DE2823671A1

DE2823671A1 - Einrichtung zur abgasrueckfuehrung

Info

Publication number: DE2823671A1
Application number: DE19782823671
Authority: DE
Inventors: Werner Ing Grad Banzhaf; Gerhard Dipl Ing Stumpp
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1978-05-31
Filing date: 1978-05-31
Publication date: 1979-12-06
Also published as: US4230080A; JPS551488A

Description

1336/ot/wi *
3. Mai 1978

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Einrichtung zur Abgasrückführung bei mit einer Kraftstoffeinspritzanlage ausgerüsteten Brennkraftmaschinen nach der Gattung des Hauptanspruchs. Regeleinrichtungen, die die Zusammensetzung des Betriebsgemischs einer Brennkraftmaschine bestimmen und dabei auch die Abgasrückführung so regeln, daß eine bestimmte Luftzahl erreicht wird, sind bekannt. Die Rückführung von dem jeweiligen Betriebszustand der Brennkraftmaschine angepaßten Abgasmengen stellt eine wirksame Maßnahme dar, um umweltschädliche Anteile im Abgas einer Brennkraftmaschine zu reduzieren. Besonders läßt sich durch die Abgasrückführung eine Verminderung des Anteils an Stickoxiden im Abgas erzielen. Es ist aber eine Einstellung und Steuerung der zusammen mit der zugeführten Frischluftmenge und der eingespritzten Brennstoffmenge der Brennkraftmaschine zugeführten Abgasmenge erforderlich, denn mit einer hierdurch bewirkten Verminderung der Stickoxide im Abgas stellt sich unter Umständen eine Erhöhung der Ruß-, CO- und HC-Anteile ein.

Die bekannten Regeleinrichtungen, die bei sehr geringen NO-

Emissionen bei kleiner HC-Emission eine lange Lebensdauer der Brennkraftmaschine sicherstellen, sind jedoch teilweise sehr aufwendig und kostenträchtig, da eine Vielzahl von unterschiedlichsten Regeleinrichtungen, Stellventilen, Stellmotoren u. dgl. benötigt werden.

So verwendet eine Regeleinrichtung bekannter Art einen hydraulischen Stellmotor für die Steuerung der Drosselklappe im Ansaugrohr, mit welcher sich gleichzeitig auch die Abgasrück-"führmenge einstellen läßt, da die Drosselklappe so positioniert und ausgebildet ist, daß sie in ihrer voll geöffneten

909849/0165

3. Mai 1978 - ■? -

Stellung gleichzeitig als Verschlußklappe für die Einmündung des Abgasrückführrohres arbeitet. Dementsprechend ist bei geschlossener oder nahezu geschlossener Drosselklappe die Eintrittsöffnung für das die Abgase rückführende Rohr voll geöffnet. Die Steuerung des Drosselklappenstellmotors erfolgt über ein Ventil im gesteuerten Druckraum eines Differenzdruckventils , wobei der gesteuerte Druckraum mit einen von einem Steuerschieber gesteuerten Zumeßquerschnitt in der Kraftstoff versorgungs leitung verbunden iet. Die Position des Steuerschiebers ist eine Funktion einer quer zur Luftströmungsrichtung im Saugrohr liegenden Scheibe. Erhöht sich die von der Einspritzpumpe abgegebene Kraftstoffmenge, ergibt sich über das Differenzdruckventil eine Erhöhung des Drucks im Arbeitsraum des Stellmotors und eine entsprechende öffnung der Drosselklappe, bis der Gleichgewichtszustand erreicht ist. Es ergibt sich der Bedarf nach einer einfachen kostengünstigen Anlage, mit welcher kleinere Fahrzeuge mit weniger Aufwand ausreichend niedrige Abgasemissionen erreichen können.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Einrichtung zur Abgasrückführung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil, daß die Abgasrückführmenge in dem Bereich (ungeregelten Bereich) , in welchem die Auslenkposition der Regelstange bzw. der Winkel des Verstellhebels der Einspritzpumpe näherungsweise ein Maß für die Einspritzmenge ist,

durch ein einfaches Gestänge zwischen Verstellhebel und Drosselklappe als gleichzeitiges Verschlußorgan für die Einmündung der Abgasrückfuhrleitung gesteuert ist. Eine solche Steuerung ist für kleinere Fahrzeuge ausreichend genau und man erzielt ohne größeren Aufwand einwandfreie und ausreichend niedrige Abgasemissionen.

909849/0165

1336/ot/wi ".." .:- ".-■---■ : '..·

3. Mai 1978 -Jr-

In dem Bereich, in welchem dar der Kraftstoffeinspritzpumpe zugeordnete Regler arbeitet, also in seinem Verstellbereich, wird kein Abgas rückgeführt und die Mündungsöffnung der Abgasrückführleitung durch die voll geöffnete Drosselklappe verschlossen. Dies geschieht in einfacher Weise durch Beaufschlagung des die Drosselklappe bewegenden Stellmotors mit dem Arbeitsdruck des Kraftstoffs.

Hierdurch wird ein Rauchen des Motors im Verstellbereich des Reglers vermieden.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Einrichtung möglich. Besonders vorteilhaft ist, daß zur Vermeidung von Rauchstößen oberhalb des Verstellbereichs die Mündungsöffnung der Abgasrückführleitung durch die Wirkung eines Beschleunigungsglieds verschlossen wird, welches dem Arbeitsraum des Stellmotors kurzzeitig einen Druckstoß des verwendeten Druckmittels, nämlich des verfügbaren Kraftstoffs vermittelt.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Fig_1 zeigt schematisch die Zuordnung der einzelnen Arbeitskomponenten zur Brennkraftmaschine und Fig.2 zeigt als Diagramm die Funktionsabhängigkeit des Drosselklappenwinkels und damit der Abgasrückführrate vom Verstellhebelwinkel der Einspritzpumpe.

Beschreibung der Erfindungsbeispiele

Bevor anhand der Zeichnung im einzelnen auf Aufbau und Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Abgasrückführung eingegangen wird, sei darauf hingewiesen, daß das

909849/0165

3. Mai 1978 - ~ΖΤ -

dargestellte Ausführungsbeispiel lediglich in vereinfachter Form eine Möglichkeit zur Regelung einer Kraftstoffeinspritzanlage bei einer Brennkraftmaschine mit gesteuerter Abgasrückführung zeigt und durch beliebige weitere Baukomponenten auch ergänzt werden kann, die insbesondere den Bereich der gesteuerten Zuführung des Kraftstoffs betreffen.

Der Grundgedanke vorliegender Erfindung besteht darin, daß eine mechanische Verbindung hergestellt wird zwischen der Regelstange der Kraftstoffeinspritzpumpe und dem Betätigungsgestänge der Drosselklappe, die im Saugrohr angeordnet ist und gleichzeitig die Mündungsöffnung der Abgasrückfuhrleitung öffnet oder verschließt.

In der Zeichnung ist der Motor der Brennkraftmaschine mit 1 bezeichnet; ihm wird über ein eingangs mit einem Luftfilter 2 versehenes Saugrohr 3 sowohl Frischluft als auch über die Abgasrückf ührleitung 4 eine dem Frischluftanteil zuzumischende Abgasmenge zugeführt. Die Abgasrückführleitung 4 zweigt bei 5 von der Auspuffleitung 6 ab und mündet stromabwärts im Bereich einer Drosselklappe 7 in das Saugrohr 3 ein. In der Zeichnung ist eine rechtwinklige Einmündung dargestellt, so daß sich auch anschaulich die Möglichkeit darstellen läßt, daß sich die mit einem Stutzen 8 etwa bis zur Mittellinie des Saugrohrs einmündende Abgasrückführleitung 4 bei einer voll geöffneten Position der Drosselklappe 7 für den Frischluftstrom durch deren stromabwärts liegende, mit 7a bezeichnete Hälfte verschließen läßt. Durch den aus der Volumenvergrößerung im Motor resultierenden Druckdifferenz zwischen Ansaugseite und Auspuffseite des Motors wird eine Abgasrückströmung bei unverschlossener Abgasrückführleitung 4 gewährleistet. Es versteht sich, daß zusätzlich zur Leistungserhöhung im Saugrohr nach der Einmündung der Abgasrückführ-

909849/0165

3. Mai 1978 - j6- -

leitung auch eine Einrichtung zur saugseitigen Aufladung der Brennkraftmaschine angeordnet sein kann.

Der Motor 1 wird auf jeden Fall von einer bei 9 dargestellten Einspritzpumpe beliebigen Aufbaus (beispielsweise Reiheneinspritzpumpe) mit Kraftstoff versorgt, wobei die Einspritzpumpe mechanisch beaufschlagt sein kann von einem bei 10 dargestellten Betätigungshebel, der vom Fahrer des mit dem Motor 1 ausgerüsteten Kraftfahrzeugs willkürlich bedienbar ist. üblicherweise verfügt die Einspritzpumpe über ein mit dem Betätigungshebel 10 gekoppeltes Mengenverstellglied, welches die Regelstange einer Reiheneinspritzpumpe sein kann und in der Zeichnung als Verstellhebel 11 dargestellt und bezeichnet ist. Der Verstellhebel 11 der Einspritzpumpe 9 ändert seine Position von einer Leerlaufstellung (Null) bis zu einer Vollgasstellung (Voll). Dem Kraftstoffeinspritzanlagenbereich kann allgemein noch zugeordnet sein ein Regler, der, wie weiter vorn schon beschrieben, die vom Motor angesaugte Luftmenge im Ansaugrohr 3 erfaßt und zwischen dieser und der zugeführten Kraftstoffmenge eine Beziehung zur Erzielung einer bestimmten Luftzahl einstellt, außerdem auf den Stellmotor einwirkt zur Positionierung der Drosselklappe Dieser Regler ist in der Zeichnung nicht dargestellt, da er von beliebiger Form und Aufbau sein kann und in diesem Sinne auch nicht Gegenstand vorliegender Erfindung ist.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß bei bestimmten Reglerausbildungen, beispielsweise für für Pkw geeignete Leerlauf-Endregler im ungeregelten Bereich der Verstellhebelwinkel, also die in der Zeichnung mit 11 gezeigte Position der Regelstange, näherungsweise ein Maß für die Einspritzmenge ist und es daher möglich ist, die rückgeführte Abgasmenge in Abhängigkeit zum Verstellhebelwinkel der Einspritzpumpe zu steuern. Zur Bewirkung einer solchen Steuerung ist das all-

909849/0165

>l-U::: ■ = .:^; »2823571

3. Mai 1978 -T-

gemein mit 12 bezeichnete und beliebig ausgebildete Verbindungsgestänge 12 zwischen dem Stellmotor 13 für die Drosselklappenstellung und der Drosselklappe 7 zusätzlich mechanisch mit dem Verstellhebel 11 verbunden, und zwar über ein Verbindungsgestänge 14, welches vorzugsweise federnd ausgebildet ist. Es versteht sich, daß der Stellmotor 13 zur Drosselklappenpositionierung ergänzend noch vom Regler beaufschlagt sein kann, worauf aber nicht weiter eingegangen wird. Auf das Gestänge 12 zur Drosselklappenbetätigung wirkt noch die Vorspannung einer Feder 15.

Zur Realisierung eines federnden Verbindungsgestänges 14 verfügt dieses Gestänge über eine Überdruckfedereinrichtung 16, die so ausgebildet ist, daß in beiden Verstellrichtungen keine starre mechanische Verbindung vorliegt, sondern aufgrund der Auslegung bestimmter Federn eine Funktionsabhängigkeit zwischen der Winkelposition des Verstellhebels 11 und dem Winkel der Drosselklappe erzielt werden kann. \.

Die Uberdruckfedereinrichtung besitzt ein Gehäuse 17, welches durch eine Trennwand 18 zweigeteilt ist. In beiden so gebildeten Kammern befinden sich Vorspannungsfedern *19 und 20, die Verbindungshebel 21 (vom Drosselklappengestänge 12) und 22 (vom Verstellhebel 11) gegen gehäuseeigene Anschläge 23 und 18 (Trennwand) pressen. Die Ansprechbereiche für die Verstellwege lassen sich daher durch die Anschläge und die Angriffspunkte der Federn an den Verbindungshebeln 21 und 22 beliebig auslegen. BevorzugteKurvenverläufe für die Funktionsabhängigkeit des Drosselklappenwinkels von dem Verstellhebelwinkel sind in der Diagrammdarstellung der Fig. 2 angegeben.

Die Diagrammdarstellung der Fig. 2 zeigt den Drosselklappenwinkel längs der Ordinate als Funktion des längs der Abszisse

909849/0165

3. Mai 1978

aufgetragenen Verstellhebelwinkels; in dick durchgezogener Linienführung sind drei theoretisch gewünschte Kurvenverlaufe für drei verschiedene Einstellungen der Abgasrückführsteuerung dargestellt; die übrigen Kurvenverlaufe zeigen gemessene Drosselklappenwinkelstellungen und damit Abgasrückführmengen über dem Verstellhebelwinkel für unterschiedliche Drehzahlen der Brennkraftmaschine als Parameter. Wie in Fig. 2 angegeben zeigt der dünn durchgezogene Kurvenverlauf die Funktionsabhängigkeit des Drosselklappenwinkels von dem Verstellhebelwinkel für eine Kurbelwellendrehzahl von 1200 min" , der gestrichelte Kurvenverlauf gilt für eine Drehzahl von 1600 min ; der strichpunktierte Kurvenverlauf für eine Drehzahl von

- -1
2500 min ; der strichpunktierte Kurvenverlauf mit doppeltem Punkt für eine Drehzahl von 2800 min , der aus Strichen und Kreisen bestehende Kurvenverlauf gilt für eine Drehzahl von 3600 min"" und der aus Strichen und Kreuzchen bestehende Kurvenverlauf für eine Drehzahl von 4200 min . Die kleinen Zeichnungen zeigen für den bei 10° Drosselklappenstellungswinkel liegenden Leerlaufbereich eine von der Drosselklappe freigegebene Mündungsöffnung für die Abgasrückführleitung und eine geschlossene Drosselklappe, während bei einem Drosselklappenwinkel von 50° die Abgasrückführleitung geschlossen und die Drosselklappe voll geöffnet ist.

Im Verstellbereich des Reglers soll wegen des sonst auftretenden Rauchs eine Abgasrückführung nicht erfolgen; es ist daher ein Drehzahlglied 24 vorgesehen, welches den Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine erfaßt, in welchem der Verstellbereich des Reglers liegt. Das Drehzahlglied 24, welches von beliebiger Ausbildung und Form sein kann, steuert ein nachgeschaltetes Magnetventil 25 an, welches dem Arbeitsraum 26 des Stellmotors 13 für die Drosselklappenwinkelstellung über eine Leitung 27 den vollen von der Kraft-

909849/0165

3. Mai 1978 - <& -

stofförderpumpe 28 erzeugten Kraftstoffdruck zuführt. Die Drosselklappe 7 wird dann im Verstellbereich des Reglers in die volle Öffnungsposition gefahren und verschließt gleichzeitig die Mündungsöffnung der Abgasrückführleitung vollständig.

Schließlich ist zur Vermeidung eines Rauchstoßes oberhalb des Verstellbereichs des Reglers ein zusätzliches Beschleunigungsglied 29 vorgesehen, welches über eine schematisch bei 30 angedeutete mechanische Verbindungsleitung ebenfalls vom Verstellhebel 11 der Einspritzpumpe 9 gesteuert ist. Das Beschleunigungsglied 29 verfügt über einen durch eine Membran oder einen Kolben 35 abgetrennten Arbeitsraum 31, in welchem sich eine die Membran oder den Kolben 35 vorspannende Druckfeder 32 befindet. Über eine Drossel 34 und ein Rückschlagventil 33 gelangt das Druckmittel (Kraftstoff) vom Arbeitsraum 26 in den Arbeitsraum 31 di a Leschleunigungsglieds 29; sobald dann bei einer'Bewegung des Stellhebels 11 in Richtung "voll" (Beschleunigung) der Arbeitsraum 31 unter Druck gesetzt wird, wird das Druckmittel über ein Rückschlagventil 36 und die Leitung 27 dem Arbeitsraum;des Stellmotors 26 wieder zugeführt und bewirkt, daß der Stellmotorkolben die Drosselklappe 7 gegen die Kraft der Feder 15 öffnet bzw. die Mündungsöffnung der Abgasrückführleitung 4 verschließt.

909849/0165 - '

Claims

Dipl. Ing. Ρ·Ι·Γ Ott·' ^: "--" * "-■ ₇₀₃₃

Patentanwalt Eifel.tr.ß· 7

Telefon (07032) 31999

1336/ot/wi
3. Mai 1978

Firma Robert Bosch GmbH, 7000 Stuttgart

Patentansprüche;

Einrichtung zur Abgasrückführung bei mit einer Kraftstoffeinspritzanlage ausgerüsteten Brennkraftmaschinen, mit einer den Abgasrückführstrom steuernden Drosselklappe im Saugrohr und einer eine Einspritzpumpe umfassenden Kraftstoffeinspritzvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschlußorgan (Drosselklappe 7) für die in das Saugrohr (3) einmündende Abgasrückführleitung (4) unmittelbar mechanisch mit dem Verstellhebel (Regelstange 11) der Einspritzpumpe (9) verbunden ist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das mechanische Verbindungsgestänge (14) zwischen dem Verstellhebel (11) und dem Betätigungsgestänge (12) für die Drosselklappe (7) federnd ausgebildet ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungsgestänge (14) überdruckfedern (19, 20) umfaßt, die Verbindungshebel (21, 22) vom Drosselklappengestänge (12) und vom Verstellhebel (11) der Einspritz-

fegebenenfalls mit Spiel
9J/gegen Anschläge drücken und die so ausgelegt

-sind, daß die die Mündungsöffnung der Abgasrückführleitung (4) verschließende Drosselklappe (7) entsprechend einem vorgegebenen Verlauf in Abhängigkeit zum Winkel des Verstellhebels (11) der Einspritzpumpe (9) bewegbar ist.

09 849/0165

3. Mai 1978 - 2 -
4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselklappe (7) mit ihrem Betätigungsgestänge (12) ergänzend mit einem Stellmotor (13) verbunden ist und daß dem Stellmotor im Verstellbereich eines der Kraftstoffeinspritzanlage zugeordneten Reglers von einem einen entsprechenden Drehzahlbereich erfassendem Drehzahlglied (24) ein solcher hydraulischer Druck zuführbar ist, daß der Stellmotor (26) die Drosselklappe öffnet und die Abgasrückführung verschließt.
5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vermeidung eines Rauchstoßes oberhalb des Verstellbereichs des Reglers ein Beschleunigungsglied (29) vorgesehen ist, welches mechanisch mit dem Verstellhebel (11) der Einspritzpumpe (9) verbunden ist und dem Stellmotor (13) für die Drosselklappenbetätigung kurzzeitig das Druckmittel mit solchem Druck zuführt, daß der Stellmotor die Abgasrückfuhrleitung ebenfalls verschließt.

909849/0165