DE2612122A1 - CONTROL UNIT - Google Patents
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
- F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
- F02M26/52—Systems for actuating EGR valves
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Description
PATENTANWÄLTE A. GRÜNECKERPATENT ADVOCATES A. GRÜNECKER
DlPU-INGDlPU-ING
H. KINKELDEYH. KINKELDEY
W. STOCKMAIR 22 K. SCHUMANNW. STOCKMAIR 22 K. SCHUMANN
DR RER NAT - DIPL-PHYS. DR RER NAT - DIPL-PHYS.
P. H. JAKOBP. H. JAKOB
DlPU-INGDlPU-ING
G. BEZOLDG. BEZOLD
DFl RER NAT- DlFL-CHEM.DFl RER NAT- DlFL-CHEM.
MÜNCHENMUNICH
E. K. WEILE. K. WEIL
CRRSROEdNG.CRRSROEdNG.
8 MÜNCHEN 228 MUNICH 22
22. März 1976 P 10 156March 22, 1976 P 10 156
Nissan Motor Company, LimitedNissan Motor Company, Limited
No. 2, Takara-machi, Kanagawa-ku, Yokohama City, JapanNo. 2, Takara-machi, Kanagawa-ku, Yokohama City, Japan
LINDAULINDAU
Steuergerät.Control unit.
Die Erfindung betrifft allgemein eine Abgasrezxrkulatxonsanlage für einen Verbrennungsmotor und insbesondere ein Steuergerät zur Steuerung des Massendurchflusses zurückgeführten Abgases in der Abgasrezxrkulatxonsanlage.The invention relates generally to an exhaust gas recirculation system for an internal combustion engine and in particular a control device for controlling the mass flow Exhaust gas in the exhaust gas recirculation system.
Insbesondere bei Kraftfahrzeugen kommt häufig eine Anlage zur Rückführung von Abgas, d.h. eine Abgasrezirkulationsanlage, zur Verminderung der Emission von Stickoxiden aus der Auspuffanlage eines Verbrennungsmotors in die Atmsophäre zur Anwendung. Eine solche Anlage ist so ausgebildet, daß sie einen Teil des Abgases aus der Auspuffanlage zur Ansauganlage des Motors zurückführt und umfaßt in der Regel einIn the case of motor vehicles in particular, there is often a system for recirculating exhaust gas, i.e. an exhaust gas recirculation system, to reduce the emission of nitrogen oxides from the exhaust system of an internal combustion engine into the atmosphere to use. Such a system is designed so that it transfers part of the exhaust gas from the exhaust system to the intake system of the engine and usually includes a
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TELEFON (OB9) 22 2S 52 TELEX OS-293BO TELEGRAMME MONAPAT TELEPHONE (OB9) 22 2S 52 TELEX OS-293BO TELEGRAMS MONAP
Durchflußsteuerventxl, dessen öffnung die kleinste Querschnittsfläche eines Abgasrückführkanals bestimmt, wobei das Durchflußsteuerventil von einem Steuersignal gesteuert wird, das von geeigneten Einflußgrößen ausgehend erzeugt wird, zu denen beispielsweise die Menge der in den Motor eingesaugten Luft und der Gegendruck in der Auspuffleitung gehören.Flow control valve, the opening of which has the smallest cross-sectional area an exhaust gas recirculation channel is determined, wherein the flow control valve is controlled by a control signal is generated, which is generated based on suitable influencing variables, to which, for example, the amount of in the engine sucked in air and the back pressure in the exhaust line.
Bei einer derartigen Steuerung besteht das Problem, daß der Massendurchfluß des zurückgeführten Abgases selbst dann variiert, wenn die Ventilöffnung konstant gehalten wird, da sich die Geschwindigkeit der Gasströmung mit Änderungen der Differenz der Drücke im Rückführkanal zwischen der Zuströmseite und der Abströmseite des Steuerventils ändert, und zwar erhöht sich die Strömungsgeschwindigkeit bei einer Erhöhung der Druckdifferenz. Dies heißt mit anderen Worten, daß die Menge des.zurückgeführten Gases außer vom Ausmaß der öffnung des Steuerventils wesentlich beeinflußt wird von der Höhe des Ansaugdrucks und des Abgasdrucks des Motors. Da es im Rückführkanal zwischen der Zuströmseite und der Abströmseite des Steuerventils leicht zu erheblichen Druckdifferenzen kommen kann, beispielsweise bei verhältnismäßig geringer Belastung des Motors, wird das Abgas häufig in einer Menge zurückgeführt, die im Vergleich zur von der Ansauganlage angesaugten Luft zu groß ist.With such control, there is a problem that the mass flow rate of the recirculated exhaust gas itself then varies if the valve opening is held constant as the speed of the gas flow changes with it the difference in pressures in the return duct between the inflow side and the outflow side of the control valve changes, namely, the flow rate increases with an increase in the pressure difference. In other words, that the amount of the returned gas is significantly influenced except by the extent to which the control valve is opened on the level of the intake pressure and the exhaust pressure of the engine. Since it is in the return channel between the inflow side and the Downstream of the control valve can easily lead to significant pressure differences, for example when relatively When the engine is under low load, the exhaust gas is often recirculated in an amount that is greater than that of the Intake system sucked air is too large.
Als Lösung für dieses Problem wird in der älteren japanischen Patentanmeldung Nr. 49-90051 eine Abgasrezirkulationsanlage vorgeschlagen, bei der als Element des Durchflußsteuerventils eine Überschalldüse dient, damit das Abgas in der Einschnürung bzw. dem Hals der Düse mit Schallgeschwindigkeit strömt und damit diese Strömungsgeschwindigkeit nicht vom Ansaugdruck und vom Abgasdruck beeinflußt wird. Zu diesem Steuerventil gehört ein Ventilelement,As a solution to this problem, an exhaust gas recirculation system is disclosed in Japanese prior patent application No. 49-90051 proposed in which a supersonic nozzle is used as an element of the flow control valve so that the exhaust gas flows in the constriction or the neck of the nozzle at the speed of sound and thus this flow speed is not influenced by the intake pressure and the exhaust pressure. This control valve includes a valve element,
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mittels dessen die wirksame Querschnittsfläche des Düsenhalses geändert werden kann. Dieses Steuerventil ist ferner so ausgelegt, daß ein Fluid durch die Düse mit Unterschallgeschwindigkeit strömt, wenn die Druckdifferenz zwischen dem Eingangsdruck und dem Ausgangsdruck der Düse unter einem kritischen Wert liegt. Die Geschwindigkeit des Fluids im Düsenhals erreicht Schallgeschwindigkeit, wenn die Druckdifferenz den kritischen Wert erreicht, übersteigt die Schallgeschwindigkeit jedoch auch dann kaum, wenn die Druckdifferenz größer wird. Wenn die wirksame Querschnittsfläche des Düsenhalses, d.h. der Venturidüse des Steuerventils, beispielsweise durch Verschieben des Ventilelementes bei Fluidströmung mit Unterschallgeschwindigkeit vermindert wird, nimmt der Massendurchfluß des Fluids durch das Steuerventil nicht proportional zur Querschnittsfläche ab, da die Geschwindigkeit zunimmt. Bei Fluidströmung mit Schallgeschwindigkeit nimmt dagegen der Massendurchfluß direkt proportional zur Abnahme der Querschnittsfläche ab. Mittels des Steuerventils der Anlage gemäß der genannten älteren Anmeldung kann daher die Menge des zurückgeführten Abgases genau als lineare Funktion der wirksamen Querschnitt sflache der engsten Stelle des Steuerventils gesteuert werden.by means of which the effective cross-sectional area of the nozzle throat can be changed. This control valve is also designed to allow fluid to flow through the nozzle at subsonic speed flows when the pressure difference between the inlet pressure and the outlet pressure of the nozzle falls below is a critical value. The speed of the fluid in the nozzle throat reaches the speed of sound when the pressure difference reaches the critical value, but hardly exceeds the speed of sound even if the Pressure difference increases. If the effective cross-sectional area of the nozzle throat, i.e. the Venturi nozzle of the control valve, for example, reduced by moving the valve element in the case of fluid flow at subsonic speed the mass flow rate of the fluid through the control valve does not increase in proportion to the cross-sectional area as the speed increases. In the case of fluid flow at the speed of sound, on the other hand, the mass flow rate increases in direct proportion to the decrease in cross-sectional area. By means of the control valve of the system according to the above older application can therefore accurately determine the amount of recirculated exhaust gas as a linear function of the effective cross-section sflache controlled by the narrowest point of the control valve will.
Bei der Abgasrezirkulation bei herkömmlichen Verbrennungsmotoren sollte der Massendurchfluß des rezirkulierten Abgases nicht von der Druckdifferenz zwischen dem Ansaugdruck und dem Abgasdruck beeinflußt werden, wenn diese Druckdifferenz größer als ein kritischer Wert ist.In the case of exhaust gas recirculation in conventional internal combustion engines, the mass flow rate of the recirculated Exhaust gas will not be affected by the pressure difference between the suction pressure and the exhaust pressure if this Pressure difference is greater than a critical value.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine Abgasrezirkulationsanlage für einen Verbrennungsmotor ein Durchfiliißsteuergerät zu schaffen, das bewirkt, daß das zurückgeführte Abgas durch einen Venturiabschnitt bzw.The invention is based on the object for an exhaust gas recirculation system to create a flow control device for an internal combustion engine which causes the recirculated exhaust gas through a venturi section or
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eine Venturidüse mit Schallgeschwindigkeit strömt, wenn die Druckdifferenz zwischen dem Ansaugdruck und dem Abgasdruck größer als ein kritischer Wert ist, der optimal auf den Betrieb des Motors abgestimmt ist, so daß die Menge des zurückgeführten Abgases genau proportional zu Änderungen der Querschnittsfläche der Venturidüse gesteuert werden kann, ohne daß diese Menge durch Änderungen der Höhe der genannten Druckdifferenz beeinflußt wird.a Venturi nozzle flows at the speed of sound when the pressure difference between the suction pressure and the exhaust pressure is greater than a critical value that is optimally matched to the operation of the engine, so that the Amount of recirculated exhaust gas exactly proportional to changes in the cross-sectional area of the Venturi nozzle can be controlled without this amount being influenced by changes in the level of said pressure difference will.
Diese Aufgabe wird bei einem Steuergerät zur Steuerung des Massendurchflusses zurückgeführten Abgases in einem Rückführkanal einer Abgasrezirkulationsanlage, die einen Teil des Abgases eines Verbrennungsmotors durch den Rückführkanal von der Auspuffanlage des Motors zur Ansauganlage zurückführt, erfindungsgemäß gelöst durch eine Venturidüse im Rückfuhrkanal, ein bewegliches Ventilelement, das in der Venturidüse so angeordnet ist, daß die wirksame Querschnittsfläche der Venturidüse in Abhängigkeit von der Stellung des Ventilelementes in der Venturidüse verändert wird, und einen Ventilstellantrieb zum Einstellen der Ventilstellung entsprechend einem Steuersignal, das auf der Höhe des Unterdrucks in einem bestimmten Abschnitt der Saugleitung des Motors basiert, wobei die Venturidüse und das Ventilelement so geformt und angeordnet sind, daß die Geschwindigkeit des zurückgeführten Abgases in der Venturidüse nur dann gleich der Schallgeschwindigkeit ist, wenn die Differenz der Drücke im Rückführkanal auf der Zuströmseite und der Abströmseit'e der Venturidüse größer als ungefähr 100 mmHg ist.In the case of a control unit for controlling the mass flow rate of the recirculated exhaust gas, this task is performed in one Recirculation duct of an exhaust gas recirculation system, which carries part of the exhaust gas from an internal combustion engine through the Return duct leads back from the exhaust system of the engine to the intake system, solved according to the invention by a venturi in the return channel, a movable one Valve element which is arranged in the Venturi nozzle so that the effective cross-sectional area of the Venturi nozzle in Depending on the position of the valve element in the Venturi nozzle is changed, and a valve actuator to adjust the valve position according to a control signal that is at the level of the negative pressure in a certain section of the suction line of the engine is based, the venturi nozzle and the valve element so shaped and are arranged so that the velocity of the recirculated exhaust gas in the venturi is only equal to that The speed of sound is the difference between the pressures in the return duct on the inflow side and the outflow side of the venturi is greater than approximately 100 mmHg.
Die Venturidüse hat vorzugsweise einen kreisförmigen Querschnitt und einen Hals, der in einen entweder divergierenden oder zylindrischen Expansionsabschnitt übergeht.The Venturi nozzle preferably has a circular cross-section and a throat that extends into an either divergent or cylindrical expansion section passes.
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Das Ventilelement weist vorzugsweise einen konischen Abschnitt auf, der koaxial zur kreisförmigen Venturidüse angeordnet ist. Der Expansionsabschnitt und der konische Abschnitt sind vorzugsweise so geformt, daß die Wand des Expansionsabschnittes und die konische Mantelfläche im Längsschnitt einen Winkel im Bereich von 3 bis 10 Grad einschließen.The valve element preferably has a conical Section which is arranged coaxially to the circular Venturi nozzle. The expansion section and the Conical sections are preferably shaped so that the wall of the expansion section and the conical lateral surface Include an angle in the range of 3 to 10 degrees in the longitudinal section.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispxelen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. Es zeigen:Further features and advantages of the invention emerge from the following description of exemplary embodiments with reference to the drawings. Show it:
Fig. 1 eins schematische Darstellung einer Abgas-Fig. 1 is a schematic representation of an exhaust gas
rezirkulationsanlage mit einem erfindungsgemäßen Durchflußsteuergerät;recirculation system with a flow control device according to the invention;
Fig. 2 einen Schnitt durch eine erste Ausführungsform eines Steuergerätes für die Anlage gemäß Fig. 1;2 shows a section through a first embodiment a control device for the system according to FIG. 1;
Fig. 3 ein Diagramm, das den Verlauf der Menge des durch das Gerät gemäß Fig. 2 zurückgeführten Abgases bzw. des Massendurchflusses in Abhängigkeit vom Ausmaß der Ventilöffnung des Steuergerätes und der Druckdifferenz zwischen der Zuströmseite und der Abströmseite des Ventils zeigt;FIG. 3 is a diagram showing the course of the amount of the returned by the device according to FIG Exhaust gas or the mass flow rate depending on the extent of the valve opening of the control unit and the pressure difference between the inflow side and the outflow side of the valve shows;
Fig. 4 eine Fig. 2 ähnliche Darstellung einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, die eine Abwandlung der Ausführungsform gemäß Fig. 2 darstellt; undFig. 4 is a Fig. 2 similar representation of a second embodiment of the invention, the one Shows a modification of the embodiment according to FIG. 2; and
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Fig. 5 und 6 den Fig. 2 und 4 ähnliche Darstellungen,5 and 6 representations similar to FIGS. 2 and 4,
die eine dritte und eine vierte Ausführungsform der Erfindung zeigen.a third and a fourth embodiment show the invention.
In Fig. 1 ist ein Verbrennungsmotor 10 dargestellt, der mit einer Abgasrezirkulationsanlage, d.h. einer Anlage zur Rückführung von Abgas zur Ansaugseite, versehen ist. Diese Abgasrezirkulationsanlage umfaßt einen Rückführkanal 12, der von einem Auspuffrohr 14 abzweigt und an eine Saugleitung 16 des Motors 10 angeschlossen ist und zur Rückführung eines Teils des Abgases dient, so daß der Motor mit einem Gemisch aus zurückgeführtem Abgas und einem von einem Vergaser 18 gelieferten brennbaren Gemisch gespeist wird. Zu einem Steuergerät 20 zur Steuerung des Massendurchflusses des Abgases durch den Rückführkanal 12 gehören eine Düse 22 im Rückführkanal 12, deren freier Strömungsquerschnitt zumindest im Zusammenwirken mit einem Ventilelement zunächst abnimmt und dann wieder zunimmt und die im folgenden unabhängig von der Art der Strömung durch die Düse als Venturidüse bezeichnet wird, sowie ein Ventilelement 24, das zur Änderung der freien Querschnittsfläche des Rückführkanals 12 in der Venturidüse dient. Das Ventilelement 24 wird von einer flexiblen Membran 28 eines Ventilstellantriebs 26 getragen, der sich außerhalb des Rückführkanals 12 befindet. Eine Seite der Membran 28 ist einer Unterdruckkammer 20 ausgesetzt, die über einen herkömmlichen Unterdruckverstärker 34 an eine Mischkammer 18a des Vergasers 18 angeschlossen ist. Somit wird das Ventilelement 24 senkrecht zum Querschnitt der Venturidüse des Rückführkanals 12 so verschoben, daß die wirksame Querschnittsfläche der Venturidüse 22 um die Mantelfläche des Ventilelementes 24 herum zunimmt, wenn die Membran 28 entgegen der Kraft einer Druckfeder 32 in der Unterdruckkammer 30 zur Unterdruckkammer 30 gezogen wird. Der Rück-In Fig. 1, an internal combustion engine 10 is shown, which is equipped with an exhaust gas recirculation system, i.e. a system for Recirculation of exhaust gas to the intake side is provided. This exhaust gas recirculation system comprises a return duct 12, which branches off from an exhaust pipe 14 and is connected to a suction line 16 of the engine 10 and for recirculation a portion of the exhaust gas is used, so that the engine with a mixture of recirculated exhaust gas and a supplied by a gasifier 18 combustible mixture is fed. To a control unit 20 for controlling the Mass flow rate of the exhaust gas through the return duct 12 includes a nozzle 22 in the return duct 12, the free one Flow cross-section initially decreases at least in cooperation with a valve element and then increases again and which is hereinafter referred to as a Venturi nozzle regardless of the type of flow through the nozzle, as well as a valve element 24, which is used to change the free cross-sectional area of the return channel 12 in the Venturi nozzle serves. The valve element 24 is carried by a flexible membrane 28 of a valve actuator 26, which is outside of the return channel 12 is located. One side of the membrane 28 is exposed to a vacuum chamber 20, which has a conventional vacuum booster 34 is connected to a mixing chamber 18a of the carburetor 18. So that becomes Valve element 24 shifted perpendicular to the cross section of the Venturi nozzle of the return channel 12 so that the effective The cross-sectional area of the Venturi nozzle 22 around the lateral surface of the valve element 24 increases when the membrane 28 is pulled against the force of a compression spring 32 in the vacuum chamber 30 to the vacuum chamber 30. The return
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führkanal 12 muß nicht unbedingt an die Saugleitung 16 angeschlossen sein; vielmehr kann er an eine beliebige Stelle der Ansauganlage stromab der Hauptdrosselklappe 19 angeschlossen sein. Die Unterdruckkammer 30 ist dagegen an die Mischkammer 18a stromauf der Drosselklappe 19 angeschlossen. In bekannter Weise kann der Mischkammerunterdruck zur Beaufschlagung des Ventilstellantriebs 26 mittels des Gegendrucks des Abgases im Auspuffrohr 14 moduliert werden.The guide channel 12 does not necessarily have to be connected to the suction line 16 be; rather, it can be connected to any point of the intake system downstream of the main throttle valve 19 be. In contrast, the vacuum chamber 30 is connected to the mixing chamber 18 a upstream of the throttle valve 19. In a known manner, the mixing chamber vacuum to act on the valve actuator 26 by means of the Back pressure of the exhaust gas in the exhaust pipe 14 can be modulated.
Die wirksame Querschnittsfläche des Rückf uhr kanal s 12 an der Venturidüse 22 kann durch eine Aufwärtsbewegung oder eine Abwärtsbewegung des Ventilelementes 24 in Abhängigkeit von Änderungen der Stärke des Unterdrucks in der Mischkammer 18a des Vergaser 18 genau gesteuert werden. Wenn die Geschwindigkeit des zurückgeführten Abgases in der Venturidüse 22 geringer als die Schallgeschwindigkeit ist, ist der Massendurchfluß des zurückgeführten Abgases durch die Venturidüse 22 des Steuergerätes 20 allerdings selbst dann nicht konstant, wenn das Ventilelement 24 eine bestimmte Stellung einnimmt. Vielmehr steigt der Massendurchfluß bei Anstieg des Druckunterschiedes im Rückführkanal 12 zwischen der Abströmseite 12a und der Zuströmseite 12b, d.h. wenn der Druckunterschied zwischen dem Ansaugdruck und dem Abgasdruck des Motors 10 zunimmt.The effective cross-sectional area of the return channel s 12 of the Venturi nozzle 22 can by an upward movement or a downward movement of the valve element 24 as a function of changes in the strength of the negative pressure in the mixing chamber 18a of the carburetor 18 can be precisely controlled. If the Speed of the recirculated exhaust gas in the Venturi nozzle 22 is less than the speed of sound is however, the mass flow rate of the recirculated exhaust gas through the Venturi nozzle 22 of the control unit 20 itself then not constant when the valve element 24 assumes a certain position. Rather, the mass flow increases in the event of an increase in the pressure difference in the return duct 12 between the outflow side 12a and the inflow side 12b, i.e., when the pressure difference between the intake pressure and the exhaust pressure of the engine 10 increases.
Durch intensive Untersuchungen ist nun festgestellt worden, daß unerwünschte Auswirkungen der Abgasrückführung auf das Betriebsverhalten des Motors 10 dadurch weitestgehend verringert werden können, daß der Einfluß dieses Druckunterschiedes auf den Massendurchfluß des zurückgeführten Abgases ausgeschaltet wird, wenn der Druckunterschied 100 mmHg oder mehr beträgt, so daß dann der Massendurchfluß in genauer Beziehung zur Stellung des Ventilelementes 24 steht und dementsprechend gesteuert werden kann. WieIntensive investigations have now shown that exhaust gas recirculation has undesirable effects the performance of the engine 10 can be reduced as much as possible by the fact that the influence of this pressure difference on the mass flow rate of the recirculated exhaust gas is turned off when the pressure difference 100 mmHg or more, so that the mass flow rate is then precisely related to the position of the valve element 24 and can be controlled accordingly. As
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bereits erwähnt wurde, kann der Einfluß des Druckunterschiedes ausgeschaltet werden, wenn die Strömung des Abgases im Rückführkanal 12 in der Venturidüse 22 Schallgeschwindigkeit erreicht. Bei dem erfindungsgemäßen Steuergerät 20 sind die Venturidüse 22 und das Ventilelement 24 so ausgelegt, daß die Fluidströmung in der Venturidüse 22 Schallgeschwindigkext erreicht, wenn der Unterschied der Fluiddrücke auf der Zuströmseite 12a und der Abströmseite 12b ungefähr 100 mmHg erreicht.has already been mentioned, the influence of the pressure difference can be eliminated when the flow of the Exhaust gas in the return duct 12 in the Venturi nozzle 22 reached the speed of sound. In the inventive Control unit 20, the Venturi nozzle 22 and the valve element 24 are designed so that the fluid flow in the Venturi nozzle 22 reached sonic speed when the difference in fluid pressures on the inflow side 12a and the downstream side 12b reaches approximately 100 mmHg.
Im folgenden wird auf Fig. 2 eingegangen. Bei dieser Ausführungsform hat die Venturidüse 22 des Steuergerätes einen kreisförmigen Querschnitt. Die Venturidüse 22 konvergiert im Bereich stromauf ihrer engsten Stelle bzw. ihres Halses 22a und divergiert im stromab des Halses 22a gelegenen Bereich. Der Hauptabschnitt 24a des Ventilelementes 24 ist konisch geformt und koaxial zur Venturidüse 22 angeordnet, wobei sich die Basis des konischen Hauptabschnitts 24a stromauf des Halses 22a befindet. Das obere Ende des Ventilelementes 24 ist als kegeliger Flansch 24b ausgebildet, damit die Venturidüse 22 vollständig geschlossen werden kann, wenn das Ventilelement nach unten in seine untere Endlage gedrückt wird. Der konische Hauptabschnitt 24a des Ventilelementes 24 ist schlanker als der Hals 22a, so daß ein Ringraum 26 in der Venturidüse 22 zwischen der Wand der Venturidüse 22 und der Mantelfläche des konischen Abschnitts 24a besteht.FIG. 2 is discussed below. In this embodiment, the Venturi nozzle 22 of the control unit a circular cross-section. The Venturi nozzle 22 converges in the area upstream of its narrowest point or its Neck 22a and diverges in the area downstream of the neck 22a. The main portion 24a of the valve element 24 is conically shaped and arranged coaxially to the Venturi nozzle 22, the base of the conical Main portion 24a is located upstream of the neck 22a. The upper end of the valve element 24 is more conical Flange 24b formed so that the Venturi nozzle 22 can be completely closed when the valve element is pressed down into its lower end position. The main conical portion 24a of the valve element 24 is slimmer than the neck 22a, so that an annular space 26 in the venturi 22 between the wall of the venturi 22 and the outer surface of the conical section 24a consists.
Wenn beispielsweise der Hals 22a einen Durchmesser von 10mm hat und der maximale Hub L des Ventilelementes 24 aus seiner unteren Endlage 12mm beträgt, kann der konische Hauptabschnitt 24a so bemessen sein, daß er in der Ebene des Halses 22a einen Durchmesser D1 von 10mm hat, wenn sich das Ventilelement 24 in seiner unteren Endlage befindet.If, for example, the neck 22a has a diameter of 10mm and the maximum stroke L of the valve element 24 from its lower end position is 12mm, the conical main section 24a can be dimensioned so that it has a diameter D 1 of 10mm in the plane of the neck 22a, when the valve element 24 is in its lower end position.
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und einen Durchmesser D~ von 7mm hat, wenn sich das Ventilelement 24 in seiner oberen Endlage befindet.and has a diameter D ~ of 7mm, if that Valve element 24 is in its upper end position.
Der Massendurchfluß des Abgases durch die Venturidüse 22, d.h. durch die Querschnittsfläche des Ringraumes 36 am Hals 22a, nimmt proportional zum Quadrat des Hubes zu, d.h. zur Größe der Verschiebung des Ventilelementes 24 aus seiner unteren Endlage nach oben. Wenn die Zunahme des Massendurchflusses etwas von dieser Beziehung abweichen soll, kann der konische Hauptabschnitt 24a des Ventilelementes so abgewandelt werden, daß er eine im Längsschnitt etwas gekrümmte Mantelfläche hat.The mass flow rate of the exhaust gas through the venturi 22, i.e. through the cross-sectional area of the annulus 36 am Neck 22a, increases in proportion to the square of the stroke, i.e. the amount of displacement of the valve element 24 from its lower end position upwards. If the increase in mass flow is to deviate somewhat from this relationship, the conical main portion 24a of the valve element can be modified so that it has a somewhat in longitudinal section has a curved surface.
Es soll erreicht werden, daß die Geschwindigkeit der Abgasströmung im Hals 22a der Venturidüse 22 Schallgeschwindigkeit erreicht, wenn die Druckdifferenz zwischen der Zuströmseite 12a des Rückführkanals 12 und der Abströmseite 12b ungefähr lOOmmHg erreicht. Dies kann dadurch erreicht werden, daß der konische Hauptabschnitt 24a des Ventilelementes 24 und die Wand der Venturidüse im divergierenden Bereich so geformt werden, daß der Winkel θ zwischen der Wand des konischen Hauptabschnitts 24a und der Wand der Venturidüse 22 im Längsschnitt im Bereich von 3 bis 10 Grad liegt.It is to be achieved that the speed of the exhaust gas flow in the throat 22a of the Venturi nozzle 22 is the speed of sound reached when the pressure difference between the inflow side 12a of the return channel 12 and the outflow side 12b reached about 100 mmHg. This can be achieved in that the conical main portion 24a of the Valve element 24 and the wall of the Venturi nozzle in the diverging area are shaped so that the angle θ between the wall of the conical main section 24a and the wall of the Venturi nozzle 22 in a longitudinal section in the region of 3 to 10 degrees.
Das Diagramm gemäß Fig. 3 erläutert an einem Beispiel die Wirkungsweise des Steuergerätes gemäß den Fig. 1 und 2. Darin gibt L den Hub des Ventilelementes 24 aus seiner unteren Endlage wieder. Wenn das Ventilelement 24 beispielsweise um 6mm aus seiner unteren Endlage nach oben verschoben ist und in dieser Stellung gehalten wird, nimmt die Menge des zurückgeführten Abgases zunächst mit zunehmender Druckdifferenz zwischen der Zuströmseite 12a und der Abströmseite 12b zu. Die Menge des zurückgeführtenThe diagram according to FIG. 3 uses an example to explain the mode of operation of the control device according to FIGS. 1 and 2. L shows the stroke of the valve element 24 from its lower end position. When the valve element 24, for example is moved upwards by 6mm from its lower end position and is held in this position the amount of recirculated exhaust gas initially with increasing pressure difference between the inflow side 12a and the downstream side 12b. The amount of returned
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Abgases erreicht jedoch einen Größtwert, wenn die Druckdifferenz ungefähr lOOmmHg erreicht, wonach die zurückgeführte Menge bzw. der Massendurchfluß bei diesem Größtwert selbst dann konstant bleibt, wenn die Druckdifferenz weiter ansteigt. Wie der Vergleich der zwei Kurven für die verschiedenen Hübe des Ventilelementes 24 zeigt, bleibt die Beziehung zwischen der Menge bzw. dem Massendurchfluß des zurückgeführten Abgases und dem Hub des Ventilelementes 24 konstant, auch wenn die Druckdifferenz größer als lOOmmHg ist. Wenn die Venturidüse 22 und das Ventilelement 24 herkömmliche Form haben würden und die Geschwindigkeit der Abgasströmung unabhängig von der Druckdifferenz im Unterschallbereich bleiben würde, würde die Menge des zurückgeführten Abgases mit zunehmender Druckdifferenz weiter ansteigen, wie dies in Fig. 3 gestrichelt dargestellt ist.However, exhaust gas reaches a maximum value when the pressure difference reaches approximately 100 mmHg, after which the returned quantity or the mass flow remains constant at this maximum value even if the pressure difference continues to increase. As the comparison of the two curves for the different strokes of the valve element 24 shows , the relationship between the amount or the mass flow rate of the recirculated exhaust gas and the stroke of the valve element 24 remains constant, even if the pressure difference is greater than 100 mmHg. If the Venturi nozzle 22 and the valve element 24 were of conventional shape and the velocity of the exhaust gas flow remained in the subsonic range regardless of the pressure difference, the amount of the recirculated exhaust gas would continue to increase with increasing pressure difference, as shown in dashed lines in FIG. 3.
Bei der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform sind sowohl die Venturidüse 22 im Rückführkanal 12 als auch das Ventilelement 24A im Prinzip ähnlich wie die entsprechenden Elemente der Ausführungsform gemäß Fig. 2 geformt, wobei allerdings das Ventilelement 24A bezüglich der Venturidüse umgekehrt eingesetzt ist. Die Basis des konischen Hauptabschnitts 24a des Ventilelementes 24A befindet sich stromab des Halses 22a. Ein entsprechend Fig. 4 ausgebildetes Steuergerät 20 hat die gleiche Wirkungsweise wie ein, gemäß Fig. 2 ausgebildetes Steuergerät, sofern lediglich der Mantel des konischen Hauptabschnitts 24a des Ventilelementes 24A mit der Wand des divergierenden Bereiches der Venturidüse 22 einen Winkel θ im Bereich von 3 bis 10 Grad einschließt.In the embodiment shown in FIG. 4, both the Venturi nozzle 22 and the valve element are in the return channel 12 24A shaped in principle similar to the corresponding elements of the embodiment according to FIG however, the valve element 24A is inserted reversely with respect to the Venturi nozzle. The base of the main conical section 24a of valve element 24A is downstream of neck 22a. A corresponding to FIG. 4 designed Control unit 20 has the same mode of operation as a 2 designed control device, provided that only the jacket of the conical main section 24a of the valve element 24A forms an angle θ in the range from 3 to 24 with the wall of the diverging area of the venturi nozzle 22 Includes 10 degrees.
Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform. Bei dieser Ausführungsform hat die Venturidüse 22A keinen divergierendenFig. 5 shows a further embodiment. At this Embodiment, the venturi 22A does not have a diverging one
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Bereich. Vielmehr besteht sie aus einem konvergierenden Zuströmbereich und einem geradwandigen und zylindrischen Abströmbereich. Auch wenn die Venturidüse 22A gemäß Fig. geformt ist, kann die Geschwindigkeit der Abgasströmung die Schallgeschwindigkeit in der Venturidüse 22A erreichen, wenn der Mantel des konisch geformten Abschnitts 24a des Ventilelementes 24 mit der zylindrischen Wand der Venturidüse 22A einen Winkel θ im Bereich von 3 bis 10 Grad einschließt. Die Mantelfläche des konischen Abschnitts 24a kann gegebenenfalls etwas gekrümmt sein, wie dies für die Ausführungsform gemäß Fig. 2 erläutert wurde.Area. Rather, it consists of a converging inflow area and a straight-walled and cylindrical one Outflow area. Even if the Venturi nozzle 22A according to FIG. is shaped, the speed of the exhaust gas flow can reach the speed of sound in the venturi 22A, when the jacket of the conically shaped portion 24a of the valve element 24 with the cylindrical wall of the Venturi nozzle 22A forms an angle θ in the range of 3 to 10 degrees. The lateral surface of the conical section 24a can optionally be slightly curved, as was explained for the embodiment according to FIG.
Bei der in Fig. 6 dargestellten Ausführungsform ist das Ventilelement 24B bezüglich der Venturidüse 22B ähnlich wie bei der Ausführungsform gemäß Fig» 4 angeordnet, wobei die Venturidüse 22B im Prinzip identisch mit der Venturidüse 22 gemäß Fig. 4 ist. Der konische Abschnitt 24a dieses Ventilelementes 24B hat ein sehr schmales oder fast spitzes Vorderende, damit der Widerstand gegenüber dem in die Venturidüse 22B einströmenden Abgas möglichst gering ist. Das Ventilelement 24B weist einen kegeligen Flansch 24c auf, mittels dessen die Venturidüse 22B vollständig geschlossen werden kann, wenn sich das Ventilelement 24B in seiner unteren Endlage befindet. Die Wand der Venturidüse 22B ist so eingeschnitten, daß sich am Ende des divergierenden Bereichs eine Schulter 38 ergibt und daß um den Flansch 24c herum ein größerer freier Raum besteht, so daß das aus der Venturidüse 22B ausströmende Abgas auf nur geringen Widerstand trifft. Das schmale Vorderende des Ventilelementes 24B und der erweiterte Raum am stromab gelegenen Ende der Venturidüse 22B führen dazu, daß die Strömung des Abgases in der Venturidüse 22B leichter Schallgeschwindigkeit erreicht, wenn der Unterschied zwischen dem Abgasdruck und dem Ansaugdruck des Motors 100 mmHg übersteigt.In the embodiment shown in FIG. 6, the valve element 24B is similar with respect to the venturi nozzle 22B arranged as in the embodiment according to FIG. 4, the Venturi nozzle 22B in principle being identical to the Venturi nozzle 22 of FIG. The conical portion 24a of this valve element 24B has a very narrow or almost pointed front end, so that the resistance to the exhaust gas flowing into the Venturi nozzle 22B is as possible is low. The valve element 24B has a conical flange 24c, by means of which the Venturi nozzle 22B can be fully closed when the valve element 24B is in its lower end position. The wall of the Venturi nozzle 22B is cut in such a way that a shoulder 38 results at the end of the diverging region and that there is a larger free space around the flange 24c, so that that flowing out of the venturi 22B Exhaust meets only low resistance. The narrow front end of the valve element 24B and the expanded space at the downstream end of the venturi 22B result in the flow of the exhaust gas in the venturi 22B Easier to reach the speed of sound when the difference between the exhaust pressure and the intake pressure of the engine Exceeds 100 mmHg.
Patentansprüche: '"609842/0270 Claims: '"609842/0270
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