DE2534730B2 - Abgasrückführanordnung für eine Brennkraftmaschine - Google Patents
Abgasrückführanordnung für eine BrennkraftmaschineInfo
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Description
Eine Abgasrückführanordnung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art ist aus der DE-OS
00 083 bekannt. Das Ventil zum Steuern der Strömungsgröße der zurückgeführten Abgase wird mit
Hilfe eines Strömungsmittels gesteuert dessen Arbeitsdruck wiederum von einem Regler gesteuert wird. Zu
diesem Zweck ist eine Steuereinrichtung vorgesehen, die auf den Druck in der Ansaugleitung anspricht, um
ein dem Regler zugeführtes Strömungsmittelsignal zu modifizieren. Dadurch soll eine jeweils gewünschte so
Volumenmenge der Abgase durch das Ventil hindurch unabhängig von der jeweils herrschenden Druckdifferenz
zwischen dem Druck der abgegebenen Abgase und dem Druck in der Ansaugleitung an diese gegeben
werden. Jedoch ist eine solche Steuerung des Ventils konstruktiv aufwendig und infolge der unterschiedlichen
Druckdifferenzen immer noch nicht ausreichend genau.
Aus der US-PS 25 70 629 ist es in Verbindung mit Düsentriebwerken bekannt, eine konvergierende und
anschließend divergierende Düse zu benutzen, in der konzentrisch und in Axialrichtung beweglich ein
Drosselkörper vorgesehen ist, der je nach seiner axialen Lage den Ringquerschnitt an der Einschnürung der
Düse verändert. Dieses Düsentriebwerk dient dazu, die Austrittsgeschwindigkeit der Antriebsgase erheblich
größer als die des mit dem Düsentriebwerk ausgerüsteten Flugkörpers zu machen, so daß sie gewöhnlich
oberhalb der Schallgeschwindigkeit oder aber mindestens in der gleichen Größenordnung wie diese liegen
soll. Die Größe des Ringquerschnitts an der Einschnürung der Düse wird daher geändert um die Austrittsgeschwindigkeit
der Gase an die des Flugkörpers zum Zwecke eines optimalen Antriebswirkungsgrades anzupassen.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Abgasrückführanordnung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten
Art so weiterzubilden, daß eine Steuerung der Strömungsgröße der zurückgeführten Abgase unabhängig
von dem jeweils herrschenden Druckunterschied zwischen dem Druck der abgegebenen Abgase und dem
Druck in der Ansaugleitung gewährleistet ist
Bei einer Abgasrückführanordnung der genannten Art ist diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil
des Patentanspruchs 1 genannten Merkmale gelöst.
Mit Hilfe des in dieser besonderen Weise ausgebildeten Ventils der erfindungsgemäßen Abgasrückführanordnung
ist es möglich, die Strömungsgröße der zurückgeführten Abgase genau zu steuern, wobei ein
nur vernachlässigbarer Einfluß der Druckdifferenz zwischen dem Ansaugdruck und dem Abgasdruck
auftritt. Das Ventil zeigt daher eine lineare Kennlinie über einen weiten Bereich der Betriebszustände der
Brennkraftmaschine. Selbstverständlich wird dieser Vorteil nur erreicht, wenn die Strömung an der
Einschnürung der Düse Schallgeschwindigkeit erreicht,
wobei ein kritischer Wert 4er Druckdifferenz zwischen
Einlaß und Auslaß der Pilse erforderlich ist, wro eine
solche Strömung mit Schallgeschwindigkeit zu erreichen.
Dieser kritische Wert soll relativ klein sein, um den Bereich der Betriebszust&nde der Brennkraftmaschine
möglichst groß zu machen, bei dem das Ventil eine
lineare Kennlinie zeigt Bei Brennkraftmaschinen for Kraftfahrzeuge kann dieses erreicht werden, wenn der
kritische Wert der Druckdifferenz bei etwa 120 mm Hg
liegt
Der Winkel« der Seitenfläche des Ventilkörpers mit
der Innenwandfläche des divergierenden Abschnittes der Düse bestimmt den kritischen Wert der Druckdifferenz,
Es wurde festgestellt daß der kritische Wert bis auf etwa 120 mm Hg herabgesetzt werden kann, wenn
der Winkel oc innerhalb eines Bereiches von 7° bis 10°
liegt Eine Strömung mit Schallgeschwindigkeit wird dagegen selbst dann nicht erreicht wenn die Druckdifferenz
120 nun Hg erreicht jedoch der Winkel et größer als 10" oder kleiner als 7° ist So liegt der kritische Wert
z. B. bei 150 mm Hg, wenn der Winkel» gleich etwa 2°
oder etwa 15° ist
Die erfindungsgemäße Abgasrückführanor^nung arbeitet
daher oberhalb eines kritischen Wertes für die Druckdifferenz von etwa 120 mm Hg unabhängig von
der in Abhängigkeit des jeweiligen Betriebszustandes der Brennkraftmaschine auftretenden Druckdifferenz
zwischen dem Druck der Abgase und dem in der Ansaugleitung herrschenden Druck, so daß damit auch
annähernd unabhängig von den jeweiligen Betriebszuständen der Brennkraftmaschine eine jeweils gewünschte
Menge an Abgasen an die Ansaugleitung durch eine entsprechende Steuerung des Ventils zurückgeführt
werden kann.
Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Bevorzugte Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden anhand der Zeichnung erläutert Es zeigt
F i g. 1 einen ausschnittsweisen Längsschnitt durch die Rückführleitung der erfindungsgemäßen Anordnung
mit einer Düse und einem Ventilkörper,
Fig.2 einen Querschnitt durch eine ähnliche
Rückführleitung, die eine Vorrichtung zur Verhinderung von Ansammlungen kohlenstoffhaltiger Ablagerungen
auf der Oberfläche des Ventilkörpers enthält,
Fig.3 eine Darstellung der Düse und des Ventilkörpers
gemäß F i g. 1 zur Erläuterung der Beziehungen zwischen den Stellungen des Ventilkörpers und der
Querschnittsfläche der Rückführleitung in der Einschnürung der Düse,
Fig.4 ein Blockschahbild der Einrichtung zum
Bewegen des Ventilkörpers gemäß F i g. 1,
F i g. 5 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen
Abgasrückführanordnung,
F i g. 6 eine vergrößerte, ausschnittsweise Darstellung
der Anordnung gemäß Fig.5 zur Erläuterung der
Winkelbeziehung zwischen dem divergierenden Abschnitt der Düse und dem Ventilkörper,
F i g. 7 eine im Prinzip der F i g. 6 ähnliche Darstellung, die jedoch eine umgekehrte Ventilsitzanordnung
zeigt
Fig.8 ein Diagramm, das den Einfluß des Druckunterschiedes
zwischen dem Druck am Einlaß und dem Druck am Auslaß der Düse gemäß F i g. 6 auf die Menge
des rückgeführten Abgases in der Anordnung nach F i g. 5 zeigt
In F i g. 1 ist eine Rückführleitung 10 dargestellt die von einer nicht dargestellten Abgasleitung einer
Brennkraftmaschine abzweigt und in einem Abschnitt der Ansaugleitung, beispielsweise in einem nicht
dargestellten Saugrohr, mündet in einem- dazwischenliegenden
Abschnitt weist die Rflckfuhrieitung 10 eine konvergierende und dann divergierende Düse 12 auf.
Gewöhnlich nimmt die Geschwindigkeit einer Fluidströmung
durch ein Rohr bei abnehmender Querschnittsfläcbe des Rohres entsprechend der Kontinuitätsgleichung
zu. sofern die Strömung mit Unterschallgeschwindigkeit
erfolgt Wenn jedoch die Fluidströmung mit Oberschallgeschwindigkeit erfolgt nimmt die
Fluidgeschwindigkeit bei abnehmender Querschnittsfläche des Rohres ab, bis die Strömung in einem
bestimmten Querschnitt in Schallgeschwindigkeit erfolgt Im letzteren Fall wird der Massendurchfluß der
Fluidströmung allein durch die Querschnittsfläche des Querschnitts bestimmt in dem die Strömung mit
Schallgeschwindigkeit erfolgt
Die Düse 12 ist in bekannter Weise so geformt daß die Geschwindigkeit der Strömung des rückgeführten
Abgases, die durch einen Pfeil A in F \ ^. 1 angedeutet ist
in einem konvergierenden Abschnitt I^ der Düse 12
zunehmen kann, bis sie im engsten Querschnitt d. h. der
Einschnürung 16, gleich der Schallgeschwindigkeit wird. Ein sich anschließender Abschnitt 18 der Düse 12
divergiert so daß die Abgasströmung in diesem Abschnitt 18 mit Überschallgeschwindigkeit erfolgt und
die Geschwindigkeit gewöhnlich einen Größtwert erreicht bevor die Strömung einen Auslaß 22 der Düse
12 erreicht Das Abgas wird dann durch den restlichen Abschnitt der Rückführleitung 10 stromab der Düse 12
in das Saugrohr eingesaugt Diese Strömung ist ebenfalls in F i g. 1 durch einen Pfeil B angedeutet Die
Düse 12 hat einen kreisförmigen Querschnitt und der Einlaß 20, die Einschnürung 16 und der Auslaß 22 haben
jeweils geeignet bemessene Querschnittsflächen, wobei die Bemessung auf den erwarteten Drücken am Einlaß
und am Auslaß basiert und so erfolgt daß in der Einschnürung 16 Strömung mit Schallgeschwindigkeit
erreicht wird.
In der Leitung 10 ist ein konischer Ventilkörper 24 angeordnet Der dünnere Abschnitt des Ventilkörpers
24 tritt in die Düse 21 am Einlaß 20 zum konvergierenden Abschnitt 14 ein und ragt bis in den divergierenden
Abschnitt 18, wobei er durch die Einschnürung 16 mit einem gewissen Zwischenraum hindurchgeht Alemativ
kann der konische Ventilkörper 24 umgekehrt zu der in F i g. 1 dargestellten Weise abgeschrägt sein. Der
Ventilkörper 24 ist koaxial zur Düse 12 angeordnet und in beiden Richtungen axial bewegbar. Auf diese Weise
kann die wirksame Querschnittsfläche der Einschnürung der Düse 12 bzw. die kleinste Querschnittsfläche der
Leitung 10 durch axiale Verschiebung des Ventilkörpers 24 verändert werden.
Wenn die Abgasströmung im divergierenden Ab« schnitt 18 der Düse 12 mit Überschallgeschwindigkeit
erfolgt hat die Strömung in der Einschnürung 16 Schallgeschwindigkeit, selbst wenn die wirksame Fläche
der Einschnürung durch Verschiebung des Ventilkörpers 24 verändert wird. Demzufolge ist der Massendurchfluß
des Abgases durch die Düse 12 allein eine lineare Funktion der wirksamen Fläche der Einschnürung,
wobei er nicht von der Druckdifferenz zwischen dem Einlaßdruck und dem Auslaßdruck abhängt.
Demzufolge kann die Menge des rückgeführten Abgases genau in Beziehung zur Stellung des Ventilkörpers
24 bzw. zur Strecke, über die der Ventilkörper 24 verschoben wird, gesteuert werden.
Wenn der Ventilkörper 24 längere Zeit im Einsatz gewesen ist, kann es auf seiner Oberfläche zur
Ablagerung von kohlenstoffhaltigen Teilchen kommen, die im Abgas enthalten sind. Solche Ablagerungen
bewirken eine unerwünschte Zunahme der wirksamen Querschnittsfläche eines beliebigen Abschnitts des
Ventilkörpers 24 und können dazu führen, daß der tatsächliche Wert der wirksamen Querschnittsfläche
der Einschnürung vom gewünschten Wert abweicht. Vorzugsweise ist der Ventilkörper 24 mit einer ι ο
Reinigungseinrichtung versehen, die eine Ansammlung kohlenstoffhaltiger Ablagerungen auf dem Ventilkörper
verhindert. Bei der in F i g. 1 dargestellten Ausführungsform sind mehrere Abstreifelemente 28, die im
Querschnitt bogenförmig und in Seitenansicht kegel- r>
stumpfförmig ausgebildet sind, auf der Oberfläche des
Ventilkörpers 24 in einem Abschnitt angeordnet, der sich dicht beim Einlaß der Düse 12 befindet. Zu jedem
Abstreifelement 28 gehört ein Schaft 30, der senkrecht zur Längsachse des Ventilkörpers 24 verläuft und aus :n
der Rückführleitung 10 herausragt und in ein Gehäuse 32 führt, das an der Wand der Rückführleitung 10
angebracht ist. Im Gehäuse 32 befinden sich eine Druckfeder 34 und ein Kolben 36, die so angeordnet
sind, daß die Federkraft über den Kolben 36 in 2ί
Axialrichtung auf den Schaft 30 wirkt. Das Abstreifelement 28 hat im Querschnitt einen Krümmungsradius,
der einem mittleren Radius des Ventilkörpers 24 in einem mittleren Bereich entspricht, der bei einer
Verschiebung des Ventilkörpers 24 in Berührung mit den Abstreifelementen 28 steht. Die Innenseite eines
jeden Abstreifelementes 28 ist mit einer Schicht 38 bedeckt, die aus einem Material mit elastischen
Eigenschaften und Gleiteigenschaften, beispielsweise einem Polytetrafluoräthylenharz, besteht, damit ein
Verschleiß des Ventilkörpers 24 durch Reibung verhindert wird. Die Kraft der Druckfedern 34 ist so
eingestellt, daß sich jedes Abstreifelement 28 bei einer axialen Verschiebung des Ventilkörpers 24 in senkrechter
Richtung bewegt und in Kontakt mit dem Ventilkörper 24 bleibt, so daß die meisten der auf der
Oberfläche des Ventilkörpers 24 abgelagerten Feststoffteilchen abgestreift werden können. Es ist möglich,
den Ventilkörper 24 auf seinem gesamten Umfang zu reinigen, indem dafür gesorgt wird, daß der Ventilkörper
24 bei axialer Verschiebung um seine Achse gedreht wird.
F i g. 2 zeigt ein weiteres Beispiel für eine Reinigungseinrichtung
für den Ventilkörper 24. In diesem Fall dient ein ringförmiges Abstreifelement 40 aus einem biegsamen
Material mit Gleiteigenschaften, beispielsweise aus einem Polytetrafiuoräthylenharz zur Reinigung. Das
Abstreifelement 40 wird von mehreren Drähten 42, die an der Wand der Rückführleitung 10 befestigt sind, an
der gleichen Stelle wie die Abstreifelemente 28 im Falle der Ausfuhrungsform gemäß F i g. 1 in Stellung
gehalten. Das Abstreifelement 40 weist in der Mitte ein Loch 44 auf, dessen Durchmesser so bemessen ist, daß
der Ventilkörper 24 durch dieses Loch ohne Spiel hindurchpaßt Mehrere radiale Schlitze 46 erstrecken
sich über eine gewisse Länge vom Umfang des Loches 44. Daher kann das Loch 44 erweitert werden, wenn der
Ventilkörper 24 axial verschoben wird, wobei die Oberfläche des Ventilkörpers 24 vom Abstreifelement
40 überstrichen wird.
!m folgenden wird die Beziehung zwischen Änderungen
der Menge des rückgeführten, durch die Düse 12 gemäß F i g. 1 strömenden Abgases und Änderungen
der Axialstellung des Ventilkörpers 24 erläutert. F i g. 3 zeigt die Endlage des Ventilkörpers 24, die eine größte
wirksame Querschnittsfläche der Einschnürung ergibt, die V-Achse liegt in Richtung der Längsachse des
Ventilkörpers 24 und somit der Düse 12. Die Menge bzw. der Massendurchfluß des rückgeführten Abgases
ist proportional zur kleinsten Querschnittsfläche der Rückführleitung 10, die von der Einschnürung 16 der
Düse 12 und dem Ventilkörper 24 bestimmt wird. Die kleinste Querschnittsfläche 5 ergibt sich für beliebige
Stellungen des Ventilkörpers 24 auf foglende Weise. In F i g. 3 wird die Einschnürung 16 durch den Durchmesser
der Verbindungslinie M-N wiedergegeben. Von den Punkten M und N werden Lote auf die Oberfläche des
Ventilkörpers 24 gefällt, die die Oberfläche im Punkt K bzw. L schneiden und sich in einem Punkt P auf der
K-Achse treffen. Dann wird der engste Querschnitt der Rückführleitung 10 durch die Mantelfläche des Kegelstumpfes KLMN wiedergegeben. Der engste Querschnitt
liegt immer in der Ebene der Mantelfläche dieses Kegelstumpfes, wobei allerdings die Fläche 5 dieses
Querschnitts abnimmt, wenn der Ventilkörper 24 nach rechts in F i g. 3 verschoben wird. Der Punkt fhat einen
Abstand .vn von der Spitze des Ventilkörpers 24, die beim
Punkt O liegt, der den Ursprung des Koordinatensystems bildet.
Ein anderer Punkt P' liegt auf der V-Achse in einem Abstand y\ links vom Punkt P. Von diesem Punkt f'auf
die Oberfläche des Ventilkörpers 24 gefällte Lote ergeben zwei Fußpunkte K'nnd L'.
Wenn angenommen wird, daß der Ventilkörper 24 um die Strecke y\ nach rechts verschoben wird, dann
bewegt sich seine Spitze vom Ursprung O zu einem Punkt O'auf der V-Achse und erreicht der Punkt f'den
Punkt P. Auch die Punkte K'und L'werden parallel zur
V-Achse verschoben und gelangen auf die Linien MK bzw. NL und ergeben dort die Punkte K"bzw. L". Dann
wird der engste Querschnitt der Leitung 10 durch die Mantelfläche des verkürzten Kegelstumpfes K"L"NM
wiedergegeben. Es sei angenommen, daß die Einschnürung 16 eine Radius r, hat, daß die Radien des
Ventilkörpers 24 bei KL und K'L'r* bzw. /V2 betragen,
daß die Strecke PK d, beträgt, daß die Strecke PM O2
beträgt und daß die Strecke P'K' ch beträgt Dann wird die kleinste Querschnittsfläche 5b der Leitung 10 bei
einer Stellung des Ventilkörpers, in der sich größter Massendurchfluß des rezirkulierten Abgases ergibt, d. h.
in der die Spitze bei O liegt, wiedergegeben durch
d\)
Wenn der Ventilkorper um eine Strecke y\ «ach
rechts verschoben wird, wird die kleinste Querschnittsfläche der Leitung zu:
S=,t(/-, · Ck-Tv2 ■ ch) (2)
Da gilt: |
Dreiecke | OPK und | OP'K' | ähnlich | sind, |
_d3 _ rr: | (3) | ||||
dx r. | |||||
ι die zwei | |||||
Λ+Jb . | |||||
Jb | |||||
Daraus folgt |
V Λ J
Mit den Gleichungen (4) und (5) wird Gleichung
(2) zu:
(6)
Auflösen von Gleichung (6) und Einsetzen von Gleichung (1) ergibt:
.«ι
(7)
10
Wenn der halbe Spitzenwinkel des konischen Ventilkörpers 24 nur 0| beträgt, gilt:
rf, =.Hi sin Θ,,
(8)
cos 0, =>b sin Θ, cos θ| = — (sin 2 0|).
(9)
20
Mit den Gleichungen (8) und (9) wird Gleichung (7) zu:
S = S0-- Vi ' H) sin 20, sin 0,(2+^-).
2 V Jb /
(10)
Der Massendurchfluß C des rückgeführten Abgases m
ist proportional zur Querschnittsfläche S und erreicht einen Größtwert Gmn, wenn die Querschnittsfläche 5b
ist. Demzufolge kann der Massendurchfluß G bei beliebiger Stellung des Ventilkörpers 24 beschrieben
werden durch:
Cr — (jmar I
(11)
Demzufolge besteht folgende Beziehung zwischen G und einer Verschiebung bzw. einem Hub y des
Ventilkörpers:
A\l.
jj
(12)
Gleichung (12) bestätigt, daß der Massendurchfluß so des Abgases durch die Düse 12 durch axiale
Verschiebung des Ventilkörpers 24 auf einen beliebigen Wert eingestellt werden kann, der kleiner als ein
Größtwert ist
Der Ventükörper 24 kann von einem beliebigen,
herkömmlichen Ventilstellantrieb verstellt werden, beispielsweise von einem Linearmotor oder einem
Unterdruckmotor. Der Stellantrieb wird von einer Regeleinrichtung gesteuert, deren Ausgangssignal sich
bei Änderungen einer oder mehrerer Variabler, ändert,
die in Beziehung zum Betriebszustand der Brennkraftmaschine stehen. Beispiele für solche Variablen sind die
Menge der in die Brennkraftmaschine angesaugten Luft, der Unterdruck in der Mischkammer eines Vergasers,
die Brennkraftmaschinentemperatur und die Beschleunigung oder Verzögerung des Fahrzeuges. In F i g. 4 ist
als Beispiel das Blockschaltbild der Regeleinrichtung zur Regelung der Axialstellung des Ventilkörpers 24
dargestellt. Bei dieser Einrichtung liefert ein Rechner SO ein Steuersignal, das auf einem Datensignal von einem
Fühler 48 basiert, der eine oder mehrere der erwähnten Variablen erfaßt, an einen Funktionsgenerator 52. Das
Ausgangssignal des Funktionsgenerators 52 ist veränderlich und steuern den Betrieb eines Linearmotors 54,
der den Ventilkörper 24 vorschieben und zurückziehen kann.
Mittels der Kombination aus der Düse 12 und dem Ventükörper 24 gemäß Fig.3 kann praktisch im
gesamten Bereich der Drehzahl und der Belastung der Brennkraftmaschine eine Strömung des rückgeführten
Abgases mit Schallgeschwindigkeit erreicht werden, wenn die Düse 12 und der Ventükörper 24 entsprechend
geformt und aufeinander abgestimmt sind. Wenn insbesondere der Saugrohrunterdruck zumindest ungefähr
110 mm Hg beträgt, kann eine Strömung mit Schallgeschwindigkeit erzeugt werden, wenn der halbe
Spitzenwinkel θι des Ventilkörpers 24, der Divergenzwinkel
θ? und der Konvergenzwinkel 03 der Düse 12
jeweils in folgenden Bereichen liegen:
0iS3O°,02<
10° und03S9O°.
Wenn der konische Ventilkörper 24 wie in F i g. 3 angeordnet ist, kann ein divergierender Abschnitt selbst
dann gebildet werden, wenn der Winkel 02 gleich Null oder kleiner ist. In einem solchen Fall muß der Winkel
02 im Bereich zwischen 0 und -10° liegen. Wenn der Ventükörper 24 in umgekehrter Richtung angeordnet
ist, kann ein konvergierender Abschnitt selbst dann gebildet werden, wenn der Winkel 03 gleich Null oder
kleiner ist, wobei allerdings der Winkel Θ3 selbst in
diesem Fall im Bereich zwischen 0 und 90° liegen sollte.
Wie aus der vorstehenden Beschreibung somit klar hervorgeht, kann die Menge des rückgeführten Abgases
fast im gesamten Bereich des Brennkraftmaschinenbetriebes auf einen optimalen Wert geregelt werden, ohne
daß sich der Druckunterschied zwischen dem Ansaugunterdruck und dem Abgasdruck auswirkt.
Für die praktische Anwendung wird der Ventükörper 24 gemäß F i g. 1 vorzugsweise mit einem herkömmlichen
Ventilstellantrieb kombiniert, der auf Änderungen der Größe des Umerdrucks in der Mischkammer eines
Vergasers der Brennkraftmaschine anspricht, da es experimentell nachweisbar ist, daß die Regelung der
Menge des rückgeführten Abgases mittels eines solchen Stellantriebs zu guten Ergebnissen führt, wenn der
Druckunterschied zwischen dem Einlaßdruck und dem Auslaßdruck der Düse 12 nicht groß genug ist, um im
divergierenden Abschnitt 18 eine Strömung mit Überschallgeschwindigkeit hervorzurufen. In diesem
FaI1 ist das Steuerventil gemäß F i g. 1 vorzugsweise so
geformt, daß Strömung mit Überschallgeschwindigkeit auftritt, wenn der Druckunterschied zwischen dem
Einlaßdruck und dem Auslaßdruck ungefähr 110 bis 120 mm Hg beträgt
Fig.5 zeigt den allgemeinen Aufbau einer Abgasrückführanordnung
mit einem Ventilstellantrieb 56 zum Verschieben des Ventilkörpers 24 in der Weise, daß die
Querschnittsfläche an der Einschnürung der Düse 12 geändert wird. Der Stellantrieb 56 umfaßt eine
biegsame Membran 58, die das Innere des Stellantriebs 56 in zwei Kammern unterteilt, nämlich eine obere
Unterdruckkammer 60 und eine untere Kammer 62, die mit der Atmosphäre in Verbindung steht Ein Schaft 24a
des Ventilkörpers 24 ragt nach oben durch die untere Kammer 62 und ist an der Membran 58 befestigt In der
Unterdruckkammer 60 ist eine Druckfeder 64 angeord-
net, die eine angemessene Gegenkraft gegen eine Aufwärtsbewegung der Membran 58 liefert. Die
Unterdruckkammer 60 ist mit einer Unterdrucksteuereinrichtung 65 verbunden. Die Steuereinrichtung 65
umfaßt eine obere Unterdruckkammer 66, die mit einer Mischkammer 68 eines Vergasers in Verbindung steht,
eine mittlere Kammer 70, die von einer biegsamen Membran 72 von fier Unterdruckkammer 77 getrennt
wird und mit der Atmosphäre in Verbindung steht, sowie eine unlere Unterdruckkammer 74, die in
Verbindung mit der Unterdruckkammer 60 des Stellantriebs 56 steht. Eine weitere, biegsame Membran
76 trennt die Unterdruckkammer 74 von der mittleren Kammer 70. Diese Membran 76 weist in ihrem mittleren
Bereich eine öffnung 78 auf. Mit einem Saugrohr 82 einer Brennkraftmaschine 84 ist ein Unterdruckspeicher
80 über ein Rückschlagventil 86 verbunden. Dieser Unterdruckspeicher kann mit der Unterdruckkammer
74 über eine Leitung 88 in Verbindung treten, die bei der Öffnung 78 der Membran 76 mündet. In der mittleren
Kammer 70 ist ein Ventilgehäuse 90 fest auf der Membran 78 angeordnet, das mit seinem oberen Ende
an der oberen Membran 72 befestigt ist. Das Innere dieses Ventilgehäuses 90 steht mit der Atmosphäre in
Verbindung Im Ventilgehäuse 90 ist ein Ventilelement 92 angeordnet, das von einer Druckfeder 94 so
beaufschlagt wird, daß es sowohl die öffnung 78 als auch das offene Ende der Leitung 88 zu schließen versucht.
Die obere Membran 72 hat eine wesentlich größere wirksame Fläche als die Membran 76 und wird ständig
von einer Zugfeder 96 beaufschlagt, die die Membran nach oben zu ziehen versucht.
Wenn die Membran 76 zusammen mit dem Ventilgehäuse 90 hochgezogen wird, steht die Unterdruckkammer
74 in Verbindung mit dem Unterdruckspeicher 80. Wenn die Membran 76 vom stärkeren
Unterdruck in der Kammer 74 nach unten gezogen wird, wird das offene Ende der Leitung 88 vom Ventilelement
92 geschlossen und kommt die Kammer 74 in Verbindung mit der Atmosphäre. Demzufolge wird ein
Gleichgewichtszustand eingestellt, der in Beziehung zur Stärke des Unterdrucks in der Mischkammer 68 steht.
Die Unterdrucksteuereinrichtung 65 verstärkt somit den Unterdruck in der Mischkammer 68 und liefert ein
Unterdruckausgangssignal zur Betätigung des Stellantriebes 56. Durch die Auslenkung der Membran 58 des
Stellantriebs 56 kann der Ventilkörper 24 sehr präzise verschoben werden.
Wie bereits erläutert wurde, ist der Massendurchfluß des rückgeführten Abgases durch die Düse 12 nicht
proportional zur wirksamen Querschnittsfläche der Einschnürung, wenn die Abgasströmung im divergierenden
Abschnitt 18 mit Unterschallgeschwindigkeit erfolgt In diesem Zustand nimmt der Massendurchfluß
selbst bei einer konstanten wirksamen Querschnittsfläche der Einschnürung bei einer Zunahme des Druckunterschiedes
zwischen dem Einlaßdruck und dem Auslaßdruck der Düse 12 zu. Dieses Verhalten ist
besonders ungünstig, wenn ein verhältnismäßig großer Druckunterschied vorliegt. Zahlreiche Versuche haben
gezeigt, daß ein kri'ischer Wert für den Druckunterschied bei ungefähr 120 mm Hg liegt. Demzufolge
werden die Düse 12 und der Ventilkörper 24 vorzugsweise so geformt, daß die Strömung des
rückgeführten Abgases im divergierenden Abschnitt 18 mit Überschallgeschwindigkeit erfolgt und daher in der
Einschnürung 16 mit Schallgeschwindigkeit erfolgt, wenn der Druckunterschied zwischen dem Einlaßdruck
und dem Auslaßdruck der Düse 12 ungefähr 120 mm Hg beträgt.
Es hat sich gezeigt, daß beste Ergebnisse erreicht werden, wenn die Seitenfläche des Ventilkörpers 24 und
die Wand des divergierenden Abschnittes 18 der Düse 12 im Längsschnitt (siehe Fig.6) einen Winkel bilden,
der im Bereich von 7 bis 10" liegt. Dieser Winkel <x ist
die Summe aus dem halben Spitzenwinkel θι und dem
Divergenzwinkel 02 in Fig.3. Wenn der Ventilköiper
24 umgekehrt angeordnet ist, d. h. im divergierenden Abschnitt 18 dicker als im konvergierenden Abschnitt
14 ist, wie dieses in Fig. 7 dargestellt ist, ist dieser Winkel λ die Summe aus θι - 02-
Das Diagramm gemäß F i g. 8 zeigt die Änderung der Menge des rückgeführten Abgases für die Anordnung
gemäß F i g. 5, wenn der Ventilkörper 24 in bestimmten Stellungen gehalten wird und die Drehzahl allmählich
erhöht wird, um den Druckunterschied zwischen dem Einlaßdruck und dem Auslaßdruck der Düse 12 zu
erhöhen. Mit dem Symbol L ist die Verschiebung des Ventilkörpers 24 aus seiner Endlage, in der die
Einschnürung 16 vollständig geschlossen ist, nach oben bezeichnet. Trotz der festliegenden Stellung des
Ventilkörpers 24 und keiner Zunahme der wirksamen Querschnittsfläche der Einschnürung nimmt die Menge
des rückgeführten Abgases zu, bis der Druckunterschied einen Wert von ungefähr 120 mm Hg erreicht. Danach
jedoch bleibt die Menge des rückgeführten Abgases konstant. Wenn die Düse 12 nicht so ausgelegt wäre, daß
sie eine Gasströmung mit Überschallgeschwindigkeit erzeugen würde, würde die Menge des rückgeführten
Abgases bei Zunahme des Druckunterschiedes weiter ansteigen, wie dieses durch die gestrichelten X.urven
dargestellt ist.
Bei den zuvor beschriebenen Ausführungsformen sind die Überschalldüse 12 und der Ventilkörper 24
jeweils im Querschnitt kreisförmig. Die Erfindung ist jedoch nicht unbedingt auf solche Ausbildungen
beschränkt Das gleiche Ergebnis kann erreicht werden, wenn die konvergierende und dann divergierende Düse
einen rechteckigen Querschnitt hat und wenn ein keilförmiger Ventilkörper, der ebenfalls einen rechtekkigen
Querschnitt hat, so angeordnet ist, daß er in Axialrichtung der Düse verschoben werden kann. Als
weitere Abwandlung könnte die im Querschnitt rechteckige Überschalldüse mit einem anderen Ventilkörper
kombiniert werden, der im Längsschnitt die gleiche Form wie die Düse hat und so angeordnet ist,
daß er in der Düse senkrecht zur Längsachse der Düse verschoben werden kann.
Hierzu 4 Blatt Zeichnungen
Claims (8)
1. AiigRsiflcIfWlwno^nwg for eine Brennkraftmaschine
mit einer Röckfiihriejtung, die eine
Ajbjasleitjmg der Brennkraftmaschine mit deren
raungsgröße der Abgase durch die Rückführleitung
nach Maßgabe der Betriebszustände der Brennkraftroäschine
steuernden Ventil, dadurch gekenn- to
zeichnet, daß das Ventil als eine eine konvergierende und dann divergierende Düse (12) in einem
Zwischenabschnitt der Rückführleitung ausgebildet ist und so geformt ist, daß das rückgeführte Abgas in
der Einschnürung (16) der Düse mit Schallgeschwindigkeit strömt, wenn der Druckunterschied zwischen
dem Druck am Einlaß (20) und am Auslaß (22) der Düse eine bestimmte Größe fibersteigt, einen
konisch geformten und koaxial zur Düse angeordneten Ventilkörper (24), der durch die Einschnürung
hindurchragt; und eine Einrichtung (54; 24a, 56, 65)
zum Lagern und axialen Verschieben des Ventilkörpers aufweist.
2. Abgasrückführanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die konische Oberfläehe
des Ventilkörpers (24) und die Wand des divergierenden Abschnitts (18).der Düse (12) einen
Winkel bilden, der im Längsschnitt zwischen 7 ° und 10° liegt
3. Abgasrückführanordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
der halbe Spiuenwinkel θι des konischen Ventilkörpers
(24) maximal ?0o beträgt und daß der
Konvergenzwinkel θ-j upd der Divergenzwinkel Θ2
der Düse (12) maximal 90° bzw. K° beträgt
4. Abgasrückführanlage nach einem der Ansprüche l bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein
Abstreifelement (28f 40) $0 in der Rückführleitung
(10) an einer Stelle kur? vor dem Einlaß (20) zur
Düse (12) angeordnet ist, daß die Oberfläche des
Ventilkörpers (24) bei seiner Axjalbewegung vom
Abstreifelement überstrichen wird,
5. AbgasrückfOhranordnung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß das Abstreifelement (28, 40) ein sich verjüngendes Element (28) mit
bogenförmigem Querschnitt ist, daß eine Halterung (32,34,36) vorgesehen ist, die das sich verjüngende
Element dauernd gegen die Oberfläche des Ventilkörpers
(24) drückt, und daß die Halterung dem sich verjüngenden Element eine zur Längsachse des
Ventilkörpers senkrechte Bewegung ermöglicht, wenn sich der Ventilkörper in Axiaunchturig bewegt
6. Abgasrückführanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Abstreifelement
(28) an seiner Innenseite mit einer Schicht (38) bedeckt ist, die aus einem elastischen Material mit
Gleiteigenschaften besteht
7. Abgasrückführanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Abstreifelement
ein ringförmiges Element (40) isi, das mehrere
radiale Schlitze \46) aufweist, die am Umfang der Bohrung (44) des ringförmigen Elementes enden.
8. Abgasrückführanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der
Ventilkörper (24) so angeordnet ist daß sein Durchmesser in der Einschnürung (16) kleiner als am
Einlaß (20) zum konvergierenden Abschnitt (14) der Düse (12) ist
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP9005174A JPS5712018B2 (de) | 1974-08-05 | 1974-08-05 |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
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DE2534730A1 DE2534730A1 (de) | 1976-02-26 |
DE2534730B2 true DE2534730B2 (de) | 1981-04-09 |
DE2534730C3 DE2534730C3 (de) | 1981-12-10 |
Family
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Family Applications (1)
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Country Status (3)
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JP (1) | JPS5712018B2 (de) |
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1975
- 1975-08-01 US US05/601,053 patent/US4285318A/en not_active Expired - Lifetime
- 1975-08-04 DE DE2534730A patent/DE2534730C3/de not_active Expired
Also Published As
Publication number | Publication date |
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DE2534730C3 (de) | 1981-12-10 |
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