DE2636139A1

DE2636139A1 - Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE2636139A1
Application number: DE19762636139
Authority: DE
Inventors: Yoshimasa Hayashi; Yasuo Nakajima
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1975-08-12
Filing date: 1976-08-11
Publication date: 1977-03-10
Also published as: JPS5221532A; DE2636139C2; AU1672576A; US4071005A; CA1055339A; JPS5637424B2

Description

Dr.D.Thomsen PATE NTANWALTS BÜRO

& Telefon (089)530211

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expertia

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PATENTANWÄLTE

München: Frankfurt/M.:

Dr. ren nat. D.Thomsen Dipl.-Ing. W. Weinkauff

(Fuchshohl 71)

Dresdner Bank AG, München, Konto 5574237

8000 München 2

Kaiser-Ludwig-Platz6 11. August 1976

Nissan Motor Company, Limited Yokohama City, Japan

Verbrennungsmotor

Die Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor mit einem Ansaugsystem, welches einen Ansaugkanal enthält, um Luft zur Verbrennungskammer des Motors zu leiten, und einem Abgas- bzw. Auspuffsystem mit einem Auspuffkanal zur Ableitung des von der Verbrennungskammer abgegebenen Abgases.

Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf einen Verbrennungsmotor der eingangs genannten Art, der mit einem Abgasrückführungssystem ausgerüstet ist, um einen Teil des

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Abgases zur Verbrennungskammer des Motors zurückzuleiten.

Bei Abgasrückführungssystemen für Verbrennungsmotoren, bei welchen ein Teil des Abgases über das Ansaugsystem der Verbrennungskammer zur Reduzierung des abgegebenen Gehaltes an Stickstoffoxyden (NO ) zugeführt wird, ist die die Ansaug- und Abgas- bzw. Auspuffsysteme des Motors miteinander verbindende Leitung üblicherweise mit einem Steuerventil ausgerüstet, welches so betrieben wird, daß die Querschnittsfläche zwischen dem Ventilkopf und dem Ventilsitz abhängig von einem Motor-Betriebsparameter, beispielsweise dem Vakuum im Ansaugkrümmer durch das Vakuum im Venturiabschnitt oder durch den Auspuffdruck der Abgase verändert wird, um die Menge an Abgasen zu steuern, die zur Verbrennungskammer zurückgeführt werden.

Ein derartiges Steuerventil bringt jedoch dann ein Problem mit sich, wenn unerwünscht hohe Abgasmengen beispielsweise während der Verzögerung des Motors unvermeidbar zur Verbrennungskammer zurückgeführt werden, obgleich der Emissionspegel an NO während der Verzögerung sehr ge-

.Λ.

ring ist. Diese zu hohe Abgasrückführung ergibt sich auf Grund einer zu hohen Druckdifferenz zwischen der stromauf- und stromabliegenden Seite des Steuerventils; dieser hohe Druck wird durch die Wirkung der geschlossenen Drosselklappe des Vergasers des Motors hervorgerufen.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Verbrennungsmotor zu schaffen, bei dem die Rückführung einer angemessenen Menge an Abgasen zur Verbrennungskammer unabhängig von der Änderung der Druckdifferenz zwischen dem Ansaug- und Auspuffsystem des Motors möglich ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Hauptanspruchs gelöst.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Der erfindungsgemäße Verbrennungsmotor ist vorteilhafterweise mit einem Abgasrückführungssystem versehen, in welchem die Menge an rückgeführtem Abgas zur Verbrennungskammer konstantgehalten wird, auch wenn die Druckdifferenz zwischen dem Ansaug- und Auspuffsystem einen vorbestimmten Wert überschreitet.

Erfindungsgemäß bildet der Venturiabschnitt einen Teil einer sogenannten Laval-Düse, wobei der Venturiabschnitt an einem Teil einer Leitung vorgesehen ist, welche das Ansaug- und Auspuffsystem des Motors miteinander verbindet.

Die Erfindung weist ein Abgasrückführungssystem auf, um einen Teil der Abgase zurückzuleiten, die durch das Abgassystem in die Verbrennungskammer durch das Ansaugsystem

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hindurchgeleitet werden. Das Abgasrückf ührungssystem enthält eine Leitung, die das Ansaug- und Auspuffsystem miteinander verbindet, sowie eine Steuerventileinrichtung, die sich in dieser Leitung zur Steuerung der Menge an Abgasen befindet, welche durch diese Leitung gelangen; die Steuerung der Abgasrückführungsmenge erfolgt durch Änderung des Öffnungsgrades der Steuerventileinrichtung abhängig von einem Motorbetriebsparameter. Außerdem ist eine Einrichtung vorgesehen, damit die Abgase, die durch sie hindurchgelangen, mit einer Schallgeschwindigkeit hindurchströmen, wenn die Druckdifferenz an den stromauf und stromab liegenden Seiten dieser Ventileinrichtung innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt; die Einrichtung, die das Abgas hindurchgelangen läßt, befindet sich in der Leitung der Abgasrückführungs einri chtung.

Im folgenden wird eine bevorzugte Ausf ührungsform der Erfindung anhand von Zeichnungen zur Erläuterung weiterer Merkmale beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Verbrennungsmotors, der mit einem Abgasrückführungssystem gemäß der Erfindung ausgerüstet ist,

Fig. 2 eine schematische vertikale Schnittansicht durch einen Vergaser des Motors nach Fig. 1, und

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Fig. 3 eine graphische Darstellung, welche Änderungen der Abgasrückführungsmenge im Verhältnis zur Druckdifferenz zeigt, welche an einer Laval-Düse auftritt, die im Abgasrückführungssystem gemäß Fig. 1 angeordnet ist.

In den Fig. 1 und 2 ist eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors dargestellt, wobei der Motor mit 10 bezeichnet ist. Der Motorblock 10 weist eine übliche Verbrennungskammer bzw. nicht gezeigte Verbrennungskammern auf. Die Verbrennungskammer steht über einen Ansaugstutzen 14 mit einem Vergaser 12 in Verbindung, wodurch eine Verbindung zu einem Ansaugkanal geschaffen wird, der einen Teil des Ansaugsystems des Motors 10 darstellt. Der Vergaser 12 weist üblicherweise eine Drosselklappe bzw. ein Drosselventil 12a auf, welches sich in dem Ansaugkanal für das Luft-/Kraftstoff-Gemisch desselben befindet.

Eine Leitung 16 bildet einen Teil des Abgasrückführungssystems 18 und verbindet einen stromab liegenden Abschnitt der Drosselklappe 12a des Vergasers 12 mit einem Auspuffkanal 20, der stromab der Verbrennungskammer liegt und einen Teil des Auspuffsystems des Motors darstellt. Das Abgasrückführungssystem 18 ist so angeordnet, daß ein Teil der Abgase, die durch den Auspuffkanal 20 hindurchgelangen, durch den Ansaugkanal 14 in die Verbrennungskammer zurückgeführt wird.

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An der Innenseite der Leitung 16 ist ein Ventilsitz ausgebildet, der einen Teil eines Steuerventils 24 oder einer Steuerventileinrichtung darstellt. Der Ventilsitz 22 weist eine durch ihn durchgehende Öffnung auf. In die Ventilsitzöffnung ist ein konusförmiger Ventilkopf 26 hinein verlagerbar, der mit einer Membran 28a einer Membranstelleinrichtung 28 verbunden ist. Die Membran 28a wird durch eine nicht bezeichnete Feder üblicherweise in diejenige Richtung gedrückt, damit der Ventilkopf 26 in die Ventilsitzöffnung verlagert wird und den Ventilsitz berührt; die Membran 28a wird in einer Richtung bewegt, in der sie den Ventilkopf 26 gegenüber dem Ventilsitz 22 wegbewegt, und zwar abhängig von dem Vakuum im Venturiabschnitt. Das Steuerventil 24 ist so angeordnet, daß die Querschnittsfläche der Öffnung der Leitung 16 oder die Querschnittsfläche zwischen dem Ventilkopf 26 und dem Ventilsitz 22 geändert wird, um die Menge an Abgasen zu steuern, die durch die Leitung 16 strömen, und zwar abhängig von einem Motorbetriebsparameter, beispielsweise dem Venturivakuum, welches im Venturiabschnitt 12b des Vergasers 12 erzeugt wird; in diesem dargestellten Ausführungsbeispiel wird ein verstärktes Venturivakuum an die Membran 28a angelegt. Der Motorbetriebsparameter kann die Druckdifferenz zwischen dem Ansaug- und Auspuffsystem des Motors darstellen oder auch das Vakuum im Ansaugstutzen, welches durch das Venturivakuum oder den Abgasdruck variiert wird.

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Stromab des Ventilsitzes 22 wird in der Leitung 16 ein Venturiabschnitt 30 gebildet. Der Venturiabschnitt 30 ist derart konzipiert und angeordnet, daß die Abgase durch die Einkehlung 30a des Abschnitts 30 mit einer Schallgeschwindigkeit strömen, wenn die Druckdifferenz P zwischen den stromauf und stromab liegenden Seiten des Venturiabschnitts 30 einen vorbestimmten Druckwert P. erreicht, welcher kleiner als ein spezieller Druck ist, der seinerseits den minimalen Wert darstellt, um eine Gasströmung mit Schallgeschwindigkeit zu erreichen. Der Abschnitt 30 wird als Laval-Düse bezeichnet bzw. bildet einen Teil einer Laval-Düse, die im allgemeinen eine Charakteristik solcherart aufweist, daß die Strömung eines Druckfluids mit Schallgeschwindigkeit an dem Kehlabschnitt erreicht wird, wenn eine Druckdifferenz zwischen dem stromauf und stromab liegenden.Teil der Einkehlung bzw. der Verengung einen dem Druck P^ entsprechenden, vorbestimmten Druck überschreitet.

Ersichtlicherweise wird die maximale Strömungsgeschwindigkeit des Abgases, welches durch den Venturiabschnitt 30 hindurchgelangt, konstant oder gleich der Schallgeschwindigkeit, auch wenn die Druckdifferenz zwischen den stromauf und den stromab liegenden Seiten des Venturiabschnitts 30 sich über den vorbestimmten Druckwert P^ erhöht. Natürlich kann auch im Venturiabschnitt 30 dadurch eine Ultraschallgeschwindigkeit erreicht werden, daß eine extrem hohe Druckdifferenz am Venturiabschnitt erzeugt wird. Üblicherweise

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liegt jedoch eine derart hohe Druckdifferenz im Abgasrückführungssystem 18 üblicher Verbrennungsmotoren nicht vor, so daß auch keine Notwendigkeit zur Besorgnis besteht, daß eine Ultraschallgeschwindigkeit hervorgerufen wird.

Während nur der Venturiabschnitt 30, der stromab des Steuerventils 24 gebildet wird, dargestellt und beschrieben ist, kann der Venturiabschnitt 30 ersichtlicherweise auch an jedem anderen Teil der Leitung 16, beispielsweise stromauf zum Steuerventil 24 oder neben dem Ventilsitz 22 im Steuerventil 24 vorgesehen sein.

Bei der vorstehend erläuterten Anordnung wird die Menge an Abgas, die durch den Venturiabschnitt 30 zur Verbrennungskammer zurückgeführt wird, abhängig zu der Druckdifferenz P und der Querschnittsfläche variiert, welche zwischen dem Ventilsitz 22 und dem Ventilkopf 26 definiert ist, wenn die Druckdifferenz P zwischen den stromauf und stromab liegenden Seiten des Venturiabschnitts 30 geringer als der vorbestimmte Wert P₁ ist. Wenn jedoch die Druckdifferenz P den Wert P₁ überschreitet, nimmt die Strömungsgeschwindigkeit der Abgase, die neben dem Venturiabschnitt 30 vorbeiströmen, Schallgeschwindigkeit an und demzufolge wird eine konstante Strömungsgeschwindigkeit unabhängig von der Änderung der Druckdifferenz P zwischen den stromauf und stromab liegenden Seiten des Venturiabschnitts 30 erreicht. Die maximale Strömungsmenge der zur Verbrennungskammer rückgeführten

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Abgase stellt ein Produkt der Schallgeschwindigkeit und der Querschnittsfläche fest, wobei letztere zwischen dem Ventilsitz 22 und dem Ventilkop.f 26 definiert ist. Die maximale Strömungsmenge an Abgasen, die zurückgeführt.wird, wird konstantgehalten, wenn das Steuerventil 24 betätigt oder geöffnet wird, um größere Mengen an Abgasen durch den Abschnitt 30 strömen zu lassen.

Experimente haben ergeben, daß der Venturiabschnitt vorzugsweise so auszulegen ist, daß die Gasströmung mit Schallgeschwindigkeit erfolgt, wenn die Druckdifferenz P etwa einen Druck P. von 100 mmHg erreicht, um eine Rückführung zu hoher Mengen an Abgasen In die Verbrennungskammer des Motors zu verhinderni die zu hohe.Menge an Abgasrückführung ergibt sich auf Grund eines zu hohen Vakuums, welches beispielsweise während der Verzögerung des Motors erzeugt wird, wobei die Drosselklappe 12a des Vergasers geschlossen, ist. . ,. . . ,

FIg. 3 zeigt eine.graphische Darstellung der Änderung der Abgasmenge _f die zur Verbrennungskammer zurückgeführt wird, als Funktion der Druckdifferenz P. zwischen der stromauf und stromab liegenden Seite des Venturiabschnitts 30,. Die Kurven Ä1 und A2 geb;en die Werte.bei einer größeren bzw. kleineren Querschi?!ttsflache an, die zwischen dem Ventilsitz 22 und dem Ventilkopf, d.h. Ventilteller 26 definiert Ist. Aus,dieser FIg.-3. ist ersichtlich, daß die

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zur Verbrennungskammer zurückgeführte Abgasmenge konstant wird, wenn die Druckdifferenz P am Venturiabschnitt 30 den vorbestimmten Vert P^ (100 mmHg) überschreitet.

Durch die Erfindung wird somit die maximale, zur Verbrennungskammer rückgeführte Abgasmenge bei einem bestimmten Wert so gesteuert, daß sie konstant bleibt, weil die Strömungsgeschwindigkeit der durch die in der Eiickführungsleitung befindliche Laval-Düse strömenden Abgase auf Schallgeschwindigkeit reguliert wird, wenn die Drückdifferenz zwischen der stromauf und stromab liegenden Seite der" Laval-Düse über einem vorbestimmten Wert liegt; die Laval-Düse befindet sich dabei in der Leitung des Abgasrückführungssystems. Erfindungsgemäß wird somit verhindert, daß zu hohe

Abgasmengen zur Verbrennungskammer auf Grund einer extrem

hohen Druckdifferenz zwischen den Ansaug- und Auspuffsystemen des Motors zurückgeführt werden. Durch die Erfindung wird vielmehr ermöglicht, daß eine angemessene Menge an Abgasen zur Verbrennungskammer abhängig von den sich ändernden Motorbetriebsbedingungen zur Verbrennungskammer zurückgeleitet wird»

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Claims

Patentansprüche

\1.jVerbrennungsmotor mit einem Ansaugsystem, welches einen Ansaugkanal enthält, um Luft zur Verbrennungskammer des Motors zu leiten, und einem Abgas- bzw. Auspuff sy st em mit einem Auspuffkanal zur Ableitung des von der Verbrennungskammer abgegebenen Abgases,

dadurch gekennzeichnet, daß eine Abgas-Rückführungseinrichtung (18) vorgesehen ist, die einen Teil des durch das Auspuffsystem (20) strömenden Abgases durch das Ansaugsystem (14) in die Verbrennungskammer rückführt, daß eine Leitung das Ansaugsystem mit dem Auspuffsystem verbindet, daß eine Steuerventil (24) in der Leitung angeordnet ist, um die Menge an Abgasen zu steuern, die durch diese Leitung strömen, wobei die Steuerung der Abgasmenge durch Änderung des Öffnungsgrades des Steuerventils in Abhängigkeit zu einem Motorbetriebsparameter erfolgt und daß eine Einrichtung (30) vorgesehen ist, um die Abgase an der betreffenden Stelle mit Schallgeschwindigkeit vorbeiströmen zu lassen, wenn die Druckdifferenz zwischen den stromauf und stromab liegenden Seiten dieser Einrichtung innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt, wobei diese Einrichtung in der Leitung des Abgas-Rückführungssystems angeordnet ist.

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2. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (30), die das Abgas auf eine der Schallgeschwindigkeit entsprechende Strömungsgeschwindigkeit verbringen kann, einen Venturiabschnitt enthält, der in einem Teil der Leitung des Abgas-Rückführungssystems (18) angeordnet ist und daß dieser Venturiabschnitt einen Teil einer Laval-Düse bildet, welche die durch sie hindurchfließenden Abgase auf eine der Schallgeschwindigkeit entsprechende Geschwindigkeit verbringen kann, wenn die Druckdifferenz zwischen den stromauf und stromab liegenden Seiten derselben innerhalb des vorbestimmten Bereichs liegt.
3. Verbrennungsmotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die untere Grenze des vorbestimmten Bereichs .bei einem Druckwert von 100 mmHg liegt.
4. Verbrennungsmotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschnitt, in welchem der Venturiabschnitt liegt, stromab des Steuerventils (24) angeordnet ist.
5. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ansaugsystem einen mit dem Ansaugkanal verbundenen Vergaser (12) aufweist.

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6. Verbrennungsmotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung des Abgas-Rückführungssystems (18) den Auspuffkanal (20) des Abgassystems mit einem Abschnitt des Ansaugsystems stromab der Drosselklappe (12a) des Vergasers (12) verbindet.
7. Verbrennungsmotor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventil (24) einen in der Leitung angeordneten Ventilsitz (22) aufweist, daß der Ventilteller (26) ebenfalls in der Leitung vorgesehen ist und mit dem Ventilsitz in Berührung gelangen kann, daß ein Membranstellglied (28) zum Verstellen des Ventiltellers (26) abhängig von einem Vakuum angeordnet ist, welches in einem Abschnitt des Motors erzeugt wird, wobei das Membranstellglied eine Membran (28a) enthält, die durch eine Feder normalerweise in einer Richtung derart vorgespannt wird, daß der Ventilteller mit dem Ventilsitz in Berührung gelangt und in diejenige Richtung bewegbar ist, so daß der Ventilteller vom Ventilsitz abhängig von dem dort angelegten Vakuum getrennt wird, und daß der Ventilteller (26) mit der Membran (28a) in Verbindung steht.
8. Verbrennungsmotor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitz (22) eine durch ihn hindurchgehende Öffnung aufweist und daß der Ventilteller (26)

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konusförmig ausgebildet und derart angeordnet ist, daß er in die Öffnung im Ventilsitz hineinverlagert werden kann, um mit dem Ventilsitz in Berührung zu gelangen.
9. Verbrennungsmotor nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß das Vakuum ein verstärktes Venturivakuum ist, wobei das Venturivakuum im Venturiabschnitt des
Vergasers (12) erzeugt wird.

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ORIGINAL INSPECTED