DE2822337A1

DE2822337A1 - Abgas-rueckfuehrungssystem fuer eine brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2822337A1
Application number: DE19782822337
Authority: DE
Inventors: Tokio Kohama; Hidetaka Nohira; Hideki Obayashi; Tadashi Ozaki
Original assignee: Nippon Soken Inc; Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp; Soken Inc
Priority date: 1977-05-26
Filing date: 1978-05-22
Publication date: 1978-11-30
Also published as: US4181110A; JPS5813744B2; DE2822337C2; JPS53146030A

Description

Abgas-Rückführungssystem für eine Brennkraftmaschine

Die Erfindung bezieht sich auf ein Abgas-Rückführungssystem für eine Brennkraftmaschine, das zur Verringerung der NOx-Emission sehr wirksam ist.

Die herkömmlichen Abgas-Rückführungssysteme können in zwei Arten unterteilt werden. Bei der einen Art werden Abgase aus einem Abgasrohr einer Brennkraftmaschine über 5 eine feste Drosselvorrichtung in ein Ansaugrohr zwischen einen Vergaser und ein Drosselventil zurückgeführt, so daß die Menge des rückgeführten Abgases eine Funktion des Drucks in dem Abgasrohr ist. Bei der anderen Art werden Abgase aus dem Abgasrohr über eine Drosselstelle in einen Ansaugsammler zurückgeführt. Beide Arten dieser externen Abgas-Rückführungssysteme verringern sehr wirkungsvoll die NOx-Emission in den Abgasen.

Zusätzlich zu Abgasen aus den externen Abgas-Rückführungssystemen dienen Restgase, die in dem Zylinder aufgrund einer unvollständigen Spülung zurückbleiben, zur Verringerung der NOx-Emission in einem Ausmaß, das mit demjenigen

beim externen Abgas-Rückführungssystem vergleichbar ist. Daher müssen zum Erzielen einer wirksamen Verringerung der NOx-Emission in den Abgasen sowohl die externe Abgas-Rückführung als auch das Restgas in Betracht gezogen werden (das nachstehend als "interne Abgas-Rückführung" bezeichnet wird).

Zur Erzielung einer wirksamen Verringerung der NOx-Emission ist es ideal, das Verhältnis der Gesamtmenge der (sowohl durch externe als auch durch interne Rückführung) rückgeführten Abgase zur Menge der Ansaugluft konstant zu halten. Da das interne Abgas-Rückführungsverhältnis umgekehrt proportional zur Maschinenbelastung ist, d.h. bei einer schweren Belastung niedrig und bei einer leichten Belastung hoch ist, muß das externe Abgas-Rückführungsverhältnis proportional zur Maschinenbelastung gemacht werden, d.h. bei einer schweren Belastung hoch und bei einer leichten Belastung niedrig sein.

Bei dem Abgas-Rückführungssystem, bei welchem die Abgase in das Ansaugrohr stromauf des Drosselventils eingeleitet werden, kann das Verhältnis der Menge der rückgeführten Abgase zur Menge der Ansaugluft konstant gehalten werden. Bei diesem System kann jedoch das externe Abgas-Rückführungsverhältnis nicht proportional zur Maschinenbelastung gesteuert werden. Darüber hinaus bestehen bei diesem System Probleme dahingehend, daß Fremdkörper an dem Drosselventil anhaften, bei niedrigeren Temperaturen eine Vereisung auftritt und sich an dem Vergaser nachteilige thermische Einwirkungen ergeben.

Im Falle des Abgas-Rückführungssystems, bei dem die Abgase über die Drosselvorrichtung direkt in den Ansaugsammler eingeleitet werden, können die Probleme ausgeschaltet werden, die bei dem vorstehend genannten Rückführungssystem anzutreffen sind, bei welchem die Abgase

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in das Ansaugrohr stromauf des Drosselventils eingeleitet werden. Jedoch wird bei diesem System ein Unterdruck im Ansaugrohr oder ein Unterdruck an einer Venturidüse dazu verwendet, die Menge der rückgeführten Abgase zu steuern. Daher ist die Menge der rückgeführten Abgase vom Unterschied zwischen dem Auspuffdruck und dem Ansaugunterdruck sowie der Öffnungsfläche der Drosselstelle abhängig, wobei insbesondere aufgrund der nachteiligen Wirkungen aus dem Ansaugunterdruck das Verhältnis der Menge der rückgeführten Abgase zur Menge der Ansaugluft bei einer geringen Belastung hoch und bei einer schweren Belastung niedrig wird. Das heißt, das Abgas-Rückführungssystem wird in einer Weise gesteuert, die vollständig entgegengesetzt der vorstehend beschriebenen idealen Weise ist. Als Folge davon ergeben sich bei niedrigen Belastungen Schwankungen und Fehlzündungen, während im Falle einer schweren Belastung der Wirkungsgrad bei der NOx-Emissionsverringerung beträchtlich verringert ist.

Zur Überwindung der Schwierigkeiten bei dem Rückführungssystem, bei dem die Abgase über die Drosselstelle direkt in den Ansaugsammler eingeleitet werden, wurde eine Verbesserung vorgeschlagen und vorgeführt, bei welcher in den Abgas-Rückführungsdurchlaß ein Steuerventil eingesetzt ist, das im Ansprechen auf den Ansaugunterdruck betätigbar ist, der mittels einer Modulier- bzw. Reguliervorrichtung eingeregelt ist; dadurch kann das Verhältnis der Menge der extern rückgeführten Abgase zur Menge der Ansaugluft konstant gehalten werden. Mit diesem verbesserten System ist es jedoch immer noch nicht möglich, das Abgas-Rückführungsverhältnis in Übereinstimmung mit einer Laständerung zu steuern, wie es bei dem System der Fall ist, bei welchem die Abgase in das Ansaugrohr stromauf des Drosselventils eingeleitet werden.

Zur Überwindung dieser Probleme wird in einer älteren US-Patent-

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anmeldung eine weitere Verbesserung des gemäß

Vorstehendem verbesserten Abgas-Rückführungssystems vorgeschlagen, bei der der über eine Drosselstelle oder -vorrichtung in die Reguliervorrichtung durchgelassene Ansaugunterdruck so gesteuert wird, daß er proportional zur Belastung der Maschine ist, und bei der die Moduliervorrichtung über eine Drosselstelle hydraulisch bzw. pneumatisch mit dem Umgebungsluftdruck verbunden ist, wodurch die Abgas-Rückführung in der idealen Weise derart gesteuert werden kann, daß das externe Abgas-Rückführungsverhältnis proportional zur Belastung ist, d.h. bei einer schweren Belastung hoch und bei einer geringen Belastung niedrig ist. Es wurde jedoch festgestellt, daß aufgrund von Änderungen der Maschinendrehzahl selbst mit diesem verbesserten System nicht die ideale externe Abgas-Rückführungssteuerung erreicht werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Abgas-Rückführungssystem für eine Brennkraftmaschine zu schaffen, bei welchem das externe Abgas-Rückführungsverhältnis immer proportional zur Belastung der Maschine unabhängig von der Drehzahl derselben ist.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 ist eine Darstellung für die Erläuterung einer idealen Abgas-Rückführungssteuerung.

Fig. 2 ist eine Darstellung für die Erläuterung

einer idealen externen Abgas-Rückführung.

Fig. 3 ist eine schematische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels des Abgas-Rückführungssystems.

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Pig. 4 ist eine graphische Darstellung des Zusammenhangs zwischen dem Drosselunterdruck und dem Ansaugunterdruck.

Fig. 5 ist eine graphische Darstellung des Zusammenhangs zwischen einem Korrekturdrucksignal und dem Ansaugunterdruck.

Fig. 6 ist eine Draufsicht einer abgeänderten Form des ersten Ausführungsbeispiels, bei welcher

eine Reguliervorrxchtung und ein Unterdrucksteuerventil in einer Einheit zusammengefaßt sind.

Fig. 7 ist eine Schnittansicht entlang der Linie VII-

VII in Fig. 6.

Fig. 8 ist eine Schnittansicht entlang der Linie

VIII-VIII in Fig. 6.
20

Fig. 9 und 10 sind schematische Ansichten eines zweiten

bzw. eines dritten Ausführungsbeispiels des

Abgas-Rückführungssystems.

in allen Zeichnungen sind zur Bezeichnung gleichartiger Teile die gleichen Bezugszeichen verwendet.

Zur Erzielung einer wirkungsvollen Verringerung von NOx in den von einer Brennkraftmaschine über dem ganzen Belastungsbereich derselben abgegebenen Abgasen ist es ideal, daß Verhältnis des Gesamtvolumens der rückgeführten Abgase (extern rückgeführte Abgase + Restgas) zum Volumen der Ansaugluft unabhängig von der Belastung gemäß der Darstellung in Fig. 1 konstant zu halten. Das Verhältnis des Volumens der iritern rückgeführten Abgase (das nachstehend

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als "internes Rückführungsverhältnis" bezeichnet wird) wird bei einer niedrigen Belastung höher und bei einer schweren Belastung niedriger, so daß das Verhältnis des Volumens der extern rückgeführten Abgase (das nachstehend als "externes Rückführungsverhältnis" bezeichnet wird) so gesteuert werden muß, daß es gemäß der Darstellung in Fig. 2 bei niedriger Belastung niedrig und bei schwerer Belastung hoch ist.

Wie es nachstehend im einzelnen anhand der Zeichnung beschrieben wird, ist es bei dem Abgas-Rückführungssystem für eine Brennkraftmaschine das Ziel, eine ideale Steuerung des externen Rückführungsverhältnisses gemäß der Darstellung in Fig. 2 zu erzielen.

Erstes Ausführungsbeispiel, Fig. 3 bis 5

Gemäß der Zeichnung und insbesondere Fig. 3 ist eine Brennkraftmaschine 1 mit einem Abgasrohr 2 und einem Ansaugrohr 3 versehen, welches mit einem Vergaser 5 und einem Luftfilter 6 verbunden ist. Innerhalb des Ansaugrohrs 3 ist eine Drosselklappe bzw. ein Drosselventil 4 angeordnet.

Ein allgemein mit dem Bezugszeichen 20 bezeichnetes Abgas-Rückführungssystem weist einen Rückführungsdurchlaß bzw. ein Rückführungsrohr 21 und ein Steuerventil 8 auf. Ein Ende des Rückführungsrohrs 21 steht mit dem Abgasrohr

2 in Verbindung, während das andere Ende mit dem Ansaugrohr

3 stromab des Drosselventils 4 in Verbindung steht. In dem Rückführungsrohr 21 sind zwischen dem Steuerventil 8 und dem Abgasrohr 2 eine Drosselstelle 22 und ein Ventilsitz 23 angeordnet, die zwischen sich eine Druckkammer 24 bilden. Das Steuerventil 8, das in das Rückführungsrohr 21 eingesetzt ist, hat einen Ventilkörper 83, der mit dem Ventilsitz 23 zur Bildung einer veränderbaren Drosselstelle zusam-

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menwirkt.

Das Steuerventil 8 hat ein Gehäuse 86, das von einer Membran 82 in eine erste und eine zweite Druck- bzw. Membrankammer 85 bzw. 86 aufgeteilt wird. Die obere bzw. erste Membrankammer 85 oberhalb der Membran 82 ist mit einem Drucksignal über ein erstes Druckrohr 31 beaufschlagt, dessen ein Ende mit dem Ansaugrohr 3 in Verbindung steht. Die Druckquelle für dieses Drucksignal ist der AnsaugluffUnterdruck, während das Drucksignal mittels einer Modulier- bzw. Reguliervorrichtung 7 gesteuert wird. Die untere bzw. zweite Membrankammer 87 unterhalb der Membran 82 steht über einem Luftdurchlaß 88 mit der Umgebungsluft in Verbindung. An die Membran 82 ist mit einem Ventilstößel 81 ein Ventilkörper 83 angeschlossen. Eine Vorspannfeder 84 ist innerhalb der ersten Membrankammer 85 so angebracht, daß der Ventilkörper 83 normalerweise gegen den Ventilsitz 23 gedrückt wird.

Die Reguliervorrichtung 7 hat ein Gehäuse 76 und eine Membran 71, die das Gehäuse 76 in eine dritte und eine vierte Druck- bzw. Membrankammer 74 bzw. 75 aufteilt. Die untere bzw. dritte Membrankammer 74 unterhalb der Membran 71 steht über ein zweites Druckrohr 32 mit der Druckkammer 24 in Verbindung. In der oberen bzw. vierten Membrankammer 75 oberhalb der Membran 71 ist eine Feder 72 so eingesetzt, daß die Membran 71 normalerweise nach unten zu vorgespannt ist. In die obere bzw. vierte Membrankammer 75 wird ein Korrekturdrucksignal, das mittels eines Unterdrucksteuerventils 9 gesteuert ist, über eine dritte Druckleitung 33 durchgelassen, deren eines Ende mit einem Drosselöffnungsdurchlaß bzw. einer Drosselöffnung 4a in Verbindung steht. Die Quelle des Korrekturdrucksignals ist daher ein Unterdruck in der Umgebung der Drosselöffnung 4a. Die obere bzw. vierte Membrankammer 75 steht ferner über ein· von dem ersten Druckrohr 31 abzweigendes Zweigrohr 31a mit dem ersten

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Druckrohr 31 in Verbindung, so daß der Druck in der oberen bzwί vierten Membrankammer 75 in das erste Druckrohr 31 abgelassen werden kann, um den Pegel des Drucksignals zu steuern, das dem Steuersignal 8 zugeführt wird. Stromauf des Zweigrohrs 31a ist in dem ersten Druckrohr 31 eine Drosselstelle 34 eingefügt.

Das Unterdrucksteuerventil 9 hat ein Gehäuse 98, das von einer Membran 91 in zwei Druckkammern, nämlich eine fünfte und eine sechste Membrankammer 92 bzw. 94 aufgeteilt ist. In die untere bzw. fünfte Membrankammer 92 unterhalb der Membran 91 wird über das erste Druckrohr 31 und ein von diesem abzweigendes viertes Druckrohr 35 Ansaugunterdruck eingeleitet. Eine Vorspannfeder 93 ist in der unteren bzw. fünften Membrankammer 92 so eingesetzt, daß die Membran 91 normalerweise nach oben zu vorgespannt ist. Wenn der Ansaugunterdruck zu annähernd 130 mmHg wird, hebt die Vorspannfeder 93 die Membran 91 nach oben. Das Unterdrucksteuerventil 9 hat einen Ventilkörper 95, der mit der Membran über einen Stößel 96 verbunden ist. Die obere bzw. sechste Membrankammer 94 ist über eine Luftöffnung 97 mit der Umgebungsluft und über ein von dem dritten Druckrohr 33 abzweigendes Zweigrohr 33a mit dem dritten Druckrohr 33 verbunden. Der Ventilkörper 95 steuert die Durchlaßfläche zwischen dem Zweigrohr 33a und der oberen bzw. sechsten Membrankammer 94, wodurch das Ausmaß der in das dritte Druckrohr 33 abzulassenden Umgebungsluftmenge und folglich das Korrekturdrucksignal gesteuert wird, welches über das dritte Druckrohr in die obere bzw. vierte Membrankammer 75 der Reguliervorrichtung 7 durchgelassen wird. Stromauf des Zweigrohrs 33a ist innerhalb des dritten Druckrohrs 33 eine Drosselstelle 36 angeordnet.

Der in diesem Beschreibung verwendete Ausdruck "Drosselunterdruck" wird zur Bezeichnung eines Unterdrucks verwendet,

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der an dem Drosselöffnungsdurchlaß bzw. der Drosselöffnung 4a erzeugt wird, welche stromauf des Drosselventils 4 liegt, wenn dieses völlig geschlossen ist, jedoch stromab desselben liegt, wenn das Drosselventil 4 über einen vorbestimmten Winkel hinaus geöffnet ist. Wie in Fig. 4 gezeigt ist, ändert sich der Drosselunterdruck in Abhängigkeit von der Drehzahl der Maschine 1. Das heißt, der Drosselunterdruck steigt mit der Drehzahl der Maschine 1 an.

Nach Fig. 3 wird gemäß der vorstehenden Beschreibung der Ansaugunterdruck über das erste und das zweite Druckrohr 31 und 35 in die untere bzw. fünfte Membrankammer 92 des Unterdrucksteuerventils 9 übertragen, so daß sich die Membran 91 gegen die Feder 93 nach unten zu durchbiegt und daher der Ventilkörper 95 von der öffnung des Zweigrohrs 33a wegbewegt wird. Als Folge davon wird die Fläche des Durchlasses zwischen dem Zweigrohr 33a und der oberen bzw. sechsten Druck- bzw. Membrankammer 94 vergrößert. Das heißt, die Fläche dieses Durchlasses wird in Abhängigkeit von dem zu der unteren bzw. fünften Membrankammer 92 übertragenen Saugunterdruck gesteuert. Von der Fläche dieses Durchlasses ist wiederum die Menge der atmosphärischen Luft abhängig, die über das Zweigrohr 33a in das dritte Druckrohr 33 eingeleitet wird. Αμί diese Weise können Korrekturdrucksignale erzielt, wie sie durch die mit ausgezogenen Linien dargestellten Kurven in Fig. 5 gezeigt sind, und die Korrekturdrucksignale können gemäß der vorangehenden Beschreibung der oberen bzw. vierten Membrankammer 75 der Reguliervorrichtung 7 zugeführt werden. In Fig. 5 stellen die mit gestrichelten Linien gezeigten Kurven den Drosselunterdruck dar.

Das Korrekturdrucksignal, das ein Unterdrucksignal ist, ist niedrig, wenn der Ansaugunterdruck hoch ist bzw. die Belastung niedrig ist, jedoch hoch, wenn der Ansaug-

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unterdruck niedrig ist bzw. die Belastung schwer ist oder die Drehzahl der Maschine 1 hoch ist. Als Folge davon steigt der Druck Pe in der Druckkammer 24 in negativer Richtung mit einem Anstieg der Belastung oder der Drehzahl der Maschine 1 an. Die Menge Q-,,,, der rückgeführten Gase ist nicht nur zur Quadratwurzel des Druckunterschieds (P-Pe) über der Drosselstelle 22 proportional (wobei P der Druck der Abgase ist), sondern auch zur öffnungsfläche A der Drosselstelle 22. Das heißt, es gilt 10

= C - A . J Ρ_πν - Pe

wobei C ein Strömungskoeffizient ist.

Die Menge der rückgeführten Abgase steigt mit einer Steigerung der Belastung und der Drehzahl der Maschine 1 an. Daher steigt das externe Rückführungsverhältnis mit der Belastung an und fällt mit der Belastung ab, so daß es nur von der Belastung abhängig, jedoch von der Maschinendrehzahl unabhängig ist. Auf diese Weise kann die in Fig. gezeigte ideale Steuerung des Abgasrückführungssystems erzielt werden.

Es sei angenommen, daß sich der Druck Pe in der Druckkammer 24 in Abhängigkeit allein von der Belastung ändert. Wenn sich dann die Drehzahl der Maschine 1 unter konstanter Belastung verändert, bleibt der Druck Pe konstant, jedoch ändert sich der Abgasdruck P„_v so, daß sich das externe Rückführungsverhältnis unter der gleichen Belastung ändert. Wenn sich jedoch der Druck Pe nicht nur in Abhängigkeit von der Belastung, sondern auch in Abhängigkeit von der Maschinendrehzahl ändert; kann bei gleicher Belastung das externe Rückführungsverhältnis unabhängig von einer Änderung der Maschinen-

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drehzahl konstant gehalten werden. Daher ist unabhängig von der Maschinendrehzahl die ideale Steuerung gemäß der Darstellung in Fig. 2 erzielbar.

Abänderungsbeispiel, Fig. 6, 7 und 8

Bei dem in den Fig. 6, 7 und 8 gezeigten Beispiel einer Abänderung des ersten Ausführungsbeispiels des Systems sind die Reguliervorrichtung 7 und das Unterdrucksteuerventil 9 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel in einer Einheit zusammengefaßt. Eine Reguliervorrichtung 7OO und ein Unterdrucksteuerventil 750 haben ein erstes, ein zweites und ein drittes Gehäuse H-, H_ und H₃, die aus einem geeigneten Kunststoff bestehen. Die Reguliervorrichtung 700 enthält eine Membran 701, die zwischen das erste und das zweite Gehäuse H₁ und H- gesetzt ist. und die eine untere bzw. dritte Druckkammer bzw. Membrankammer 702 unterhalb der Membran 701 und eine obere bzw. vierte Druckkammer bzw. Membrankammer 703 oberhalb der Membran 701 bildet. Die untere bzw. dritte Membrankammer 702 steht mit der Druckkammer 24 (siehe Fig. 3) über das zweite Druckrohr 32, einen Anschluß 704 und eine Drosselstelle 706 in Verbindung. Die obere bzw. vierte Membrankammer 703 steht mit der Drosselöffnung 4a über eine Drosselstelle 707, einen Anschluß bzw. Einlaß 705 und das dritte Druckrohr 33 sowie mit einer fünften Druckbzw. Membrankammer 752 über einen Verbindungsdurchlaß 713 in Verbindung, der sich durch das zweite Gehäuse H₂ hindurch erstreckt.

Wie am besten aus der Fig. 8 ersichtlich ist, ragt das erste Druckrohr 31 mit der Drosselstelle 34 durch das zweite Gehäuse H₂ hindurch, wobei das Zweigrohr 31a aus dem ersten Druckrohr in die obere bzw. vierte Membrankammer 703 in der Weise abzweigt, daß die untere öffnung

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des, Zweigrohrs 31a koaxial zu der Membran 701 liegt und diese berührt, wenn sie nach oben zu durchgebogen ist, was nachstehend im einzelnen erläutert wird. Daher kann der Druck in der oberen bzw. vierten Membrankammer 703 wie im Falle des anhand der Fig. 3 beschriebenen ersten Ausführungsbeispiels über den Durchlaß bzw. das Zweigrohr 31a in das erste Druckrohr 31 abgeleitet bzw. eingeleitet werden, wodurch das zu dem Steuerventil 8 zu übertragene Drucksignal steuerbar ist.
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Die Membran 701 ist durch eine obere und eine untere Klemmplatte 709 bzw. 710 festgeklemmt und normalerweise durch die Kraft einer Vorspannfeder 712 nach unten zu vorgespannt, die in der oberen bzw. vierten Membrankammer 703 sitzt. Der Abwärtshub der Membran 701 ist durch einen Anschlag 711 in der unteren bzw. dritten Membrankammer 702 begrenzt.

Das Unterdrucksteuerventil 750 weist eine Membran 751 auf, deren äußerer Umfangsbereich zwischen das zweite und das dritte Gehäuse H^ bzw. H-. geklemmt ist und die die fünfte Druck- bzw. Membrankammer 752 und eine sechste Druck- bzw. Membrankammer 753 bildet. Die fünfte Membrankammer 752 unterhalb der Membran 751 steht mit der Umgebungsluft über einen Luftdurchlaß 754, der durch das zweite Gehäuse H₂ hindurch gebildet ist, und mit der vierten Membrankammer 703 über den Verbindungsdurchlaß 713 in Verbindung, so daß der Atmosphärendruck in die vierte Membrankammer 703 durchgelassen werden kann. Innerhalb der fünften Membrankammer 752 ist ein Luftfilter 756 angeordnet, an dem eine Platte 757 befestigt ist und das zum Entfernen bzw. Abhalten von Staub oder dergleichen dient, der von der in die vierte Membrankammer 702 einzuleitenden Atmosphärenluft mitgeführt wird. Ein an die Membran 751 mit einem Stößel 7 59 angeschlossener Ventilkörper 758 bewegt sich zur oberen Öffnung des

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Verbindungsdurchlasses 713 hin und von dieser weg, wenn die Membran 751 nach unten zu bzw. nach oben zu durchgebogen wird. Der Ventilkörper 758 und die obere öffnung des Verbindungsdurchlasses 713 bilden daher eine veränderbare Drosselstelle.

Die sechste Membrankammer 753 oberhalb der Membran 751 steht über einem Einlaß 760 und das vierte sowie das erste Druckrohr 35 bzw. 31 mit dem Ansaugrohr 3 in Verbindung (siehe Fig. 3). In der sechsten Membrankammer . 753 ist eine Vorspannfeder 761 so eingesetzt, daß die Membran 751 normalerweise nach unten zu vorgespannt ist. Die Kraft dieser Vorspannfeder 761 kann durch Festziehen oder Losegeben einer Einstellschraube 762 eingestellt werden. Im Ansprechen auf den in die sechste Membrankammer 753 durchgelassenen Unterdruck wird die Membran 751 durchgebogen, so daß sich der Ventilkörper 758 zur oberen öffnung des Verbindungsdurchlasses 713 hin und von dieser wegbewegt und folglich die Menge der in die vierte Membrankammer 703 eingeleiteten atmosphärischen Luft steuerbar ist.

Die Arbeitsweise der Kombination aus der Reguliervorrichtung und dem Unterdrucksteuerventil mit- dem vorstehend beschriebenen Aufbau ist im wesentlichen gleichartig derjenigen bei dem vorstehend anhand der Fig. 3 beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel.

Zweites Ausführungsbeispiel, Fig. 9 30

Das in Fig. 9 gezeigte zweite Ausführungsbeispiel ist im Aufbau dem in Fig. 3 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel im wesentlichen gleichartig mit der Ausnahme, daß der Drosselunterdruck auch als Druckquelle für das Drucksignal verwendet wird und in dem dritten Druckrohr

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zwischen dem Zweigrohr 33a und der Reguliervorrichtung 7 eine zusätzliche Drosselstelle 37 eingefügt ist.

Daher werden in die vierte Membrankammer 75 der Moduliervorrichtung 7 sowohl das mittels des Unterdrucksteuerventils 9 gesteuerte Korrekturdrucksignal als auch der Drosselunterdruck eingeleitet. Der Unterdruck in der vierten Membrankammer 75 vermindert sich mit einer Verminderung der Belastung bzw. steigt mit einer Steigerung der Belastung und der Maschinendrehzahl an. Daher ist die externe Abgas-Rückführung wie im Falle des ersten Ausführungsbeispiels steuerbar.

Drittes Ausführungsbeispiel, Fig. 10

Das in Fig. 10 gezeigte dritte Ausführungsbeispiel entspricht im Aufbau im wesentlichen dem in Fig. 9 gezeigten zweiten Ausführungsbeispiel mit der Ausnahme, daß zwar das dritte Druckrohr 33 mit der Drosselöffnung 4a verbunden ist, das erste Druckrohr 31 jedoch mit einer zweiten Drosselöffnung 4b stromab der ersten Drosselöffnung 4a und stromauf des Drosselventils 4 bei dessen völligem Schließen verbunden ist. Der "Drosselunterdruck" an der zweiten Drosselöffnung 4b, der sich in Abhängigkeit von der Maschinendrehzahl verändert, ist allgemein in negativer Richtung höher als der Drosselunterdruck an der ersten Drosselöffnung 4a (siehe Fig. 4). Im Leerlauf-Fall wird jedoch der Drosselunterdruck an der zweiten Drosselöffnung 4b im negativen Sinn niedriger bzw. steigt auf einen Druck in der Größenordnung von Minus-Zehnereinheiten-mmHg näher an den Atmosphärendruck an, da die zweite Drosselöffnung stromauf des Drosselventils 4 liegt und die Maschinendrehzahl niedrig ist.

Daher wird unter Normalbedingungen das Steuerventil 8 zuverlässig mit hohem negativem Druck betätigt, wogegen

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im Leerlauf der Ventilkörper 83 durch die Kraft der Vorspannfeder 84 des Steuerventils 8 gegen den Ventilsitz 23 gedrückt wird, so daß der Abgas-Rückführungsdurchlaß 21 geschlossen werden kann.

Zusammengefaßt wird bei dem Abgas-Rückführungssystem die Menge der zurückzuführenden Abgase dadurch zur Ansaugluftmenge proportional gemacht, daß der Druck der Abgase genutzt wird, der im wesentlichen proportional zur Ansaugluftmenge ist. Zusätzlich dazu wird die Menge der zurückzuführenden Abgase in der Weise gesteuert, daß das externe Rückführungsverhältnis proportional zur Belastung ist, d.h., bei einer hohen Belastung hoch ist und bei niedriger Belastung niedrig ist. Die externe Abgas-Rückführung ist daher auf ideale Weise steuerbar, wodurch eine wirksame Verringerung der NOx-Komponenten erzielbar ist.

Zusätzlich wird der "Drosselunterdruck", der sich in Abhängigkeit von der Maschinendrehzahl ändert, als Druckquelle für das Korrektursignal verwendet, welches das externe Rückführungsverhältnis steuert; dadurch wird automatisch das Rückführungsverhältnis entsprechend einer Veränderung der Maschinendrehzahl korrigiert. ^⁵ Auf diese Weise ist die ideale Steuerung der externen Abgas-Rückführung erzielbar, ohne daß sie nachteilig durch Maschinendrehzahl beeinflußt wird.

Das erfindungsgemäße Abgas-Rückführungssystem für eine Brennkraftmaschine hat einen Abgas-Rückführungsdurchlaß zur Rückführung von Abgasen aus einem Abgasrohr in ein Ansaugrohr stromab eines Drosselventils, ein Steuerventil, das zum öffnen oder Schließen des Rückführungsdurchlasses auf ein Drucksignal anspricht, eine in dem Rückführungsdurchlaß gebildete Druckkammer, ein Unterdrucksteuerventil,

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dem ein Drosselunterdruck zugeführt wird, welcher an einem Drosselöffnungsdurchlaß an einer Stelle stromauf des Drosselventils bei dessen völligem Schließen erzeugt wird, und das den Drosselunterdruck entsprechend der Maschinenbelastung steuert, und eine Modulier- bzw. Reguliervorrichtung, in der der Druck aus der Druckkammer auf eine Fläche einer Membran wirkt, während der Ausgangsunterdruck aus dem Unterdrucksteuerventil auf der anderen Fläche der Membran wirkt, so daß mit der Reguliervorrichtung das Drucksignal entsprechend dem Unterschied zwischen den beiden an der Membran wirkenden Drücken steuerbar ist, wodurch die Rückführungs-Abgasmenge unabhängig von Maschinendrehzahl-Veränderungen proportional zur Maschinenbelastung gemacht werden kann.

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5&.

Leerseife

Claims

T.EDTKE - BOHLING - K₁NNE - GbUP*

Dipl.-Chem. G. Biihling Dipl.-lng. R. Kinne

9 « ? ? Ί17 ^DipUn9'^P'^Grupe

/1 Q L L O -J ( Bavariarlng 4, Postfach 20 2403

8000 München 2

Tel.: (0 89) 53 96 Telex: 5-24845 tipat cable: Germaniapatent München

22. Mai 1978

B 8938 / ^case A-2997-02 Soken & "Toyota

Patentansprüche

Abgas-Rückführungssystem für eine Brennkraftmaschine, gekennzeichnet durch einen Abgas-Rückführungsdurchlaß (21), der zur Rückführung eines Teils der Abgase aus einem Abgasrohr (2) der Maschine in ein Ansaugrohr (3) der Maschine das Abgasrohr mit dem Ansaugrohr an einer Stelle stromab eines im Ansaugrohr angeordneten Drosselventils (4) verbindet, eine Drosselstelle (22) und ein_en Ventilsitz (23), die hintereinander in dem Abgas-Rückführungsdurchlaß (21) sitzen und zwischen sich eine Druckkammer (24) im Rückführungsdurchlaß bilden, ein Steuerventil (8) mit einer ersten Membrankammer (85) , einer auf den Druck in der ersten Membrankammer ansprechenden ersten verformbaren Membran (82) und einem mit der ersten Membran verbundenen Ventilkörper (83) , der zur Bildung einer veränderbaren Drosselstelle mit dem Ventilsitz (23) zusammenwirkt, ein Druckrohr (31), das die erste Membrankammer (85) des Steuerventils (8) mit einer Unterdruckquelle in dem Ansaugrohr verbindet, eine Reguliervorrichtung (7) mit einer zweiten Membran (71) sowie einer zweiten und einer dritten Membrankammer (74 bzw. 75), die durch die zweite Membran (71) getrennt sind, wobei zur Regelung des Drucks in der ersten Membrankammer (85) im Ansprechen auf die Drücke in der zweiten und der dritten Membrankammer (74, 75) der Reguliervorrichtung (7) die zweite Membrankammer (74) mit der Druckkammer (24) verbunden ist, während die dritte Membrankammer (75) mit dem Einlaßrohr über eine Drosselöffnung (4a) verbun-

Dresdner Bank (München) Kto. 3S38 844 Postscheck (München) Kto. 670-43-604

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den ist, welche so liegt, daß sie bei geschlossenem Drosselventil stromauf desselben und bei um einen vorbestimmten Winkel geöffnetem Drosselventil stromab desselben ist, und ein Unterdrucksteuerventil (9) mit einer dritten Membran (91) sowie einer vierten und einer fünften Membrankammer (92 bzw. 94), die durch die dritte Membran (91) getrennt sind, wobei die vierte Membrankammer (92) mit dem Ansaugrohr stromab des Drosselventils verbunden ist, die fünfte Membrankammer (94) mit der Umgebungsluft und der dritten Membrankammer (75) der Reguliervorrichtung (7) verbunden ist und zur Steuerung der Verbindung zwischen der fünften Membrankammer (94) des Unterdrucksteuerventils (9) und der dritten Membrankammer (75) der Reguliervorrichtung (7) eine Vorrichtung (95, 96) mit dem dritten Membran (91) verbunden ist, um damit im Ansprechen auf den Druck in der vierten Membrankammer (92) Luft in die dritte Membrankammer (75) so einzuleiten, daß die eingeleitete Luftmenge in Übereinstimmung mit einem Anstieg des Unterdrucks in der Ansaugleitung zunimmt, wodurch der Druck in der Druckkammer

(24) in Übereinstimmung mit dem Anstieg des Unterdrucks in dem Ansaugrohr und einer Steigerung der Drehzahl der Maschine abnimmt.
2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckrohr (31) die erste Membrankammer (85) des Steuerventils (8) mit dem Ansaugrohr (3) an einer Stelle stromab des Drosselventils (4) verbindet.
3. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckrohr (31) die erste Membrankammer (85) des Steuerventils (8) mit dem Ansaugrohr (3) über die Drosselöffnung (4a) verbindet.
4. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckrohr (31) die erste Membrankammer (85) des

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Steuerventils (8) mit dem Ansaugrohr (3) über eine zweite Drosselöffnung (4b) verbindet, die stromab der ersten Drosselöffnung (4a) und stromauf des Drosselventils (4) liegt, wenn dieses geschlossen ist.

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