DE2627819C3

DE2627819C3 - Steuereinrichtung für eine Abgasrückführungsanlage einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2627819C3
Application number: DE2627819A
Authority: DE
Inventors: Hidemi Susono Shizuoka Onaka
Original assignee: Toyota Jidosha Kogyo KK
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1975-06-23
Filing date: 1976-06-22
Publication date: 1981-09-17
Also published as: DE2627819B2; DE2627819A1; JPS55581B2; JPS521233A; SU1058518A3

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuereinrichtung für eine Abgasrückführungsanlage einer Brennkraftmaschine gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Es ist eine Steuereinrichtung dieser Art bekannt (DE-OS 24 51 148). Diese Steuereinrichtung führt zu Verringerung des Schadstoffgehalts im Abgas von der Abgasanlage zur Ansauganlage zurück. Als Unterdruckquelle dient dabei der Unterdruck im Vergaser, der an einer Stelle stromauf der geschlossenen Drosselklappe abgenommen wird. Diese Stelle wird beim öffnen der Drosselklappe von deren Rand überstrichen. Dadurch wird erreicht, daß im Leerlauf keine und bei voll geöffneter Drosselklappe nur eine geringe Abgasrückführung erfolgt. Die Ventileinrichtung ist ein pneumatisch betätigtes Entlüftungsventil, das bei Teillastbetrieb die den Unterdruck zum pneumatisch betätigten Rückführsteuerventil führende Leitung zur Atmosphäre entlüftet, so daß der Unterdruck am Rückführsteuerventil bei Teillastbetrieb geringer ist und demzufolge eine geringe Abgasmenge zurückgeführt wird. Dadurch ist es möglich, die zurückgeführte Abgasmenge auf den bei Teillastbetrieb geringeren Bedarf zu reduzieren. Es wird jedoch die Leistung der Brennkraftmaschine durch die Abgasrückführung verringert, da die Abgasrückführung zwangsläufig zu einer Verdünnung des Gemischs führt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Steuereinrichtung gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1 so weiterzubilden, daß der Leistungsabnahme durch die Abgasrückführung vorgebeugt wird.

Diese Aufgabe ist durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst Diese Maßnahmen führen dazu, daß dann, wenn Abgas zurückgeführt wird, mehr Kraftstoff zugeführt wird und dadurch der durch die Abgasrückführung verursachten Abmagerung des Gemischs und Leistungsverminderung entgegengewirkt wird. Dennoch wird durch die Abgasrückführung

ίο die gewünschte Verringerung des Schadstoffgehalts im Abgas erreicht

Es ist eine weitere Steuereinrichtung für eine Abgasrückführanlage bekannt (DE-OS 23 51 721), die in der Rückführleitung ein Durchflußregelventil sowie ein Druckregelventil aufweist. Das Durchflußregelventil wird vom Druck im Venturiabschnitt des Vergasers so gesteuert, daß es proportional zur angesaugten Luft öffnet, um ein konstantes Verhältnis der zurückgeführten Abgasmenge zur angesaugten Luftmenge zu gewährleisten. Hierfür reicht diese Maßnahme jedoch allein nicht aus, da die vom Durchflußregelventil durctigeiassene Abgasmenge außer von dessen freiem Strömungsquerschnitt auch von der Druckdifferenz am Durchflußregelventil abhängt Damit diese trotz sich ändernder Druckverhältnisse im Saugrohr stromab der Drosselklappe annähernd konstant bleibt, ist das Druckregelventil vorgesehen, das b<;i steigendem Saugrohrunterdruck stärker schließt Damit wird praktisch im gesamten Lastbereich ein konstantes

jo Verhältnis von zurückgeführter Abgasmenge zu angesaugter Luftmenge erreicht wobei im Leerlauf keine Abgasrückführung erfolgt, bei dagegen Vollast die größte Abgasmenge zugeführt wird.

Eine vorteilhafte Weiterbildung ergibt sich durch die

J₅ Maßnahme gemäß Anspruch 2.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher erläutert. Es zeigt
F i g. 1 ein Blockdiagramm der erfindungsgemäßen Steuereinrichtung;

F i g. 2 einen Schnitt durch ein Rückführsteuerventil;
F i g. 3 einen Schnitt durch eine Schwimmerkammer eines Kraftstoffsteuermechanismus;

Fig.4 einen Schnitt durch ein Unterdruckumschaltventil und

F i g. 5 einen Schnitt durch eine weitere Ausführungsform eines Unterdruckumschaltventils.

Im folgenden wird zunächst auf F i g. 1 eingegangen, in der schematisch eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Steuereinrichtung dargestellt ist. Diese Steuereinrichtung umfaßt ein RUckführsteuerventil 1, das den Rückführweg zwischen der Abgasanlage und der Ansauganlage öffnen und schließen kann. Ein Ventilelement, das sich in einem Ventilgehäuse 12 befindet, wird dabei von einer Membran über einen Ventilschaft entsprechend einem an einer Membrankammer 11 angelegten Unterdruck verstellt.

Zur Steuereinrichtung gehört ferner ein Kraftstoffstcuermechanismus 2. Dessen von einem Kraftstoffdosierelement 22 gesteuerter freier Strömungsquerschnitt wird geschlossen, wenn eine Einrichtung mit Zylinder und Kolben mit Unterdruck beaufschlagt wird.

Ferner ist ein Unterdruckumschaltventil 3 vorgesehen, das einen Einlaß 31, die Auslässe 32 und 33 sowie einen Steuereinlaß 34 aufweist und so angeschlossen ist, daß dann, wenn am Steuereinlaß 34 Unterdruck anliegt, der Einlaß 31 in Verbindung mit dem Auslaß 32 gebracht wird, während gleichzeitig die Verbindung zwischen

dem Auslaß 33 und dem Einlaß 31 unterbrochen wird.

Ferner ist ein Vergaser 4 vorgesehen, der eine Drosselklappe 41 sowie eine öffnung 42 aufweist, die sich an solcher Stelle befindet, daß an ihr Unterdruck herrscht, wenn das Ausmaß der öffnung der Drossel- -, klappe einen bestimmten Wert übersteigt. Die öffnung 42 steht in Verbindung mit dem Einlaß 31 des Unterdruckumschaltventils 3. Außerdem ist die öffnung 42 über ein Unterdruckverzögerungsventil 5 sowie ein dazu parallel geschaltetes elektrisches Magnetventil 6 mit dem Steuereinlaß 34 verbunden. Der Auslaß 32 des Unterdruckumschaltventils 3 ist mit einem Zylinder 21 des Kraftstoffsteuermechanismus 2 verbunden, und der Auslaß 33 des Umschaltventils 3 steht mit der Membrankammer 11 des Rückführsteuerventils 1 in is Verbindung.

Das Unterdruckverzögerungsventil 5 überträgt den an der öffnung 42 im Saugrohr des Vergasers 4 herrschenden Unterdruck zum Steuereinlaß 34 des Unterdruckumschaltventils 3 in der Weise, daß er nur allmählich ansteigt.

Auch das elektrische Magnetventil 6 steuert die Weiterleitung des Unterdrucks. Bei der dai gestellten Ausführungsform der Steuereinrichtung ist das; elektrische Magnetventil 6 so ausgelegt, daß es in jedem der folgenden Fälle öffnet Es öffnet, wenn die Temperatur des Kühlwassers unter einem bestimmten Wert liegt, der beispielsweise 60°C betragen kann, wenn das Getriebe eine bestimmte Schaltstellung einnimmt, beispielsweise in den vierten oder fünften Gang geschaltet ist, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit einen bestimmten Wert übersteigt und/oder wenn die Temperatur des Abgases oberhalb eines bestimmten Wertes liegt. Die Temperatur des Kühlwassers wird von einem Wassertemperaturfühler 61 festgestellt. Die J5 Schaltstellung des Getriebes wird von einem Getriebeschalter 62 festgestellt. Die Temperatur des Abgases wird von einem Abgastemperaturfühler 63 festgestellt, und die Fahrzeuggeschwindigkeit wird von einem Geschwindigkeitsfühler 64 festgestellt.

Im folgenoen wird die Funktionsweise der beschriebenen Steuereinrichtung erläutert:

Wenn die Drosselklappe 41 geschlossen ist und der Motor ohne Belastung läuft, herrscht praktisch kein Unterdruck an der Öffnung 42. Das Rückführsteuerventil 1, der Kraftstoffsteuermechanismus 2 sowie das Unterdruckumschaltventil 3 nehmen somit ihre Ausgangsstellungen ein. Eine Rückführung von Abgas erfolgt dabei nicht. Der Kraftstoffsteuermechanisrnus 2, der normalerweise offen ist, hält gleichzeitig einen zusätzlichen Kraftstoffweg offen, so daß ein fettes Gemisch aufbereitet werden kann. Da jedoch die Drosselklappe geschlossen ist, hat der Kraftstoffsteuermechanismus zu diesem Zeitpunkt keinen Einfluß auf den Lauf des Motors. ^

Wenn die Temperatur des Kühlwassers unter einem bestimmten Wert von beispielsweise 6O⁰C liegt oder wenn das Getriebe eine bestimmte Schaltstellung, beispielsweise die Schaltstellung für den vierten oder fünften Gang, einnimmt, ist die Spule des Magnetventils eo 6 erregt, so daß das Magnetventil 6 offen ist und dadurch die Öffnung 42 im Saugrohr des Vergasers in Verbindung mit dem Steuererlaß 34 des Unterdruckumschaltventils 3 hält. Wenn dann die Drosselklappe geöffnet wird oder offen ist, herrscht im Bereich der t^r< öffnung 42 ein Urite^rdruck, der auf den Steuereinlaß 34 gelangt. Dadurch wird das Unterdruckumschaltventil 3 so verstellt, daß dessen Ei.-ilaß 31 in Verbindung mit dem Auslaß 32 gebracht wird, während gleichzeitig die Verbindung des Auslasses 33 mit dem Einlaß 31 unterbrochen wird. Dies hat zur Folge, daß der Zylinder 21 des Kraftstoffsteuermechanismus 2 mit Unterdruck beaufschlagt wird, wodurch der zusätzliche Kraftstoffweg des Kraftstoffsteuermechanismus 2 geschlossen wird. Da gleichzeitig zum Rückführsteuerventil 1 kein Unterdruck gelangt, nimmt es die in Fi g. 2 dargestellte Stellung ein. Somit erfolgt keine Rückführung von Abgas, der Motor wird mit einem mageren Gemisch gespeist.

Wenn die Temperatur des Kühlwassers dagegen oberhalb des bestimmten Wertes liegt oder das Getriebe nicht eine bestimmte Schaltstellung einnimmt, bleibt das elektrische Magnetventil geschlossen. Der an der öffnung 42 herrschende Unterdruck wirkt dann nur während einer gewissen Zeitdauer unmittelbar nach dem öffnen der Drosselklappe 41 allein am Einlaß 31 des Unterdruckumschaltventils 3. Der Grund dafür ist der, daß die Weiterleitung des Unterdrucks von der öffnung 42 zum Steuereinlaß 34 ν·.·μ Unterdruckverzögerungsveniii 5 verzögert wird, das sie'¹, zwischen der öffnung 42 und dem Steuereinlaß 34 befindet. Während dieser Anfangsphase nimmt das Unterdruckumschaltventil 3 seine Anfangsstellung ein, so dab der Unterdruck zur Membrankammer 11 im Rückführsteuerventil 1 übertragen wird. Daher wird Abgas zurückgeführt, während gleichzeitig der Motor mit einem fetten Gemisch gespeist wird, da der Kraftstoffsteuermechanismus 2 seine Ausgangsstellung einnimmt.

Wenn dann in einer Membrankammer 342 (siehe Fig.4 und 5) der Unterdruck allmählich ansteigt und einen bestimmten Wert erreicht, wird eine Membran 341 entgegen der Kraft einer Feder 343 so ausgelenkt, so daß der Eilaß 31 in Verbindung mit dem Auslaß 32 gebracht wird, während gleichzeitig die Verbindung zwischen dem Einlaß 31 und dem Auslaß 33 unterbrochen wird. Dies hat zur Folge, daß kein Abgas mehr zurückgeführt wird und so dem Motor ein mageres Gemisch zugeführt wird.

Das Unterdruckumschaltventil arbeitet also in der Weise, daß immer dann, wenn der Steuereinlaß 34 mit Unterdruck beaufschlagt wird, die Rückführung von Abgas unterbrochen wird.

Eine andere Ausbildung des Unterdruckumschaltventils 3 ist in Fig. 5 dargestellt. Diese Ausbildung des Unterdruckumschaltventils arbeitet so, daß immer dann, wenn am Steuereinlaß 34 ein Unterdruck anliegt, Abgas zurückgeführt wird. Liegt dagegen am Steuereinlaß 34 atmosphärischer Druck an, wird die Rückführung von Abgasen unterbrochen.

Das Rückführsteuerventil I ist in F i g. 2 dargestellt. In der Membrankammer 11 befinden sich eine Membran 113 ro wie eine Feder 114. Der obere Abschnitt 112 in der Membrankammer 11 steht über eine Verbindungsleitung 111 sowie iine weitere Leitung in Verbindung mit dem Auslaß 33 des Unterdruckumschaltventils 3. Wenn über die Vsrbindungsleitung 111 kein Unterdruck an den oberen Abschnitt 112 der Membrankammer angelegt ist, nimmt die Membran 113 aufgrund der Feder 114 ihre in Fig.2 dargestellte Ausgangsstellung ein. Mit der Membran 113 ist ein Ventilschaft 112 verbunden, der durch das Ventilgehäuse \l verläuft, das fest mit der Wand der Membrankammer 11 verbunden ist. Am Ventilschaft 122 ist ein im Ventilgehäuse 12 angeordnetes Ventileiement 121 befestigt. Zum Ventilgehäuse 12 gehören Verbindungsleitungen 124 und 125, die zur Ansauganlage bzw. zur Abgasanlage des Motors

führen. In der dargestellten Ausgangsstellung des Ventils schließt das Ventilelement 121 die Verbindungsleitung 125. Bei der in F i g. 2 dargestellten Stellung des Ventilelementes 121 ist daher die Abgasanlage nicht mit der Ansauganlage verbunden. Wenn über die Vcrbindungsleitung 111 an den Abschnitt 112 der Membrankammer ein Unterdruck angelegt wird, wird die Membran 113 entgegen der Kraft der Feder 114 ausgelenkt, so daß das Ventilelement 121 von seinem Ventilsitz abgehoben und die Abgasanlage dadurch in Verbindung mit der Ansauganlage gebracht wird. Über eine Entlüftungsöffnung 115 wird der untere Abschnitt der Ventilkammer 111 mit atmosphärischem Druck beaufschlagt.

Fig. 3 zeigt den Kraftstoffsteuermechanismus 2. Dieser umfaßt einen Kolben 211 und eine Feder 212 innerhalb des Zylinders 21. Das Innere des Zylinders 21 steht über eine Verbindungsleitung 213 und eine weitere

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Unterdruckumschaltventils 3 in Verbindung. Wenn über die Verbindungsleitung an den Zylinder 21 kein Unterdruck angelegt ist, nimmt der Kolben 211 aufgrund der Kraft der Feder 212 seine dargestellte Ausgangsstellung ein. In einem Kraftstoffdosierelement 22 ist ein Kraftstoffkanal 223 ausgebildet, der von einem Ventilelement 222 geschlossen werden kann. Das Ventilelement 222 ist mit einem Ventilschaft 221 verbunden, an dem eine in Schließrichtung des Ventils wirkende Feder 224 angreift. Die Kraft der Feder 224 ist jedoch geringer als die der Feder 212, so daß das Ventilelement 222 normalerweise von seinem Ventilsitz abgehoben ist und die in F i g. 3 dargestellte Stellung einnimmt. Wenn über die Verbindungsleitung 213 Unterdruck in den Zylinder 21 gelangt, wird der Kolben 211 entgegen der Kraft der Feder 212 verschoben, so daß das Ventilelcment 222 auf den Ventilsitz gedrückt wird und dadurch den Kraftstoffkanal 223 schließt.

F i g. 4 zeigt den Aufbau des Unterdruckumschaltventils. Der Steuereinlaß 33 steht in Verbindung mit der Membrankammer 342. in der sich die Membran 341 sowie eine weitere Membran 344 befinden. Die Membranen 341 und 344 haben unterschiedliche Durchmesser, wobei die druckbeaufschlagte Fläche der Membran 341 größer als die der Membran 344 ist. Daraus folgt, daß die zwei Membranen 341 und 344 in Richtung der Membran 344 ausgelenkt werden, wenn über den Steuereinlaß 34 an die Membrankammer 342 Unterdruck angelegt wird.

Mit der Membran 341 ist ein Ventilschaft 352 verbunden, durch den ein Ventilelement 351 verstellt werden kann, in der dargestellten Ausgangsstellung druckt der Ventilschaft 352 das Ventilelement 351 auf einen Ventilsitz 321. Das ist möglich, da die Kraft der Feder 343 größer als die Kraft der Feder 353 ist.

Wie aus F i g. 4 ersichtlich ist. ist der obere Abschnitt der Membrankammer über eine Öffnung 348 mit der Atmosphäre verbunden. Der untere Abschnitt der .Membrankammer ist über eine Leitung 347 mit dem Auslaß 32 verbunden. Der Ventilschaft ist als Hohlschaft ausgebildet. In dem die zwei Membranen 341 und 344 verbindenden Teil befindet sich ein Durchgangsloch. Der hohle Abschnitt des Ventilschafts 352 steht mit diesem Durchgangsloch in Verbindung, außerdem über eine Öffnung 355 in Verbindung mit dem oberen Abschnitt der Membrankammer. Dies hat zur Folge, daß in der Ausgangsstellung der obere Abschnitt der Membrankammer und damit auch der Auslaß 32 über die Öffnung ?48 mit der Atmosphäre in Verbindung

stehen, während der Einlaß 31 mit dem Auslaß 33 in Verbindung steht.

Wenn über den Steuereinlaß 34 an die Membrankammer 342 Unterdruck angelegt wird, werden dadurch die Membranen und somit der Ventilschaft 352 entgegen der Kraft der Feder 343 bewegt. Das Ventilelement 351 ist an der Feder 353 aufgehängt und wird von dieser auf den Ventilsitz 331 gedruckt. Auf diese Weise gelangt der Einlaß 31 mit dem Auslaß 32 in Verbindung. Der Ventilhub des Ventilelementes 351 ist kleiner als die Durchbiegung der Membranen 341 und 344, so daß der Ventilschaft 352 bei seiner Betätigungsbewegung vom Ventilelement 351 getrennt wird, wodurch der Auslaß 33 mit der Atmosphäre in Verbindung gelangt.

Wenn am Einlaß 31 Unterdruck anliegt, wird der Unterdruck über den Auslaß 32 und die Leitung 347 auch zum unteren Abschnitt der Membrankammern geleitet. Diese positive Rückkoppelung des Unterdrucks iintcr<itiit7t Häher riii> Durchbiegung der Membranen.

In Fig. 5 ist eine weitere Ausführungsform des Unterdruckumschaltventils dargestellt. Das in Fig. 5 dargestellte Unterdruckumschaltventil unterscheidet sich in folgenden Merkmalen von dem in F i g. 4 dargestellten Unterdruckumschaltventil:

In der Membrankammer befindet sich nur eine Membran, es ist auch nicht die Leitung 347 vorgesehen, allerdings jedoch die zwei Einlasse 31 und 31'. Die Einläsf? 31 und 3Γ können jeweils mit unabhängigen Unterdruckquellen verbundeil sein. Zu den Einlassen 31 und 3Γ gehört jeweils die Drosselstelle 311 bzw.311'.

Da nur eine Membran vorhanden ist, ist das in F i g. 5 dargestellte Unterdruckumschzltventil einfacher konstruiert. Der Ventilschaft 352 ist nicht als Hohlschaft ausgeführt und auch fest mit dem Ventilelement 351 verbunden.

In seiner Ausgangsstellung wird das Ventilelement 351 von der Feder 343 auf den Ventilsitz 321 gehalten. Zu diesem Zeitpunkt steht der Einlaß 31 in Verbindung mit dem Auslaß 32, während der Einlaß 3Γ in Verbindung mit dem Auslaß 33 steht. Da jedoch eine im Gehäuse des Ventilelementes 351 ausgebildete öffnung 312 mit der Atmosphäre in Verbindung steht und über einen Kanal 360 größeren Durchmessers in Verbindung mit dem Auslaß 33 steht und sich im Einlaß 3Γ die Drosselstelle 31Γ befindet, wird jedoch selbst dann, wenn am Einlaß 31' Unterdruck anliegt, atmosphäre scher Druck am Auslaß 33 gehalten. Andererseits herrscht am Auslaß 32 praktisch gleicher Druck wie am Einlaß 31.

Wenn über den Steuereinlaß 34 an die Membrankammer 342 Unterdruck angelegt wird, werf¹ η die Membran 341 und somit der Ventilschaft 35! entgegen der Kraft der Feder 343 ausgelenkt und das Ventilelement 351 auf den Ventilsitz 331 gedrückt. Dadurch wird der Auslaß 32 in Verbindung mit der Atmosphäre gebracht, während gleichzeitig der Auslaß 33 in Verbindung mit dem Einlaß 3Γ gelangt.

Wie Fig.4 zeigt, kann mit einem einzigen Einlaß 31 gearbeitet werden. Dabei wird dann der Einlaß 31 je nach der Stellung des Ventiieiementes 351 in Verbindung mit dem Auslaß 32 oder dem Auslaß 33 gebracht.

Bei der beschriebenen Ausführungsform sind die Elemente des Kraftstoffsteuermechanismus, die auf den Unterdruck ansprechen, als Kolben-Zylinder-Einrichtungen ausgebildet Diese Elemente können jedoch auch ais Menibraneinrichtungen ausgebildet sein. Sowohl für das Rückführsteuerventil als auch für das Unterdruckumschaltventil wurden vorstehend Membraneinrichtun-

gen beschrieben. Diese können jedoch auch durch Kolben Zylinder-Kinriehttingen ersetzt werden. Im Bedarfsfall können die auf den Unterdruck ansprechen den Klemenle au^h durch elektromagnetische Hinrichtungen ersetzt sein.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Steuereinrichtung für eine Abgasrückführungsanlage einer Brennkraftmaschine mit einem Vergaser, einer Rückführleitung zwischen der Abgasanlage und der Ansauganlage der Brennkraftmaschine, einem pneumatisch betätigten Rückführsteuerventil in der Rückführleitung, einer Unterdruckquelle und einer Ventileinrichtung zur Einstellung des an das pneumatisch betätigte Rückführsteuerventil angelegten Unterdrucks in Abhängigkeit vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß ein pneumatisch betätigter Kraftstoffsteuermechanismus (2) vorgesehen ist, der den freien Strömungsquerschnitt eines Kraftstoffdosierelementes (22) des Vergasers (4) vergrößern und verringern kann, und daß die Ventileinrichtung ein Unterdruckumschaltventil (3) zwischen der Unterdruckquelle einerseits und dem Rückführsteuerventil (1) sowie eiern Kraftstoffsteuermechanismus (2) andererseits aufweist, wobei das Unterdruckumschaltventil dann, wenn es das Rückführsteuerventil im Sinne der Abgasrückführung mit Unterdruck beaufschlagt, den Kraftstoffsteuermechnnismus im Sinne einer Vergrößerung des freien Strömungsquerschnittes mit Unterdruck beaufschlagt, und umgekehrt.

2. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftstoffsteuermechanismus (2) ein Ventilelement (222), einen Ventilschaft (221) sowie c.ne Einrichtung mit Kolben (211) und Zylinder (21) umfaßt, die so r "geschlossen ist, daß durch eine Beaufschlagung des Zylinders mit Unterdruck das Ventilelement ^!n. seine Schließstellung gebracht wird, so daß dadurch die dem Motor zugeführte Gemischladung verdünnt wird.