DE2451148A1

DE2451148A1 - Abgasrueckfuehreinrichtung bei verbrennungsmotoren

Info

Publication number: DE2451148A1
Application number: DE19742451148
Authority: DE
Inventors: Roy E Diehl
Original assignee: Ford Werke GmbH
Current assignee: Ford Werke GmbH
Priority date: 1973-11-05
Filing date: 1974-10-28
Publication date: 1975-05-07
Also published as: GB1445933A; JPS5411852B2; DE2451148C3; US3885537A; JPS5074025A; DE2451148B2; CA1020827A; AU7396974A

Description

Abgasrückführeinrichtung bei Verbrennungsmotoren

Die Erfindung bezieht sich auf eine Abga srückführ einrichtung bei Verbrennungsmotoren mit einem Vergaser, dessen Ansaugkanal einen Venturiabschnitt und eine Drosselklappe aufweist und mit einer Verbindung zwischen dem Auspuffrohr und dem Ansaugrohr, die über ein vom An saug rohr-Unterdruck beaufschlagtes Steuerventil bei hohem Unterdruck geöffnet und bei geringem Unterdruck geschlossen wird.

Abgasrückführeinrichtungen der eingangs genannten Art sind bekannt und werden zu dem Zweck vorgesehen, den Ausstoß von unverbrannten Kohlenwasserstoffen und von Stickoxyden zu verringern. Solche Abgasrückführeinrichtungen weisenim allgemeinen ein federbelastetes Ventil auf, das vom Ansaugrohr-Unterdruck beaufschlagt wird und eine unerwünschte Abgasrückführung bei bestimmten Betriebszuständen des Verbrennungsmotors, wie z. B. im Leerlauf oder bei Vollast verhindert. Eine solche Steuerung der Abgasrückführung ist auch vom Standpunkt der Abgasverbesserung erwünscht, da im Leerlauf eine Abgas-Spülung unwirksam ist und bei Vollast die Abgabe der höchsten Leistung durch das Vorhandensein von Sauerstoff begrenzt ist.

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Sitz der Gesellschaft: Köln - Registergericht Köln, HRB 84 - Vorsitzender des Aufsichtsrafes: Hans Schaberger

Vorstand : Robert A. Lutz, Vorsitzender · Horst Bergemann Franz J. Bohr · Waldemar Ebers ■ Charles W. Flynn ■ Wilhelm Inden · Alfred Langer

Stellvertretend : Paul A. Guckel · Hans-Joachim Lehmann

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Abgasrückf(ihreinrichtung der eingangs genannten Art derart zu verbessern, daß eine feinere Steuerung der Abgasrückführung und insbesondere eine bessere Abhängigkeit von der Belastung des Motors bei bestimmten Betriebszuständen erzielt wird.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgäbe gelöst, indem eine Abgasrückfuhreinrichtung der eingangs genannten Art die in den Patentansprüchen aufgezeigten Merkmale aufweist.

Durch die erfindungsgemäße Abgasrückf uhr einrichtung wird eine Verbesserung des Betriebsverhaltens des Motors erzielt, indem die Abgasrückführung bei geringer Belastung, wie sie z. B. zur Vermeidung von Stickoxyden erforderlich ist, im allgemeinen geringer als bisher üblich ist.

Die Erfindung wird anhand eines in der beiliegenden Zeichnung gezeigten Ausführungsbeispieles näher erläutert.

Fig. 1 zeigt einen vertikalen Schnitt durch Teile eines Vergasers und eines Verbrennungsmotors, an dem die verbesserte Regeleinrichtung gemäß der Erfindung angewendet ist.

Fig. 2 zeigt einen horizontalen Schnitt entlang der Linie 2-2 in Fig. 1. durch

ftthrdas Abgasrück Steuerventil.

Fig. 3 zeigt ein Schaltschema der erfindungsgemäßen verbesserten Regeleinrichtung.

Fig. 1 zeigt einen Teil 10 der Hälfte eines bekannten Fallstrom-Doppelvergasers. Dieser weist einen Ansaugtrichter 12, einen Hauptteil 14 und einen Drosselklappenteil 16 auf.

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Der Vergaser weist die üblichen Ansaugkanäle 18 auf, die an ihren oberen Enden 20 mit dem Reinluftraum eines herkömmlichen Luftfilters verbunden sind. Die Ansaugkanäle 18 weisen herkömmliche Ventüriabschnitte 22 von gleichbleibendem Querschnitt auf, in denen bekannte Ver Stärkung s ven tür iteile 24 angeordnet sind, in denen auch die Haupttreibstoff düsen (nicht gezeigt) angeordnet sind.

Der Durchsatz von Luft und Treibstoff durch die Ansaugkanäle 18 wird hierbei jeweils durch eine Drosselklappe 26 gesteuert, die an Drosselklappen.=, wellen 28 drehbar im Vergasergehäuse gelagert sind.

Der Drosselklappenteil 16 des Vergasers ist mit einem Flansch versehen, mit dem er am Ansaugrohr 30 des Verbrennungsmotors unter Zwischenschaltung eines Zwischenflansches 32 befestigt ist. Das Ansaugrohr 30 weist eine Anzahl von vertikalen Kanälen 34 auf, die mit den unteren Enden der Ansaugkanäle 18 des Vergasers verbunden sind. Die vertikalen Kanäle 34 sind an ihren unteren Enden mit horizontal wegführenden Kanälen 36 verbunden, die zu den Einlaßventilen des Verbrennungsmotors führen.

Das Auspuffrohr des Verbrennungsmotors ist bei 38 angedeutet und weist einen Abga sr ückfuhr kanal 40 auf, der vom eigentlichen Auspuffkrümmer (nicht gezeigt) nach unterhalb des Ansaugrohres 30 führt, um eine Vorwärmung des durch die horizontalen Kanäle 36 strömenden Treibstoff-Luft-Ge^ misches zu erzielen.

Wie am besten aus Fig. 2 zu ersehen ist, ist der Zwischenflansch 32 mit einem Ausschnitt 42 versehen, der über eine Bohrung 44 mit dem Abgasrückführkanal 40 verbunden ist.

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Mit dem Ausschnitt42 ist weiterhin ein Kanal 46 verbunden, der über ein Steuerventil 56 geöffnet oder geschlossen werden kann und über eine 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 Abgasrückführung vorzunehmen, um bei bestimmten Betriebszustanden des Verbrennungsmotors eine unerwünschte Abgasrückführung zu verhindern. Zu diesem Zweck ist der Kanal 46 mit dem Steuerventil 56 ver* sehen, das über ein Unterdruckservo 58 in Abhängigkeit vom Ansaugkanal-Unterdruck betätigbar ist.

Das Unterdruckservo 58 besteht aus einem äußeren, hohlen Gehäuse 64, in dem eine flexible Membrane 66 angeordnet ist. Die flexible Membrane 66 unterteilt das Innere des Gehäuses 64 in eine Atmosphärendruckkammer 68 und eine Unterdruckkammer 70. Die Atmosphärendruckkan-fer 68 ist über eine Öffnung 72 mit der Umgebungsatmosphäre verbunden, während die Unterdruckkammer 70 über eine Leitung 74 mit dem Ansaugkanal-Unterdruck verbunden ist. Der Schaft 75 des Steuerventiles 56 ist über ein Paar Scheiben 76 mit der flexiblen Membrane 66 verbunden. Eine der Scheiben 76 wirkt gleichzeitig als Federteller für eine Druckfeder 77, die das Steuerventil 56 normalerweise in eine geschlossene Lage drückt. Der Schaft 75 des Steuerventiles 56 ist hierbei abgedichtet durch die die Kammer 54 abschließende Deckplatte 78 durchgeführt.

Wie aus Hg- 1 zu ersehen ist, ist der Vergaser mit einer An saug skanal-Unterdrucköffnung 80 versehen, die oberhalb der geschlossenen Drosselklappe 26 angeordnet ist. Bei einer Öffnungsbewegung der Drosselklappe 26 überstreicht die Kante der Drosselklappe die Ansaugkanal-Unterdrückeffnung 80,

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so daß der Ansaugkanal-Unterdruck an der öffnung 80 zwischen dem Atmospär endruck bei geschlossener Drosselklappe und dem An saugrohr-Unterdruck bei voll geöffneter Drosselklappe variiert. Die An saugkanaV Unter drucköffnung 80 ist mit einer Leitung 86 verbunden.

Die Leitung 86 ist über eine erfindungsgemäße Regeleinrichtung mit der Leitung 74 verbunden, die zum Abgasrückführ-Steuerventil 56 führt.

Eine Ansaugrohr-Unterdrucköffnung 120 ist unterhalb der geschlossenen Drosselklappe 26 angeo rdnet und ist über eine Leitung 118 , die parallel zur Leitung 86 verläuft, mit einem erfindungsgemäßen Regulier ventil 84 verbunden. Die Leitung 86 ist mit einer Drosselstelle 90 versehen und die Leitung 118 ist mit einer Drosselstelle 92 versehen und beide Drosselstellen 90 und 92 sind über eine Leitung 94 verbunden, die in Verbindung mit der . Leitung 74 zum Steuerventil 56 steht.

Das Regulierventil 84 ist hierbei stromabwärts der Drosselstelle 92 angeordnet. Das Regulierventil 84 besteht aus einem Gehäuse 98, dessen Inneres durch eine flexible Membrane 104 in zwei Kammern 100 und 102 aufgeteilt ist. Der untere Gehäuseteil ist hierbei mit zwei Atmosphärendruckkanälen 106 und 108 versehen. Der Atmosphärendruckkanal 108 ist an seinem inneren Ende mit einem konischen Ventilsitz 110 versehen, der mit der flexiblen Membrane 104 zusammenwirkt, um den Atmosphärendruckkanal 108 wahlweise abzuschließen. Eine Druckfeder 112 ist hierbei zwischen einer Scheibe 114 an der flexiblen Membrane 104 und zwischen einem einstellbaren Anschlag 116 angeordnet. Über den einstellbaren Anschlag 116 kann die Vorspannung der Druckfeder 112 auf einen gewünschten Wert eingestellt werden.

Das Regulier ventil 84 steuert die Zufuhr von Atmosphär endruck in die Ansaugkanal-Unterdruck führende Leitung 94 in Abhängigkeit vom An saugrohr-Unterdruck.

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Die Kammer 100 des Regulierventiles 84 steht hierbei über die Leitung 118 mit der An saugrohr-Unter drucköffnung 120 in Verbindung. Der eine Atmösphärendruckkanal 106 steht hierbei mit der Umgebungsatmosphäre in Verbindung, während der andere Atmösphärendruckkanal 108 mit der Drosselstelle 92 verbunden ist. Die Kraft der Druckfeder 112 wird z. B. so gewählt, daß die flexible Membrane 104 solange gegen den Ventilsitz 110 liegend gehalten wird, bis der Ansaugrohr-Unterdruck über einen Wert von 236 mbar ansteigt. Übersteigt der Ansaugrohr-Unterdruck den Wert von 236 mbar, so öffnet die flexible Membrane 104 die Verbindung zwischen dem ersten Atmösphärendruckkanal 106 und dem zweiten Atmösphärendruckkanal 108.

Daher wird, sobald der Ansaugrohr-Unterdruck hoch genug ist, d.h. über einen Wert von 236 mbar liegt, wie es z. B. bei rascher flüssiger Fahrt der Fall ist, die flexible Membrane 104 die Verbindung zwischen dem Atmösphärendruckkanal 106 und dem Atmösphärendruckkanal 108 öffnen. Atmosphärendruck aus dem Kanal 106 gelangt somit über den Kanal 108 und die Drosselstelle 92 in die Leitung 94 und schwächt den Ansaugkanal-Unterdruck in der Leitung 74 ab. Der Ansaugkanal-Unterdruck, wie er an der Öffnung 80 herrscht, wird in seiner vollen Höhe über die Leitung 86 weitergeleitet, bis er an der Drosselstelle 90 infolge der Zufuhr von Atmosphärendruck in die Leitung 94 abgeschwächt wird.

Die Höhe des Ansaugkanal-Unter druckes in der Leitung 74 ist somit proportional der Größen der Drosselstellen 90 und 92 abgeschwächt, deren Größen entsprechend ausgewählt werden, um einen erwünschten Wert des Ansaugkanal-Unterdruckes zu erzielen. Weisen z. B. die beiden Drosselstellen 90 und 92 gleiche Größe auf, so wird der Ansaugkanal-Unterdruck in der Leitung 74 etwa-auf die Hälfte des Ansaugkanal-Unterdruckes an der Öffnung 80 im Vergaser abgeschwächt. Weist die Drosselstelle 90 einen Querschnitt auf, der zweimal so groß ist wie der Querschnitt der Drosselstelle 92, so wird

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der Ansaugkanal-Unterdruck in der Leitung 74 etwa auf 2/3 des Ansaugkanal-Unterdruckes an der öffnung 80 abgeschwächt.

Liegt der An saug rohr-Unter druck unter einem Wert von 236 mbar, so bleibt die flexible Membrane 104 in ihrer geschlossenen Lage und unterbindet somit eine Zufuhr von Atmosphärendruck über die Kanäle 106 und 108 und die Drosselstelle 92 in die Leitung 94, wodurch in der Leitung 74 die volle Höhe des Ansaugkanal-Unter druckes aufrecht erhalten bleibt. Die Verzögerung eines Unter druckaufbaue s am Steuerventil 56 infolge der Drosselstelle 90 ist verhältnismäßig gering, z. B. weniger als l/2 Sekunde. Um jedoch diese Verzögerung während eines Schließen des Abgasrückführ-Steuerventiles 56 zu vermeiden, ist parallel zur Drosselstelle 90 eine Umgehungsleitung 122 vorgesehen, in der ein Einwegventil 124 angeordnet ist, das eine Störung ermöglicht,
sobald der Druck an der Ansaugkanal-Unterdrucköffnung 80 höher ist als am Steuerventil 56. Dies ist erwünscht, so daß das Abgasrückführ-Steuerventil 56 z. B. bei Verzögerungen des Fahrzeuges schneller schließt.

Gemäß der Erfindung wird somit der Ansaugkanal-Unterdruck an der öffnung 80 im Vergaser bei bestimmten Betriebszuständen des Verbrennungsmotors abgeschwächt. Dies ergibt eine Verbesserung des Betriebsverhaltens des Verbrennungsmotors, während ein vorgegebener Wert an Stickoxyden eingehalten wird, da das Volumen der Abgasrückführung,wie es durch den Ansaugkanal-Unterdruck während Teillast oder rascher flüssiger Fahrt angezeigt wird, normalerweise wesentlich höher ist als es für die Einhaltung eines vorbestimmten Wertes von Stickoxyden in den Abgasen erforderlich ist. Andererseits könnte bei Beibehaltung des vollen Ansaugkanal-Unter druckes der Wert von Stickoxyden in den Abgasen verringert werden, während ein gegebenes Betriebsverhalten des Verbrennungsmotors beibehalten wird.

Im Betrieb des'Verbrennungsmotors wird im Leerlauf und bei Verzögerungen US-569 / 14. Oktober 1974 _ 8 -

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die Drosselklappe im wesentlichen geschlossen, so daß keine Abgasrückführung erfolgt, da an der Ansaugkanal -Unterdrucköffnung 80 im wesentlichen Atmosphärendruck herrscht. Dieser wird über die Leitung 74 zum Steuerventil 56 geführt und hält dieses geschlossen. Der An saugrohr-Unterdruck liegt hierbei über 236 mbar, so daß die Verbindung zwischen dem Kanal 106 und dem Kanal 108 geöffnet wird. Dies hat jedoch keinerlei Auswirkung auf das Steuerventil 56, da in der Leitung 74 bereits Atmosphärendruck herrschtr

Nehmen wir nun an, die Drosselklappe 26 wird leicht geöffnet, um eine leichte Beschleunigung des Kraftfahrzeuges zu erzielen. Der Ansaugrohr-Unterdruck wird hierbei höchstwahrscheinlich nicht unter einen Wert von 236 mbar abfallen. Daher wird das Reguli er ventil 84 offen bleiben, so daß Atmosphärendruck über die Kanäle 106 und 108 und die Drosselstelle 92 in

sich

die Leitung 74 gelangen kann. Zu diesem Zeitpunkt wird der Ansaugkanal-Unterdruck an der Öffnung 80 durch das Vorbeistreichen der Kante der Drosselklappe auf einen Wert zwischen dem Atmosphär en druck und dem Ansaugrohr-Unterdruck einstellen. Dieser Ansaugkanal-Unterdruck wird somit durch die Zufuhr von Atmosphärendruck abgeschwächt, so daß zur Betätigung des Abgasrückführ-Steuerventiles 56 nur ein geringerer Unterdruck zur Verfügung steht, wodurch entsprechend der geringen Belastung auch nur eine geringe Abgasrückführung durchgeführt wird.

Während stärkerer Beschleunigung des Kraftfahrzeuges wird die Drosselklappe verhältnismäßig schnell in ihre voll geöffnete Stellung gebracht, wodurch der Ansaugrohr-Unterdruck unter einen Wert von 236 mbar abfällt. Dementsprechend wird das Regulierventil 84 die Verbindung zwischen den Kanälen 106 und 108 schließen und die Zufuhr von Atmosphärendruck über die Drosselstelle 92 in die Leitung 74 sperren. Somit bleibt der Ansaugkanal-Unterdruck in der Leitung 74 auf seinem vollen Wert, was eine entsprechend stärkere Öffnung des Abgasrückführ-Steuerventiles 56 und damit

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eine entsprechend der größeren Belastung größere Abgasrückführung bewirkt.

Bei einem Betrieb des Verbrennungsmotors mit voll geöffneter Drosselklappe wird der Ansaugrohr-Unterdruck bis nahezu auf Null abfallen. Damit herrscht an der Ansaugkanal-Unterdrucköffnung 80 ebenfalls nahezu Atmosphärendruck, so daß das Abgasrückführ-Steuerventil 56 geschlossen wird, obwohl das Regulierventil 84 ebenfalls geschlossenst. Dieser Zustand tritt solange auf, bis sich der Ansaugrohr-Unterdruck wieder erholt hat. Der dann an der Ansaugkanal-Unterdrucköffnung 80 wirksame Unterdruck wird hierbei solange mit seiner vollen Höhe zum Steuerventil 56 weitergeleitet, bis der Ansaugrohr-Unterdruck einen Wert von 236 rnbar übersteigt, bei dem wieder ein Abschwächen des Ansaugkanal-Unterdruckes über das erfindungsgemäße Reguli er ventil 84 erfolgt.

Während Verzögerungen öffnet das Einwegventil 124 sobald der Druck an der Ansaugkanal-Unterdrucköffnung 80 höher ist als am Steuerventil 56. Dies ist erwünscht, um zu diesem Zeitpunkt ein schnelles Schließen des Abgasrückführ-Steuer ventiles 56 zu erzielen, da in diesem Augenblick keine Notwendigkeit für eine Abgasrückführung zur Reduzierung von Stickoxyden vorhanden ist. Während Verzögerungen gibt der \^)rerbrennungsmotor keine Leistung ab und erzeugt dementsprechend keine Stickoxyde. Das Treib stoff-Luft-Gemisch ist während Verzögerungen bereits extrem mager und dementsprechend würde eine zusätzliche Abgasrückführung nur eine vollständige Verbrennung verhindern.

Aus dem Vorhergegangenen ist zu ersehen, daß die Erfindung eine Abgasrückführeinrichtung schafft, die eine Abgasrückführung in genauerer Abhängigkeit von der Belastung des Verbrennungsmotors steuert, insbesondere um bei geringer Belastung eine geringe Abgasrückführung und bei großer Be-

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lastung eine größere Abgasrückführung zu erzielen. Gleichzeitig wird bei Vollast, bei der der An saugrohr-Unterdruck abfällt, eine Abgasrückführung unterbunden.

Die Erfindung wurde anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles beschrieben. Es ist klar, daß die verschiedensten Änderungen durchgeführt werden können, ohne daß hierdurch der Erfindungsgedanke verlassen wird. So kann selbstverständlich die Vorspannung der Durckfeder am Regulierventil entsprechend variiert werden, um verschiedene Betriebscharakteristiken zu erzielen. Ebenso kann die Arisaugkanal-Unterdrucköffnung
nicht wie gezeigt nach oberhalb der geschlossenen Drosselklappe sondern weiter oberhalb derselben angeordnet werden, um z. B. eine erwünschte Verzögerung beim Aufbau des Ansaugkanal-Unterdruckes zu erzielen.

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Claims

Patentansprüche

1. j Abgasrückftthr einrichtung bei Verbrennungsmotoren mit einem Vergaser, dessen Ansaugkanal einen Venturiabschnitt und eine Drosselklappe aufweist und mit einer Verbindung zwischen dem Auspuffrohr und dem Ansaugrohr, die über ein vom Ansaugrohr-Unterdruck beaufschlagtes Steuerventil bei hohem Unterdruck geöffnet und bei geringem Unterdruck geschlossen wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventil (56, 58) über eine Leitung(74, 86) mit einer Ansaugkanal-Unterdrucköffnung (80) verbunden ist, die oberhalb der geschlossenen Drosselklappe (26) angeordnet ist und in der Leitung (74, 86) eine Regeleinrichtung angeordnet ist, über die der Ansaugkanal-Unterdruck variabel abschwächbar ist und wobei die Regeleinrichtung ein Regulierventil (84) aufweist, das in Abhängigkeit von der Belastung des Motorsbei bestimmten Betriebszuständen den Ansaugkanal-Unterdruck in der Leitung (74^ 86) durch Zufuhr von Atmosphärendruck abschwächt.

2. Abgasrückführ einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Leitung (74, 86) von der Ansaugkanal-Unterdrucköffnung (80) zum Steuerventil (56, 58) eine Drosselstelle (90) und in einer parallel hierzu verlaufenden Leitung (118) von der Ansaugrohr-Unterdrucköffnung (120) zum Regulierventil (84) eine Drosselstelle (92) angeordnet ist und beide Drosselstellen (90 und 92) über eine Leitung (94) miteinander verbunden sind und das Reguli er ventil (84) stromabwärts der Drosselstelle (92) entfernt vom Steuerventil (56, 58) angeordnet ist.

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3. Abgasrückführeinrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Regulierventil (84) einen Atmosphärendruckkanal (106, 108) und eine flexible Membrane (104) aufweist, die über eine Druckfeder (112) in eine den Atmoephärendruckkanal (106, 108) schließende Lage drückbar und über den an einer Seite einwirkenden An saugrohr-Unter drück bei Überschreitung eines vorbestimmten Wertes in eine den Atmosphärendruckkanal (106, 108) öffnende Lage bringbar ist.

4. Abgasrückführ einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zur Drosselstelle (90) eine Umgehungsleitung (122) vorgesehen ist, in der ein Einwegventil (124) angeordnet ist, das öffnet, sobald der Druck an der Ansaugkanal-Unterdrucköffnung (80) höher als am Steuerventil (56, 58) ist.

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