DE3118787A1

DE3118787A1 - Einrichtung zur steuerung der abgasrueckfuehrung fuer einen dieselmotor

Info

Publication number: DE3118787A1
Application number: DE19813118787
Authority: DE
Inventors: Shiobara Chigasaki Masaji; Yoshiba Chiba Yasutaka
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1980-05-12
Filing date: 1981-05-12
Publication date: 1982-03-25
Also published as: JPS6234933B2; GB2075592B; DE3118787C2; FR2482198B1; US4387694A; GB2075592A; JPS56159554A; FR2482198A1

Description

Beschreibung . P 16252

Diese Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Steuerung der Abgasrückführung ("EGR"-Einrichtung) für einen Dieselmotor/ und insbesondere eine Verbesserung bei einer Ahgasrückführungs-Steuereinrichtung zum Optimieren sowohl der Emissionskontrolle von NOx (Stickoxiden) als auch des Motorlaufverhaltens.

Viele moderne Verbrennungsmotoren sind mit Abgasrückführungs~Steuereinrichtung ausgestattet, in welchen ein Teil des Motorabgases zum Motor zurückgeführt wird, um den Anstieg in der Verbrennungstemperatur in den Verbrennungsräumen des Motors zu unterdrücken, um die NOx-Emission aus dem Motor. abzusenken. Bei derartigen Motoren ist es erforderlich, das Abgasrückführungsgas auf eine derartige Menge auszusteuern, daß sowohl die Wirkung der Verringerung der NOx-Emission als auch das Motorlauf verhalten optimiert werden. Eine derartige Abgasrückführungs-Gasmenge hängt üblicherweise vom Druckunterschied zwischen Ansaugluft und Auspuffgas sowie der Öffnungsfläche des Abgasrückführungskanales ab, welcher Ansaug-- und Auspuffkanal miteinander verbindet.

In Dieselmotoren ist ein Drosselventil vorgesehen, um den Ansaugunterdruck zu erzeugen, der für die Abgasrückführung erforderlich ist, wobei das Drosselventil in Relation einem Treibstoff-Steuerhebel einer Treibstoffeinspr ^₁ betätigt wird, wobei dieser Steuerhebel von einem Gaspedal bewegt wird. Bei dieser Anordnung ist allerdings eine erhöhte Anstrengung zur Betätigung des Gaspedals unvermeidlich erforderlich, und da das Bewegungsmaß des TreibstoffSteuerhebels oder die Treibstoffeinspritzmenge größer ist bei einem Betriebsbereich mit niedriger Motordrehzahl und hoher Motorlast, verschlechtert ferner die Abgasrückführung die

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Verbrennung im Motor, wobei der Ausstoß von schwarzem Rauch erhöht wird. Im übrigen liegt eine Einrichtung zum hydraulischen Steuern des Drosselventils vor, und zwar ohne Verbindung mit dem Gaspedal. Selbst bei dieser Vorrichtung war man nicht im stände, das Problem des erhöhten Ausstoßes an schwarzem Rauch zu lösen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt eine Einrichtung zur Steuerung der Abgasrückführung für einen Dieselmotor einen Abgasrückführungskanal, der einen Ansaugkanal und einen Auspuffkanal zum Rückführen von Motorauspuffgas zurück zum Motor verbindet, sowie ein Abgasrückführungs-Steuerventil, welches betrieblich im Abgasrückführungskanal angeordnet ist, um den Strom des rückgeführten Abgases, das durch den Abgasrückführungskanal strömt, zu steuern. Die Abgasrückführungs-Steuereinrichtung ist ferner mit einer Meßeinrichtung ausgestattet, um von Motordrehzahl, Motorbelastung und Motorkühlmitteltemperatur mindestens einen Wert festzustellen, um mindestens ein hiervon abhängiges Signal zu erzeugen, sowie eine Steuereinrichtung zum Steuern der Tätigkeit des Abgasrückführungs-Steuerventils in Abhängigkeit von dem Signal aus der Meßeinrichtung, um die Menge des rückgeführten Auspuffgases in Übereinstimmung mit Motorbetriebsbedingungen zu steuern.

Bei dieser Anordnung kann die Menge des Abgasrückführungsgases genau auf eine optimale Menge ausgesteuert werden, welche für Motoreigenschaften in jenem Motorbetriebsbereich geeignet ist, in welchem die Abgasrückführung erforderlich ist, um den NOx-Emissionspegel zu senken, ohne daß man die Emission von schwarzem Rauch verursacht, und die Abgasrückführung wird wirksam unterbrochen, um die MotorStabilität und das Motorfahrverhalten bei einem Motorbetriebsbereich in hohem Maße zu verbessern, in welchem die Abgasrückfüh-

- 11 rung unnötig ist.

Die Merkmale und Vorzüge der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Steuerung der Abgasrückführung wird aus der nachfolgenden Beschreibung noch deutlicher hervorgehoben, welche im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen vorgenommen wird, in welchen gleiche Bezugszeichen gleiche Teile und Elemente bezeichnen, und in welchen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Abgasrückführungs-Steuereinrichtung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ist, und

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines anderen ' Ausführungsbeispiels der Abgasrückführungs-Steuereinrichtung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ist.

Es wird nun auf Fig. 1 der Zeichnungen Bezug genommen; dort ist ein Ausführungsbeispiel einer Einrichtung zur Steuerung der Abgasrückführung für einen Dieselmotor 1 gezeigt, welcher mit einem Ansaugkanal 2 und einem /auspuff kanal 4 versehen ist. Der Ansaugkanal 2 stellt eine Verbindung zwischen der Umgebungsluft und einem Verbrennungsraum 1a oder Verbrennungsräumen des Motors 1 her, um atmos phärische Luft hierdurch in den Verbrennungsraum ei? Der Auspuffkanal stellt eine Verbindung zwischen dem ν brennungsraum 1a und der Umgebungsluft her, um Motorabgas an die Umgebungsluft abzugeben*

Ein Drosselventil 3 ist schwenkbar innerhalb des Ansaugkanals 2 angeordnet, zur Mengensteuerung der Luftströmung zum Verbrennungsraum 1a hin. Das Drosselventil 3 ist durch einen Hebel 7 mit einer Stange 8a einer Membran-Betätigungseinrichtung 8 verbunden. Die Membran-Betätigungseinrichtung

8 ist mit einem Membranteil 8d versehen, welches eine Unterdruck-Arbeitskammer 8b begrenzt und in der Zeichnung nach unten durch eine Feder 8c vorgespannt ist. Die Stange 8a ist an dem Membranteil 8d befestigt. Die Unterdruck-Arbeitskammer 8b steht durch einen Unterdruckkanal 10 mit einer Unterdruckpumpe 11 in Verbindung, so daß die Unterdruckkammer 8b der Betätigungseinrichtung 8 mit Unterdruck aus der Unterdruckpumpe 11 gespeist werden kann. Ein elektromagnetisches Ventil 9 ist vorgesehen, um den Unterdruckkanal 10 zu öffnen oder zu schließen. Wenn dementsprechend das Ventil

9 öffnet oder wirksam ist, um den Unterdruckkanal· 10 zu Öffnen, dann wird der Unterdruck aus der Unterdruckpumpe 11 der Unterdruck-Arbeitskammer 8b der Betätigungseinrichtung 8 derart zugeführt, daß die Betätigungsstange 8a sich nach oben gegen die Vorspannung der Feder 8c bewegt, um zu ermöglichen, daß das Drosselventil 3 schließt. Es wird ' darauf hingewiesen, daß, obwohl das Drosselventil 3 geschlossen ist, ein gewisser Öffnungsgrad beibehalten wird, um die notwendige Ansaugluftmenge zu erhalten, welche dem Motor 1 zugeführt werden soll. Wenn im Gegensatz hierzu das Ventil 9 wirksam ist, um den Unterdruckkanal 10 zu verschließen, dann wird die Unterdruck-Arbeitskammer 8b mit einer Entlastungs- oder Lüftungsöffnung (nicht gezeigt) des elektromagnetischen Ventils 9 in Verbindung gebracht, um atmosphärische Luft in die Unterdruck-Arbeitskammer 8b einzulassen, so daß die Stange 8a in ihrer unteren Lage durch die Spannkraft der Feder 8c gehalten wird, wobei sie das Drosselventil veranlaßt, offen zu bleiben.

Eine Einrichtung zur Steuerung der Abgasrückführung C ist vorgesehen, um die Motor-Auspuffgasmenge zu steuern, welche zurück zum Motor-Verbrennungsraum 1a über den Abgasrückführungs- und Ansaugkanal 5 und 2 . Die

Steuerventilanordnung C umfaßt einen Ventilkopf 6, welcher den Auspuffkanal 5 schließt oder öffnet. Der Ventilkopf ist zuverlässig am unteren Ende einer Stange 12a angebracht, welche an einem Membranteil 12c einer Membran-Betätigungseinrichtung 12 befestigt ist. Das Membranteil 12c ist durch eine Feder 12d derart vorgespannt, das es dem Ventilkopf 6 gestattet, den Abgasrückführungskanal 5 zu verschließen. Das Membranteil 12d begrenzt eine Unterdruck-Arbeitskammer 12b, welche durch einen Unterdruckkanal 14 mit dem Ansaugkanal 2 stromabwärts vom Drosselventil 3 in Verbindung steht. Ein elektromagnetisches Ventil 13 ist vorgesehen, um den Unterdruckkanal 14 zu öffnen oder zu schließen. Wenn das Ventil 13 den Unterdruckkanal 14 öffnet oder dessen öffnen bewirkt, dann wird der Unterdruck, der im Ansaugkanal 2 hinter dem Drosselventil 3 vorliegt, über den Unterdruckkanal 14 in die Unterdruck-Arbeitskammer 12b eingeleitet, so daß die Betätigungsstange 12a in der Zeichnung nach oben zurückgezogen wird oder sich bewegt, um das Abgasrückführungs-Steuerventil c zu öffnen, wobei es den Abgasrückführungskanal 5 öffnet. Wenn im Gegenteil hierzu das Ventil 13 den Unterdruckkanal 14 schließt oder dessen Schließen bewirkt, dann wird die Unterdruck-Arbeitskammer 12b der Betätigungseinrichtung 12 mit einer Entlastungs- oder Belüftungsöffnung (nicht gezeigt) des elektromagnetischen Ventils 13 in Verbindung gebr^f um die Kammer 12b mit atmosphärischer Luft zu speisen Dementsprechend schließt der Ventilkopf 6 den Abgasrückführungskanal 5 durch die Spannkraft der Feder 12d.

Zusätzlich ist ein Motordrehzahlfühler 15 vorgesehen, um ein elektrisches Signal infolge der Feststellung der Drehzahl einer Riemenscheibe (nicht gezeigt) zum Antreiben einer Treibstoffeinspritzpumpe oder eines Schwungrades (nicht gezeigt) zu erzeugen, oder infolge der Feststellung der Einspritzdruck-Pulsierung der Treibstoffeinspritzpumpe. Ein Motorbelastungsfühler 16 ist vorgesehen, um ein elektrisches Signal infolge der Feststellung (unter Verwendung eines Potentiometers oder dgl.) der Stellung eines Treibstoffmengen-Steuerhebels zu erzeugen, im Fall einer Inline-Treibstoffeinspritzpumpe, oder der Stellung einer Treibstoff-Steuer- (-Dosier-) Hülse im Fall einer Treibstoff-Verteiler einspritz pumpe. Ein Motorkühlmittel-Temperaturfühler 17 ist vorgesehen, um ein elektrisches Signal infolge der Feststellung der Temperatur des Motorkühlmittels zu erzeugen. Der Motordrehzahlfühler 15, der Motorbelastungsfühler 16 und der Motorkühlmittel-Temperaturfühler 17 sind elektrisch mit den Eingangsanschlüssen eines Modulators 20 oder einer Steuerschaltung verbunden, welche elektrisch durch einen Zündschalter 18 mit einer elektrischen Stromquelle 19 verbunden ist. Die Ausgangsanschlüsse des Modulators 20 sind elektrisch mit den beiden elektromagnetischen Ventilen 9 bzw. 13 verbunden. Der Modulator 20 ist derart aufgebaut und angeordnet, daß er den Ausgang hiervon mittels eines Vergleichers steuert bzw. regelt, welcher hierin enthalten ist, und zwar infolge der Aufnahme der Eingänge oder der elektrischen Signale von den oben erwähnten verschiedenartigen Meßfühlern 15, 16 und 17.

Die Betriebsweise der Einrichtung zur Steuerung der Abgasrückführung wird nachfolgend noch erläutert.

Nach Fertigstellung des Aufwärmbetriebes des Motors, bei welchem die Motorkühlmitteltemperatur eine bestimmte Höhe erreicht hat, beispielsweise mehr als 50 ⁰C, messen die oben erwähnten Fühler 15, 16 und 17 einen Motorbetriebszustand, bei welchem die Motordrehzahl niedriger ist als ein bestimmter, hoher Wert und die Motorbelastung niedriger ist als ein bestimmter Wert, der Modulator 20 liest den Motorbetriebszustand als einen für die Abgasrückführung erforderlichen Zustand ab, und erzeugt deshalb das elektrische Signal oder die Ausgangs spannung an seinen Ausgangsanschlüssen, welche mit den elektrischen Ventilen 9 und 13 verbunden sind. Als Ergebnis werden die beiden elektromagnetischen Ventile 9 und 13 mit dem elektrischen Signal aus dem Modulator 20 derart gespeist, daß die beiden.Ventile 9 und 13 öffnen und dementsprechend die Unterdruck-Arbeitskammern 8b und 12b der Betätigungseinrichtungen 8 und 12 mit Unterdruck aus der Unterdruckpumpe 11 bzw. dem Motoransaugunterdruck aus dem Ansaugkanal 2 versorgt werden. Dies veranlaßt das Drosselventil 3, zu schließen, und das Abgasrückführungs-Steuerventil C, zu öffnen. Dementsprechend wird Motorabgas wirksam durch den Abgasrückführungskanal 5 in den Ansaugkanal 2 in Übereinstimmung mit dem Druckunterschied zwischen Auspuffdruck und Motoransaugunterdruck eingeleitet, der im Ansaugkanal 2 hinter dem Drosselventil 3 vorliegt, so daß die Abgasrückführung zurück zu dem Verbrennungsraum 1a durchgeführt wird und hierbei die NOx-Emission unter dem oben erwähnten Motor-Betriebszustand wirksam verringert wird.

Wenn der Motor unter einem anderen Betriebszustand als dem obigen arbeitet, d. h. einem Motorbetriebsbereich, in welchem die NOx-Emission kleiner ist, oder einem Motorbetriebsbereieh, in welchem die Verbrennung im Motor verschlechtert wird und gute Betriebsstabilität und gutes Fahrverhalten des Motors erforderlich sind, dann erzeugen die Meßfühler 15, 16 und 17 die elektrischen Signale, welche für den Motorbetriebszu-

stand repräsentativ sind, und führen sie dem Modulator 20 zu. Der Modulator 20 setzt dann die Ausgangsspannung auf Nullhöhe, wodurch die beiden elektromagnetischen Ventile 9 und 13 geschlossen bleiben. Als Ergebnis bleibt das Drosselventil 3 offen und das Abgasrückführungsventil 6 verbleibt geschlossen, und deshalb wird die Abgasrückführung nicht durchgeführt, wobei der stabile Lauf und das Fahrverhalten des Motors verbessert werden.

Es wird darauf hingewiesen, daß der Zusammenhang zwischen der öffnungs-/Schließtätigkeit des Drosselventils 3 und der Unterbrechung der Unterdruckzufuhr zur Unterdruck-Arbeitskammer 8b der Betätigungseinrichtung 8 derart eingerichtet sein kann, daß sie umgekehrt zur oben erwähnten Weise stattfindet. Allerdings ist die oben erwähnte Weise aus dem Gesichtspunkt der Verbesserung des Motorstarts in einem Zustand unter niedriger Temperatur vorzuziehen. Wenn man nämlich annimmt, daß die zur obigen umgekehrte Vorgehensweise herangezogen wird, wobei das Drosselventil 3 derart angeordnet ist, daß es öffnet, wenn der Unterdruck der Unterdruck-Arbeitskammer 8b der Betätigungseinrichtung 8 zugeführt wird, dann kann das Drosselventil 3 nicht voll öffnen, da die Drehzahl der Unterdruckpumpe 11 noch nicht niedriger bzw. ein ausreichendes Maß erreicht hat, so daß ein hinreichender Unterdruck nicht erreicht werden kann. Dies vermindert den Ansaug-Ladewirkungsgrad, den Druck und die Temperatur der komprimierten Luft innerhalb der Motorzylinder, wobei der Motor-Startvorgang verschlechtert wird.

Zusätzlich kann die Unterdruck-Arbeitskammer 12b der Betätigungseinrichtung 12 mit der Unterdruckpumpe 11 verbunden sein. Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, daß, wenn die Veränderung im Druck der Ansaugluft so groß wird, daß sie beim gleichzeitigen Schließen des Drosselventils 3 und des öffnens des Abgasrückführungs-Steuerventils 6 durch gleichzeitiges öffnen der beiden elektromagnetischen Ventile 9 und 13 eine beträchtliche Veränderung im Motorbe-

triebszustand veranlaßt/ dann der Modulator 20 so angeordnet sein kann, daß er Ausgangsspannungen an seinen zwei Ausgangsanschlüssen mit einer zeitlichen Verzögerung hierzwischen erzeugt, wobei diese Anschlüsse mit den elektromagnetischen Ventilen 9 bzw. 13 verbunden sind.

Ferner wird darauf hingewiesen, daß jene Motorbetriebsbereiche, in welchen die Abgasrückführung durchgeführt wird, nicht auf die obigen begrenzt sein können, und deshalb frei durch Verändern der inneren Schaltung des Modulators 20 eingestellt werden können. Dementsprechend ist es möglich, eine optimale Betriebsbedingung der Abgasrückführung einzustellen, wobei man sowohl der Abgas-Emissionskontrolle als auch dem Motor-Lauf verhalten Rechnung trägt, so daß selbst bei einem Motorbetriebszustand, in welchem eine Abgasrückführung durchgeführt wird, die Menge des rückgeführten Abgases geringer werden kann oder der Abgas-Rückführungsdurchsatz gesenkt wird, indem man das Abgasrückführungs-Steuerventil 6 öffnet, was es dem Drosselventil ermöglicht, geöffnet zu bleiben.

Obwohl der Motorkühlmittel-Temperaturfühler 17 verwendet wird, um dazu beizutragen, die Abgasrückführung zu unterbrechen, um einen stabilen Leerlauf des Motors zu erhalten und um die Emission an schwarzem Rauch vor Fertigstellung des Aufwärmbetriebes des Motors anzusenken, kann der Motorkühlmittel-Temperaturfühler 17 weggelassen werden, solange nicht die Abgasrückführung den Motorleerlauf und die Rauchemission stark beeinflußt. Es ist, in anderen Worten, ratsam, die Abgasrückführung aus den folgenden Gründen nicht zu unterbrechen :

1) Die Abgasrückführung unter einem Zustand mit niedriger Betriebstemperatur führt zu langsamer Abbrennung der Ladung im Verbrennungsraum, wobei der Motor-Geräuschpegel verringert wird, und

2) die Zufuhr von heißen Abgasrückführungsgasen veranlaßt die Ansaugluftemperatür, anzusteigen, wobei der Kaltstart des Motors verbessert wird.

Bei dieser Anordnung sollte zum Schließen des Drosselventils 3 während des Kaltstartes, um wirksam die Gasmenge der Abgasrückführung zu erhöhen, das Drosselventil 3 derart angeordnet sein, daß es während der Öffnungsperiode des elektromagnetischen Ventils 9 öffnet, und sollte so angeordnet sein, daß es während der Schließperiode des elektromagnetischen Ventiles 9 schließt. Deshalb war der Unterdruck aus der Unterdruckpumpe 11 während des MotorbetriebszuStandes mit niedriger Drehzahl stets geringer, wie oben erörtert.

Es wird ferner darauf hingewiesen, daß das elektromagnetische Ventil 9, das im Unterdruckkanal 10 angeordnet ist, ein sog., elektromagnetisches Verhältnisventil (duty valve) oder Proportionalventil sein kann, welches derart aufgebaut und angeordnet ist, daß sein Ventilöffnungsgrad in Übereinstim-. mung mit der Steuerausgangsspannung oder proportional hierzu gesteuert ist, welche vom Modulator 20 zugeführt wird. Bei einem elektromagnetischen Typ dieser Art wie das Ventil 9 wird der Unterdruck, der in die Unterdruck-Arbeitskammer 8b der Betätigungseinrichtung 8 eingeleitet wird, derart gesteuert, daß er variabel den Öffnungsgrad des Drosselventils 3 reguliert. Es wird deshalb möglich, die Menge an Abgasrückführungsgas in einem Motorbetriebsbereich zu.erhöhen, in welchem die NOx-Emission besonders hoch ist, wobei man die Wirkung zum Verringern der NOx-Emission bei demselben Motorbetriebsbereich verbessert. Dies ermöglicht

es der Abgasrückführung, unmittelbar nahe der Rauchgrenze stattzufinden, wobei man die erreichte NOx-Emission über einen weiten Motorbetriebsbereich absenkt.

Fig. 2 stellt ein anderes Ausführungsbeispiel der Einrichtung zur Steuerung der Abgasrückführung dar. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Unterdruckkanal 10, der die Unterdruckkammer 8b der Membran-Betätigungseinrichtung 8 und die Unterdruckpumpe 11 verbindet, mit einem elektromagnetischen Ventil 21 des sog. ÄN-AUS-Typs versehen, wobei das Ventil in der AN-AUS-Betriebsweise wirksam ist, sowie ein elektromagnetisches Ventil des Verhältnis- oder Proportionaltyps. Das elektromagnetische Ventil 21 ist elektrisch mit einem Motordrehzahlschalter 23 verbunden, welcher anschaltet, wenn die Motordrehzahl unter einem bestimmten Pegel liegt, einem Motorkühlmittel-Temperaturschalter 24, welcher anschaltet, wenn die Motorkühlmitteltemperatur über einem bestimmten Pegel liegt, sowie der elektrischen Stromquelle 19 durch den Zündschalter, der in Reihe angeschlossen ist. Das elektromagnetische Ventil 22 ist elektrisch mit einem Motorbelastungsfühler 25 des Potentiometertyps verbunden, wobei der Widerstandswert in Abhängigkeit von der Treibstoff-Steuer-(-Dosier«) Hülse einer Treibstoff-Verteilereinspritzpumpe veränderlich ist, und der elektrischen Stromquelle 19 durch den Zündschalter 18, wobei der Öffnungsgrad des elektromagnetischen Ventils 22 in Übereinstimmung mit einer Zunahme der Treibstoffeinspritzmenge derart abnimmt, daß das elektromagnetische Ventil 22 voll infolge einer Treibstoffeinspritzmenge .u^.r einen bestimmten Wert schließt. Der Unterdruckkanal 1 zweigt von einer Stelle zwischen der Betätigungseinrichtung 8 und dem elektromagnetischen Ventil 21 ab und ist mit dem Ansaugkanal 2 hinter dem Drosselventil 3 durch eine Drosselblende 26 verbunden. Die Unterdruck-Arbeitskammer 12b der

Membran-Betätigungseinrichtung 12 ist mit der Unterdruckpurape 11 durch den Unterdruckkanal 14* verbunden, in welchem ein elektromagnetisches Ventil 27 des AN-AUS-Typs betrieblich angeordnet ist. Das elektromagnetische Ventil 27 ist elektrisch mit der Stromquelle 19 parallel zum elektromagnetischen Ventil 21 verbunden.

Beim Betrieb der Anordnung der Fig. 2 schalten, wenn die Motordrehzahl niedriger ist als die bestimmte Höhe und die Motorkühlmitteltemperatur höher ist als die bestimmte Höhe, der Motordrehzahlschalter 22 bzw. der Motorkühlmittel-Temperaturschalter 24 auf "AN", um elektrischen Strom durch die elektromagnetischen Ventile 21 und 27 zu schicken, so daß die elektromagnetischen Ventile 21 und 27 öffnen. Zu diesem Zeitpunkt wird die Unterdruckkammer 8b der Betätigungseinrichtung 8 mit dem Unterdruck gespeist, der dadurch hergestellt ist, daß man den Unterdruck, der von der Unterdruckpumpe 11 durch das·elektromagnetische Ventil 22, dessen Öffnungsgrad in Übereinstimmung mit der Treibstoffeinspritzmenge gesteuert ist, wie oben erörtert, herangeführt ist, mit dem Ansaugunterdruck vermischt, welcher vom Ansaugkanal 2 hinter dem Drosselventil 3 durch die Blende 26 herangeführt ist, wobei das Drosselventil 3 derart gesteuert ist, daß sein Öffnungsgrad mit einer Zunahme des oben erwähnten Mischunterdrucks zunimmt. In diesem Fall nimmt der Öffnungsgrad des zweiten elektromagnetischen Ventils 22 mit einer Zunahme in der Treibstoffeinspritzmenge oder Motorlast ab, wobei der Öffnungsgrad des Drosselventils 3 zunimmt. Insbesondere dann, wenn die Treibstoffeinspritzmenge über der bestimmten Höhe liegt, wird das elektromagnetische Ventil 22 voll geschlossen, und gleichzeitig wird die Unterdruck-Arbeits-

kammer 8b mit der Entlastungsöffnung des elektromagnetischen Ventils 22 in Verbindung gebracht, um in Verbindung mit der Umgebungsluft zu treten. Als Ergebnis wird das Drosselventil 3 voll geöffnet, und dementsprechend ist die Menge an Abgasrückführungsgas in hohem Umfang infolge einer beträchtlichen Absenkung des Ansaugunterdrucks verringert, der im Ansaugkanal 2 hinter dem Drosselventil 3 vorliegt. Infolge der öffnung des elektromagnetischen Ventils 27 wird die Unterdruck-Arbeitskammer 12b mit Unterdruck aus der Unterdruckpumpe 11 gespeist, um das Abgasrückführungs-Steuerventil 6 zu öffnen, woraufhin die Abgasrückführung stattfindet.

Bei einem anderen Motorbetriebsbereich als dem oben erwähnten schaltet von Motordrehzahlschalter 23 und Motorkühlmittel-Tempera tür scha lter 24 mindestens einer auf "AUS", so daß die Zufuhr von elektrischem Strom zu den elektromagnetischen Ventilen 21 und 27 unterbrochen ist. Dementsprechend ist die Zufuhr von Unterdruck zu den Unterdruck-Arbeitskammern 8b und 12b unterbrochen, und deshalb ist das Drosselventil 3 voll offen, und der Kopf 6 des Abgasrückführungs-Steuerventils schließt den Abgasrückführungskanal 5 voll. Als Ergebnis wird keine Abgasrückführung durchgeführt, wobei man für den Motor eine gute Stabilität und ein gutes Laufverhalten erzielt.

Obwohl in diesem Ausführungsbeispiel der Ansaugunterdruck hinter dem Drosselventil 3 als Steuerunterdruck zum rteuern des Drosselventils 3 zusätzlich zum Unterdruck aus d^ Unterdruckpumpe 11 verwendet wird, kann die Steuerun·- Drosselventils durch den Unterdruck aus der Unterdruckpumpe 11 wirksam dank der Drosselblende 26 erzielt werden, welche innerhalb einer Unterdruckleitung angeordnet ist, die den Unterdruckkanal 10 und den Ansaugkanal 2 hinter dem Drosselventil 3 verbindet. Diese Blende 26 kann durch eine Art Ventil ersetzt werden, welches betrieblich in der Unterdruckleitung angeordnet ist, die den Unterdruckkanal 10 und den

Ansaugkanal 2 verbindet, wobei dieses Ventil derart angeordnet sein kann, daß es die Unterdruckleitung in Übereinstimmung mit Motorbetriebszuständen öffnet oder schließt.

Während das Drosselventil gemäß der Darstellung und Beschreibung in seinem Öffnungsgrad durch eine Membran-Betätigungseinrichtung gesteuert wird, wird darauf hingewiesen, daß der Öffnungsgrad des Drosselventils auch durch eine Betätigungseinrichtung des Servomotortyps gesteuert werden kann, wobei sein Bewegungshub verändert wird_r beispielsweise in abhängigkeit vom Meßsignal des Motorbelastungsfühlers zum Feststellen der Treibstoffeinspritzmenge. Während bei den oben erwähnten Ausführungsbeispielen gemäß der Darstellung und Beschreibung die Abgasrückführung unter Zusammenwirkung des Drosselventils und des Abgasrückführungs-Steuerventils C gesteuert wird, wird ferner ausdrücklich darauf hingewiesen, daß eine derartige Steuerung der Abgasrückführung auch nur durch das Abgasrückführungs-Steuerventil C allein erreicht werden kann, welches seinerseits in Übereinstimmung mit mindestens einem Wert der Motordrehzahl, Motorbelastung und Motorkühlmitteltemperatur reguliert wird.

Anhand des obigen wird ausdrücklich darauf hingewiesen, daß gemäß der vorliegenden Erfindung das Abgasrückführungs-Steuerventil in Übereinstimmung mit mindestens einem Wert aus Motordrehzahl, Motorlast 'und Motorkühlmitteltemperatur angesteuert wird. Deshalb kann eine glatte und hochgenaue Abgasrückführung in einem Motorbetriebsbereich erreicht werden, in welchem die Abgasrückführung in geeignetem Maß für die Betriebseigenschaften eines Dieselmotors erforderlich ist, und die Abgasrückführung kann bei einem Motorbetriebsbereich unterbrochen werden, in welchem die Abgasrückführung nicht erforderlich ist, wobei man Stabilität und Laufverhalten des Motorbetriebs verbessert.

Claims

P AT E i ^ ΤΑ-ΓλΜΛ/ Ab-TE-

REPRESENTATIVES BEFORE THE
EUROPEAN PATENT OFFICE

A 6VRÜNECKER H. KINKELDEY

CM-ING

W. STOCKMAlR

ΟΛ-INCi- Arf ICALTECHI

K. SCHUMANN

OR RCR NAT OPL-PHYS

P. H. JAKOB

CKPL-ING.

G. BEZOUD

CR BSI NAT ■ OPU-CKM

NISSAJJ MOTOR CO., UTD. Ho. 2, Takara-cho, Kanagawa-ku Yokohama City, Japan

8 MÜNCHEN 22

MAXIMIUANSTRASSe 43

12. Mai 1981 P 16 252-dg

Einrichtung zur Steuerung der Abgasrückführung
für einen Dieselmotor

Ansprüche
Einrichtung zur Steuerung der Abgasrückführung für einen Dieselmotor (1) mit einem Ansaugkanal (2) und einem Auspuffkanal (4), gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

TELEFON (OSB) 32 SS S3

TELEX OB-3S38O

TELEGRAMMS MONAPAT

TELEFAX

- eine Einrichtung/ welche einen Abgasrückführungskanal (5) bildet, der den Ansaugkanal mit dem Auspuffkanal zur Rückführung von Motorabgas hierdurch zurück zum Motor verbindet,

- ein Abgasrückführungs-Steuerventil (C), welches betrieblich im Abgasrückführungskanal angeordnet ist, um die Strömung des rückgeführten Abgases zu steuern, das durch den Abgasrückführungskanal hindurchtritt,

- eine Einrichtung (15, 16, 17), um von Motordrehzahl, Motorlast und Motorkühlmitteltemperatur mindestens einen Wert festzustellen, um mindestens ein hiervon abhängiges Signal zu erzeugen, und

- eine Einrichtung (6, 12, 13, 20) zum Steuern des Betriebes des Abgasrückführungsventils in Abhängigkeit vom Signal aus der Meßeinrichtung, um die Menge des rückgeführten Abgases in Übereinstimmung mit den Motorbetriebsbedingungen zu steuern (Fig. 1 und 2).

2. Einrichtung zur Steuerung der Abgasrückführung nach Anspruch

1, gekennzeichnet durch ein Drosselventil (3), welches schwenkbar innerhalb des Ansaugkanals angeordnet ist, sowie eine Einrichtung (8, 9) zum Steuern des Betriebs des Drosselventils in Abhängigkeit vom Signal aus der Meßeinrichtung (Fig. 1 und 2).

3. Einrichtung zur Steuerung der Abgasrückführung nach Anspruch

2, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgasrückführungs-Steuerventil eine erste Membran-Betätigungseinrichtung (12) umfaßt, die ein Membranteil (12c) aufweist, das eine Unterdruck-Arbeitskammer (12b) begrenzt, sowie einen Ventilkopf (16), der mit dem Membranteil verbunden ist und im Abgasrückführungskanal derart angeordnet ist, daß der Abgasrückführungskanal mit dem Ventilkopf in Abhängigkeit von der Bewegung des Membranteils verschließbar ist (Fig. 1 und 2).

ο _Μ,

4. Einrichtung zur Steuerung der Abgasrückführung nach Anspruch 3_r dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung von einem Meßfühler (15) für die Motordrehzähl zum Messen der Drehzahl des Motors, einem Fühler (16) für die Motorlast zum Messen der Motorlast des Motors, sowie einem Fühler (17) für die Motorkühlmitteltemperatur zum Messen der Temperatur eines Motorkühlmittels des Motors mindestens einen Fühler aufweist, wobei die Fühler entsprechende Informationssignale erzeugen, welche für einen Motorbetriebszustand repräsentativ sind (Fig. 1).

5. Einrichtung zur Steuerung der Abgasrückführung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die den Betrieb des Abgasrückführungs-Steuerventils steuernde Einrichtung einen Modulator (20) umfaßt, der elektrisch von dem Motor-Drehzahlmeßfühler, Motor-Belastungsmeßfühler und Motor-Kühlmitteltemperaturmeßfühler mit einem dieser verbunden ist, wobei der Modulator derart aufgebaut und angeordnet ist, daß er mindestens ein Befehlssignal in Abhängigkeit von mindestens einem der genannten, zugeführten Informationssignale erzeugt, sowie ein erstes elektromagnetisches Venti] (13), welches elektrisch mit dem Modulator zur Steuerung der Unterdruckzufuhr zur Unterdruck-Arbeitskammer der ersten Membran-Betätigungseinrichtung in Abhängigkeit vom Befehlssignal verbunden ist, und daß die den Betrieb des Drosselventils steuernde Einrichtung eine zweite Membran-Betätigungseinrichtung (8) aufweist, welche ein Membranteil (8a) aufweist, das eine Unterdruck-Arbeitskammer (8b) begrenzt, wobei das Drosselventil mit dem Membranteil verbünde sowie ein zweites elektromagnetisches Ventil (9), welch.. elektrisch mit dem Modulator verbunden ist, um die Unterdruckzufuhr zur Unterdruck-Arbeitskammer der zweiten Membran-Betätigungseinrichtung in Abhängigkeit vom Befehlssignal zu steuern (Fig. 1).

-A-

6. Einrichtung zur Steuerung der Abgasrückführung nach Anspruch 5, dadurch gekenn zeichnet ,daß die den Betrieb äes Abgasrückführungs-Steuerventils steuernde Einrichtung ferner eine Einrichtung umfaßt, die einen ersten Kanal (14) bildet, der die Unterdruck-Arbeitskaitimer der ersten Membran-Betätigungseinrichtung mit dem Ansaugkanal stromabwärts vom Drosselventil verbindet, wobei das erste elektromagnetische Ventil betrieblich im ersten Kanal angeordnet ist, und daß die den Betrieb des Drosselventils steuernde Einrichtung eine Einrichtung umfaßt, die einen zweiten Kanal (10) bildet, der die Unterdruck-Arbeitskammer der zweiten Membran-Betätigungseinrichtung mit einer Unterdruckpumpe (11) verbindet, wobei das zweite elektromagnetische Ventil betrieblich im zweiten Kanal angeordnet ist (Fig. 1).

7. Einrichtung zur Steuerung der Abgasrückführung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Modulator· (2.0) derart aufgebaut und angeordnet ist, daß er das Befehlssignal· dem ersten und zweiten eiektromagnetischen Ventil infolge des Eingangs der Informationssignale abgibt, welche für den Motorbetriebszustand repräsentativ sind, solange die Motordrehzahl niedriger ist als ein bestimmter Wert, die Motorlast niedriger ist als ein bestimmter Wert, und die Motorkühlmitteltemperatur höher ist als ein bestimmter Wert (Fig. 1).

8. Einrichtung zur Steuerung der Abgasrückführung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das erste elektromagnetische Ventil (13) derart aufgebaut und angeordnet ist, daß es öffnet, um die Strömungsmittelverbindung zwischen der Unterdruck-Arbeitskammer der ersten Membran-Betätigungseinrichtung und dem Ansaugkanal herzustellen, wenn es mit dem Befehlssignal beaufschlägt wird, und daß das zweite elektromagnetische Ventil (9) derart aufgebaut und angeordnet ist, daß es öffnet, um die Strömungsmittelverbindung zwischen der Unterdruck-Arbeitskammer der zweiten Membran-Betätigungseinrichtung und der Unterdruckpumpe herzustellen.

- 5 wenn ihm das genannte Befehlssignal zugeführt wird (Fig. 1).

9. Einrichtung zur Steuerung der Abgasrückführung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgasrückführungssteuerventil (C) derart aufgebaut und angeordnet ist, daß sein Ventilkopf (6) sich zum öffnen des Abgasrückführungskanales bewegt, wenn die Unterdruckarbeitskammer der ersten Membran-Betätigungseinrichtung mit dem Unterdruck aus dem Ansaugkanal gespeist ist, und daß das Drosselventil (3) derart aufgebaut und angeordnet ist, daß es schließt, wenn die Unterdruck-Arbeitskammer der zweiten Betätigungseinrichtung mit dem Unterdruck aus der Unterdruckpumpe gespeist ist (Fig. 1).

10. Einrichtung zur Steuerung der Abgasrückführung nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung mindestens einen Motor-Drehzahlschalter (23) umfaßt, der derart aufgebaut und angeordnet ist, daß er

einschaltet, wenn die Motordrehzahl niedriger ist als ein bestimmter Wert,einen Motorkühlmittel-Temperaturschalter (24), der derart angeordnet und aufgebaut ist, daß er einschaltet, wenn die Motorkühlmitteltemperatur höher ist als ein bestimmter Wert, sowie einen Motor-Belastungsmeßfühler (25) zum Messen der Motorlast des Motors, um ein Signal zu erzeugen, welches repräsentativ ist für die Motorbelastung (Fig. 2).

11. Einrichtung zur Steuerung der Abgasrückführung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtr Kontrollieren der Tätigkeit des Abgasrückführungs-St.eue ventiles ein erstes elektromagnetisches Ventil (27) des

ÄN-AUS-Typs umfaßt, um die Unterdruckeinspeisung zur Unterdruck-Arbeitskammer der ersten Membran-Betätigungseinrichtung in Abhängigkeit von den Schaltzuständen des Motordrehzahlschalters und des Motorkühlmitteltemperaturschalters zu steuernjuend daß die die Tätigkeit des Drosselventils kontrollierende Einrichtung eine zweite Membran-Betätigurigseinrichtung (8) umfaßt, welche ein Membranteil (8d) aufweist, welches eine Unterdruck-Arbeitskammer (8b) begrenzt, wobei das Drosselventil mit dem Membranteil verbunden ist, ein zweites elektromagnetisches Ventil (21) des AN-AüS-Typs zum Steuern der unterdruckeinspeisung zur Unterdruck-Arbeitskammer der zweiten Membran-Betätigungseinrichtung in Abhängigkeit von den Schaltzuständen der Schalter für Motordrehzahl und Motorkühlmitteltemperatur, sowie ein proportional wirkendes elektromagnetisches Ventil (22) zum Steuern der unterdruckeinspeisung zur Unterdruck-Arbeitskammer der zweiten Membran-Betätigungseinrichtung (Fig. 2)

12. Einrichtung zur Steuerung der Abgasrückführung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die die Tätigkeit des Abgasrückführungs-Steuerventils kontrollierende Einrichtung eine Einrichtung umfaßt, welche einen ersten Kanal

(14¹) festlegt, der die Unterdruck-Arbeitskammer der ersten Membran-Betätigungseinrichtung mit einem Unterdruckpumpe

(11) verbindet, wobei das elektromagnetische AN-AUS-Ventil betrieblich im ersten Kanal angeordnet ist, und daß die die Tätigkeit des Drosselventils kontrollierende Einrichtung eine Einrichtung umfaßt, welche einen zweiten Kanal (10) festlegt, der die Unterdruck-Arbeitskammer der zweiten Membran-Betätigungseinrichtung mit der Unterdruckpumpe verbindet, wobei das zweite elektromagnetische AN-AUS-Ventil

und das proportional wirkende elektromagnetische Ventil beide betrieblich im zweiten Kanal angeordnet sind, sowie eine Einrichtung, die einen dritten Kanal festlegt, der den zweiten Kanal zwischen der zweiten Betätigungseinrichtung und dem zweiten elektromagnetischen AN-AUS-Ventil (21) mit dem Ansaugkanal stromabwärts vom Drosselventil verbindet, wobei der dritte Kanal in seinem Inneren eine Drosselblende (26) aufweist (Fig. 2).

13. Einrichtung zur Steuerung der Abgasrückführung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das erste elektromagnetische AN-AUS-Ventil (27) derart aufgebaut und angeordnet ist, daß es öffnet, um die Strömungsmittelverbindung zwischen der Unterdruck-Ärbeitskammer der ersten Membran-Betätigungseinrichtung und der Unterdruckpumpe in Abhängigkeit von den Schaltvorgängen der Schalter für Motordrehzahl und Motorkühlmitteltemperatur herzustellen, daß das zweite · elektromagnetische AN-AUS-Ventil (21) derart aufgebaut und angeordnet ist, daß es öffnet, um die Strömungsmittelverbindung zwischen der Unterdruck-Arbeitskammer der zweiten Membran-Betätigungseinrichtung mit der Unterdruckpumpe in Abhängigkeit von den Schaltvorgängen der Schalter für Motordrehzahl und Motorkühlmitteltemperatur herzustellen, und daß das elektromagnetische Proportionalventil (22) derart aufgebaut und angeordnet ist, daß sein Öffnungsgrad mit einer Zunahme in der Motorbelastung abnimmt, um die Strömungsmittelverbindung zwischen der Unterdruck-Arbeitskammer der zweiten Membran-Betätigungseinrichtung und der druckpumpe zu steuern (Fig. 2).

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14. Einrichtung zur Steuerung der Abgasrückführung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgasrückführungssteuerventil (C) derart aufgebaut und angeordnet ist, daß sich sein Ventilkopf bewegt, um den Abgasrückführungskanal zu öffnen, wenn die Unterdruck-Arbeitskammer mit dem Unterdruck aus der Unterdruckpumpe gespeist ist, und daß das Drosselventil (3) derart aufgebaut und angeordnet ist, daß es schließt, wenn die Unterdruck- " Arbeitskammer der zweiten Membran-Betätigungseinrichtung mit dem Unterdruck aus der Unterdruckpumpe gespeist ist, wobei der Öffnungsgrad des Drosselventils in Übereinstimmung mit dem öffnungsgrad des elektromagnetischen Proportionalventils gesteuert wird (Fig. 2) .

15. Einrichtung zur Steuerung der Abgasrückführung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalter für Motordrehzahl und Motorkühlmitteltemperatur (23, 24) in Reihe miteinander geschaltet sind, und daß der Meßfühler (25) für die Motorbelastung parallel zu den Schaltern für Motordrehzahl und Motorkühlmitteltemperatur angeschlossen ist (Fig. 2). -

16. Einrichtung zur Steuerung der Abgasrückführung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das elektromagnetische Proportionalventil (25) betrieblich im zweiten Kanal zwischen dem zweiten elektromagnetischen AN-AUS-Ventil und der Unterdruckpumpe angeordnet ist (Fig. 2).