DE3308261C1

DE3308261C1 - Steuereinrichtung einer mit Abgasrueckfuehrung arbeitenden Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3308261C1
Application number: DE3308261A
Authority: DE
Inventors: Wilfried 7056 Winterbach Christl; Jürgen 7000 Stuttgart Kienle; Hans-Karl Dipl.-Ing. 7300 Esslingen Weining
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1983-03-09
Filing date: 1983-03-09
Publication date: 1984-03-29
Also published as: SE8400656D0; AU2487584A; SE8400656L; JPS59170459A; US4563998A; AU562881B2; SE452046B; CH666087A5

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuereinrichtung, einer mit Abgasrückführung arbeitenden Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus der DE-PS 28 22 337 ist ein Abgasrückführungssystem bekannt, bei dem zur Erzielung einer wirkungsvollen Verringerung der NOx-Anteile das Verhältnis des Gesamtvolumens der rückgeführten Abgase zum Volumen der Ansaugluft unabhängig von der Belastung der Brennkraftmaschine durch Maßnahmen konstant gehalten wird, die in dem Abgasrückführsystem außer intern rückgeführte Abgasmengen auch extern rückgeführte Mengen steuern.

Für die extern rückgeführten Mengen atmosphärischer Luft in den Bypass ist ein vom Unterdruck abhängig arbeitendes Ventil maßgebend, wobei das den Bypass schließende Bypass-Ventil in Abhängigkeit vom jeweils herrschenden Abgasdruck steht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, gegenüber dem eingangs beschriebenen Abgasrückführungssystem, das einem abgasgegendruckgesteuerten System entspricht, eine vereinfachte kostengünstige Steuereinrichtung für die Abgasrückführung zu schaffen, mit der eine wirkungsvolle Absenkung der NOx-Werte möglich ist.

Die Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Steuereinrichtung durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst

Aus der DE-OS 25 50 826 ist zwar eine Steuereinrichtung mit einer Druckleitung bekannt, die mit dem Saugrohr so verbunden ist, daß sie bei geschlossener Drosselklappe unmittelbar stromab und bei geöffneter Drosselklappe stromauf dieser liegt, jedoch hat die Druckleitung keine Steuerfunktion für ein membranbetätigtes Bypassventil, sondern ist lediglich als Abgasrückführung vorgesehen.

In den Unteransprüchen sind noch vorteilhafte und förderliche Maßnahmen beansprucht.

Insbesondere bei kleinen Motoren in schweren Fahrzeugen wird der Motor in vorgeschriebenen Testen häufig in oder in der Nähe der Vollast betrieben. Da

gerade hier die größten NOx-Emissionen entstehen, muß die Abgasrückführung aufrechterhalten bleiben, was bei der erfindungsgemäßen Ausführung auf einfache Weise durch Einsperren des Unterdruckes in dem zum Abgasrückführventil führenden Abschnitt der Unterdrucksteuerleitung erfolgt. Durch das Offenhalten des Abgasrückführventiles sind gerade in der oberen Teillast des Motors noch solche Abgasrückführmengen vorhanden, die ohne einen Einfluß auf das Fahrverhalten und den Kraftstoffverbrauch die NOx-Emission auf w das notwendige Maß reduzieren.

Die Kompaktausführung (Ansprüche 4 bis 6) des Steuerventilgehäuses ist gegenüber der aus Einzelteilen bestehenden Ausführung (Ansprüche 2 und 3) insofern von Vorteil, als die Membran des Bypassventils differenzdruekbeaufschlagbar ist, wodurch hohe Schaltgenauigkeiten unabhängig von sich verändernden Absolutdrücken (z. B. hervorgerufen durch Luftfilterwiderstände) erzielt werden können.

Durch die Verwendung einer an der Membran des Bypassventils zusätzlich angreifenden Druckfeder (Anspruch 8) kann bei entsprechender Federauslegung im Bereich vor der Vollast die Abgasrückführung abgeschaltet werden. Durch diese Maßnahme kann die thermische Belastung der Maschine im Vollastbetrieb reduziert werden und durch optimale Füllung der Zylinder mit Frischgas das Leistungsverhalten verbessert werden.

Anstelle einer Druckfeder kann das Steuerventilgehäuse in der das Rückschlagventil enthaltenen Zwischenwand eine Drossel aufweisen (Anspruch 11), die ein zeitabhängiges öffnen des Abgasrückführventils ermöglicht, um die Abgasrückführung nur so lange wie nötig aufrechtzuerhalten.

In der Zeichnung ist die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen dargestellt und im folgenden näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine aus Einzelteilen bestehende Steuereinrichtung für die Abgasrückführung,

F i g. 2 im Schnitt die in einem Steuerventilgehäuse vereinigten Einzelteile sowie die jeweilige Stellung des Bypass- und Rückschlagventiles bei geringfügig geöffneter Drosselklappe im Saugrohr,

Fig.3 die jeweilige Stellung des Bypass- und Rückschlagventiles bei etwa halb geöffneter Drosselklappe,

Fig.4 die jeweilige Stellung des Bypass- und Rückschlagventiles bei geschlossener Drosselklappe,

F i g. 4a eine erweiterte Ausführung des Steuerventilgehäuses mit einer Bypassdrossel, so

Fig.5 die jeweilige Stellung des Bypass- und Rückschlagventiles bei voll geöffneter Drosselklappe, sowie eine an der Membran des Bypassventiles zusätzlich angreifende Druckfeder, die schraubenförmig ausgebildet ist und ^⁵

Fig.6 die Druckfeder in der Ausbildung als Tellerfeder in dem Steuerventilgehäuse.

In F i g. 1 ist mit 1 eine Brennkraftmaschine, mit 2 ein Abgasrohr und mit 3 ein Saugrohr bezeichnet. In dem Saugrohr 3, dessen Klappenstutzen 3a nochmals auf der linken Bildhälfte vergrößert dargestellt ist, ist .eine Drosselklappe 4 mit einer Drosselklappenwelle 5 vorgesehen. Abgasrohr 2 und Saugrohr 3 sind durch eine Abgasrückführleitung 6 verbunden, die ein membranbetätigtes Abgasrückführventil 7 enthält. Die Steuerung des Abgasrückführventiles 7 erfolgt über eine mit dem Saugrohr 3 in Verbindung stehende Unterdrucksteuerleitung 8. Die Mündung 9 dieser Unterdrucksteuerleitung 8 in das Saugrohr 3 (bzw. Klappenstutzen 3a) liegt bei geschlossener Drosselklappe 4 unmittelbar stromauf von dieser und steht unter Umgebungsdruck, so daß praktisch keine Abgase über die Abgasrückführleitung 6 in das Saugrohr 3 gesaugt werden.

In der Unterdrucksteuerleitung 8 befindet sich ein bei niedrigen Unterdrücken leicht öffnendes Rückschlagventil 10 sowie ein Thermo ventil 11 zwischen dem Rückschlagventil 10 und der Mündung 9. Unter einer Kühlwassertemperatur von z.B. 40⁰C ist durch das Thermo ventil 11 die Unterdruckversorgung zum Abgasrückführventil 7 gesperrt. Eine Abgasrückführung ist somit nicht möglich.

Das Rückschlagventil 10, das als elastischer Ventilpilz ausgebildet ist, wird durch einen Bypass 12 mit einem membranbetätigten Bypassventil 13 umgangen, das über eine Steuerleitung 14 mit dem Saugrohr 3 (bzw. Klappenstutzen) in Verbindung steht. Die Mündung 15 dieser Steuerleitung 14 in das Saugrohr 3 liegt bei geschlossener Drosselklappe 4 unmittelbar stromab von dieser, und zwar auf derjenigen Seite des Saugrohres 3, auf der sich die Drosselklappe 4 bei ihrer öffnung stromab bewegt. Bei geschlossener Stellung der Drosselklappe liegt die Mündung 15 auf der Unterdruckseite. Hierdurch ist das Bypassventil 13 geöffnet und über die freie Bypassleitung 12a, 126 die dem federbelasteten Ventilkörper 7a abgewandte Membrankammer Tb des Abgasrückführventiles 7 belüftet. Das Abgasrückführventil 7 ist dabei geschlossen.

Beim Öffnen der Drosselklappe 4 wird die Mündung 9 der Unterdrucksteuerleitung 8 überstrichen und der nun wirksam werdende Saugrohrunterdruck kann das Abgasrückführventil 7 über das nunmehr geöffnete Rückschlagventil 10 voll aufziehen. Da sich gleichzeitig die Mündung 15 der Steuerleitung 14 auf der atmosphärischen Seite der Drosselklappe 4 befindet, wird der Membranraum 13a des Bypassventiles 13 belüftet und dadurch die Bypassleitung 12a, 126 um das Rückschlagventil 10 geschlossen. Das Rückschlagventil 10 hält den höchsten Saugrohrunterdruck in dem zum Abgasrückführventil 7 liegenden Abschnitt 8a der Unterdrucksteuerleitung 8 bei sinkendem Saugrohrunterdruck aufrecht. Das Abgasrückführventil 7 bleibt dann so lange geöffnet, bis eine erneute Leerlaufstellung der Drosselklappe 4 die Membrankammer Tb des Abgasrückführventiles 7 belüftet und die Abgasrückführung unterbricht.

Die Ausführung nach F i g. 2 unterscheidet sich von der nach F i g. 1 darin, daß

a) das Bypassventil 13 und das Rückschlagventil 10 in einem dreiteiligen Steuerventilgehäuse 16 vereinigt sind und

b) die Membrane 13 b des Bypassventils 13 auf den Differenzdruck anspricht, der sich aus den Drücken in der Unterdrucksteuerleitung 8 und der Steuerleitung 14 je nach Stellung der Drosselklappe 4 ergibt.

Das Steuerventilgehäuse 16 besteht aus dem Gehäuseoberteil 17 mit dem mittig liegenden Druckanschluß 18 für die Druckleitung 14, aus dem Gehäusemittelteil 19 mit dem seitlichen Druckanschluß 20 für die Unterdrucksteuerleitung 8 und aus dem Gehäuseunterteil 21 mit dem mittig liegenden Druckanschluß 22 für den Abschnitt 8a der Unterdrucksteuereinrichtung 8, die zum Abgasrückführventil 7 führt.

Das Gehäusemittelteil 19 ist mit einer Zwischenwand

23'versehen, die einen Ansatz 24 mit einem den Bypass bildenden Kanal 25 aufweist, der koaxial zum Druckanschluß 22 angeordnet ist. Dieser Kanal 25 ist durch die zwischen dem Gehäuseoberteil 17 und dem Gehäusemittelteil 19 eingespannte Membran 136 des Bypassventils 13 verschlossen, da bei leicht geöffneter Drosselklappe 4 (Fig.2) über die Steuerleitung_/ 14 der Membranraum 13a des Bypassventils 13 belüftet ist und die Membran durch eine an dem Gehäuseoberteil 17 sich abstützende Druckfeder 26 auf ihren durch den to Ansatz 24 gebildeten Ventilsitz 27 drückt.

Die Zwischenwand 23 ist noch mit dem außermittig liegenden Rückschlagventil 10 versehen, das auch als elastischer Ventilpilz ausgebildet ist, dessen Pilzkopf 10a zwei achsparallele Durchgangslöcher 28 in der Zwischenwand 23 öffnet. Der Saugrohrunterdruck öffnet bei der gezeigten Stellung der Drosselklappe 4 somit über das Rückschlagventil 10 das Abgasrückführventil 7. Der Ventilpilz 10 kann bei sinkendem Saugrohrunterdruck infolge der weiter geöffneten Drosselklappe 4 rasch schließen (Fig.3), das heißt, der Ventilpilz 10 kann den hohen Unterdruck zum Abgasrückführventil 7 speichern und dieses in geöffneter Stellung halten.

Wie bei der Ausführung gemäß F i g. 1 beschrieben, zeiht auch bei der Baueinheit im Leerlauf- und Schubbetrieb bei geschlossener Drosselklappe 4 der hohe Unterdruck das Bypassventil 13 auf (F i g. 4). Die vom Ventilsitz abgehobene Membrane 13Z> gibt den Kanal 25 zur Frischluftzufuhr frei, die Membrankammer Tb des Abgasrückführventil 7 wird belüftet und die Abgasrückführung unterbrochen.

In Erweiterung der Ausführung gemäß Fig.2 befindet sich nach F i g. 5 auf der der Zwischenwand 23 zugewandten Seite eine schraubenförmige Druckfeder 29, deren Kraft so bemessen ist, daß erst ab einem Unterdruckwert, der durch die Membrane 136 und die Differenzdruckbeaufschlagung der Membrane bis nah an die Vollast des Motors gelegt werden kann, die Druckfeder 29 die Membrane 136 vom Ventilsitz 27 abhebt.

Durch den Einbau dieser Druckfeder wird nicht nur im Leerlauf- und Schubbetrieb die Abgasrückführung ausgeschaltet, sondern durch den Saugrohrunterdruck auch lastabhängig ausgeschaltet und das ohne Berücksichtigung von Drosselklappenstellung und Motordrehzahl. Die in Fig.5 verwendete schraubenförmige Druckfeder 29 kann auch durch eine Tellerfeder gemäß F i g. 6 ersetzt werden. ^x

Anstelle der vollastabhängigen Abschaltung der Abgasrückführung läßt sich auch eine Abschaltung in Abhängigkeit von der Zeit durchführen, indem in der Zwischenwand 23 eine durch ein Durchgangsloch 30 gebildete Bypassdrossel vorgesehen ist, um hiermit die Abgasrückführung nur so lange wie nötig aufrechtzuerhalten.

Gegebenenfalls können die in den F i g. 1 bis 6 gezeigten Ventilausführungen überall dort eingesetzt werden, wo Unterdrücke gezielt zurückgehalten und wieder abgebaut werden müssen. Sie bleiben nicht auf die Anwendung bei der Abgasrückführung beschränkt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Steuereinrichtung einer mit Abgasrückführung arbeitenden Brennkraftmaschine, in deren Saugrohr eine mit dem Abgasrohr verbundene Abgasrückfahrleitung mündet, die ein membranbetätigtes Abgasrückführventil aufweist, das mit dem Saugrohr über eine Unterdrucksteuerleitung in Verbindung steht, die bei geschlossener Drosselklappe unmittelbar stromauf dieser, jedoch bei geöffneter Drosselklappe stromab dieser liegt, und in der ein den Unterdruck beeinflussendes Element vorgesehen ist, das durch einen Bypass überbrückbar ist, der ein an einer ebenfalls als Steuerleitung wirkenden Druckleitung angeschlossenes membranbetätigtes Bypassventil enthält, dadurch gekennzeichnet, daß das Element durch ein bei unterer Teillast öffnendes Rückschlagventil (10) gebildet ist und die Steuerleitung (14) mit dem Saugrohr (3) so verbunden ist, daß sie bei geschlossener Drosselklappe (4) unmittelbar stromab dieser, jedoch bei geöffneter Drosselklappe stromauf dieser liegt, durch deren geöffnete Stellung der Bypass (12 oder 25) absperrbar und Abgase zumindest im gesamten Teillastbereich rückführbar sind.

2. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auch bei Vollast der Brennkraftmaschine bis zu einer erneuten Schließstellung (Leerlaufstellung) der Drosselklappe (4) Abgase rückführbar sind.

3. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der das Rückschlagventil (10) umgehende Bypass (12) durch zwei zum Bypassventil (13) führende Bypassleitungen (12a, \2b) besteht, von denen die saugrohrseitige Bypassleitung (12a/ durch die Membran (i3b) des Bypassventiles (13) verschließbar ist

4. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückschlagventil (10) und das Bypassventil (13) in einem flach ausgebildeten Steuerventilgehäuse (16) vereinigt sind.

5. Steuereinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Steuerventilgehäuse (16) zusammensetzt aus einem Gehäuseoberteil (17) mit einem für die Steuerleitung (14) vorgesehenen Druckanschluß (18), aus einem Gehäusemittelteil (19) mit einem Druckanschluß (20) für die saugrohrseitige Unterdrucksteuerleitung (8) und aus einem Gehäuseunterteil (21) mit einem Druckanschluß (22) zum Abgasrückführventil (7), von denen der Gehäusemittelteil (19) eine das Rückschlagventil (10) enthaltene Zwischenwand (23) aufweist.

6. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenwand (23) mit einem mittig liegenden Ansatz (24) versehen ist, der einen den Bypass bildenden Kanal (25) und einen Ventilsitz (27) für die Membran (136/ des Bypassventiles (13) aufweist, die zwischen dem Gehäusemittelteil (19) und dem Gehäuseoberteil (17) eingespannt ist und durch eine Druckfeder (26) auf den Ventilsitz (27) gedrückt wird und den Kanal (25) zum Abgasrückführventil (7) sperrt.

7. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückschlagventil (10) als elastischer Ventilpilz ausgebildet ist, dessen Pilzkopf (10a,) mindestens ein Durchgangsloch (IQb oder 28) steuert.

8. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Membran (13b) des Bypa'ssventils (13) und der Zwischenwand (23) eine Druckfeder (29) angeordnet ist, die die Membran (136,) zumindest bei Vollast der Brennkraftmaschine von ihrem Ventilsitz (27) abhebt.

9. Steuereinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckfeder (29) den zylindrisch geformten Ansatz (24) umgibt und schraubenförmig ausgebildet ist.

10. Steuereinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckfeder (29) durch eine Tellerfeder gebildet ist.

11. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in der Zwischenwand (23) ein als Drossel wirkendes Durchgangsloch (30) vorgesehen ist.

12. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß in der Unterdrucksteuerleitung (8) ein Thermoventil (11) vorgesehen ist, das bis ca. 40° Kühlwassertemperatur die Unterdruckversorgung zum Abgasrückführventil (7) unterbricht.