DE2849508A1

DE2849508A1 - Einrichtung zur steuerung der abgasrueckfuehrmengen und der einspritzmenge bei selbstzuendenden brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE2849508A1
Application number: DE19782849508
Authority: DE
Inventors: Max Dr Ing Straubel
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1978-11-15
Filing date: 1978-11-15
Publication date: 1980-05-29
Also published as: US4304209A; GB2036174B; US4354476A; GB2036174A; JPS5572646A

Description

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31.10.1978 Bö/Ba

ROBERT BOSCH GMBH, 7000 STUTTGART 1

Einrichtung zur Steuerung der Abgasrückführmengen und der Einspritzmenge bei selbstzündenden Brennkraftmaschinen

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Regeleinrichtung gemäß Gattung des Hauptanspruchs. Bei einer derartigen bekannten Regeleinrichtung wird zur Einhaltung eines sehr genauen Verhältnisses von Luft zu Kraftstoff bei einer selbstzündenden Brennkraftmaschine die Abgasrückführmenge in sehr aufwendiger Weise so gesteuert, daß die Abgasrückführmenge nach exakter Zumessung der Luftmenge im Verhältnis zur eingespritzten Kraftstoffmenge die Restfüllung der Brennräume der Brennkraftmaschine bildet.

Es ist ferner eine Abgasrückführventilsteuereinrichtung bekannt, bei der der Steuerdruck für das pneumatische Stellorgan des Abgasrückführventils eine Mischung aus dem im Venturi eines Vergasers herrschenden Druck und dem stromabwärts der Drosselklappe des Vergasers herrschenden Durcks ist. Die Einrichtung bedient sich

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also eines bekannten Vergasers und ist somit auf die Anwendung bei fremdgezündeten Brennkraftmaschinen beschränkt. Durch Drosseln in den von den Druckentnahmestellen abführenden Leitungen kann der Steuerdruck so modifiziert werden, daß die rückgeführte Abgasmenge den jeweiligen Bedürfnissen der Brennkraftmaschine in verschiedenen Betriebspunkten etwa entspricht.

Eine andere neue Einrichtung zur Einstellung einer gewünschten Abgasrückführrate in Abhängigkeit von der durch den Vergaser angesaugten Luftmenge weist im Schwenkbereich der Drosselklappe einen schlitzförmigen Querschnitt auf, der bei geschlossener Drosselklappe auch zum Saugrohr stromaufwärts der Drosselklappe hin zum Teil geöffnet ist. Entsprechend dem Öffnungsgrad der Drosselklappe wird dann in dem mit dem schlitzförmigen Querschnitt verbundenen Arbeitsraum eines pneumatisch arbeitenden Abgasrückführventils ein entsprechend dem Öffnungsgrad und dem stromabwärts der Drosselklappe herrschenden Unterdruck sich ändernder Steuerdruck erzielt. Um angepaßte Abgasrückführanteile zu erhalten, kann der Querschnitt der schlitzförmigen Öffnung entsprechend angepaßt werden. Auch diese Einrichtung befaßt sich mit der Abgasrückführung bei fremdgezündeten Brennkraftmaschinen und insbesondere Brennkraftmaschinen, die von Vergasern mit Betriebsgemisch versorgt werden.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Einrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs weist gegenüber dem genannten Stand der Technik den Vorteil auf, daß

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die Steuerung der Abgasrückführmenge in sehr einfacher und wenig aufwendiger Weise durchgeführt werden kann. Es sind ferner auch günstige Eingriffsmöglichkeiten für eine zusätzliche Steuerung in Abhängigkeit von anderen Betriebsparametern gegeben. Die damit kombinierte pneumatisch arbeitende Kraftstoffmengensteuerung hat den Vorteil, daß ein sehr gutes, weiches Fahrverhalten bei einem mit einer solchen Brennkraftmaschine betriebenen Kraftfahrzeug erzielt werden kann. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daßfür die Abgasrückführrate und die Einspritzmenge dieselbe Führungsgröße verwendet wird.

Zeichnung

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der folgenden Beschreibung näher erläutert.

Beschreibung der Erfindung

In der Zeichnung ist vereinfacht eine Brennkraftmaschine 1 dargestellt mit einem Saugrohr 2, über das der Brennkraftmaschine Luft zugeführt wird und einer Abgassammelleitung 3₃ von der eine Abgasrückführleitung k zum Saugrohr 2 der Brennkraftmaschine führt. Bei der Brennkraftmaschine handelt es sich um eine seIbstzündende Brennkraftmaschine, die von einer Kraftstoffeinspritzpumpe 6, ζ. B. eine Reiheneinspritzpumpe wie im ausgeführten Beispiel gezeigt, mit Kraftstoff versorgt wird. Die Kraftstoffeinspritzpumpe wird dabei in üblicher Weise von der Brennkraftmaschine angetrieben und weist als Mengenverstellorgan eine Regelstange 8 auf.

Zur Veränderung der Kraftstoffeinspritzmenge ist erfindungsgemäß ein pneumatischer Regler 9 vorgesehen, zu dem eine sonst bei Dieselbrennkraftmaschinen nicht

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übliche Drosselklappe 10 gehört, die im Saugrohr 2 angeordnet ist und über ein Gestänge 11 z. B. durch ein Gaspedal 12 willkürlich betätigbar ist. Stromabwärts der in Schließstellung befindlichen Drosselklappe 10 ist im Saugrohr eine erste Druckentnahmestelle lH angeordnet, von der eine Steuerdruckleitung 15 zum Arbeitsraum 16 eines ersten pneumatischen Stellorgans 17 führt. Das erste pneumatische Stellorgan 17 ist ein wesentlicher Teil des pneumatischen Reglers und besteht aus einer Druckdose, in der eine Stellmembran 19 fest eingespannt ist, die den Arbeitsraum 16 von einem Referenzdruckraum 20 trennt. Die Stellmembran wird von einer im Arbeitsraum l6 eingespannten Regelfeder 21 belastet und ist auf der anderen Seite mit der Regelstange 8 gekoppelt, die somit mit steigendem Unterdruck im Arbeitsraum entgegen der Kraft der Regelfeder 21 in Richtung geringerer Kraftstoffeinspritzmenge verstellbar ist.

Um eine zusätzliche geregelte Verstellung der Regelstange 8 durchführen zu können, z. B. durch einen Zusatzregler für die Enddrehzahlregelung können statt einer Regelfeder 21 zwei Regelfedern vorgesehen werden und zwar wie dargestellt eine zweite Druckfeder 22, die in Richtung Vollast wirkend direkt an der Regelstange 8 angreift. Die Kupplung zwischen Regelstange und Stellmembran 19 erfolgt dann, wie gezeigt, über ein Langloch 24, das unabhängig von der Stellung der Stellmembran 19 eine Verstellung der Regelstange 8 in Richtung Mindermenge erlaubt.

Im Arbeitsraum 16 herrscht also der Druck, der sich stromabwärts der Drosselklappe einstellt. Dieser Druck ist abhängig von der jeweiligen Drehzahl der Brennkraftmaschine und dem Öffnungsgrad der Drosselklappe, mit dem der Drehmomentwunsch eingesteuert wird.

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Der Druck ist ein Maß für die eingespritzte Kraftstoffmenge. Die Regelstange 8 wird bei hohem Unterdruck auf eine Stellung gebracht, die eine kleine Kraftstoffeinspritzmenge bedeutet und umgekehrt. Durch die Vorspannung und die Federcharakteristik der .Regelfeder 21 lassen sich Anpassungen durchführen. Ferner sind Eingriffsmöglichkeiten dadurch gegeben, daß der Arbeitsraum 16 über eine Verbindungsleitung 25, die z, B. auch von der Steuerdruckleitung abzweigen kann, mit der atmosphärischen Umgebungsluft verbunden werden kann. In der Verbindungsleitung 25 ist dazu ein Ventil 26 angeordnet, das durch eine Steuereinrichtung 27 in Abhängigkeit von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine verändert werden kann". In Sonderfällen kann es zweckmäßig sein, die Kraftstoffmenge nicht in Abhängigkeit von dem Druckunterschied Saugrohrdruck/atmosphärischer Druck (Relativdruckj zu steuern,sondern als Funktion des Absolutdruckes. In diesen Fällen werden die Membran 19 und der Referenzdruckraum 20 durch eine evakuierte Barometerdose ersetzt.

Von der ersten Druckentnahmestelle 14 bzw. von der Steuerdruckleitung 15 führt eine Druckleitung 33 zum Arbeitsraum eines zweiten pneumatischen Stellorgans 36· Dieses dient der Betätigung eines Ventilschließgliedes 37 in einem Durchflußquerschnitt 38 der Abgasrückführleitung 4. Ähnlich wie beim ersten pneumatischen Stellorgan ist auch hier eine Stellmembran 39 vorgesehen, die im Gehäuse des pneumatischen Stellorgans den Arbeitsraum 38 einschließt, in dem eine die Stellmembran 39 belastende Steuerfeder angeordnet ist. Die Stellmembran ist dabei fest mit dem Ventilschließglied 37 verbunden. Die andere Seite der Stellmembran ist atmosphärischem Druck ausgesetzt, so daß die Membran bei steigendem Unterdruck im Arbeitsraum 35 das Ventilschließglied 37 entgegen der Kraft der Steuerfeder 40 in Öffnungsrichtung bewegt.

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Die Arbeitsweisen beider Stellorgane sind also 3O₃ daß sie sich gegenseitig ergänzen. Während mit steigendem Unterdruck die Kraftstoffeinspritzmenge verrringert wirdj wird gleichzeitig die Abgasrückführmenge erhöht bzw. der Frischluftanteil an der Gesamtansaugmenge verringert. Dies entspricht aber in vorteilhafter Weise gerade den Erfordernissen. Es wird dabei die Frischluftmenge der in die Brennräume gelangenden Kraftstoffmenge angepaßt und bei verschiedenen Betriebs zuständen der Brennkraftmaschine jeweils eine möglichst große, zulässige Abgasmenge saugseitig zugeführt.

In Fig. 2 wird eine zweite Ausführungsform der Ansteuerung des Abgasrückführventils gezeigt. Zur Entnahme des Steuerdrucks kann die Druckleitung 33 auch mit einer gesondert vorgesehenen Druckentnahme verbunden sein, die entweder auf gleicher Höhe wie die erste Druckentnahmestelle l4 oder zur Anpassung an die Verstellcharakteristik des Abgasrückführventils oder zur drosselklappenstellungsabhängigen Steuerdruck^modifikationi_n einer dem Drosselklappenschwenkbereich stärker genäherten Stellung am Absaugrohr vorgesehen werden kann.

In unmittelbarer Nähe der in Schließstellung befindlichen Drosselklappe 10 ist dort an der Saugleitung 2 eine zweite Druckentnahmestelle 29 vorgesehen und stromabwärts der Drosselklappe ist am Saugrohr eine dritte Druckentnahmestelle 30 vorgesehen. Von der zweiten Durckentnahmestelle 29 führt eine erste Verbindungsleitung 31 ab, die mit einer zweiten, von der dritten Druckentnahmestelle herkommenden Verbindungsleitung 32 zusammen über eine gemeinsame Druckleitung 33 zum Arbeitsraum 35 eines zweiten pneumatischen Stellorgans 36 führt. Das zweite pneumatische Stellorgan dient der Betätigung eines Ventilschließgliedes in einem Durchflußquerschnitt 38 der Abgasrückführleitung 4. Ähnlich wie beim ersten pneumatischen Stellorgan ist auch hier eine Stellmembran 39 vorgesehen, die im Gehäuse des pneumatischen Stellorgans den

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Arbeitsraum 35 einschließt, in dem eine die Stellmembran 39 belastende Steuerfeder 40 angeordnet ist. Die Stellmembran ist dabei fest mit dem Ventilschließglied 37 verbunden. Die andere Seite der Stellmembran 39 ist atmosphärischem Druck ausgesetzt,· so daß die Membran bei steigendem Unterdruck im Arbeitsraum 35 das Ventilschließglied 37 entgegen der Kraft der Steuerfeder 40 in Offnungsrichtung bewegt. Je höher also der Unterdruck ist, desto kleiner wird die Kraftstoffzumeß menge und desto höher die Abgasrückführmenge. Die Durchflußquerschnitte mindestens einer der Verbindungsleitungen 31 j 32 oder der Druckleitung 33 ist durch eine Drossel kalibrierbar. In vorteilhafter Weise wird in der ersten Verbindungsleitung 31 eine Drossel 4l und in der zweiten Verbindungsleitung 32 eine Drossel 42 angeordnet. Durch diese Drossel läßt sich der Durchgriff des stromaufwärts der Drosselklappe 10 herrschenden Drucks gegenüber dem des stromabwärts der Drosselklappe 10 herrschenden Drucks auf den Arbeitsraum 35 festlegen. Weitere Eingriffsmöglichkeiten sind dadurch gegeben, daß in der Druckleitung 33 ein Ventil 43 angeordnet ist, das von einer Steuereinrichtung 44 entsprechend Betriebsparametern betätigbar ist. Dieses Ventil kann auch in einer der Verbindungsleitungen 31 oder 32 angeordnet sein. Auch durch die Festlegung der Abstände der zweiten Druckentnahmestelle 29 und der dritten Druckentnahmestelle 30 von der Achse der Drosselklappe 10 läßt sich eine Anpassung des resultierenden Steuerdrucks in gewünschten Betriebsbereichen erzielen. Dazu können ferner die Druckentnahmestellen und/oder 30 wie bei Vergasern bekannt, im Drosselklappenschwenkbereich am Saugrohrumfang verteilt sein oder aus mehreren stromabwärts jeweils miteinander verbundenen_r in diesem Bereich angeordneten Bohrungen bestehen, um die geometrischen Querschnittsverhältnisse bei einer sich öffnenden Drosselklappe zur Modifikation des Steuerdrucks auszunutzen. Weiterhin können die Druckent-

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nahmestellen 29 und/oder 30 durch eine getrennte, zusammen mit der Drosselklappe betätigbare Schiebereinrichtung gesteuert werden.

Während beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 dem ersten pneumatischen Stellorgan 17 also ein zunächst im wesentlichen unmodifizierter Steuerdruck zur Verfugung steht, hängt der dem zweiten pneumatischen Stellorgan 36 zugeführte Steuerdruck sehr stark von der jeweiligen Einstellung der Drosselklappe 10 ab. In Schließstellung der Drosselklappe 10 überwiegt der an der zweiten Druckentnahmestelle anliegende atmosphärische Druck, so daß

das Schließorgan 37 im wesentlichen geschlossen ist., im Leerlauf wird folglich wenig oder gar kein Abgas rückgeführt, was den Vorteil hat j daß durch einen erhöhten Inertgasanteil das im Brennraum der Brennkraftmaschine entstehende Gemisch nicht an die Laufgrenze bzw. Rußgrenze gerät, d. h. nur verzögert oder gar nicht zur Entflammung kommt. Die Verbindungsleitung 31 zusammen mit der Verbindungsleitung 32 haben dabei lediglich die Funktion einer Bypaßluftleitung, wobei die Menge der Bypaßluft durch die vorgesehenen Drosseln 4l und 42 stark beschränkt werden kann.

Bei mittlerer Last gerät die zweite Druckentnahmestelle 29 durch die dann in Teilöffnungsstellung befindliche Drosselklappe ebenfalls in den Wirkungsbereich des sich stromabwärts der Drosselklappe 10 · bildenden Unterdrucks. Je nach Öffnungsgrad hat jedoch auch der stromaufwärts der Drosselklappe 10 anstehende atmosphärische Druck einen Einfluß, so daß sich ein mittlerer zwischen dem atmosphärischen Druck und dem maximal gebildeten Unterdruck liegender Druck einstellt. Entsprechend wird auch das Ventilschließglied 37 in eine mittlere oder ganz geöffnete Stellung gebracht.

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Bei vollständig offener Drosselklappe kann der stromaufwärts der Drosselklappe herrschende atmosphärische Druck auch in die stromabwärts der Drosselklappe liegende Saugrohrteile vorgreifen, d. h., daß der zuvor dort bestehende Unterdruck abgebaut wird. Nun gelangt über die Druckleitung 33 dieser nahe dem atmosphärischen Druck liegende Steuerdruck in den Arbeitsraum 35 und bewirkt, daß das Ventilschließglied 37 unter Einwirkung der Steuerfeder 40 in Schließrichtung gebracht wird. Durch die Vorspannung und die Charakteristik der Steuerfeder 40 in Verbindung mit den zuvor genannten Möglichkeiten der Steuerdruckmodulation lassen sich in einfacher.und empirisch festzulegender Weise die Abgasrückführraten bei verschiedenen Betriebs zuständen der Brennkraftmaschine in optimaler Weise festlegen.

Durch die Verwendung von Druckdosen als pneumatische • Stellorgane läßt sich ferner insbesondere beim pneumatischen Regler der Einfluß der atmosphärischen Druckschwankungen auf die sich im Brennraum ergebende Gemischzusammensetzung ausgleichen. Die Steuereinrichtungen 27 und 44 können sowohl mechanischer als auch elektronischer Art sein. Mit der Steuereinrichtung 27 kann z. B. auch eine maximal einzuhaltende Drehzahl erfaßt werden und durch Schließen des Ventils 26 bei überschreiten der Drehzahl abgeregelt werden.

Die Druckentnahme für das erste pneumatische Stellorgan kann ferner nach dem gleichen Prinzip und mit den gleichen Angleichungsmaßnahmen an die Erfordernisse des Motorkennfeldes vorgenommen werden, wie das bei bekannten pneumatischen Reglern für Kraftstoffeinspritzpumpen durchgeführt wird.

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Claims

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Ansprüche

fly Einrichtung zur Steuerung der Abgasrückführmenge und de^Kraftstoffeinspritzmenge bei selbstzündenden Brennkraftmaschinen mit einer im Saugrohr angeordneten, willkürlich betätigbaren Drosselklappe, durch die ein im wesentlichen stromabwärts davon herrschender Druck veränderbar ist, der als Steuerdruck eines auf das Mengenverstellorgan einer die Brennkraftmaschine mit Kraftstoff versorgenden Kraftstoffeinspritzpumpe wirkenden ersten Stellorgan dient, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerdruck gleichzeitig als Steuerdruck eines auf ein Abgasrückführventil (37) wirkendes zweites Stellorgan (36) dient.
2. Einrichtung nach Anspruch I₃ dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerdruck als Betätigungsdruck der als pneumatische Stellorgane ausgebildeten ersten und zweiten Stellorgane (1.7 und 36) wirkt.

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3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste, mit dem Arbeitsraum (16) des ersten pneumatischen Stellorgans (17) verbundene Druckentnahmestell^e (14) am Saugrohr stromabwärts der Drosselklappe (10) vorgesehen ist und daß eine zweite Druckentnahmestelle (29) am Saugrohr (2) unmittelbar stromaufwärts der in Schließstellung befindlichsnDrosselklappe (10) und eine dritte Druckentnahmestelle (30) am Saugrohr stromabwärts der in Schließstellung befindlichen Drosselklappe (10) vorgesehen sind und daß die zweite Druckentnajinesteile (29) über eine erste Verbindungsleitung (31) und die dritte Druckentnahmestelle (30) über eine zweite Verbindungsleitung (32) mit dem Arbeitsraum (35) eines zweiten pneumatischen Stellorgans (36)? welches Teil eines pneumatisch betätigbaren Abgasrückführventils (37) ist, verbunden sind.
4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckentnahmestellen mehrere am Saugrohrumfang verteilte und miteinander verbundene Öffnungen aufweisen.
5. Einrichtung nach Anspruch 3 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Verbindungsleitung (31) und die zweite Verbindungsleitung (32) in eine Druckleitung (33) münden, die zum Arbeitsraum (35) führt und daß zumindest in einer der Verbindungsleitungen oder der Druckleitung eine Drossel (4l, 42) angeordnet ist.

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6. Einrichtung nach Anspruch 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur zusätzlichen, von anderen Parametern steuerbaren Änderung des Drucks im Arbeitsraum (35) in der ersten Verbindungsleitung (31) und/oder in der zweiten Verbindungsleitung (32) ein entsprechend diesem Parameter betätigbares Ventil angeordnet ist.
7· Einrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß in der Druckleitung (33) ein entsprechend anderen Betriebsparametern der Brennkraftmaschine steuerbares Ventil (43) angeordnet ist.
_r8. Einrichtung nach Anspruch 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das erste pneumatische Stellorgan (17) und das zweite pneumatische Stellorgan (36) jeweils ein Stellglied (19, 39) aufweisen, das durch den Steuerdruck entgegen der Kraft einer Regelfeder (21, 40) belastbar ist.
9. Einrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitsraum (l6) des ersten pneumatischen Stellorgans (17) durch eine Verbindungsleitung (25) mit der Umgebungsluft verbindbar ist und daß in der Verbindungsleitung ein entsprechend zusätzlichen Parametern betätigbares Ventil (26) angeorndet ist.
10. Einrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche,

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daß das erste und/oder zweite pneumatische Stellorgan als Stellglied eine Stellmembran aufweisen,, die im Gehäuse des/der Stellorgan(e) einen Referenzdruckraum (20) dicht einschließt auf die auf der anderen Seite der Steuerdruck wirkt.

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