführkanal |40 verbunden ist. Mit dem Ausschnitt 42 ist weiterhin ein jfKanal 46 verbunden, der über ein Steuerventil 56 !geöffnet oder geschlossen werden kann und über eine f. Kammer 54 mit einem Kanal 48 in Verbindung steht, der |über Öffnungen 50 in die Kanäle 34 des Ansaugrohres |30 einmündet.

Wie eingangs erläutert ist es notwendig und !'wünschenswert, eine bestimmte Steuerung der Abgas-I rückführung vorzunehmen, um bei bestimmten Be- :'ΐ triebszuständen des Verbrennungsmotors eine unerwünschte Abgasrückführung zu verhindern. Zu diesem P Zweck ist der Kanal 46 mit dem Steuerventil 56 % versehen, das sowohl in Abhängigkeit von der Drehzahl ti als auch von der Belastung gesteuert wird. I F i g. 3 zeigt die Änderungen des Unterdruckes sowie »"die Änderungen des Luftdurchsatzes durch einen J Vergaser. Die Linie von A nach B zeigt die Änderung I des Ansaugrohr-Unterdruckes bei Teillast und die Linie I von Cnach Dzeigt die Änderungen des Venturi-Unter- % druckes' bei den gleichen Drehzahlen und bei der 1 gleichen Belastung. Der maximale Luftdurchsatz ist f durch die Punkte D und B angezeigt. In diesen Punkten j! weist der Verbrennungsmotor die höchste Drehzahl und ί die höchste Leistung auf.

I Nach Erreichung des maximalen Drehzahl-Bela- |stungsverhältnisses führt jede zusätzliche Belastung des I Fahrzeuges, wie z. B. das Befahren einer Steigjng, zu ^! einem Abfallen sowohl des Venturi- als auch des j Ansaugrohr-Unterdruckes bis zum Punkt C. Die !Drosselklappe befindet sich hierbei beim Durchlaufen I der Linie von D nach C und von B nach C in ihrer voll pgeöffneten Stellung. Der vom Luftdurchsatz abhängige I Venturi-Unterdruck durchläuft den einen Linienzug von tjjC nach D bzw, nach C zurücK. Der von der Belastung ,!abhängige Ansaugrohr-Unter^ruck kann jedoch jeden zwischen den beiden Linienzügen von A nach B und von ßnach Cliegenden Wert annehmen. Zum Beispiel kann der Wert des Ansaugrohr-Unterdruckes bei einem Luftdurchsatz von 2,26 m³ pro Minute etwa 0.5 kg pro cm² und der Venturi-Unterdruck 0,07 kg pro cm² betragen. Eine Erhöhung der Belastung des Fahrzeuges würde ein Öffnen der Drosselklappe in ihre voll geöffnete Stellung erforderlich machen. Wird die Drosselklappe geöffnet, so wird sich der Ansaugrohr-Unterdruck entlang der Linie von Fnach Tverändern. Wird hierbei jedoch die Drehzahl (der Luftdurchsatz) konstant gehalten, so bleibt der Venturi-Unterdruck auf dem Wert von 0,07 kg pro cm². Daraus ergibt sich, daß eine Abgasrückführung sowohl in Abhängigkeit von der Drehzahl als auch in Abhängigkeit von der Belastung gesteuert werden muß. um einen gleichbleibenden Prozentsatz einer Abgasrückführung zu erzielen.

Um dies zu erreichen, ist die Abgasrückführung gemäß der Erfindung mit einer Steuervorrichtung versehen, die im wesentlichen aus einem die Abgasrückführung steuernden Ventil 56 besteht, das wieder zwei Hauptteile, nämlich einen Ventilkörper und ein Unterdruckservo aufweist Die das Steuerventil 56 beaufschlagenden Kräfte sind hierbei der Venturi-Unterdruck und der Ansaugrohr-Unterdruck. Der Venturi-Unterdruck ist hierbei eine Funktion der Drehzahl des Verbrennungsmotors (des Luftdurchsatzes durch den Vergaser), während der Ansaugrohr-Unterdruck eine Funktion der Belastung des Verbrennungsmotors bei jedem gegebenen Luftdurchsatz ist. Da das Venturi-Unterdruck-Signal bei niedrigen Drehzahlen und geringer Belastung wesentlich kleiner ist als das Ansaugrohr-Unterdruck-Signal, ist eine Verstärkung des Venturi-Unterdruckes erforderlich.

Wie aus Fig. 2 zu ersehen ist, besteht das Unterdruckservo 58 aus einem oberen, schalenförmigen Gehäuseteil 64, der durch eine flexible Membrane 66 in zwei Kammern 68 und 70 geteilt wird. Die Kammer 68 ist hierbei eine Umgebungsdruckkammer und steht über eine Bohrung 72 mit der Atmosphäre in Verbindung. Die Kammer 70 ist hierbei eine Ansaugrohr-Unterdruckkammer und ist über eine Leitung 74 mit der Abfühlöffnung 26 für den Ansaugrohr-Unterdruck verbunden. Ein größerer, unterer, schalenförmiger Gehäuseteil 76 liegt mit einer Öffnung 78 gegen die untere Seite des oberen Gehäuseteils 64. Das Gehäuseteil 76 ist wieder durch eine flexible Membrane 79 in zwei Kammern 80 und 82 geteilt. Die Kammer 82 ist hierbei wieder eine Umgebungsdruckkammer, die über eine öffnung (nicht gezeigt) mit der Atmosphäre in Verbindung steht. Die Kammer 80 ist eine Venturi-Unterdruckkammer und ist über eine Leitung 84 mit der Abfühlöffnung 28 für den Venturi-Unterdruck verbunden. Die Öffnung 78 zwischen den beiden Gehäuseteilen 64 und 76 ist durch eine weitere flexible Membrane 86 geschlossen. Zwischen dem Rand der Öffnung 78 und der Membrane 79 ist eine leichte Druckfeder 87 angeordnet. Alle drei Membranen sind mit dem Schaft 88 des Steuerventils 56 verbunden, der durch die Wand 90 der Kammer 54 abgedichtet hindurchgeführt ist. Das Steuerventil 56 weist hierbei zwei im Abstand zueinander angeordnete Steuerbünde 92 und 94 auf, deren Zweck noch beschrieben wird.

Das Unterdruckservo 58 weist somit zwei Unteres druckkammern, die Ansaugrohr-Unterdruckkammer 70 und die Venturi-Unterdruckkammer 80, auf, die durch drei Membranen 66, 86 und 79 voneinander getrennt sind. Die wirksame Fläche dieser Membranen ist für die

Erzielung der erwünschten Verstärkung des Venturi-Unterdruckes wesentlich. Die erforderliche Verstärkung ist wieder abhängig von dem für eine Reduzierung der Stickoxide im Abgas erforderlichen Prozentsatz der Abgasrückführung bei zufriedenstellendem Betriebs- r> verhalten des Verbrennungsmotors.

Nehmen wir z. B. an, daß eine Bewegung des Schaftes 88 nach oben bei einer vorgegebenen Drehzahl und einer vorgegebenen Belastung eine Verstärkung auf das Zehnfache der vom Venturi-Unterdruck erzeugten Kraft erforderlich ist, so ergibt sich dieser Verstärkungsfaktor aus folgender Gleichung:

Fläche der Membrane. 79 — Fläche der Membrane 86 Fläche der Membrane 60 - Fläche der Membrane 86 '⁵

Zum Beispiel ergibt sich aus dem angenommenen Verstärkungsfaktor 10 bei einem Durchmesser der Membrane 86 von 12,7 mm eine Durchmesser der Membrane 79 von 88 mm und ein Durchmesser der 2» Membrane 66 von 25,4 mm.

Dies sind die Größen der drei Membranen 66,86 und 79, die die Größe des Steuerventils 56 beeinflussen.

Funktionsweise

Im Leerlauf bei hohem Ansaugrohr-Unterdruck und niedrigem Venturi-Unterdruck wird das Steuerventil 56 nach unten gedruckt und der Steuerbund 92 unterbricht die Verbindung zwischen dem Kanal 46 und dem Kanal

48. Die Kraft der Feder 87 wird hierbei so gewählt, daß.¹ sie vernachlässigbar ist. Sobald die Drehzahl und dife; Belastung des Verbrennungsmotors ansteigt, erreicHj der Venturi-Unterdruck in seiner lOfachen Verstärkung einen Wert, der zunächst dem Ansaugrohr-Unterdruclc gleich ist und ihn schließlich übersteigt. Dadurch wird, der Schaft 88 nach oben bewegt und der Steuerbund 9J| gibt eine Verbindung zwischen den Kanälen 46 und 48 frei. Das Steuerventil 56 bleibt somit so lange geöffnet? solange der verstärkte Venturi-Unterdruck den Ansaugj rohr-Unterdruck übersteigt. Da jedoch bei maximalen Drehzahl und Belastung eine Abgasrückführung nichti erwünscht ist, schließt der Steuerbund 94 bei einer übel' einen vorbestimmten Betrag hinausgehenden Öffnungs| bewegung des Steuerventils 56 wieder die Verbindung zwischen den Kanälen 46 und 48. Jj

Bei einer Abgasrückführung gemäß der Erfindung wird somit bei höheren Drehzahlen und höheren Belastung ein höherer Prozentsatz an Abgasrückfühl rung erzielt, ohne daß hierdurch das Betriebsverhalten des Verbrennungsmotors beeinträchtigt wird. Dabei wird im Leerlauf keine Abgasrückführung vorgenom| men, bei niedrigen Drehzahlen und geringer Belastung! nur eine geringe Abgasrückführung vorgenommen, bei höheren Drehzahlen und hoher Belastung eine maximal Ie Abgasrückführung vorgenommen, während bei maximaler Drehzahl und maximaler Belastung wieder! keine Abgasrückführung vorgenommen wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Steuerventil für eine Abgasrückführeinrichtung für Verbrennungsmotoren mit einem Vergaser, dessen Ansaugkanal einen Venturiabschnitt und eine Drosselklappe aufweist und mit einer Verbindung zwischen dem Auspuffrohr und dem Ansaugrohr, das von dem an einer Abnahmestelle unterhalb der geschlossenen Drosselklappe herrschenden Ansaugrohr-Unterdruck beaufschlagt ist und bei einem bestimmten Unterdruck öffnet und bei übermäßig hohem und bei niedrigem Unterdruck schließt, wobei ein der Drehzahl des Verbrennungsmotors proportionaler Venturi-Unterdruck verstärkt auf das Steuerventil einwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventil (56) durch die Differentialkraft zwischen dem auf eine Membrane (66) zwischen einer Ansaugrohr-Unterdruckkammer (70) und einer Umgebungsdruckkammer (68) einwirkenden Ansaugrohr-Unterdruck (26) und dem auf eine größere Membrane (79) zwischen einer Venturi-Unterdruckkammer (80) und einer Umgebungsdruckkammer (82) einwirkenden Venturi-Unterdruck (28) beaufschlagt wird, wobei die Venturi-Unterdruckkammer (80) und die Ansaugrohr-Unterdruckkammer (70) einander benachbart angeordnet und durch eine dritte Membrane (86) voneinander getrennt sind und sämtliche Membranen (66, 79,86) mit dem Schaft (88) des Steuerventils (56) verbunden sind, das mit Steuerbünden (92,94) versehen ist, von denen der eine (92) bei einer die vom Ansaugrohr-Unterdruck (26) ausgeübte Kraft übersteigenden, vom Venturi-Unterdruck (28) ausgeübten Kraft die Verbindung zwischen dem Auspuffrohr (Kanal 46) und dem Ansaugrohr (Kanal 48) öffnet und von denen der andere (94) bei einer über einen vorherbestimmten Betrag hinausgehenden Öffnungsbewegung des Steuerventils (56) diese Verbindung wieder schließt.