DE2534730C3

DE2534730C3 - Abgasrückführanordnung für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2534730C3
Application number: DE2534730A
Authority: DE
Inventors: Tadahiro Yokosuka Yamamoto
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1974-08-05
Filing date: 1975-08-04
Publication date: 1981-12-10
Also published as: DE2534730A1; DE2534730B2; JPS5712018B2; US4285318A; JPS5117726A

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 Arbeits- 4; druck 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 M 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 der Druckdifferenz zwischen Einlaß und Auslaß der Döse erforderlich ist, um eine solche Strömung mit Schallgeschwindigkeit zu erreichen. Dieser kritische Wert soll relativ klein sein, um den Bereich der Betriebszustände der Brennkraftmaschine möglichst groß zu machen, bei dem das Ventil eine lineare Kennlinie zeigt Bei Brennkraftmaschinen für Kraftfahrzeuge kann dieses erreicht werden, wenn der kritische Wert der Druckdifferenz bei etwa 120 mm Hg Hegt

Der Winkel α 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 « innerhalb eines Bereiches von 7° bis 10° liegt Eine Strömung mit Schallgeschwindigkeit wird dagegen selbst dann nicht erreicht, wenn die Druckdifferenz 120 mm Hg erreicht, jedoch der Winkel α größer als 10° oder kleiner als 7° ist. So liegt der kritische Wert z. B. bei 150 mm Hg, wenn der Winkel λ gleich etwa 2° oder etwa 15° ist

Die erfindungsgemäße Abgasrückführanordnung 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 Rückfuhrleitung 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,

F i g. 3 eine Darstellung der Düse und des Ventilkörpers gemäß F i g. 1 zur Erläuterung der Beziehunger, zwischen den Stellungen des Ventilkörpers und der Querschnittsfläche der Rückführleitung in der Einschnürung der Düse,

Fig.4 ein Blockschaltbild der Einrichtung zum Bewegen des Ventilkörpers gemäß Fig. 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,

Fig.7 eine im Prinzip der Fig.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 rückjgeführten Abgases in der Anordnung nach F i g. 5 zeigt.

In Fig. 1 ist eine RC'ckführleitung 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 Rückführleitung 10 eine konvergierende und dann divergierende Düse 12 auf.

Gewöhnlich nimmt die Geschwindigkeit einer Fluidströmung durch ein Rohr bei abnehmender Querschnittsfläche des Rohres entsprechend der Kontinuitätsgleichung zu, sofern die Strömung mit Unterschallgeschwindigkeit erfolgt Wenn jedoch die Fluidströmung mit Überschallgeschwindigkeit 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 Y < g. 1 angedeutet ist, in einem konvergierenden Abschnitt A 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 divergfert, so daß die Abgasströmung in diesem Abschnitt 18 mit Oberschallgeschwindigkeit erfolgt und die Geschwindigkeit gewöhnlich einen Größtwert erreicht, bevor die Strömung einen Auslaß 22 der Düse

jo 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 Alernativ 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

so 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 ν irf.ndert werden.

Wenn die Abgasströmung im divergierenden Abschnitt 18 der Döse 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 Reinigungseinrichtung versehen, die eine Ansammlung kohlenstoffhaltiger Ablagerungen auf dem Ventilkörper verhindert. Bei der in F ι g. 1 dargestellten Ausführungsform sind mehrere Abstieifeleniente 28. die im Querschnitt bogenförmig und in Seitenansicht kegelstumpfförmig 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 /ur Längsachse des Ventilkörpers 24 verläuft und aus 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 .ingeordnet sind, daß die Federkraft über den Kolben 36 in 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 überfiacne uei veimikur per ^ 24 aogeiagerieii Feststoffteilchen abgestreift werden können. Es ist möglich, den Veniilkörper 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 Polytetrafluoräthylenharz 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 Ausführungsform gemäß Fig. 1 in Stellung gehalten. Das Abstreifelement 40 weist in der Mitte ein Loch 44 auf. dessen Durchmesser so bemessen ist. daß der Verstükörper 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 wirri.

Im folgenden wird die Beziehung zwischen Änderungen der Menge des rückgeführten, durch die Düse 12 gemäß Fig. 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 K-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 Fi g. 3 wird die Einschnürung 16 durch den Durchmesser der Verbindungslinie M-N wiedergegeben. Von den Punkten M und /V 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 V'-Achse treffen. Dann wird der engste Querschnitt der Rückführleitung 10 durch die Mantelfläche des Kegelstumpfcs KLMN wiedergegeben. Der engste Querschnitt liegt immer in der Ebene der Mantelfläche dieses Kegelstumpfes, wobei allerdings die Fläche S dieses Querschnitts abnimmt, wenn der Ventilkörper 24 nach rechts in F i g. 3 verschoben wird. Der Punkt Phat einen Abstand >o von der Spitze des Ventilkörpers 24, die beim Punkt O liegt, der den Ursprung des Koordinatensystems bildet.

Ein anderer Punkt fliegt auf der K-Achse in einem Abstand V] links vom Punkt P. Von diesem Punkt /''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 K-Achse und erreicht der Punkt P'den Punkt P. Auch die Punkte /('und Z/werden parallel zur K-Achse verschoben und gelangen auf die Linien MK bzw. NL und ergeben dort die Punkte /("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 ventiikorpers 24 bei KL unii K L'/,ι bt». i,q ucimgcn. daß die Strecke PK d\ beträgt, daß die Strecke PM ch beträgt und daß die Strecke P'K'di beträgt. Dann wird die kleinste Querschnittsfläche S₀ der Leitung 10 bei einer Stellung des Ventilkörpers, in der sich größter Massendurchfluß des rezirkulierten Abgases ergibt, d. h. in der die Spitze bei Oliegt, wiedergegeben durch

S, = .T(r </₂-r,, ■ d,) (1)

Wenn der Ventilkörper um eine Strecke y\ nach rechts verschoben wird, wird die kleinste Querschnittsfläche der Leitung zu:

S=.T(r,-ifc-/V2- dz) (2)

Da die zwei Dreiecke OPK .ind OP'K' ähnlich sind, gilt:

_ ^rr2

Daraus folgt:

Mit den Gleichungen (4) und (5) wird Gleichung (2) zu:

Auflösen von Gleichung (6) und Einsetzen von Gi-iichiing (1) ergibt:

S_n-Xr,, -rf, -^- (2+■&-

Wenn der halbe Spilzcnwinkcl des konischen Ventilkörpers 24 nur (■), beträgt, gilt:

</i = V_n sin Θ,. (8)

»| f.sill ? I7|i.

Mit den Gleichungen (8) und (9) wird Gleichung (7) zu:

.S' = .S"„~— ν, · ι;, sin 2(9, sin fl, Μ+—Υ

(10)

Der Massendurchfluß G des rückgeführten Abgases ist proportional zur Querschnittsfläche S und erreicht einen Größtwert G_mlx, wenn die Querschnittsfläche 5n ist. Demzufolge kann der Massendurchfluß G bei beliebiger Stellung des Ventilkörpers 24 beschrieben werden durch:

O' = G,

■■(£>

Demzufolge besteht folgende Beziehung zwischen G und einer Verschiebung bzw. einem Hub ν des

_v
2

+ — V y₀ )\

(12)

Gleichung (12) bestätigt, daß der Massendurchfluß 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 Ventilkörper 24 kann von einem beliebigen, herkömmlichen Ventilstellanirieb verstellt werden, beispielsweise von einem Linearmotor oder einem Unterdruckmotor. Der Stellantrieb wird von einer Regeleinrichtung gesteuert, deren Ausgangssignal sich bei Änderungen einer oder mehrerer Variablen 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 50 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 steuert den Betrieb eines Linearmotors 54, der den Ventilkörper 24 vorschieben und zurückziehen kann.

Mittels der Kombination aus der Düse 12 und dem in Ventilkörper 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 Ventilkörper 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 Öi des Ventilkörpers 24. der Divergenzwinkel 02 und der Konvergenzwinkel Θ3 der Düse 12 jeweils in folgenden Bereichen liegen:

0i£3O°.02SlO^e und03S9O^c.

Wenn der konische Ventilkörper 24 wie in F1 g. 3 angeordnet ist, kann ein divergierender Abschnitt selbst dann gebildet werden, wenn der Winkel Θ2 gleich Null oder kleiner ist. In einem solchen Fall muß der Winkel 02 im Bereich zwischen 0 und -10" liegen. Wenn der Ventilkörper 24 in umgekehrter Richtung angeordnet ist. kann ein konvergierender Abschnitt selbst dann gebildet werden, wenn der Winkel Θ3 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.
jo Für die praktische Anwendung wird der Ventilkör^r.er 24 gemäß F i g. I vorzugsweise mit einem herkömmlichen VantilrrajUniriek irnmUiniai'l Aaw o..f Λ η^.η.·.._η~η_η der Größe des Unterdrucks in der Mischkammer eines Vergasers der Brennkraftmaschine anspricht, da es

Ji 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 Fall 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 UO bis 120 mm Hg beträgt.

Fig.5 zeigt den allgemeinen Aufbau einer Abgasrückführanordnung mit einem Ventilstellantrieb 56 zum Verschieben des Ventükorpers 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 Steilantriebs 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 der Unterdruckkammer 77 getrennt wird und mit der Atmosphäre in Verbindung steht, sowie eine untere 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 iihpr pinp I pitiinp RÄ in VprhiniHunff trptpn HtP hpi dpr . . _σ _v .

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 Has 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 % 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 vorliegi. Zahlreiche Versuche haben gezeigt, daß ein kritischer 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

ic 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

i"> 12 im Längsschnitt (siehe Fig.6) einen Winkel bilden, der im Bereich von 7 bis 10° liegt. Dieser Winkel λ ist die Summe aus dem halben Spitzenwinkel Θι und dem Divergenzwinkel Θ2 in Fi g. 3. Wenn der Ventilkörper Od iimCTpUphrt anDpnrHnpt ict H h im HivprcriprpnHpn — · ο · ο — · · · -· - - _o. -----

-Ί> Abschnitt 18 dicker als im konvergierenden Abschnitt 14 ist, wie dieses in Fig. 7 dargestellt ist, ist dieser Winkel α die Summe aus θι — θι.

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

i» 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

•w erzeugen würde, würde die Menge des rückgeführten Abgases bei Zunahme des Druckunterschiede'' weiter ansteigen, wie dieses durch die gestrichelten Kurven dargestellt ist.

Bei den zuvor beschriebenen Ausführungsformen

⁴> 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

so 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

Patentansprüche:

1. Abgasrückführanordnung für eine Brennkraftmaschine mit einer Rückführleitung, die eine Abgasleitung der Brennkraftmaschine mit deren Ansaugleitung verbindet, und mit einem die Strömungsgröße der Abgase durch die Rückführleitung nach Maßgabe der Betriebszustände der Brennkraftmaschine steuernden Ventil dadurch gekennzeichnet, 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 übersteigt, einen konisch geformten und koaxial zur Düse angeordneten Ventiücörper (24), der durch die Einschnürung hindurchragt, und eine Einrichtung (54; 24», 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 J oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der halbe Spitzenwinkel θι des konischen Ventilkörpers (24) maximal 30° beträgt und daß der Konvergenzwinkel Θ3 und der Divergenzwinkel Θ2 der Düse (12) maximal 90° bzw. ,0° beträgt.

4. Abgasrückführanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Abstreifelement (28, 40) so in der Rückführleitung (10) an einer Stelle kurz vor dem Einlaß (20) zur Düse (12) angeordnet ist, daß die Oberfläche des Ventilkörpers (24) bei seiner Axialbev/egung vom Abstreifelement überstrichen wird.

5. Abgasrückführanordnung 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 Axialrichtung 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) ist, 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.