DE3019607A1

DE3019607A1 - Abgasrezirkulationsvorrichtung fuer einen brennkraftmotor

Info

Publication number: DE3019607A1
Application number: DE19803019607
Authority: DE
Inventors: Shoji Ushimura
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1979-05-22
Filing date: 1980-05-22
Publication date: 1980-11-27
Also published as: DE3019607C2; JPS55156243A; US4373498A

Description

BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Abgasrezirkulation für einen Brennkraftmator mit einem Ansaugkanal und einem Abgaskanal.

Eine derartige Vorrichtung zur Abgasrezirkulation nachstehend kurz als AGR bezeichnet - wird beispielsweise an einem mit Treibstoffeinspritzung in die Zylinder arbeitenden Diesel-Motor verwendet. Die Rezirkulation findet in einem den Abgaskanal mit dem Ansaugkanal verbindenden AGR-Kanal statt. Eine

1G an einem Punkt des Ansaugkanals angeordnete Drosselklappe erzeugt gewöhnlich eine Druckdifferenz zwischen Abgas- und Ansaugkanal, die einen Teil der Abgase in den Ansaugkanal rezirkulieren läßt. Je nach dem Betriebszustand des Motors ändert sich der Qffnungsquerschnitt im Drosselklappenbereich und führt damit zu einer Änderung des Ansaugunterdrucks an der Stelle, an der der AGR-Kanal einmündet. Die dadurch erzeugte Druckdifferenz im AGR-Kanal steuert die !rezirkulierende Abgasmenge.

Die in.dem Ansaugkanal befindliche Drosselklappe steuert bei der bekannten Anordnung die AGR-Gasmenge, behindert zwangsläufig jedoch auch etwas den Ansaugluftstrom. Dadurch wird der Uorteil geringer Pumpverluste in einem Motor mit Brennstoffeinspritzung beeinträchtigt. Außerdem wird der Ansaugluftstrom in den Motor reduziert und dadurch eine schlechtere Treibstoffverbrennung im

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Motor erzielt. Dies wiederum führt zu einer erhöhten Emission von unverbrannten Kohlenwasserstoffen und von Rauch bzw. zu einer Beeinträchtigung der Motorbetriebsbedingungen mit verminderter Leistungsabgabe. Da jedoch die Rezirkulation von Abgasen absolut notwendig ist, konnte bisher auf die Uerwendung einer Drosselklappe nicht verzichtet werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Abgasrezirkulationsanardnung der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß die Leistung eines damit ausgestatteten Brennkraftmotars nicht beeinträchtigt und seine Schadstoffemission reduziert wird.

Die erfindungsgemäße Lösung der gestellten Aufgabe ist kurzgefaßt im Patentanspruch 1 angegeben.

Worteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgedankens sind in Unteransprüchen enthalten.

Ein wesentliches Merkmal der erfindungsgemäßen Anordnung zur Abgasrezirkulation für einen Brennkraftmotor besteht darin, daß die Abgasrezirkulation in dem den Abgaskanal mit dem Ansaugkanal verbindenden Rezirkulatianskanal durch eine besondere Fördereinrichtung aufrechterhalten wird. Daraus ergibt sich der Uorteil, daß die bisher notwendige Drosselklappe überflüssig geworden ist, und der Motor kann trotz Abgasrezirkulation stets mit der optimalen Ansaugluftmenge versorgt werden. Dadurch wird eine unvollständige Verbrennung des Treibstoffes weitgehend vermieden, die Emission von unverbrannten Kohlenwasserstoffen und von Rauch verringert und eine größere

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Wirtschaftlichkeit des Motors hei geringerem Treibstoffverbrauch erzielt.

Da die Fördereinrichtung das Abgas positiv mit einem bestimmten Druck zuführt, hat der in der AGR-Anordnung vorhandene Widerstand keinen großen Einfluß auf die AGR-Gasrnenge, und diese läßt sich stabil steuern.

Da bei der Erfindung die Abg'asrezirkulation nicht mehr tjie beim Stand der Technik - von der Druckdifferenz zwischen dem Absaugkanal und dem Abgaskanal abhängig ist,

^g kann die Entnahme des zu rezirkulierenden Abgases an jeder Stelle des Abgaskanals erfolgen. Der Anschlußstutzen für die Abgasrezirkulation kann daher an die vom Standpunkt der Konstruktion günstigste Stelle des Fahrzeugs gelegt werden. Ferner bietet die Erfindung den Vorteil, daß der Zuführstutzen für rezirkuliertes Abgas in den Ansaugkanal in kleinere Kanäle aufgeteilt uierden kann, die mit verschiedenen Uerzweigungen des Ansaugstutzens verbunden werden. Dadurch kann eine bessere Uerteilung des rezirkulierenden Abgases in die einzelnen Brennkammern erfolgen, die Treibstoffverbrennung stabilisiert und ein besseres Betriebsverhalten des Motors erzielt werden.

Nachstehend werden einige die Merkmale der Erfindung aufweisende Ausführungsbeispiela unter Bezugnahme auf eine Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:

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Fig. 1 eine schematische Darstellung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen AGR-Anardnung, und

Fig. 2 und 3 je eine Abujandlung gegenüber Fig. 1 im Förderbereich der Anordnung.

Das in Fig. 1 schematisch dargestellte Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung zur Abgasrezirkulatian (nachstehend kurz AGR-Anordnung genannt) gehört zu einem

1G Brennkraftmotor h mit Treibstoffeinspritzung in die Zylinder. Im vorliegenden Fall ist es ein Dieselmotor. Durch einen Luftreiniger 1 und einen Ansaugkanal 2 angesaugte Luft gelangt an einem Einlaßventil 3 vorbei in eine Brennkammer 5, in welcher die angesaugte Luft und mittels eines nicht dargestellten Einspritzventils eingespritzter Treibstoff ein gasförmiges Gemisch bilden, welches durch einen Halben 6 komprimiert und dabei zur Entzündung gebracht uiird. Durch die Verbrennung wird eine abzugebende Leistung erzeugt. Die bei der Verbrennung entstehenden Abgase gelangen an einem Auslaßventil 7 vorbei in einen Abgaskanal 8 und von dort in die Atmosphäre. Gegebenenfalls kann im hinteren Teil des Abgaskanals 8 eine nicht dargestellte Abgasbehandlungseinrichtung angeordnet sein.

Im Gegensatz zum Stand der Technik benötigt die erfindungsgemäße AGR-Anürdnung keine Drosselklappe ο.dgl. im Ansaugkanal 2.

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Bei der AGR-Annrdnung von Fig. 1 verbindet ein Rezirkulationskanal bzw. AGR-Kanal 10, in dem sich ein Gebläserad 21 einer AGR-Fördereinrichtung 20 befindet, den Abgaskanal B mit dem Ansaugkanal 2. Die zeichnerische Darstellung ist schematisch. In der Praxis kann dieser AGR-Kanal 10, wie beim Stand der Technik, an den Haupt-Ansaugkanal des Motors angeschlossen, oder wie dessen Auslaßbereich in mehrere Verzweigungen zu den einzelnen Zylindern aufgeteilt sein.

Das innerhalb des AGR-Kanals angeordnete Gebläse- oder Kompressorrad 21 der Fördereinrichtung 20 bestimmt die durch den AGR-Kanal 10 strömende AGR-Menge in Abhängigkeit von den Betriebszustanden des Motors. Eine Steuerschaltung 23 steuert einen das Gebläse- oder Kotnpressorrad 21 rotierend antreibenden Elektromotor 22 entsprechend. Zu der Steuerschaltung 23 gehören ein den Motor-Öldruck abtastender Öldruckschalter 2¹*, ein mit dem MotoranlaßvDrgang verknüpfter Startschalter 25 und eine Stromquelle 30, die im vorliegenden Falle über einen Mikrocomputer 29 in Serie geschaltet ist. Ferner gehören zur Steuerschaltung ein die Motartemperatur im Kühluiasserbereich überwachender Temperaturfühler 26, ein die Kurbelwellendrehzahl abtastender Drehzahlfühler 27 und ein Lastsensor 28, welcher die Motorbelastung aus dem Absenkungsgrad des Gaspedals oder dem Anstellwinkel eines Einspritzpumpen-Steuerhebels (nicht dargestellt) ermittelt. Der Mikrocomputer 29 erhält Daten von den verschiedenen Fühlern und errechnet daraus einen Parameter zur Steuerung des Elektromotors 22, damit das Gebläserad 21 jeder Zeit die für optimale Motorbetriebsbedingungen erforderliche AGR-Gasmenge fördert.

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Nach dem Starten des Motors über den Startschalter 25 erhöht sich zunächst der üldruck in dem Motor, und das erkennt der Üldruckschalter Zk. .Hetzt läßt der Mikrocomputer 29 den Elektromotor 22 anlaufen, so daß das Gebläserad 21 positiv/ einen Anteil der Abgase aus dem Abgaskanal 8 durch den AGR-Kanal 1D in den Ansaugkanal 2 und auf diese Weise in die Brennkammer 5 fördert. Dadurch wird ein übermäßiger Temperaturanstieg in der Brennkammer 5 verhindert und die Erzeugung von IMCJ verhindert,

Bei laufendem Motor erhält der Mikrocomputer 29 laufend Daten über die Motor-Betriebszustände von den Fühlern 26 bis 28 und errechnet daraus ein elektrisches Steuersignal in bezug auf eine optimale AGR-Menge. Durch dieses Steuersignal wird der Elektromotor 22 und damit die Fördermenge des Gebläserades 21 auf einen Gptimalujert gesteuert. Damit kann auf eine besondere Drosselklappe im Ansaugkanal 2 verzichtet werden. Die in Fig. dargestellte Ausführung eignet sich besonders für

2Ü Motoren mit elektronisch geregelter Treibstoffeinspritzung.

Die Anzahl und/oder die Art der für die Überwachung der Betriebsbedingungen des Motors verwendeten Fühler kann beliebig geändert uerden.

Bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 1 wird das Gebläserad 21 über die Steuerschaltung 23 in Abhängigkeit von den Betriebszuständen des Motors in seiner Drehzahl reguliert. Im Gegensatz dazu wird bei dem in Fig. 2 dargestellten abgewandelten Ausführungsbeispiel der Erfindung ein Abgas-Gebläserad 21 verwendet, welches im

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iJesentlichen mit Einer gleichmäßigen Drehzahl umläuft, so daß auch die AGR-Fördermenge im wesentlichen konstant sein wird. Alternativ dazu kann dieses Gebläserad 21 auch durch ein rotierendes ElemEnt des Motors wie beispielsujeise die Kurbel- oder Nockenwelle angetrieben werden, mit Abhängigkeit von der Motordrehzahl. In Fig. wird der Elektromotor aus der Stromquelle 3D mit einer konstanten Drehzahl über eine Serienschaltung angetrieben, die aus dem Startschalter 25, dem Öldruckschalter Zk und

1ü einem Lüassertemperaturschalter 32 besteht. Da bei dieser abgewandelten Ausführung in Fig. 2 die Drehzahl dES Gebläserades 21 im wesentlichen konstant ist, befindet sich in Strömungsrichtung hinter dem Gebläserad 21 in den AGR-Kanal 1G ein AGR-Steuerglied in Form einer Drosselklappe 31. Die Stellung dieser Drosselklappe 31 wird entweder gemeinsam mit der Bewegung des Gaspedals oder eines Stellhebels einer Brennstoffeinspritzpumpe reguliert. Die letztgenannten Elemente sind nicht dargestellt. Folglich wird bei dieser Ausführung die dem

2D Ansaugkanal zugeführte AGR-Fördermenge in Abhängigkeit von der Brennstoff-Einspritzmenge und damit von der Motorbelastung reguliert.

Der Überschußanteil der von dsm GEblässrad 21 bEwältigten Fördermenge gelangt über sine AGR-Rückleitung 11 zurück auf die Eingangsseite des Gebläses. In der die Ausgangsseite mit der Eingangsseite des GsbläsES 21 verbindenden AGR-Rückleitung befindst sich eine Druckablaßeinrichtung in Form eines Druckablaßventils 33 odsr Einer Drossel. Als Alternativlösung kann auch das AGR-Steuerglied 31 in der Ruckleitung 11 anstatt in Strömungsrichtung dahinter in dem AGR-Kanal 10 angeordnet sein. Obwohl bei dieser

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Ausführung der Elektromotar 22 mit einer konstanten Drehzahl läuft und einen konstanten Gasstrom fördert, ujiru der ürennkraftmotor auch nei einer niedrigen in den Ansaugkanal rückgeführten Ist-AGR-Gasmenge nicht überlastet. LJenn dagegen das Gebläserad 21 durch eine rotierende Welle des BrennkraftmotDrs angetrieben wird, dann ist die AGR-Gasmenge abhängig von der Drehzahl und Belastung des Brennkraftmotors.

üJenn gemäß einer in Fig. 3 dargestellten zweiten Abwandlung das AGR-Steuerglied 31 in dem AGR-Kanal 1D in Strömungsrichtung vor dem Gebläserad 21 liegt, dann uiird durch das z.B. als Drosselklappe ausgebildete AGR-Steuerglied 31 die Dichte des rezirkulierenden Abgases vermindert und auf diese Weise die Belastung des Elektromotors 22 durch das hinter dem Steuerglied 31 liegende Gebläserad 21 reduziert.

aJenn bei laufendem 3rennkraftniotor die Kühlwassertemperatur relativ/ niedrig und somit der in Fig. 2 und 3 in Serie mit dem Elektromotor 22 liegende Wassertemperaturschalter 32 geöffnet ist, steht der Elektromotor. Somit unterbleibt unter diesen Bedingungen die AGR, was dem Motorbetrieb auch dienlich ist.

Das in Fig. 2 und 3 enthaltene AGR-Steuerglied 31 kann elektrisch angesteuert werden, z.B. durch eine Steuereinrichtung uiie die Steuerschaltung 23 aus Fig. 1.

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Claims

PATENTANWÄLTE

TER MEER-MÜLLER-STEINMEISTER

Beim Europäischen Patentamt zugelassene Vertreter — Professional Representatives before the European Patent Office Mandatalres agries pres !'Office europeen des brevets

Dipl.-Chem. Dr. N. ter Meer Dipl.-lng. H. Steinmeister

Dipl.-lng, F. E. Müller Siekerwall 7, Tnftstrasse 4,

D-8OOO MÜNCHEN 22 D-48OO BIELEFELD

Case: LJG Üük5/-\2k (2) /SH
St/Gt/tg

NISSAN MGTDR CDMPAIMY, LTD. 2, Takara-cho, Kanagauja-ku, Yoknhama-shi, Kanagama-ken, Japan

Abgasrezirkula tionsvorrichtimg für einen Brennkraftmotor

Priorität: 22. Mai 1979, Japan, No. 54-62269

PATENTANSPRÜCHE

M .\ Vorrichtung zur Äbgasrezirkulation für einen Brennkraftmotor mit einem Ansaugkanal und einem Abgaskanal, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Abgaskanal (8) und dem Ansaugkanal (2) ein Rezirkulationskanal (1D) in Verbindung steht, in dem eine Abgas aus dem Abgaskanal durch den Rezirkulationskanal in den Ansaugkanal beiliegende Fördereinrichtung (21) angeordnet ist.

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2. Vorrichtung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die Fördereinrichtung aus einem Gebläse- ader KampressDrrad (21) und einem das Gebläse- oder Kompressorrad antreibenden und mittels einer Steuereinrichtung (23) cjesteuerten Elektromotor (22) besteht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung · (23) einen oder mehrere Fühler (26,27,28) zur Abtastung von Betriebszustanden des Motors und eine Recheneinrichtung (29) zur Ermittlung eines optimalen Ausgangsujertes für den Elektromotor umfaßt.

if. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung eine elektrische Stromquelle (3G) und Schalter (2*f,25) zum Anschließen oder Trennen der Stromquelle an den bztü. von dem Elektromotor umfaßt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die Fördereinrichtung ein Gebläse oder einen Kompressor (21) mit Antrieb umfaßt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5,

dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb durch ein rotierendes Element des Brennkraftmotors gebildet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6,

dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb durch eine Kurbelwelle des Brennkraftmotors gebildet ist.

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B. Vorrichtung nach Anspruch 6,

dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb durch eine Nockenwelle gebildet ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Rezirkulationskanal (10) in Strömungsrichtung hinter der Fördereinrichtung (21) ein Abgasrezirkulations-Steuerglied (31) angeordnet ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9,

dadurch gekennzeichnet, daß das Abgasrezirkulations-Steuerglied eine Drosselklappe (31) ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Rezirkulationskanal (10) in Strömungsrichtung vor der Fördereinrichtung (21) ein Abgasrezirkulations-Steuerglied (31) angeordnet ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11,

dadurch gekennzeichnet, daß das Abgasrezirkulations-Steuerglied eine Drosselklappe (31) ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 9,

dadurch gekennzeichnet, daß zwischen je einem in Strömungsrichtung vor und hinter der Fördereinrichtung (21) gelegenen Abschnitt des Rezirkulationskanals eine Rezirkulatiansrückleitung (11) mit einer den Gasstrom in dieser Rückleitung beeinflussenden Druckablaßeinrichtung (33) angeschlossen ist.

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1^. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckablaßeinrichtung durch ein Druckablaßventil (33) gebildet ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckablaßeinrichtung (33) durch eine Drosselstelle gebildet ist.

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