DE2941513C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Dieselmotor nach dem Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei einem bekannten Dieselmotor mit gattungsgemäßen Merkmalen (DE-OS 25 30 777) ist eine Abgasrückführungsleitung vorgesehen, um die Motorabgase zur Verringerung des Anteiles an Schadstoffen einer nochmaligen Verbrennung im Motor zuzuführen. Eine Drossel befindet sich bei geringer Motorbelastung im Bereich ihrer Schließstellung, bei der eine maximale Menge Abgas der erneuten Verbrennung zugeführt wird, während sich die Drosselklappe bei hoher Motorbelastung in oder nahe ihrer maximalen Öffnungsstel­ lung befindet, um die bei hoher Motorbelastung benötigte Ver­ brennungsluftmenge bereitstellen zu können und entsprechend weniger Motorabgase der erneuten Verbrennung zuzuführen. Die Steuerung der Drosselklappe erfolgt in direkter Abhängigkeit von der Kraftstoffmenge, die ihrerseits von der Einspritzpumpe des Motors bestimmt wird. Die eingestellte Kraftstoffmenge bestimmt die Menge der benötigten Verbrennungsluft. Die Drossel­ klappenstellung wird primär entsprechend der geforderten Brenn­ stoff- und Verbrennungsluftmenge bestimmt und ihr Einfluß auf die Menge der zurückzuführenden Abgasmenge ist nur ein sekun­ därer bzw. mittelbarer Einfluß.

Einfacher und auch genauer ist die Menge der zur erneuten Ver­ brennung in den Motor zurückzuführenden Abgase bei einem be­ kannten Motor (DE-PS 26 47 062) zu bestimmen, bei dem ein Steuerventil in einer Verbindungsleitung zwischen der Abgasleitung und der Verbrennungsluftleitung vorgesehen ist und bei dem zur Steuerung auch eine Kolben-Zylindereinheit vorgesehen ist, in der der Druck mit einem Steuerventil bestimmt wird. Zu dem Steuerventil gehört ein Steuerelement, das mit der Steuerstange der Kraftstoffpumpe verbunden ist. Die Kolben-/ Zylindereinheit ist im Ergebnis eine drehzahlabhängige Baugruppe, und das gesamte System schließt auch noch zahlreiche weitere Ventile für bestimmte Aufgaben ein.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Dieselmotor so auszubilden, daß die Abgasrückführung mit einfachen Mitteln gut an Last und Drehzahl des Motors angepaßt erfolgen kann.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Einrichtung durch die Merkmale im Kennzeichnungs­ teil des Patentanspruchs 1 gelöst.

Die Unteransprüche enthalten Merkmale, durch die die Erfindung in zweckmäßiger Weise ausgebildet wird.

Die Erfindung, ihre Wirkungsweise und die mit der Erfindung erzielten Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschrei­ bung des in der Zeichnung einschließlich einer Abwandlung dar­ gestellten Ausführungsbeispieles. Es zeigt in zum Teil schematischer Darstellung

Fig. 1 einen Dieselmotor mit einer Abgasrück­ führung, wie bei der Erfindung vorausgesetzt,

Fig. 2 die Zuordnung von Kraftstoff-Förderpumpe und Kraftstoff-Einspritzpumpe bei dem Motor gemäß Fig. 1 als Blockbild,

Fig. 3 als teilweisen Längsschnitt Steuerungsteile des Dieselmotors,

Fig. 4 bis 7 grafische Darstellungen zur Erläuterung der Arbeitsweise des Motors,

Fig. 8 eine Abwandlung eines Teiles der in Fig. 3 dargestellten Anordnung und

Fig. 9 die Anordnung der Fig. 3 mit der Abwandlung gemäß Fig. 8 in größerer Darstellung und unter einem Winkel von 90° gesehen gegenüber der Darstellung in Fig. 3.

Gemäß Fig. 1 weist ein Dieselmotor 10 Kraftstoffeinspritzdüsen 11 auf, denen mittels nicht gezeigter Leitungen Kraftstoff zugeführt wird. Der Kraftstoff-Förderung dient eine Kraftstoff-Fördervor­ richtung 12 die in einer bestimmten zeitlichen Abhängigkeit vom Motor angetrieben wird. Der Motor hat einen Abgasauslaß 13 und einen Lufteinlaß 14. Über den Lufteinlaß 14 wird beim Be­ trieb des Motors Atmosphärenluft durch ein Filter hindurch ange­ saugt. Der Abgasauslaß ist über eine Kurzschlußleitung 15 mit dem Lufteinlaß 14 verbunden, wobei die Kurzschlußleitung ein Ventil 16 einschließt, dessen Stellung mit einem Ventilbetäti­ gungselement 17 bestimmt wird. Ist während des Betriebes des Motors das Ventil 16 geöffnet, so gelangen Motorabgase vom Abgasauslaß 13 durch das Ventil 16 in den Lufteinlaß. Der Zweck der an sich bekannten Abgasrückführung ist die Verringerung der schädlichen Bestandteile in den in die Atmosphäre abgege­ benen Abgasen.

Bei einem Dieselmotor hat es sich gezeigt, daß das Verhältnis der Motorabgase relativ zur reinen Luft in dem Maße größer werden kann, in dem die Belastung des zugehörigen Motors ge­ ringer wird und daß eine Anzeige der Belastung des Motors durch die Kraftstoffmenge erhalten werden kann, die dem Motor mit der Kraftstoff-Fördervorrichtung zugeführt wird.

Gemäß Fig. 2 ist eine Kraftstoff-Einspritzpumpe 18 mit Kraft­ stoffauslässen versehen, die in ihrer Gesamtheit mit 19 be­ zeichnet und mit den Einspritzdüsen 11 verbunden sind. Die Einspritzpumpe 18 wird mit einer als Niederdruckpumpe 20 aus­ gebildeten Kraftstoff-Förderpumpe 20 über ein Kraftstoffregel­ element in Form einer einstellbaren Drossel 21 mit Kraftstoff versorgt. Der Förderdruck der Kraftstoff-Förderpumpe 20 wird mit einem Ventil 22 eingestellt, durch das Leckkraftstoff zwischen dem Auslaß 23 und dem Einlaß 24 der Kraftstoff- Förderpumpe im Kurzschluß gefördert wird. Der Einlaß 24 der Kraftstoff-Förderpumpe ist mit einer Kraftstoffquelle, bei­ spielsweise einem Kraftstofftank, verbunden, wobei in an sich bekannter Weise in diese Verbindung ein Kraftstoff- Filter eingebaut ist. Das Ventil 22 ist so ausgebildet, daß der Druck am Auslaß 23 der Kraftstoff-Förderpumpe von deren Drehzahl abhängig ist und sich entsprechend dieser Drehzahl ändert. Die Kraftstoff-Förderpumpe 20 und die Kraftstoff- Einspritzpumpe 18 sind durch eine Welle 25 miteinander ge­ kuppelt, die mit einem geeigneten Abtriebselement des Motors verbunden ist.

Die Stellung der Drossel 21, die eine Anzeige für die Belastung des Motors sein soll, wird durch einen Regler 26 bestimmt. Der Regler spricht auf die jeweilige Drehzahl des zugehörigen Motors an, was dadurch bewirkt werden kann, daß der Regler ein Element aufweist, das auf den Auslaßdruck der Kraftstoff- Förderpumpe 20 anspricht oder ein Fliehkraftregler ist, der in zweckmäßiger Weise der Welle 25 zugeordnet ist. Der Regler kann auch zwangsweise von außen verstellt werden, wozu bei­ spielsweise eine Regelstange 27 dient, die zur Drehzahlände­ rung von der Bedienungsperson des Motors zwangsweise verstellt werden kann. Wird über die Regelstange 27 eine höhere Motor­ drehzahl eingestellt, so wird die Drosselung des Kraftstoffes durch das Verstellen der Drossel 21 verringert und umgekehrt. Der Regler kann als kontinuierlicher Geschwindigkeitsbereichs­ regler oder als Grenzwertregler mit zwei festen Grenzwerten ausgebildet sein.

Gemäß Fig. 3 enthält das Ventilbetätigungselement 17 ein druck­ abhängiges Stellglied in der Form eines Betätigungskolbens 28, in einem Betätigungszylinder 29. Die Kolbenstange 30 des Betä­ tigungskolbens ist mit dem Ventilglied des Ventiles 16 verbun­ den. Darüber hinaus wirkt auf den Betätigungskolben ein Feder­ element in der Form einer vorgespannten Wickelfeder 31 ein, die den Betätigungskolben in der Stellung hält, in der das Ventil 16 geschlossen ist.

Weiterhin ist gemäß Fig. 3 eine insgesamt mit 32 bezeichnete Ventileinheit vorgesehen, um den auf den Betätigungskolben 28 wirkenden Druck bestimmen zu können.

Die Ventileinheit 32 enthält einen Steuerzylinder 33, in dem ein Steuerkolben 34 angeordnet ist, der von einer als gewickel­ ten Druckfeder ausgebildeten Feder 37 gegen das eine Ende des Steuerzylinders gedrückt wird, die in der Federkammer 38 an­ geordnet ist, die ein Ansatz am anderen Ende des Steuerzylin­ der 33 ist. Das erstgenannte, eine Ende des Steuerzylinders 33 steht mit dem Auslaß der Kraftstoff-Förderpumpe 20 in Verbindung. Das dem Steuerkolben 34 abgekehrte Ende der Feder 37 ist einem Anschlag 39 zugeordnet, dessen Stellung von einem Nocken 40 be­ stimmt wird. Der Nocken ist gemäß Fig. 3 einer Welle 41 zugeord­ net, die durch ein nicht dargestelltes Hebelgestänge mit der einstellbaren Drossel 21 verbunden ist. Hebelgestänge und Nocken 40 sind in der Weise einander zugeordnet, daß, wenn die effektive Größe der Drossel verringert wird, der Anschlag 39 vom Kolben 34 entfernt wird, um dadurch die auf den Steuerkolben 34 ausgeübte Federkraft zu verringern.

Der Steuerkolben 34 ist mit einer Umfangsnut 42 versehen, die über eine Querbohrung und eine Längsbohrung 43 des Steuerkolbens 34 mit der Federkammer 38 in Verbindung steht. In der Wand des Steuerzylinders 33 ist ein Paar in Zylinderlängsrichtung gegen­ einander versetzter Öffnungen 44, 45 vorgesehen, von denen die Öffnung 44 mit einer Drainage, die Öffnung 45 mit dem Auslaß 23 der Kraftstoff-Förderpumpe 20 in Verbindung steht. Zusätzlich ist die Federkammer 38 über eine Leitung 46 mit dem Ende des Betätigungszylinder 29 verbunden, das nicht die Feder 31 auf­ nimmt.

Während des Betriebes ist der Druck in der Federkammer 38 von dem Druck abhängig, mit dem die Feder 37 auf den Steuerkolben 34 einwirkt, sowie von dem Druck in dem Teil des Steuerzylin­ ders 33, der der Federkammer 38 entfernter ist. Für den ange­ nommenen Zeitpunkt des konstanten Druckes wird bei einer Ver­ ringerung der von der Feder erzeugten Kraft der Steuerkolben nach rechts bewegt, um dabei dem Kraftstoff den Übertritt aus der Öffnung 45 in die Federkammer 38 zu ermöglichen. Hierdurch wird der Druck in der Federkammer 38 ansteigen, der ansteigende Druck wird auf den Steuerkolben wirken, und dieser wird so verstellt, daß er die Öffnung 45 wieder verdeckt. Andererseits wird bei einer Erhöhung des von der Feder auf den Steuerkolben 34 ausgeübten Druckes sich der Steuerkolben 34 nach links bewegen, um dem Kraftstoff den Übertritt von der Federkammer in die Öffnung 44 zu ermöglichen und dadurch einen Druckab­ fall in der Federkammer 38 zu bewirken. Der in der Federkammer 38 herrschende Druck wirkt auf den Betätigungskolben 28, so daß ein Ansteigen des Druckes in der Federkammer eine Ver­ stellung des Betätigungskolbens 28 nach rechts und eine Er­ höhung der Menge der über die Kurzschlußleitung 15 rückgeführ­ ten Motorabgase zur Folge hat und umgekehrt. Eine Erhöhung der von der Feder 37 ausgeübten Kraft verringert die Menge der über die Kurzschlußleitung 15 rückgeführten Motorabgase und umgekehrt.

Der Nocken 40 ist so angeordnet und mit dem Kraftstoff­ regelglied 21 gekoppelt, daß, wenn das Kraftstoffregel­ glied in Richtung auf eine Erhöhung der dem Motor zuzuführenden Kraftstoffmenge, d. h. zur Erhöhung der Belastung des Motors bewegt wird, die von der Feder 37 ausgeübte Kraft ansteigt und umgekehrt. Nochmals angenommen, daß der Kraftstoffdruck auf das oben genannte eine Zylinderende konstant bleibt, ergeben sich die Kurven gemäß Fig. 4. Diese Kurven nähern sich dem idealen Kurven­ verlauf, und eine solche Anordnung kann dort verwendet werden, wo für eine vorgegebene Stellung des Kraftstoffregelgliedes die Menge des bei jedem Einspritztakt der Kraftstoff- Einspritzpumpe gelieferten Kraftstoffes über den ganzen Drehzahlbereich konstant bleibt.

Im Fall, daß das Kraftstoffregelglied 21 in der beschriebenen Weise eine Drossel ist, wird sich das nicht ergeben, und für eine vorgegebene Drosselstellung wird, wenn die Dreh­ zahl des zugehörigen Motors ansteigt, die Menge des bei jedem Einspritztakt zugeführten Kraftstoffes geringer werden, weil für den Kraftstoff-Fluß nur noch eine geringere Zeit zur Verfügung steht. Die Stellung der Drossel wird jedoch durch einen Regler gesteuert, und die Tendenz der Drossel ist es, sich zu öffnen, wenn die Motordrehzahl ansteigt, um dem beschriebenen Effekt entgegenzuwirken. Wie sich die Stellung der Drossel ändert, so ändert sich auch die Menge der zurück­ geführten Abgase und das Ergebnis wäre, daß für eine kon­ stante Teillast die Menge der zurückgeführten Abgase mit ansteigender Motordrehzahl ansteigen würde.

Die Tatsache, daß sich der Druck des dem vorerwähnten einen Ende des Zylinders 33 zugeführten Kraftstoffes in Überein­ stimmung mit der Drehzahl ändert, wirkt dem oben genannten Effekt entgegen. In Fig. 5 ist gezeigt, wie sich der Druck in der Federkammer 38 mit der Drehzahl ändert in der Annahme, daß sich die Stellung des Regelgliedes nicht mit der Dreh­ zahl ändert. Es zeigt sich, daß der Druck in der Kammer 38 mit der Drehzahl ansteigt und deshalb das Ventl 16 dahin tendiert, sich mit ansteigender Drehzahl zu öffnen.

Wenn das Kraftstoffregelglied eine Drossel ist, dann wird die in Fig. 5 dargestellte Öffnungscharakteristik einen Wert erreichen, der durch die Tatsache kompensiert wird, daß mit ansteigender Drehzahl für eine vorgegebene Belastung die Drossel geöffnet ist und dabei die von der Feder 37 ausgeübte Belastung erhöht wird und so die Veränderung der Stellung des Ventiles 16 mit Belastung und Drehzahl eher wie die Veränderung in Fig. 4 sein wird. Die erhaltene Charakteristik kann für einige Maschinen passend sein. In der Praxis ist jedoch der Kraftstoff-Fluß durch die Drossel 21 für verschiedene feste Einstellungen der Drossel so, wie es in Fig. 6 dargestellt ist. Die verschiedenen Kurven konvergieren mit zunehmender Drehzahl, wobei jedoch der Punkt des Zusammentreffens außerhalb des Drehzahl­ bereiches des Motors liegt. Um eine genauere Kompensation zu schaffen, ist es deswegen notwendig, daß sich der Druck im vorerwähnten einen Ende des Zylinders 33 ebenso in Übereinstimmung mit der Stellung der Drossel ändert. Hierzu ist eine Vorrichtung zur Steuerung des Kraft­ stoffdruckes vorgesehen, die mit der Drossel gekuppelt ist. Vor der Erläuterung der praktischen Ausführung dieser Vor­ richtung soll unter Bezugnahme auf Fig. 7 die durch diese Vorrichtung erzielte Wirkung beschrieben werden. Diese Figur ist ähnlich der Fig. 4, sie zeigt jedoch, daß die bei ver­ schiedenen Drosselstellungen erhaltenen Kurven mit zunehmenden Drehzahlen divergieren. Es wird so eine wirksamere Kompensa­ tion erzielt.

Ein Beispiel für die Ausführung der Steuervorrichtung ist in Fig. 8 dargestellt. Mit dem Zylinder 33 ist dabei ein Paar Verengungen 47, 48 verbunden, wobei die Verengung 47 dazu dient, den Kraftstoff vom Auslaß 23 der Kraftstoff-Förderpumpe aus in den Zylinder gelangen zu lassen. Diese Verengung 47 ist entsprechend der Stellung der Drossel 21 einstellbar. Die Verengung 48 steht mit einer Drainage in Verbindung, und in dem Maß wie der Querschnitt der Drossel veränderbar ist, verändert sich der Druck im einen Ende des Steuerzylinders 33. In der Praxis wird das Maß der durch die Verengung 47 be­ wirkten Einschnürung in dem Maß reduziert, wie die Drossel 21 verengt wird, um so die Charakteristiken gemäß Fig. 7 zu ergeben. Ein ähnlicher Effekt kann erzielt werden, wenn die Verengung 48 an der Stelle der Verengung 47 veränderlich ist, aber in diesem Fall muß die Veränderung der Verengung in entgegengesetztem Sinn erfolgen. Wenn es notwendig ist, können schließlich beide Verengungen veränderlich sein.

Die Verengung 47 wird von einer rechteckigen Öffnung der Wand der Bohrung gebildet, die dem weiteren Teil der Welle 41 zugeordnet ist. Das Ende der Welle ist mit einer Aussparung 50 versehen, die eine scharfe Kante 51 definiert, die, wenn die Welle bewegt wird, über die Öffnung 49 zu deren Reinigung hinwegstreicht.

Die Rückführung der Motorabgase sollte nur dann erfolgen, wenn der Motor ihre wünschenswerte Betriebstemperatur erreicht hat, und um das zu ermöglichen, ist in der Leitung 46 ein Ventil 52 angeordnet. Dieses Ventil ist ein elektromagnetisches Ventil, das erregt wird, um Kraftstoffdruck auf den Betätigungskolben 28 einwirken zu lassen. Ist das Ventil 52 entregt, dann ist der Betätigungszylinder 29 mit einer Drainage verbunden, so daß die Feder 31 den Betätigungskolben in eine Stellung bewe­ gen kann, in der keine Abgasrückführung stattfindet. Ferner ist ein Schalter vorgesehen, der geschlossen ist, wenn die Temperatur des Motors den richtigen Wert erreicht hat. Zusätz­ lich zu diesem Schalter sind zwei weitere Schalter in Serie geschaltet, von denen einer öffnet, wenn die Motordrehzahl auf die Leerlaufdrehzahl abfällt und der andere öffnet, wenn die Motordrehzahl einen vorbestimmten Wert überschreitet. Auf diese Weise wird eine Abgasrückführung nur dann zugelas­ sen, wenn der Motor seine normale Arbeitstemperatur erreicht hat und wenn seine Drehzahl zwischen einem oberen und einem unteren Grenzwert liegt.

Claims (6)

1. Dieselmotor, mit

• a) einer Kraftstoff-Einspritzpumpe (18),
• b) einer Kraftstoff-Förderpumpe (20),
• c) einer Abgas-Rückführleitung (15),
• d) einem in der Abgasrückführleitung (15) angeordneten, den Durch­ satz in dieser regulierenden Regelventil (16),
• e) einer das Regelventil (16) ansteuernden Steuereinrichtung (17), und
• f) einem Steuerdruckerzeuger zum Erzeugen des die Steuereinrich­ tung (17) betreibenden Strömungsmitteldrucks,

wobei die Steuereinrichtung (17) die folgenden Merkmale aufweist:

• g) ein Betätigungszylinder (29) mit einem Betätigungskolben (28) zum Betätigen des Regelventils (16),
• h) ein Steuerzylinder (33) mit einem Steuerkolben (34) zum Steuern des Druckes im Betätigungszylinder (29),
• i) eine Einrichtung zum drehzahl- und lastabhängigen Steuern des Drucks im Betätigungszylinder (29),

gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

• I) die Kraftstoff-Förderpumpe (20) bildet den Steuerdruckerzeuger, wobei der Kraftstoff das Steuerströmungsmittel bildet,
• II) der Förderdruck der Kraftstoff-Förderpumpe (20, 22) ist reprä­ sentativ für die Motordrehzahl, und
• III) der Auslaß (23) der Kraftstoff-Förderpumpe (20, 22) ist mit dem einen Ende des Steuerzylinders (33) verbunden, der Steuerkolben (34) ist durch eine Feder (37) vorgespannt, die mit dem Kraft­ stoff-Steuerteil (27; 40) der Kraftstoff-Einspritzpumpe (18) gekoppelt ist, und der Steuerkolben (34) und der Steuerzylinder (33) begrenzen Öffnungen (45, 42, 44), die über den Auslaß (23) mit dem Betätigungszylinder (29) und dem anderen Ende des Steu­ erzylinders (33) verbunden sind.

2. Dieselmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kraftstoffsteuerteil (27) einerseits über ein Gestänge und einen Nocken (40) mit einem verstellbaren Widerlager (39) der Feder (37), andererseits mit einer verstellbaren Drossel (21) in der Kraftstoff- Leitung zwischen Kraftstoffauslaß (23) der Kraftstoff-Förderpumpe (20) und der Kraftstoff-Einspritzpumpe (18) zusammenwirkt.

3. Dieselmotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftstoffauslaß (23) der als Niederdruckpumpe ausgebildeten Kraftstoff-Förderpumpe (20) einerseits über die Drossel (21) mit der Kraftstoff-Einspritzpumpe (18), andererseits mit einem Ventil (22) ver­ bunden ist, das deren Förderdruck entsprechend der Motordrehzahl ändert und in einer Verbindungsleitung zwischen dem Auslaß (23) der Kraftstoff- Förderpumpe (20) und dem der Feder (37) angewandten Steuerzylinders (33) angeordnet ist.

4. Dieselmotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Verbindungsleitung (46), zwischen dem die Feder (37) aufneh­ menden Teil (38) des Steuerzylinders (33) und dem Betätigungszylinder ein vorzugsweise auf die Temperatur des Motors (10) ansprechendes Ventil (52) angeordnet ist, das die Verbindungsleitung sperrt, wenn die Motor­ drehzahl außerhalb eines vorbestimmten Bereiches liegt.