DE3227722A1 - Abgasrueckfuehrsystem bei einer brennkraftmaschine, insbesondere in einem kraftfahrzeug - Google Patents
Abgasrueckfuehrsystem bei einer brennkraftmaschine, insbesondere in einem kraftfahrzeugInfo
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Description
Ford-Werke AG Ottoplatz 2
5000 Köln 21
Titel:
Abgasrückführsystem bei einer Brennkraftmaschine/
insbesondere in einem Kraftfahrzeug
22.7.1982
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Abgasrückführsystem bei einer mit einem Saugrohr, einem Abgassammeirohr und einem Vergaser mit
Lufttrichter und in diesen an der engsten Stelle mündenden Druckmeßleitung ausgerüsteten Brennkraftmaschine insbesondere
in einem Kraftfahrzeug, bestehend aus einem Verbindungskanal
zwischen dam Abgassamraelrohr und dem Saugrohr mit einem darin angeordneten Abgasrückführventil, welches von einem druckmittelbetätigten
Servomotor in Abhängigkeit von einem Signaldruck gegen die Kraft einer Schließfeder aufsteuerbar ist.
Viele der heutzutage verwendeten Abgasrückführsysteme werden
vom Gegendruck in der Abgasleitung gesteuert. Das heißt, sie arbeiten auf dem Prinzip der Schaffung einer Kammer konstanten
Drucks vor dem Abgasrückführventil im Abgassamme1rohr. Die
Bewegung des Abgasrückführventil wird in Abhängigkeit von Änderungen des Gegendrucks in der Abgasleitung so gesteuert,
daß der Druck in der vorgenannten K-ammer durch veränderliche Zapfürig von Luft in ein Steuervakuum aufrecht erhalten wird,
daß zur Betätigung des Abgasrückführventil in seinen verschiedenen
Stellungen benutzt wird, bis sich das Abgasrückführventil zum · Regeln des Drucks in der Steuerkammer auf einen konstanten
Wert bewegt. Der maximale Durchsatz durch das Ventil ist deshalb von der maximalen Druckdifferenz zwischen dem Gegendruck
in der Abgasleitung und dem Druck in der Steuerkammer bestimmt. Da sich der Gegendruck in der Abgasleitung nur in
geringem Umfang im Vergleich zu den Änderungen des Unterdrucks in der Saugleitung ändert, ist der Maximaldurchsatz begrenzt.
Auch ist, da die Strömung durch das Ventil nicht bei Schallgeschwindigkeit erfolgt, der Durchsatz in den verschiedenen
Öffnungsstellungen des Ventils nicht konstant. Beispiele solcher bekannten Systeme finden sich in den US-PSen 3 8 80 129,
4 178 896, 4 128 090 und 4 186 698.
Weitere bekannte Konstruktionen von Abgasrückführventilen verwenden den Unterdruck im Lufttrichter des Vergasers zur
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Steuerung des Ventils, um dadurch einen Durchsatz zu erreichen, der im wesentlichen proportional zu dem Luftstrom durch die
Maschine ist. Andere Konstruktionen verwenden den Druck einer von der Brennkraftmaschine getriebenen Luftpumpe zur Erzeugung
der Betätigungskraft für das Abgasrückführventil.
Ein Beispiel für die letztere Konstruktion ist in den US-PSen 3 881 456 und 3 974 807 dargestellt, wo der Überdruck einer von
der Brennkraftmaschine angetriebenen Luftpumpe die Bewegung eines Abgasrückführventils in Abhängigkeit von Änderungen im
Steuerdruck innerhalb einer Konstantdruckkammer oberhalb des Ventils steuert, das auf ein Luftanzapfmittel wirkt.
Bei allen vorgeschriebenen Konstruktionen ist die Stellung des Abgasrückführventils eine Funktion der Steuerbewegung des Abgasrückführventils
mit Änderungen des Abgasgegendrucks zur Wiederherstellung des Drucks in der Steuerdruckkammer auf einen
konstanten Wert. Die Durchflußmenge durch das Ventil wird deshalb vom Durchmesser der Drosselstelle unter Strömungsbegrenzung
oberhalb des Abgasrückführventils begrenzt, welche die Steuerkammer
bildet.
Noch eine weitere heutzutage benutzte Konstruktion arbeitet mit einer Kombination des Unterdrucks im Lufttrichter und dem Überdruck
der von der Brennkraftmaschine getriebenen Luftpumpe zur Schaffung einer Öffnung des Abgasrückführventils proportional
zu der von der Maschine angesaugten Luftmenge. Eine solche Konstruktion ist in Fig. 6 der US-PS 3 877 452 gezeigt, wo
ein Abgasrückführventil mit kegelförmigem Ventilglied von dem Druck der Luftpumpe betätigt wird, der seinerseits von einer
Luftanzapfeinrichtung kontrolliert wird, die den Druck der Luftpumpe
als Funktion von Änderungen im Niveau des Unterdrucks im Lufttrichter des Vergasers ändert. Jedoch strömen auch hier wie
schon bei den vorerwähnten Beispielen die Gase nicht durch das Abgasrückführventil bei Schallgeschwindigkeit, und der Durchsatz
ist deshalb nicht konstant.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Abgasrückführsystem der eingangs
genannten Art zu schaffen, daß einen erhöhten maximalen
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Durchsatz durch das Abgasrückführventil liefert, welcher als Funktion des Abgasgegendrucks und des Einlaßunterdrucks der
Maschine, d.h. also im wesentlichen proportional zur angesaugten Luftmenge sich ändert, wobei das Abgasrückführventil für jede
Öffnungsstellung eine konstante Durchflußmenge gewährleistet, die unabhängig vom Gegendruck in der Abgasleitung ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das Abgasrückführventil
als Düsenventil ausgebildet ist, durch welches die in das Saugrohr geleiteten Abgase unabhängig vom
Öffnungsquerschnitt des Ventils über im wesentlichen dem gesamten Unterdruckbereich im Saugrohr mit Schallgeschwindigkeit
strömen, wobei der Signaldruck der an der engsten Stelle des Lufttrichters gemessene Unterdruck im Vergaser ist.
Nach einem ersten Merkmal zur vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der Servomotor für das Abgasrückführventil ein
Gehäuse mit wenigstens zwei darin enthaltenen und auf jeweils einer Seite dem Atmosphärendruck ausgesetzen, einseitig federbelasteten
Membranen auf, von denen die eine auf ihrer anderen Seite dem Unterdruck an der engsten Stelle des Lufttrichters
im Vergaser unterworfen ist und die andere auf ihrer anderen Seite einem Betätigungsdruck über eine Drossel ausgesetzt ist,
wobei ferner ein Überbrückungsventil zur Verbindung der Betätigungsdruckseite
der zweiten Membran mit 'dem Atmosphärendruck vorgesehen ist, welches derart von der ersten Membran
auf- und zusteuerbar ist, daß die zweite Membran ständig der Bewegung der ersten Membran unter der Wirkung des Betätigungsdruckes folgt.
Ein weiteres Merkmal zur vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung
bei einer Brennkraftmaschine mit einer davon angetriebenen Luftpumpe zur Lufteinblasung in die Abgassammelleitung
sieht vor, daß der Betätigungsdruck für die zweite Membran von der Luftpumpe entnommen ist.
Alternativ hierzu kann die Erfindung aber auch so ausgestaltet sein, daß der Betätigungsdruck für die zweite Membran der Unterdruck
im Vergaser im Bereich der Drosselklappe ist. Der Heran-
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Ziehung des Unterdrucks im Vergaser zur Betätigung des Abgasrückf ührventils ist allgemein bekannt. Beispielsweise zeigt
die US-PS 3 641 989 in Fig. 3 ein Abgasrückführventil, welches von einem vom Vergaser abgezapften Unterdruck betätigt wird.
Im Gegensatz zur Erfindung arbeitet das dortige Abgasrückführsystem
jedoch nicht mit einem Abgasrückführventil mit Schaltströmung/ welches in Abhängigkeit von Änderungen des Unterdrucks
an der engsten Stelle des Lufttrichters gesteuert wird, und enthält auch kein Überbrückungsventil.
Die US-PS 3 9 82 515 zeigt zwar schon ein vom Unterdruck im
Lufttrichter des Vergasers gesteuertes Abgasrückführventil mit einem Überbrückungsventil zur Modifizierung der Bewegung des
Abgasrückführventils. Jedoch strömen dort die Gase durch das
Abgasrückführventil gleichfalls nicht mit Schallgeschwindigkeit, und der Durchsatz durch das Ventil ist deshalb nicht in
jeder Öffnungsstellung des Ventils konstant.
Weitere Merkmale zur vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ergeben sich aus den übrigen Unteransprüchen sowie der nachfolgenden
Beschreibung einiger in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele. Es zeigen:
in schematischer Darstellung einen Vertikalschnitt
durch ein ein Abgasrückführsystem ent haltendes kombiniertes Saug- und Abgassammelrohr
mit darüber angeordnetem Vergaser,
Fig. 2 einen Horizontalschnitt nach Linie 2-2 in Fig. 1,
Fig. 3 in schematischer Darstellung das vordere Ende der zugehörigen Brennkraftmaschine, von oben
betrachtet,
Fig. 4 in größerem Maßstab Längsschnitte durch zwei und 5 andere Ausführungsformen des Servomotors für
das Abgasrückführventil.
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In Fig. 1 ist mit den ein Teil eines Faltstrom-Doppelvergasers bekannter Ausführung dargestellt. Das Gehäuse des Vergasers besteht
aus einem Lufttrichterteil 12, einem Hauptgehäuseteil 14 und einem Drosselteil 16, die durch (nicht gezeigte) Mittel
miteinander verbunden sind. Die gewöhnlichen Kraftstoff/Luft-Eintrittskanäle
18 sind an ihren oberen Enden 20 für den Eintritt frischer Luft von einem (nicht gezeigten) Luftfilter
offen und mit ihren unteren Enden an das Saugrohr 30 der Maschine angeschlossen. Im Querschnitt unveränderliche Lufttrichter
22 arbeiten mit Vorzerstäuberdüsen 23 zusammen, durch welche der Hauptteil des Kraftstoffs mittels (nicht gezeigter)
Einrichtungen eingeleitet wird.
Die Strömung von Luft und Kraftstoff durch die Einlaßkanäle 18 wird mittels zweier Drosselklappen 24 gesteuert, von denen
eine jede auf einer Welle 25 befestigt ist, die in den Seitenwänden des Vergasergehäuses gelagert ist.
Die Einlaßkanäle enthalten außerdem erste und zweite Meßbohrungen,
nämlich eine Meßbohrung 26 für den Unterdruck im Lufttrichter 12 und eine sogenannte Abgasrückleitungsunterdruckmeßbohrung
28. Letztere befindet sich bei geschlossener Drosselklappe 24 oberhalb derselben und wird von der Kante der Drosselklappe
überstrichen, wenn diese geöffnet wird. Dadurch gelangt die Meßb'ohrung fortschreitend unter den Unterdruck in der Saugleitung,
und es wird in der Meßbohrung ein Unterdruck erzeugt, der sich als Funktion der Drosselklappenstellung ändert. Der
Drosselklappenteil 16 des Gehäuses ist an seiner Unterseite mit einem Flansch zur Befestigung auf der Saugleitung 30 der Maschine
unter Zwischenschaltung eines Abstandhalters 32 versehen. Die Saugleitung 30 hat eine Anzahl senkrechter Steiger oder Bohrungen
34, die sich mit den Auslaßenden der Einlaßkanäle 18 des Vergasers decken. Die Steiger 34 sind an ihren unteren Enden 36
rechtwinklig abgebogen zur Umleitung des Kraftstoff/Luft-Gemischs
aus der Zeichnungsebene zu dem Einlaßventil der Maschine.
Das Abgassammeirohr der Maschine ist zum Teil bei 38 angedeutet und enthält einen Abgasquerkanal 40. Letzterer erstreckt sich
von dem Abgassammeirohr auf der einen ;Seite der Maschine zu der
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entgegengesetzten Seite unterhalb der Abbiegungen 36 der Saugleitung
zur Schaffung des üblichen "Gemischvorwärmers unterhalb des Vergasers zwecks besserer Zerstäubung des Kraftstoff/Luft-Gemischs.
Wie am besten aus Fig. 2 ersichtlich ist, enthält der Abstandhalter
32 eine Ausnehmung 42, die mit dem Querkanal 40, wie aus Fig. 1 ersichtlich, über eine Bohrung 44 unmittelbar verbunden
ist. Mit der Ausnehmung 42 ist ferner ein Kanal 46 verbunden, der zu einer Zentralbohrung 48 führt, die über zwei
Kanäle 50 mit den Steigern 34 in Verbindung steht. An der einen Seite des Abstandhalters 32 befindet sich ein tassenförmiger
Ansatz 32, der eine Kammer 54 umschließt, über welche die Kanäle 46 und 48 miteinander verbunden sind.
Um eine Abgasrückführung zur Unzeit zu verhindern, ist der Kanal 48 normalerweise durch ein Abgasrückführventil 56 verschlossen,
daß mittels eines Servomotors 5 8 in seine Offenstellung verstellt werden kann. Das Abgasrückführventil 56 ist ein
Schallströmungssteuerventil ähnlich dem, wie es aus der US-PS 3 981 283 bekannt ist. Das heißt, die Wandungen 60 einer den
Ventilsitz bildenden Düse 6 2 sind so gestaltet, daß sie zusammen mit einem Ventilkegel 63 einen konvergierenden und wieder
divergierenden Strömungskanal mit Schallströmung an der engsten
Stelle 66 dazwischen für jede Öffnungsstellung des Kegelventils
56 bilden.
Wie aus Fig. 2 hervorgeht, bei der dort gezeigten Ausführungsform der Servomotor 58 ein zweiteiliges Gehäuse 80, 82, dessen
Inneres durch eine in der Mitte durchbrochene Trennwand 84 unterteilt ist. Zwei ringscheibenförmige flexible Membranen 86, 88
unterteilen ferner eine jede Gehäusehälfte in eine Unterdruckkammer
90, eine Druckluftkammer 9 2 zwischen den Membranen und eine weitere Druckluftkammer 94. Eine jede Membrane 86, 88 ist
mit ihrer Umfangskante am Gehäuse 80, 82 dichtend befestigt und wird von jeweils einer Spiraldruckfeder 96 bzw. 98 nach unten
in die jweilige Null- oder Grundstellung gedrückt.
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Die untere Membran 88 ist zwischen zwei Haltescheiben 104 aufgenommen,
an deren unterer die Betätigungsstange 106 des Schaltströmungs-Abgasrückführventil
56 befestigt ist. Die obere Haltescheibe 104 ist im zentralen Bereich zu einem hutförmigen Hilfsgehäuse
108 mit einer Öffnung 110 am oberen Ende geformt. Innerhalb des Hilfsgehäuses 108 ist ein Luftüberbrückungsventil 112
aufgenommen, welches ein vorstehendes Knopfende 114 und zwei sich quer erstreckende Seitenwände 116 aufweist, welche so geformt
sind, daß sie in die Innenflächen des Hilfsgehäuses 108 eingreifen. Eine schwache Feder 118 drückt das Ventil 112 gegen
das Hilfsgehäuse und unterbricht dadurch die Luftverbindung zwischen
der Kammer 9 2 und der Kammer 94. Die Kammer 92 ist in diesem Falle zur umgebenden Atmosphäre über zwei Öffnungen 120
im Gehäuse 80 entlüftet. Die untere Haltescheibe 104 für die Membran 88 enthält bei 121 eine Öffnung, um das innere des
Hilfsgehäuses 108 dem Luftdruck in der Kammer 94 zu unterwerfen. Wenn das überbrückungsventil 112 gegen die Kraft der Feder 118
nach unten bewegt wird, kann die Kammer 94 zu der unter Atmosphärendruck stehenden Kammer 92 hin entlüftet werden, wodurch die
Betätigungskraft in der Kammer 9 4 zur Betätigung der Bewegung
des Abgasrückführventils 56 aufgehoben wird.
Das überbrückungsventil 112 wird bei der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform
von einem Stößel 122 gesteuert, der verstellbar an zwei Haltescheiben 123 angebracht ist, zwischen denen die obere
Membran 86 gepaßt ist. Eine Aufwärtsbewegung der unteren Membran 88 bewegt das Überbrückungsventil 112 gegen den Stößel 122 mit
der Folge, daß das Überbrückungsventil 112 gegen die Kraft der
Feder 118 abgefangen wird und dadurch Luft unter Atmosphärendruck
in die Kammer 94 durch die Öffnungen 120 gelangen kann.
Dies dauert an, bis der Druck in der Kammer 94 so weit abgesunken ist, daß die Feder 9 8 die Membran 86 abwärts bewegen
und sich dadurch das überbrückungsventil zur Stabilisierung der Lage des Abgasrückführventils 56 wieder schließen kann.
Die Bewegung des Stößels 122 nach oben wird durch einen Anschlag 124 begrenzt, der einstellbar im Gehäuse befestigt ist.
Es versteht sich von selbst, daß eine Verstellung des Stößels 122 ebenso wie des Anschlags 124 zu einer großen Anzahl von
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Maximalstellungen für die Aufwärtsbewegung des Stößels 122
führt und dadurch verschiedene maximale Öffnungsstellungen für das Abgasrückführventil 56 liefert.
Das Gehäuse 80 enthält eine obere Anschlußöffnung mit einem Anschlußstück
zur Verbindung mit einer geeigneten Verbindungsleitung 102, die in Fig. 1 zu der Meßbohrung 26 an der engsten
Stelle des Lufttrichters 22 im Vergaser 10 geführt ist.
Die untere Kammer 94 ist beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 über eine Verbindungsleitung 126 an den dritten Auslaß 78 einer
in Fig. 3 gezeigten Luftpumpe 70 angeschlossen. Fig. 3 veranschaulicht schematisch in Draufsicht einen Teil einer herkömmlichen
V-8 Brennkraftmaschine mit rechten und linken Reihen
von Zylindern, die jeweils eine Auslaßöffnung 9 8 aufweisen. Auch ist in Fig. 1 ein Lufteinblassystem gezeigt, daß aus der erwähnten
Luftpumpe 70 besteht, die von der Brennkraftmaschine über einen Riemen 72 angetrieben wird und Luft zu einer jeden Auslaßöffnung
der Zylinder über eine Verteilerleitung 74 und Injektoren 76 befördert. Die Luft verbindet sich mit den unverbrannten Kohlenwasserstoffen
und Kohlenmonoxyden, die in das Abgassystem der maschine gelangen, und reduziert diese zu H^O und CO^. Die Luftpumpe
hat den erwähnten dritten Auslaß 78, an welchen die untere Kammer 94 über eine Verbindungsleitung 126 angeschlossen ist.
Der Kammer 9 4 wird somit fortlaufend Luft unter überdruck zugeführt,
der mit der Maschinendrehzahl ansteigt. Dieser Druck in der Kammer 94 liefert die Betätigungskraft zur Bewegung des Abgasrückführventils
56. Da es sich hierbei um den Punkt der Luftpumpe handelt, der unabhängig vom Unterdruck im Saugrohr ist,
sind die normalerweise bei geringem Saugrohrunterdruck auftretenden Probleme, die zu einem Unterbleiben der Betätigung der
Abgasrückführventile bei der Beschleunigung der Brennkraftmaschine führen,ausgeschaltet.
Wie oben festgestellt, ist das Abgasrückführventil ein Schallstromungs-Steuerventil.
Das bedeutet, daß die Strömungsmenge pro Querschnxttseinheit, d.h. der Durchsatz in jeder Stellung
konstant ist, da die Geschwindigkeit und der Druck der Strömung
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an der engsten Stelle des Ventils in jeder Öffnungsstellung konstant sind. Demzufolge ändert sich der Durchsatz direkt proportional
zum Öffnungsquerschnitt des Ventils und unabhängig von dem Abgasgegendruck oder den Drücken am Ventil.
Im Beispielsfall wird deshalb der Druck der Luftpumpe in der Kammer 9 4 eine Verstellung des Abgasrückführventils 56 in
Abhängigkeit von der Maschinendrehzahl bewirken; dies wird jedoch modifiziert durch das überbrückungsventil 112, daß
in Übereinstimmung mit der Stellung des Stößels 122 gesteuert wird, der seine Lage als Funktion der Änderungen des Unterdrucks
im Lufttrichter 22 des Vergasers 10 einnimmt. Dieser Unterdruck verändert sich in Abhängigkeit von der Luftströmung
zur Maschine und wächst stetig mit progressiver Öffnung der Drosselklappe 24 an.
Im Betrieb nehmen die Teile deshalb bei Leerlauf die in Fig. gezeigte Stellung ein. Mit geschlossener Drosseklappe 24 wird
der Unterdruck im Lufttrichter 22 sehr gering sein, ebenso wie der Druck der Luftpumpe wegen der geringen Maschinendrehzahl.
Demgemäß wird die obere Membran 86, wie dargestellt, ihre unterste Stellung einnehmen, in welcher der Stößel 122 gegen den Knopf
des Überbrückungsventils 112 anliegt und dieses in die offene
Stellung gegenüber dem Hilfsgehäuse 108 verstellt. Dies ermöglicht
ein Abströmen der unter den Pumpendruck stehenden Luft in der Kammer 94 durch die Löcher 122 und hinaus durch das geöffnete
überbrückungsventilloch 110 und damit ein Absinken des
Drucks in der Kammer 9 2 auf einen Wert, der nicht ausreicht, die Membran 86 aus der Schließstellung des Abgasrückführventil
56 herauszubewegen.
Ein öffnen der Drosselklappe 24 führt zu einem Anwachsen des
Luftstroms durch den Vergaser-Einlaßkanal und einem Anwachsen der Maschinendrehzahl und dadurch wiederum einem Anwachsen sowohl
des Unterdrucks im Lufttrichter 22 als auch des Drucks der Luftpumpe. Dies führt dazu, daß die obere Membran 86 nach
oben bewegt wird und das Überbrückungsventil 112 zur Bewegung
in dessen Schließstellung frei gibt. Der Druck der Luftpumpe in
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der Kammer 94, der nun ansteigt, wird nicht langer entlastet und
wird deshalb die untere Membran 88 anheben. Dadurch wird das Abgasrückführventil 56 um einen Betrag geöffnet, der von dem
entsprechenden Anwachsen des Unterdrucks des Lufttrichters in der Kammer 90 abhängt. Wie oben festgestellt, setzt sich die
Aufwärtsbewegung des Überbrückungsventils 112 fort, bis dieses
gegen den Stößel 122 in seiner neuen Stellung, die von dem höheren Unterdruckniveau im Lufttrichter bestimmt ist, abge fangen
wird. Das wiederholte Öffnen und Schließen des überbrücKMr.cr3VeTi^iZ-S
112 virc c.sr.'i eir.er. ~eu ε*". 3" si.c'r.~evi.cJr.~5Z'—scsni
für das Abgasrückführventil 56 schaffen und dadurch einen neuen Durchsatzwert für die Abgase durch die Abgasrückführkanäle in
das Saugrohr der Maschine bestimmen.
Ein fortgesetzt zunehmendes öffnen der Drosselklappe 24 wird zu
einem zunehmenden öffnen des Abgasrückführventils 56 führen, bis der höhere Unterdruck im Lufttrichter 22 auf den Stößel 122 bewirkt,
daß der Stößel 122 in Anlage gegen den Anschlag 124 gelangt. In diesem Zeitpunkt wird das Abgasrückführventil 56 maximal
geöffnet sein und dadurch einen maximalen Durchsatz durch das Ventil gestatten. Dieser Durchsatz wird als Konstante beibehalten
ungeachtet eines weiteren Ansteigens des Drucks der Luftpumpe oder des Unterdrucks im Lufttrichter 22. Falls erwünscht, könnte ein
genügend weit geöffneter Drossel-Abschalt-Schalter oder -Ventil vorgesehen werden, um das Unterdrucksignal vom Lufttrichter 22
bei einer vorbestimmten Höhe der Ausgangsleitung der Maschine abzuschalten
und dadurch den Überbrückungsventilmechanismus zu veranlassen so zu arbeiten, daß ein Schließen des Abgasrückführventils
56 unter Betriebsbedingungen mit weit geöffneter Drosselklappe bewirkt wird.
Die Figuren 4 und 5 zeigen alternativer Ausführungsformen des
Servomotors für das Abgasrückführventil 56 mit Verwendung des Unterdrucks im Vergaser in Verbindung mit dem Atmosphärendruck
der Umgebung zur Erzeugung der Betätigungskraft für das Ventil. Die unter Atmosphärendruck stehende Kammer 92 des Servormotors
nach Fig. 2 ist durch eine Unterdruckkammer zur Schaffung der zur Betätigung des Abgasrückführventils erforderlichen Druckdifferenz
in im wesentlichen gleicher Weise wie gemäß der vorstehenden Beschreibung zu Fig. 2.
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Die Ausführungsform nach Fig. 4 weist ein dreiteiliges Gehäuse ■
80* auf, welches durch eine in der Mitte angeordnete Trennwand 84" und zwei ringscheibenförmige Membranen 86' und 88' mehrfach
unterteilt ist. Bei dieser Ausführungsform dichtet die Trennwand
84' die beiden Membranen bzw. die beiden Kammer voneinander ab, so daß die obere Membran 86' die obere Kammerhälfte wiederum
in eine Unterdruckkammer 90* und eine Atmosphärendruckkammer 92'
unterteilt. Die Kammer 92' ist über eine Anzahl öffnungen 130
im Gehäuse 80' zur Atmosphäre hin entlüftet. Durch die Dichtwirkung
der Trennwand 84' wird eine untere Unterdruckkammer 132 geschaffen, die über einen geeigneten Anschluß 134 und ein
(nicht gezeigtes) Konstantvakuumreservoir an die in Fig. 1 gezeigte zweite Meßbohrung 28 angeschlossen sein kann. Die Bodenwand
138 des Gehäuses 80 ist bei dieser Ausführungsform zur
Schaffung einer Anzahl Luftlöcher 140 durchbrochen, um die Unterseite der Membran 88' dem Atmosphärendruck auszusetzen.
Während die Unterdruckquelle in diesem Fall von der zweiten Meßbohrung 28 im Vergaser gebildet ist, ist es klar, daß jede
geeignete Quelle mit konstantem Unterdruck oder der Unterdruck im Saugrohr zuzüglich einem Vorratsbehälter benutzt werden
könnte. All dies ist dazu erforderlich, zwei Kammern mit verschiedenem Druckniveau zu schaffen, und dadurch die für die
Betätigung des Abgasrückführventil 56 erforderliche Druckdifferenz
zu liefern. Ein elektrisch steuerbares Ein/Aus-Ventil könnte in die Leitung zur Kammer 132 eingefügt sein, um den
Einlaß des Unterdrucks wie gewünscht zu bestimmen. Nach Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 erstreckt sich der Stößel 122' ,
wie gezeigt, dichtend durch die mittlere feste Trennwand 84' in der Nähe des überbrückungsventils 112' in einer Weise ähnlich
wie in Fig. 2.
Die Betätigung des Servomotors 58' gemäß Fig. 4 ist deshalb im
wesentlichen die gleiche wie derjenigen nach Fig. 2 mit der Ausnahme, daß der atmosphärische Luftdruck in der Kammer 94' angezapft wird und dem Unterdruck in der Kammer 132 zum Steuern
des öffnens und Schließend des Überbrückungsventils. Das Abgasrückführventil
56 jedoch öffnet in gleicher Weise und in Ab-
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hängigkeit von demselben Unterdruckniveau im Lufttrichter 22
wie bei der Fig. 2.
Fig. 5 zeigt eine weitere abgeänderte Ausführungsform des Servomotors
58" mit im wesentlichen derselben Wirkungsweise, wie bei den Ausführungsformen nach Fig. 2 und 4. Gemäß Fig. 5 ist ein
einstückiges Gehäuse 80" durch eine Trennwand 84" in einen oberen und einen unteren Teil unterteilt. Der obere Teil enthält
eine Anordnung, die aus einem rohrförmigen steifen Stützglied 140 besteht, an welchem zwei ringscheibenförmige flexible
Membranen 142 und 144 angebracht sind. Die letzteren sind mit ihren Umfangskanten im Gehäuse 80" mit festen Trenngliedern
dazwischen, wie dargestellt, befestigt. Die obere Membran 142 umschließt mit dem Gehäuse eine Luftkammer 150 die über eine
Entlüftungsöffnung 152 mit dem Atmosphärendruck in Verbindung
steht. Der Raum zwischen den Membranen 142 und 144 bildet eine Vakuumkammer 153/ die über eine Öffnung 154 an den Unterdruck
im Lufttrichter 22 des Vergasers 10 angeschlossen ist. Die untere Kammer 92" zwischen der Membran 144 und der festen Trennwand
84" bildet eine Luftkammer, die über eine Entlüftungsöffnung
158 wiederum mit dem Atmosphärendruck in Verbindung steht.
Bei dieser Ausführungsform ist ein Stößel 122" in das hohle
Innere des Stützgliedes 140 eingesetzt. Der Stößel 122" ist
Teil eines überbrückungsventils 112", welches mit einer entsprechend
gestalteten Ventilbohrung 123 in der Trennwand 84" zusammenwirkt. Das Ventil stützt sich gegen eine flache Platte
ab. Eine geeignete Rückstell-Druckfeder 160 dient dazu, das Uberbrückungsventil 112" nach aufwärts vorzuspannen und die
Stellung des Abgasrückführventils 56 festzustellen.
Das Uberbrückungsventil 112" bewegt sich senkrecht zur Steuerung
des Überbrückungsluftstroms von der unter Atmosphärendruck
stehenden Kammer 9 2" in die Unterdruckkammer 132", die zwischen
der Trennwand 84" und der unteren Membran 8 8" gebildet ist. Die Kammer 132" ist wie bei der Ausführungsform nach
Fig. 4 über ein Konstantvakuumreservoir an eine beliebige Unterdruckquelle wie beispielsweise den Unterdruck in der
Meßbohrung 28 nahe der Drosselklappe 24 oder den Unterdruck
22.7.1982
im Saugrohr oder jede andere beliebige Unterdruckquelle angeschlossen.
Erforderlich ist nur, daß die Druckdifferenz geschaffen
wird, die erforderlich ist, um eine modifizierte Bewegung des Abgasrückführventils 56 in der gleichen Weise, wie
oben in Verbindung mit den Ausfuhrungsformen nach Fig. 2 und 4
beschrieben, zu erlauben.
Die untere Membran 88" schließt bei dieser Ausführungsform das Gehäuse 80" an seinem unteren Ende ab. Ihre Unterseite ist
unmittelbar dem Atmosphärendruck unterworden und hat keinerlei Löcher oder Öffnungen zum Abzapfen dieses Drucks zur Modifizierung
der Bewegung des Abgasrückführventils. Eine Feder spannt normalerweise die Membran 88" nach unten, wie dargestellt,
vor, um dem Uberbrückungsventil die Möglichkeit des Öffnens zu
geben.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 5 wird der der Kammer 153 zwischen
den Membranen 142 und 144 auferlegte Unterdruck des Lufttrichters 22, der auf die Differential- oder unbalancierte Fläche
zwischen den beiden und dem Stützglied 140 wirkt, eine Aufwärtsbewegung des Stößels 122" bewirken. Zur gleichen Zeit wird der
Steuerunterdruck in der Kammer 132" beginnen anzusteigen, sobald der Stößel 122" dem uberbrückungsventil 112" gestattet, eine
Schließstellung einzunehmen, wodurch eine Aufwärtsbewegung des Abgasrückführventils 56 in eine Stellung in Abhängigkeit von
dem Wert des Unterdrucks im Lufttrichter verursacht wird. Die Wirkungsweise dieser Ausführungsform ist deshalb im wesentlichen
dieselbe wie diejenigen bei der Ausführungsform nach Fig. 4. Die Aufwärtsbewegung des Abgasrückführventils 56 wird
fortdauern, bis der Unterdruck im Lufttrichter. 22 das Stützrohr 140 dazu gebracht hat, sich gegen einen "Maximal"-Anschlag 180
anzulegen.
Aus der vorstehenden Beschreibung läßt sich entnehmen, daß die Erfindung ein Abgasrückführsystem schafft, welches aus einer
einstückigen in sich geschlossenen Baugruppe, bestehend aus einem Abgasrückführventil und einem Servomotor zur Schaffung bestimmter
Stellungen des Abgasrückführventils als Funktion von Änderungen in einer Luftdrucksignalkraft besteht, während es unab-
22.7.1982
hängig von dem Abgasgegendruck der Maschine ist, und wobei gleichzeitig
die Wirkung der Luftdrucksignalkraft als Funktion einer Änderung des Unterdrucks im Lufttrichter modifiziert wird. Auch
läßt sich ersehen, daß die Verwendung eines Schallströmungs-Abgasrückführventils
innerhalb der beschriebenen geschlossenen Baugruppe eine konstante Rate von rückgeführtem Abgas zu dem
Saugrohr in jeder offenen Stellung des Ventils liefert sowie einen Durchsatz, der unabhängig von den stromabwärts gelegenen
Druckverhältnissen im Gegensatz zu den bisher verwendeten Vorrichtungen ist.
22.7.1982
Claims (1)
- PatentansprücheAbgasrückführsystem bei einer mit einem Saugrohr, einem Abgassammeirohr und einem Vergaser mit Lufttrichter und in diesen an der engsten Stelle mündenden Druckmeßleitung ausgerüsteten Brennkraftmaschine insbesondere in einem Kraftfahrzeug, bestehend aus einem Verbindungskanal zwischen dem AbgassammeIrohr und dem Saugrohr mit einem darin angeordneten Abgasrückführventil, welches von einem druckmittelbetätigten Servomotor in Abhängigkeit von einem Signaldruck gegen die Kraft einer Schließfeder aufsteuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgasrückführventil (56) als Düsenventil ausgebildet ist, durch welches die in das Saugrohr (36) geleiteten Abgase unabhängig vom Öffnungsquerschnitt des Ventils über im wesentlichen dem gesamten Unterdruckbereich im Saugrohr mit Schallgeschwindigkeit strömen, wobei der Signaldruck der an der engsten Stelle des Lufttrichters (18) gemessene Unterdruck im Vergaser (10) ist.2. Abgasrückführsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Servomotor (58, 58', 58") für das Abgasrückführventil (56) ein Gehäuse (80, 82; 80'; 80") mit wenigstens zwei darin enthaltenen und auf jeweils einer Seite dem Atmospährendruck ausgesetzten, einseitig federbelasteten Membranen (86, 88; 86", 88';, 142, 144, 88") aufweist, von denen die eine (86; 86"; 142, 144) auf ihrer anderen Seite dem Unterdruck an der engsten Stelle (26) des Lufttrichters (18) im Vergaser (10) unterworfen ist und die andere auf ihrer anderen Seite einem Betätigungsdruck über eine Drossel ausgesetzt ist, wobei ferner ein Überbrückungsventil (112, 112', 112") zur Verbindung der Betätigungsdrückseite der zweiten Membran (88; 88'; 88") mit dem Atmosphärendruck vorgesehen ist, welches derart von der ersten Membran (86; 86*; 142, 144) auf- und zusteuerbar ist, daß die zweite22.7.1982Membran ständig der Bewegung der ersten Membran unter der Wirkung des Betätigungsdruckes folgt.3. Abgasrückführsystem nach Anspruch 1 oder 2 bei einer Brennkraftmaschine mit einer davon getriebenen Luftpumpe zur Lufteinblasung in die Abgassammelleitung, dadurch gek ennzeichnet, daß der Betätigungsdruck für die zweite Membran (88) von der Luftpumpe (70) entnommen ist. .4. Abgasrückführsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Betätigungsdruck für die zweite Membran (881; 88") der Unterdruck im Vergaser (10) im Bereich der Drosselklappe (24) ist.5. Abgasrückführsystem nach Anspruch 2, dadurch g e kennzeich'net, daß das Überbrückungsventil (112, 112') an der zweiten Membran (881, 88") angeordnet ist und ein in Schließrichtung federbelastetes Ventilglied aufweist, daß von der ersten Membran (86, 86') gegen die Wirkung einer Schließfeder aufsteuerbar ist.6. Abgasrückführsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Membran (86, 86') einen Stößel (122, 122') zur Betätigung des Überbrückungsventils (112, 112') trägt.7. Abgasrückführsystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Stößel (112; 112') in Betätigungsrichtung verstellbar an der ersten Membran (86, 86') befestigt ist.22.7.1982
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