DE2750537A1 - Verfahren zum vermindern des verbrennungsgeraeusches von dieselmotoren im leerlauf sowie vorrichtung zum durchfuehren des verfahrens - Google Patents

Verfahren zum vermindern des verbrennungsgeraeusches von dieselmotoren im leerlauf sowie vorrichtung zum durchfuehren des verfahrens

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Description

AUDI NSU AUTO UNION 8070 Ingolstadt, 12.10.1977
Aktiengesellschaft Dr. Ba/L
Postfach 220
8070 Ingolstadt
Verfahren zum Vermindern des Verbrennungsgeräusches von Dieselmotoren im Leerlauf sowie Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vermindern des Verbrennungsgeräusches von Dieselmotoren im Leerlauf. Die Erfindung betrifft weiter eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens an einem Dieselmotor mit wenigstens einer Arbeitskammer, in der ein Kolben arbeitet und die an einen Einlaßkanal und einen Auslaßkanal angeschlossen ist.
In jüngerer Zeit erlangen Dieselmotoren zum Fahrzeugantrieb, insbesondere zum Antrieb von Personenkraftwagen, immer größere Bedeutung, da sie neben geringem Verbrauch auch günstige Schadstoffemissionen aufweisen.
Ein Problem, das bei Dieselmotoren bisher noch nicht befriedigend gelöst werden konnte, ist das im Leerlauf, insbesondere im nicht betriebswarmen Zustand des Motors, auftiSbende stark "nagelnde" Geräusch. Dieses Geräusch ist relativ hart und setzt sich aus einem komplexen Frequenzspektrum zusammen, so daß es als sehr unangenehm empfunden wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit anzugeben, mit der das "nagelnde" Leerlaufgeräusch von Dieselmotoren unterdrückt oder zumindest stark vermindert werden kann.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs beschriebenen Gattung erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß im Leerlaufbetrieb des Dieselmotors der angesaugten Frischluft Abgas zugeführt wird.
Die Abgasrückführung ist bei Verbrennungsmotoren zwar an sich bekannt; zur Lösung der geschilderten Aufgabe wurde sie jedoch noch nicht verwendet. Sie dient vielmehr, insbesondere bei Otto-Motoren, dazu, die Entstehung von Stickoxiden bei der Verbrennung herabzusetzen (vgl. DT-OS 23 51 721). Die Wirkung der Abgasrückführung zur Verminderung der Entstehung von Stickoxiden liegt darin, daß das der Frischluft zugesetzte Abgas als inertes Gas nicht an der Verbrennung teilnimmt, wodurch die während eines Arbeitstaktes verbrennende Ladung verdünnt ist und die bei der Verbrennung auftretenden Spitzentemperaturen entsprechend absinken, was zur Verminderung der Stickoxidbildung führt. Entsprechend wird die Abgasrückführung zur Verminderung der Stickoxidbildung hauptsächlich im Teillastgebiet der Motoren angewandt, wo die durch die Verdünnung der Ladung bedingte Herabsetzung der Leistung in Kauf genommen werden kann.
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Überraschenderweise hat sich nun herausgestellt, daß die Abgasrückführung ein wirksames Mittel ist, um das "nagelnde" Leerlaufgeräusch von Dieselmotoren zu beseitigen oder zumindest
stark zu verringern. Die Wirkung, die die Abgasrückführung dabei hat, könnte dadurch erklärt werden, daß durch die Beimischung
von heißem Abgas zur angesaugten Frischluft die Temperatur der Ladung insgesamt erhöht wird und entsprechend die Verdichtungstemperatur ebenfalls ansteigt. Die Folge ist, daß der Zündverzug, der wegen der durch ihn bedingten Explosionswelle das "nagelnde" Geräusch verursacht, kleiner wird. Auf die Schadstoffemission des Dieselmotors im Leerlauf ist die Abgasrückführung ohne Einfluß. Bei Dieselmotoren, die auch im Teillastbetrieb
noch zum "Nageln" neigen, kann es günstig sein, auch in diesem Betriebszustand Abgas rückzuführen.
Vorteilhaft ist eine Durchführungsform des Verfahrens, bei der nur im kalten Zustand des Dieselmotors Abgas rückgeführt wird. Die Abgasrückführung kann nämlich unter Umständen Verschmutzungen des Einlaßtraktes des Dieselmotors hervorrufen, so daß es zweckmäßig ist, sie auf das notwendige Maß zu beschränken. Auch ist das ohne Abgasrückführung auftretende "nagelnde" Leerlaufgeräusch bei nicht betriebswarmer Maschine am größten, so daß die Abgasrückführung an sich im kalten Zustand der Maschine die größten Vorteile bringt.
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Eine Vorrichtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens an einem Dieselmotor mit wenigstens einer Arbeitskammer, in der ein Kolben arbeitet und die an einen Einlaßkanal und einen Auslaßkanal angeschlossen ist, zeichnet sich dadurch aus, daß der Auslaßkanal mit dem Einlaßkanal über eine Abgasrückführleitung verbunden ist und daß eine Rückführeinrichtung vorgesehen ist, die im Leerlaufbetrieb des Dieselmotors vom Auslaßkanal Abgas durch die Abgasrückführleitung in den Einlaßkanal rückführt.
Mit Vorteil ist die Rückführeinrichtung mit einem Regelorgan des Dieselmotors gekoppelt. Eine Abgasrückführung erfolgt bei dieser Ausführungsform jeweils dann, wenn sich beispielsweise das Gaspedal für den Dieselmotor in Leerlaufstellung befindet.
Mit Vorteil enthält die Rückführeinrichtung einen Antrieb mit einem Steuergerät, das an ein Gerät zur Messung der Drehzahl des Dieselmotors angeschlossen ist. Der Antrieb kann beispielsweise als elektrischer, pneumatischer oder hydraulischer Motor ausgebildet sein und wird vom Steuergerät in Tätigkeit versetzt, wenn der Dieselmotor mit Leerlaufdrehzahl läuft.
Bevorzugt ist das Steuergerät an ein Gerät zur Messung der Temperatur des Dieselmotors angeschlossen. Abgas wird dann beispielsweise nur im Leerlaufbetrieb bei nicht betriebswarmen Motor rückgeführt.
In einer bevorzugten Ausführungsform enthält die Rückführeinrichtung eine in der Abgasrückführleitung angeordnete Absperrvorrichtung.
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Diese Absperrvorrichtung wird nur dann geöffnet, wenn Abgasrückführung erwünscht ist.
Vorteilhafterweise enthält die Rückführeinrichtung eine im Einlaßkanal vor der Mündung der Abgasrückführleitung angeordnete Drosseleinrichtung. Damit kann zur Abgasrückführung bezüglich der Frischluftströmung stromabwärts der Drosseleinrichtung ein Unterdruck erzeugt werden, der Abgas durch die Abgasrückführleitung ansaugt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform enthält die Rückführeinrichtung eine im Auslaßkanal hinter der Mündung der Abgasrückführleitung angeordnete Drosseleinrichtung. Mit dieser Drosseleinrichtung kann ein Stau der Abgase herbeigeführt werden, der bei geöffneter Abgasrückführleitung zu einem Überströmen des Abgases in den Einlaßkanal führt.
Die vorstehend genannten Drosseleinrichtungen können zusammen mit der in der Abgasrückführleitung angeordneten Absperrvorrichtung vorgesehen sein, sie können aber auch einzeln oder gemeinsam ohne die Absperrvorrichtung die Steuerung der Abgasrückführung übernehmen.
Mit Vorteil ist die Abgasrückführleitung in den Zylinderkopf des Dieselmotors integriert. Damit wird erreicht, daß das der angesaugten Frischluft auf kurzem Weg zugeführte Abgas einerseits hohe Temperatur hat und andererseits der Frischluft unmittelbar vor der Arbeitskammer zugeführt wird. Beides führt zu einer wirksamen Tem-
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peraturerhöhung der Ladung bereits mit wenig Abgasvolumen, was hinsichtlich der Unterdrückung des "nagelnden" Geräusches besonders vorteilhaft ist.
Es versteht sich, daß das Abgas nicht nur im Leerlauf sondern in allen Betriebszuständen des Dieselmotors rückgeführt werden kann, in denen ein "Nageln" auftritt.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand schematischer Zeichnungen beispielsweise und mit weiteren Einzelheiten erläutert.
Es stellen dar:
Fig. 1 ein Schema einer Vorrichtung der Abgasrückführung und
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Pig. 2 einen Teilquerschnitt durch einen Dieselmotor mit in den Zylinderkopf integrierter Abgas-
rückführungsvorrichtung,
Fig. 3 eine Skizze der Kopplung der Vorrichtung mit
einem Gaspedal und
Fig. 4- ein Blockschaltbild eines Steuergerätes mit Logiktabelle eines darin enthaltenen AND-Gatters.
Gemäß Fig.1 weist ein Dieselmotor 1 einen Einlaßkanal 3 auf, durch den hindurch über ein Luftfilter 5 Frischluft angesaugt wird. Die Abgase des Dieselmotors 1 werden durch einen Auslaßkanal 7 hindurch einem Auspuffsystem 9 zugeführt. Soweit ist der Dieselmotor in herkömmlicher Weise aufgebaut und arbeitet in herkömmlicher Weise.
Der Einlaßkanal 3 ist mit dem Auslaßkanal 7 über eine Abgasrückfuhrleitung 11 verbunden, welche mittels eines Kegelventils 13 absperrbar ist.
In Strömungsrichtung der Frischluft zum Dieselmotor 1 vor der Mündung der Abgasrückführleitung 11 in den Einlaßkanal 3 ist eine Drosselklappe 15 angeordnet.
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AO
Die Drosselklappe 15 und das Kegelventil 13 sind mittels eines Gestänges 17 mit einem Antrieb 19, beispielsweise einem Stellmotor, verbunden.
.Im Dieselmotor 1 ist ein Drehzahlmeßgerät 21 und ein Temperaturmeßgerät 23 angebracht. Das Drehzahlmeßgerät 21 mißt beispielsweise die Drehzahl der Kurbelwelle des Dieselmotors 1 und das Teinperaturmeßgerät 23 mißt die Kühlwassertemperatur des Dieselmotors 1. Die Meßgeräte 21 und 23 sind über Leitungen 25 und 27 mit einem Steuergerät 29 verbunden, welches wiederum über eine Leitung 31 mit dem Antrieb 19 verbunden ist.
Die Punktion der beschriebenen Anordnung ist folgende: Sei angenommen, daß der Dieselmotor 1 im nicht betriebswarmen Zustand ist und mit Leerlaufdrehzahl, also mit einer Kurbelwellendrehzahl von etwa 1000 Umdrehungen/Minute, läuft.
Das Steuergerät 29 spricht auf ein vom Drehzahlmeßgerät 21 geliefertes Drehzahlsignal und ein vom Temperaturmeßgerät 23 geliefertes Temperaturmeßsignal an und sendet an den Antrieb 19 ein Signal, infolgedessen der Antrieb 19 das Kegelventil 13 öffnet und die Drosselklappe 15 etwas schließt. Dadurch entsteht stromabwärts der Drosselklappe 15 im Einlaßkanal 3 Unterdruck, wodurch Abgas vom Auslaßkanal 7 durch die Abgasrückführ-
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λΛ
leitung 11 hindurch angesaugt wird und zusammen mit durch den Luftfilter 5 angesaugter Frischluft dem Dieselmotor 1 zugeführt wird. Dies führt zu einer Verminderung des KaltlaufnageIns, wie eingangs beschrieben.
Gelangt der Dieselmotor 1 nun allmählich in seinen betriebswarmen Zustand, so liefert das Temperaturmeßgerät 23 ein entsprechendes Signal an das Steuergerät 29, woraufhin der Antrieb 19 das Kegelventil 13 schließt und die Drosselklappe 15 voll öffnet. Der Dieselmotor 1 arbeitet anschließend ohne Abgasrückführung.
Der Temperaturwert bzw. die Drehzahl, auf die das Steuergerät anspricht, kann entsprechend den Eigenschaften des jeweiligen Dieselmotors eingestellt werden, was in einmaliger Anpassung an den jeweiligen Dieselmotor erfolgen kann oder durch entsprechende nicht dargestellte Einstellvorrichtungen am Armaturenbrett eines Kraftfahrzeuges in Anpassung an die jeweiligen Erfordernisse geschehen kann.
In Fig. 1 gestrichelt eingezeichnet ist eine weitere Drosselklappe 33 in der Abgasrückführleitung 7, die zusätzlich zur Drosselklappe 15 oder anstelle dieser vorgesehen sein kann und bei öffnen des Kegelventils 13 zunehmend geschlossen wird. Diese Drosselklappe 33, die hitzebeständig sein muß und entsprechend
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ebenfalls als Kegelventil ausgebildet sein könnte, ruft einen Stau der Abgase hervor, infolgedessen diese durch die Abgasrückfiihrleitung 11 in den Einlaßkanal 3 überströmen.
Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform eines Dieselmotors, bei dem der Einlaßkanal 35, der Auslaßkanal 37, die Abgasrückführleitung 39, die Drosselklappe 41 und ein Schieberventil 43 in den Zylinderkopf 45 integriert sind. Mit dieser Ausführungsform wird ein möglichst kurzer Weg der Abgasrückführung erzielt, wodurch das rückgeführte Abgas auf möglichst hoher Temperatur bleibt und die Temperatur der Ladung des Dieselmotors wirksam heraufsetzt.
Die Betätigung des dem Kegelventil 13 der Fig. 1 entsprechenden Schieberventils 43 und der Drosselklappe 41 kann entsprechend der Ausführungsform gemäß der Fig. 1 erfolgen.
Fig. 3 zeigt den Aufbau einer Einrichtung, mit dem die Absperrvorrichtung, beispielsweise das Gestänge 17 gemäß Fig. 11 unmittelbar mit einem Gaspedal gekoppelt werden kann. Dazu ist das Gaspedal 47 über ein Koppelglied 49 mit einem zweiarmigen Hebel 51 verbunden, welcher um eine Achse 53 schwenkbar ist. Am unteren Ann des Hebels 51 greift eine Rückholfeder 55 an; der obere Arm des Hebels 51 ist umgebogen und liegt mit seinem Ende in der dargestellten Leerlaufstellung des Gaspedals 47 an einem
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unteren Arm eines weiteren zweiarmigen Hebels 57 an, welcher um eine Achse 59 schwenkbar ist. Am oberen Arm des Hebels 57 greift eine Feder 61 und ein Verbindungsglied 63 an, das mit dem Gestänge 17 gemäß Fig. 1 verbunden ist. Weiter ist für den oberen Arm ein Anschlag 65 vorgesehen.
Sei in der Stellung gemäß Fig. 3 das Kegelventil 13 gemäß Fig. 1 offen und die Drosselklappe 15 geschlossen, laufe der Dieselmotor also im Leerlauf. Die Rückholfeder 55 drängt den Hebel 57 dabei gegen die Kraft der Feder 61 in Anlage an den Anschlag 65· Wird nun mit dem Gaspedal 47 in bekannter Weise Gas gegeben, so löst sich der Hebel 57 unter der Wirkung der Feder 61 vom Anschlag 65, das Kegelventil 13 schließt sich und die Drosselklappe 15 öffnet.
Fig. 4- zeigt ein Beispiel eines Blockschaltbildes des Steuergerätes 29. Danach sind die Leitungen 25 und 27 (Fig. 1) mit Eingängen A und B eines AND-Gatters 66 verbunden, dessen Ausgang über einen Verstärker 67 mit der Leitung 31 verbunden ist.
Die Funktion des Steuergerätes 29 ist Folgende:
Sind beispielsweise das Drehzahlmeßgerät 21 und das Temperaturmeßgerät 23 so ausgelegt, daß sie jeweils bei Eintreten
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der Bedingungen, unter denen eine Abgasrückführung erfolgen soll - also Kühlmitteltemperatur unter Sollwert und Motordrehzahl beispielsweise 1000 U/min, ein positives Signal abgeben, so arbeitet das Steuergerät 29 insgesamt wie ein AND-Gatter. Die Signale des Drehzahlmeßgerätes 21 und das Temperaturmeßgerätes 23 gelangen auf die Eingänge A und B des AND-Gatters 66. An dessen Ausgang C liegt nur dann ein positives Signal (symbolisiert durch "1" in der zu Fig Λ gehörenden Logiktabelle, wenn beide Bedingungen für eine Abgasrückführung eintreten. Das Ausgangssignal des AND-Gatters 66 wird vom Verstärker 67 verstärkt und steuert den Antrieb 19·
Haben Drehzahlmeßgerät 21 und/oder Temperaturmeßgerät 23 eine andere Kennung als die beschriebene, und/oder soll auch Abgas dann rückgeführt werden, wenn nur eine der beiden Bedingungen zutrifft, so ist das AND-Gatter 66 durch ein entsprechendes anderes Gatter zu ersetzen (OR, NAND, NOR-Gatter).
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Claims (10)

  1. AUDI NSU AUTO UNION 8070 Tngoistadt, 12.10.1977
    Aktiengesellschaft Dr.Ba/L 3P>/ISqo ? 7 ^ Ω S^ 7 Postfach 220 v ° ^'
    8070 Ingolstadt
    Patentansprüche:
    .yVerfahren zum Vermindern des Verbrennungsgeräusches von Dieselmotoren im Leerlauf, dadurch gekennzeichnet, daß im Leerlaufbetrieb des Dieselmotors der angesaugten Frischluft Abgas zugeführt wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nur im kalten Zustand des Dieselmotors Abgas rückgeführt wird.
  3. 3. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1 an einem Dieselmotor mit wenigstens einer Arbeitskammer, in der ein Kolben arbeitet und die an einen Einlaßkanal und einen Auslaßkanal angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslaßkanal (7; 37) mit dem Einlaßkanal (3; 35) über eine Abgasrückführleitung (11; 39) verbunden ist und daß eine Rückführeinrichtung (13,15»33;31,4·3) vorgesehen ist, die im Leerlaufbetrieb des Dieselmotors vom Auslaßkanal Abgas durch die Abgasrückfuhrleitung in den Einlaßkanal rückführt.
  4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückführeinrichtung (13,15,33;31,4-3) mit einem Regelorgan (Gaspedal 4-7) des Dieselmotors gekoppelt ist.
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  5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückführeinrichtung (13,15) einen Antrieb (19) mit einem Steuergerät (29) enthält, das an ein Gerät (21) zur Messung der Drehzahl des Dieselmotors angeschlossen ist.
  6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät (29) an ein Gerät (23) zur Messung der Temperatur des Dieselmotors angeschlossen ist.
  7. 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückführeinrichtung eine in der Abgasrückführleitung (11;59) angeordnete Absperrvorrichtung (13;4-3) enthält.
  8. 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 "bis 7i dadurch gekennzeichnet, daß die Rückführeinrichtung eine im Einlaßkanal (3;35) vor der Mündung der Abgasruckfuhrleitung (11;39) angeordnete Drosseleinrichtung (15;41) enthält.
  9. 9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß die Rückführeinrichtung eine im Aualaßkanal (7;37) hinter der Mündung der Abgasruckfuhrleitung (11;39) an geordnete Drosseleinrichtung (Drosselklappe 33) enthält.
  10. 10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 "bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgasruckfuhrleitung (39) in den Zylinderkopf (4-5) des Dieselmotors integriert ist.
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