DE2636139C2

DE2636139C2 - Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2636139C2
Application number: DE2636139A
Authority: DE
Inventors: Yoshimasa Yokohama Hayashi; Yasuo Yokosuka 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: 1982-03-04
Also published as: JPS5637424B2; US4071005A; DE2636139A1; AU1672576A; JPS5221532A; CA1055339A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennkraftmaschine gemäß Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Eine Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art ist aus der DE-OS 19 44 357 bekannt Diese Brennkraftmaschine hat eine Abgasrückführungseinrichtung mit einer Leitung, die die Auspuffeinrichtung mit der Ansaugeinrichtung der Brennkraftmaschine verbindet. Über diese Leitung wird ein Teil der Abgase zur Brennkammer der Brennkraftmaschine zurückgeführt, um den Gehalt an Stickstoffoxiden (NO,) im Abgas zu verringern. In dieser die Auspuffeinrichtung mit der Ansaugeinrichtung der Brennkraftmaschine verbindenden Leitung ist ein Steuerventil angeordnet, das derart beschaffen ist, daß es in Abhängigkeit von dem Ansaugunterdruck arbeitet. In Abhängigkeit von dem Ansaugunterdruck, der einen üblichen Betriebsparameter der Brennkraftmaschine darstellt, wird die zur Brennkammer der Brennkraftmaschine zurückgeführte Abgasmenge verändert. Bei einer solchen Abgasrückführungseinrichtung ergeben sich Schwierigkeiten, wenn lieh die Drehzahl der Brennkraftmaschine ändert, d. h. kleiner wird. Dies ist hauptsächlich darauf zurückzuführen, daß die Druckdifferenz stromauf und stromab des Steuerventils infolge der geschlossenen Drosselklappe des Vergasers der Brennkraftmäschinp relativ hoch ist, so daß bei einer Verzögerung der Brennkraftmaschine, d. h, einer Drehzahlabnahme der Brennkraftmaschine, über das Steuerventil noch eine große Abgasmenge zur Ansaugeinrichtung der Brennkraftmaschine zurückge* führt wird- Bei einer solchen Dfehzahlverriiiriderurig der Brennkraftmaschine führt eine relativ große riickgeführte Abgasmenge zu einer Leistungsverminderung derselben. Zudem kommt noch hinzu, daß bei der Drehzahlverminderung der Brennkraftmaschine der Gehalt an Stickstoffoxiden in den Abgasen ohnedies gering ist.

Aus der DE-AS 22 47 587 ist eine Steuereinrichtung für die Abgasrückführung bei Brennkraftmaschinen bekannt, mit der die zurückgeführte Abgasmenge in

ίο Abhängigkeit von einem Betriebsparameter d°r Brennkraftmaschine allmählich größer wird. Die rückgeführte Abgasmenge wird auch dort in Abhängigkeit von der Druckdifferenz zwischen dem Saugdruck an einem Venturiabschnitt und dem Druck in der Auspuffleitung geregelt Daher ergib«, sich auch bei dieser Steuereinrichtung für die Abgasrückführung die zuvor genannte Schwierigkeit

Bei der DE-OS 23 65 340 ist eine Abgasrückführungseinrichtung vorgesehen, die ein Ventil hat das in Abhängigkeit von dem Ansaugunterdruck arbeitet Auch dort steht die rückgeführte Abgasmenge nur in einem Abhängigkeitsverhältnis vom Ansaugdruck. Da dieser aber bekanntlich bei der Verlangsamung der Brennkraftmaschine durch das Schließen der Drossel-

r> klappe im Vergaser ansteigt, wird auch dort die rückgeführte Abgasmenge unter dieser Betriebsbedingung der Brennkraftmaschine größer.

Aus der US-PS 38 82 837 ist es bekannt, in einer Abgasrückführungsleitung eine Platte mit einer Drosseiso öffnung anzuordnen. Mit einer solchen Drosselöffnung wird nur der Druck herabgesetzt. Daher kann mit dieser Auslegung einer Abgasrückführungseinrichtung nur erreicht werden, daß die rückgeführte Abgasmenge im Vergleich zu der eigentlichen Druckdifferenz kleiner ist.

Die dort angegebene Regelung der rückgeführten Abgasmenge ist aber auch, wie bei den anderen druckschriftlichen Vorveröffentlichungen, von der Druckdifferenz abhängig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brennkraftmaschine der gatlüngsgemäßen Art unter Vermeidung der zuvor beschriebenen Schwierigkeiten derart weiterzubilden, daß die rückgeführte Abgasmenge ab einer vorbestimmten Druckdifferenz druckunabhängig ist.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe durch den kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs gelöst.

Die bei der Erfindung vorgesehene Regelung bei der Abgasrückführung einer Brennkraftmaschine ist so beschaffen, daß bis zu einem vorgegebenen Druckwert für die Druckdifferenz stromauf und stromab des Venturiabschnitts eine für einen Betriebsparameter der Brennkraftmaschine abhängige Regelung für die rückgeführte Abgasmenge möglich ist. daß aber bei überschreiten dieses Druckdifferenzwertes die rückgeführte Abgasmenge nicht ansteigt, sondern konstant bleibt, um eine Leistungsminderung der Brennkraftmaschine zu verhindern. Dies wird bei der Erfindung dadurch erreicht, daß die Abgase durch den Venturiab schnitt mit Schallgeschwindigkeit durchgeleitet werden Gerade durch das Durchlesen der Abgase mit Schallgeschwindigkeit ab einem vorbestimmten Druckdifferenzwert wird erreicht, daß die rückgeführten Abgase mit einer konstanten Dufchsalzgeschwindigkeil zurückgeführt werden, die unabhängig von der Druck* differenz der Abgasrückführungsleitung ist. Selbst wenn daher die Druckdifferenz beispielsweise bei der Verzögerung der Brennkraftmaschine dadurch ansteigt, daß die Drosselklappe der Brennkraftmaschine ge*

schlossen wird, bleibt die rückgeführte Abgasmenge konstant, so daß keine LeiEtungsbeeinträchtigung der Brennkraftmaschine in diesem Betriebszustand zu befürchten ist.

Zwar ist es auf dem Gebiet der Vergasertechnik bekannt, einen Venturiabschnitt vorzusehen, der aber die Aufgabe hat, selbst bei sehr kleinen Luftdurchströmungsgeschwindigkeiten eine gute Brennstoffaufbereitung zu gewährleisten. Der bei der Erfindung in der Abgasriickführungsleitung angeordnete Venturiabschnitt hat c.ber zum einen keinen Einfluß auf die Kraftstoffaufbereitung für das der Brennkraftmaschine zuzuführende Gemisch, sondern verfolgt bei der Abgasrückführungseinrichtung nach der Erfindung einen neuen Zweck, nämlich die rückgeführte Abgasmenge durch Durchleiten mit Schallgeschwindigkeit konstant zu halten, wenn ein vorDestimmter Druckdifferenzwert stromauf und strom&b des Venturiabschnitts überschritten wird.

Die Erfindung wird nachstehend an einem Beispiel unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt

Fig. i eine schemaiische Darstellung einer Brennkraftmaschine mit einer Abgasrückführungseinrichtung,

F i g. 2 eine schematische vertikale Schnittansicht durch den Vergaser der Brennkraftmaschine nach Fig. l.und

Fig. 3 ein Diagramm zur Verdeutlichung des Zusammenhangs von sich ändernden Abgasrückführungsmengen und der Druckdifferenz an einem Venturiabschnitt in der Abgasrückführungseinrichtung gemäß Fig. 1.

In den Fig. 1 und 2 ist eine Brennkraftmaschine dargestellt, deren Motorblock mit 10 bezeichnet ist. Der Motorblock 10 weist wie üblich eine oder mehrere Brennkammern (nicht gezeigt) auf. Die Brennkammer steht über einen Ansaugkanal 14 mit einem Vergaser 12 in Verbindung. Der Vergaser 12 weist üblicherweise eine Drosselklappe 12a auf, die in dem Ansaugkanal 14 für das Luft-/Kraftsioff-Gemisch angeordnet ist.

Eine Leitung 16 bildet einen Teil der Abgasrückführungseinrientung 18 und verbindet einen stromab von der Drosselklappe 12a des Vergasers 12 liegenden Abschnitt des Ansaugkanals mit einer Auspüffleitung 20. die stromab von der Brennkammer liegt und einen Teil der Auspuffeinrichtung der Brennkraftmaschine bildet. Die Abgasrückführungseinrichtunp 18 führt einen Teil der durch die Auspuffleitung 20 gehenden Abgase über den Ansaugkanal 14 zur Brennkammer zurück.

In der Leitung 16 der Abgasrückführungseinrichtung 18 ist ein Steuerventil 24 mit einem Ventilsitz 22 vorgesehen, der mit einem Ventilelement 26 zusammenarbeitet, das mittels einer Membrane 28a einer Membran-Ventilbctätigungseinrichtung 28 in Abhängigkeit vom Vakuum im Veniuriabschnitt 30 zur Steuerung der rifckzuführenden Abgasmenge über die Leitung 16 verstellbar ist Das Steuerventil 24 vird somit in Abhängigkeit von einem Betnebsparameter der Brennkraftmaschine betätigt. Als Betnebsparame ter dient beispielsweise das Vakuum im Ventunab schnitt i2b des Vergasers 12. Als Betriebsparameter kommt auch die Druckdifferenz zwischen der Ansaug und Auspuffeinrichtung der Brennkraftmaschine oder auch das Vakuum im Ansaugkanal in Betracht, welches sich durch das Vakuum im Venturiabschnitt i2b oder den Abgasdruck ändert.

In einem Abstand stromab von dem Steuerventil 24 ist in der Leitung 16 ein Venturiabschnitt 30 angeordnet.

Der Venturiabschnitt 30 ist derart beschaffen, daß die Abgase durch die Verengung 30a des Venturiabschnitts 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 der minimale Druckwert ist, mit dem man gerade noch die Schallgeschwindigkeit des rückgeffihrten Abgases erreicht Der Venturiabschnitt 30 wird als Laval-Düse bezeichnet, die im allgemeinen eine solche Charakteristik besitzt, daß ein Druckfluid an der Verengung 30a Schallgeschwindigkeit erreicht, wenn eine Druckdifferenz zwischen dem von der Verengung 30a stromauf und stromab liegenden Teil vorhanden ist, die größer als ein vorbestimmter Druck P\ ist

Die maximale Strömungsgeschwindigkeit des durch den Venturiabschnitt 30 gehenden Abgases wird konstant oder gleich der Schallgeschwindigkeit, selbst wenn die Druckdifferenz stromauf und stromab des Venturiabschnitts 30 größer als der vorbestimmte Druckwer· P, wird. Natürlich wird im Venturiabschnitt 30 dann Übfschallgeschwindigke erreicht, wenn eine extrem hohe Druckdifferenz am ve' turiabschniü 30 vorhanden ist. Üblicherweise tritt jedoch eine derart hohe Druckdifferenz in der Abgasrückführungseinrichtung 18 bei üblichen Brennkraftmaschinen nicht auf, so daß r'cht zu erwarten ist. daß eine Oberschallgeschwindigkeit erreicht wird.

Es ist auch möglich, den Venturiabschnitt 30 in irgendeinem anderen Abschnitt der Leitung 16, beispielsweise stromauf vom Steuerventil 24 oder neben dem Ventilsitz 22 anzuordnen.

Bei der vorstehend beschriebenen Auslegung ändert sich die über den Venturiabschnitt 30 zur Brennkammer zurückgeführte Abgasmenge, abhängig von der Druckdifferenz P und dem freien Durchtrittsquerschnitt zwischen dem Ventilsitz 22 und dem Ventiielement 26. wenn die Druckdifferenz P stromauf und stromab des Venturiabschnitts 30 kleiner als der vorherbestimmte Wert Pi ist. Wenn jedoch die Druckdifferenz "größer als der vorbestimmte Wert P-, wird, werden d>e Abgase durch den Venturiabschnitt 30 mit Schallgeschwindigkeit durchgeleitet, und zwar mit konstanter Strömungsgeschwindigkeit unabhängig von der Druckdifferenz P stromauf und stromab vom Venturiabschnitt 30. Die maximale zur Brennkammer rückgeführte Abgasmenge ist durch das Produkt aus der Schallgeschwindigkeit und dem freien Durchtrittsquerschnitt zwischen dem Ventilsitz 22 und dem Ventilelement 26 bestimmt. Die maximale rückgeführte Abgasmenge bleibt konstant, wenn das Steuerventil 24 betätigt oder geöffnet wird, um größere Abgüsmengen durch den Venturiabschnitt 30 durchzuleiten.

Zweckmäßigerweisc sollte der Venturiabschnitt 30 vo' ausweise so beschaffen sein, daß das rückgeführte Abgas mit Schallgeschwindigkeit durchgeleitet wird, wenn die Druckdifferenz P etwa einen L^ruckwert l·, von 100 mm Hg erreicht, um zu große zu d_t-r Brennkammer der Brennkraftmaschine rückgeführte Abgasmengen zu vermeiden. Zu große rückgeführie Abgasmengen konnten sich beispielsweise aufgrund des sehr hohen Vakuums bei eier Verzögerung der Brennkraftmaschine ergeben, wenn die Drosselklappe 12a des Vergasers 12 geschlossen ist.

In F i g, 3 ist in einem Diagramm die Änderung der zur Brennkammer rürkgeführten Abgasmenge in Abhängigkeit von der Druckdifferenz Pstromauf und stromab des Venturiabschnitts 30 gezeigt. Die Kurven A 1 und

A 2 geben die Werte bei einem größeren bzw. kleineren freien Durchtritlsquerschnitt zwischen dem Ventilsitz 22 und dem Ventilelement 26 an. Aus dieser Fig. 3 ist ersichtlich, daß die zur Brennkammer rückgeführte Abgasmenge konstant wifd, wenn die Druckdifferenz P am Venturiabschnitt 30 größer als der vorbestimmte Wert P\ (100 mm Hg) wird.

Die maximale zur Brennkammer rückgeführte Abgasmenge bleibt daher ab einem vorbestimmten Wert konstant, weil die durch die Leitung 16 rückgeführten Abgase mit Schallgeschwindigkeit durchgeleitet werden, wenn die Druckdifferenz stromauf und stromab des Venturiabschnitts 30 über einem vorbestimmten Wert liegt. Der Venturiabschnitt 30 ist in der Leitung 16 der Abgasrückführungseinrichtung 18 angeordnet. Somit wird verhindert, daß übermäßig große Abgasmengen zur Brennkammer infolge extrem hoher Druckdifferenz zwischen der Ansäugeinrichtung 14 und Auspüffeinrichlung 20 der Brennkraftmaschine zurückgeführt werden. Zur Brennkammer der Brennkraftmaschine werden daher abhängig von sich ändernden Belriebsparametern geeignete Abgasmengen rückgeführt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Brennkraftmaschine mit einer Brennkammer, einer Ansaugeinrichtung mit einem Ansaugkanal, durch den wenigstens Ansaugluft zur Brennkammer geht, einer Auspuffeinrichtung mit einem Auspuffkanal für die aus der Brennkammer austretenden Abgase und mit einer Abgasrückführungseinrichtung, die einen Teil der durch die Auspuffleitung gehenden Abgase über die Ansaugeinrichtung zur Brennkammer zurückführt, die eine die Ansaugeinrichtung mit der Auspuffeinrichtung verbindende Leitung und ein in dieser Leitung angeordnetes Steuerventil aufweist, das die Menge der rückgeführten Abgase durch Veränderung des Öffnungsgrads des Steuerventils in Abhängigkeit von einem Betriebsparameter der Brennkraftmaschine regelt, dadurch gekennzeichnet, daß in der Leitung (16) der Abgasrückführungseinrichtung (18) in einem Abstand stromab von dem Steuerventil (24) ein Venturiabschnitt (30) angeordnet ist, der die rückgefülirten Abgase immer dann mit Schallgeschwindigkeit durchieitet, wenn die Druckdifferenz stromauf und stromab davon innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der untere Grenzwert für den vorbestimmten Druckbereici. bei 100 mm Hg liegt.

3. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung (16) der Abgasrückführungseinrichtung (18) den Auspuffkanal (20) der Auspuffeinrichtung mit einem Abschnitt Jer Ansaugeinrichtung stromab der Drosselklappe (\2a)(*°.s Verf-.sers (12) verbindet.