DE3545811C2

DE3545811C2 -

Info

Publication number: DE3545811C2
Application number: DE3545811A
Authority: DE
Inventors: Katsuhiko Tama Tokio/Tokyo Jp Sugiura
Original assignee: Fuji Jukogyo KK
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 1984-12-25
Filing date: 1985-12-23
Publication date: 1989-01-05
Also published as: GB2169348B; DE3545811A1; US4683863A; JPS61152955A; GB8531494D0; GB2169348A

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Abgasrückführung für einen Verbrennungsmotor nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei der Abgasrückführung (im folgenden mit EGR bezeichnet), ergibt sich zwar eine Verringerung der Stickoxide in den Abgasen, jedoch wird diese mit einem Leistungsverlust erkauft. Aus der DE-OS 30 34 052 ist eine Anordnung nach dem Oberbegriff des Patentan spruchs 1 bekannt, bei welcher die Motorleistung bzw. die Fahr leistung des so ausgerüsteten Kraftfahrzeuges dadurch verbessert werden kann, daß das Abgas-Rückführventil zum einen über die Strömungsverhältnisse im Ansaugkanal der Maschine gesteuert wird, zum anderen die Abtastwerte über Magnetventile modifizierbar sind. Diese Anordnung ist zum einen kompliziert, zum anderen ergibt sich die angestrebte Verbesserung nur in relativ wenigen Fahr situationen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur Abgasrückführung so auszubilden, daß das Fahr verhalten entsprechend den tatsächlichen Motorbetriebsdaten bei gleichzeitiger Vereinfachung der Anordnung verbessert wird.

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

Die Abgasrückführung wird also nicht von der Fahrzeuggeschwin digkeit bestimmt, wie dies beim bekannten Gegenstand der Fall ist, sondern ausschließlich von den tatsächlichen Motor betriebsdaten, so daß sich in allen Fahrzuständen die ange strebte Verbesserung ergibt.

Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird im fol genden anhand der Zeichnungen näher dargestellt. Hierbei zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 eine graphische Darstellung der Druckkennlinie der EGR-Anordnung der Ausführungsform für einen üblichen Motor,

Fig. 3 eine graphische Darstellung der Kennlinie der Druck differenz in einem EGR-Ventil der EGR-Anordnung, die aus Fig. 2 abgeleitet ist,

Fig. 4 eine graphische Darstellung der Druckkennline der EGR-Anordnung für einen Motor mit Turbolader und

Fig. 5 eine graphische Darstellung der Kennlinie der Druck differenz in dem EGR-Ventil des Motors mit Turbolader, die aus Fig. 4 abgeleitet ist.

Gemäß Fig. 1 ist ein Vergaser eines Motors versehen mit einer Drosselklappe1 in einem Ansaugkanal 1 a, einer EGR-Mündung 2 unmittelbar über dem oberen Schwenkende der Drosselklappe 1 in ihrer geschlossenen Stellung, einer Regelmündung 3 an einer bestimmten Stelle, beispielsweise etwa 15° gegenüber der geschlossenen Stellung, unter dem unteren Schwenkende und einer Abflußmündung 4 stromaufwärts der Drosseklappe 1. Ein EGR-Ventil 5 ist in einer Leitung 9 vorgesehen, die eine Auspuffverzweigung 10 mit einer Ansaugverzweigung 11 zum Öffnen und Schließen der Leitung 9 verbindet. Das EGR-Ventil 5 enthält obere und untere Unterdruckkammern 5 a und 5 b, die durch eine durch eine Feder vorgespannte Membran 5 c begrenzt sind. Die obere Kammer 5 a steht in Verbindung mit der EGR-Mündung 2 über eine Leitung 2 a, die untere Kammer 5 b steht mit der Abflußmündung 4 über eine Leitung 12 und eine Druckregeleinrich tung 6 in Verbindung. Die Druckregeleinrichtung 6 enthält Drossel öffnungen A und B, die in der Leitung 2 vorgesehen sind. An die untere Kammer 5 b wird der Druck zwischen den Öffnungen A und B angelegt. Die Membran 5 c ist an einem Ende eines Ventil stößels 5 d befestigt, dessen gegenüberliegendes Ende an einem konischen Ventilkörper 5 e befestigt ist.

Die EGR-Mündung 2 steht auch in Verbindung mit einem Druck regelventil 7, das den Druck, der an der unteren Kammer 5 b des EGR-Ventils 5 anliegt, über die Druckregeleinrichtung 6 regelt. Das Druckregelventil 7 enthält obere und untere Unterdruck kammern 7 a und 7 b, die durch eine Membran 7 c, die durch eine Feder vorgespannt ist, begrenzt sind. Die obere Kammer 7 a steht in Verbindung mit der EGR-Mündung 2 über die Unterdruckleitungen 7 f und 2 a, die untere Kammer 7 b steht in Verbindung mit der Regeleinrichtung 6 an deren unterem Ende über eine Leitung 7 e. Innerhalb der Kammer 7 b ist eine an der Membran 7 c befestigte Ventilplatte 7 g nahe einer Endmündung 7 d einer Unterdruck leitung 3 a, die mit der Regelmündung 3 verbunden ist, angeordnet. Eine Feder 7 s drückt die Membran 7 c nach unten und schließt dadurch die Mündung 7 d. Die Mündung 7 d wird geöffnet, wenn der Druck Pa 2 in der oberen Kammer 7 a niedriger als der Druck Pb 2 in der unteren Kammr 7 b ist. Das untere Ende der Druckregeleinrichtung 6 steht in Verbindung mit der Abfluß mündung 4 durch eine Leitung 12.

Die Arbeitsweise der EGR-Anordnung ist wie folgt:

Wenn die Drosselklappe 1 während des Leerlaufs geschlossen ist, wird der Atmosphärendruck an die Kammer 7 a des Druckregelventils 7 über die Leitungen 2 a und 7 f und an die Kammer 5 a des EGR-Ventils 5 über die Leitung 2 a angelegt. Der Druck Pa 2 ist deshalb höher als der Druck Pb 2, der vom Unterdruck an der Regel mündung 3 abhängt. Die Mündung 7 d wird demgemäß durch die Ventilplatte 7 g der Membran 7 c geschlossen. In gleicher Weise ist der Druck Pa 1 in der Vakuumkammer 5 a des EGR-Ventils 5 höher als der Druck Pb 1 in der Kammer 5 b, so daß die Membran 5 c nach unten gedrückt wird. Der Ventilkörper 5 e ist demgemäß in Berührung mit dem Ventilsitz 5 f, was bewirkt, daß die Rückführ leitung 9 geschlossen wird.

Wenn die Drosselklappe teilweise geöffnet wird, wird der Druck an der EGR-Mündung 2 ein Unterdruck der an der Kammer 7 a anliegt.

Wenn der Druck Pa 2 in der Kammer 7 a unter einen vorbestimm ten Wert kommt, werden die Membran 7 c und damit die Ventilplatte 7 g gegen die Feder 7 s angehoben, um die Mündung 7 d zu öffnen. Der Druck an der Mündung 3 wird somit an die untere Kammer 7 b angelegt. Wenn der Druck Pb 2 unter den vorbestimmten Wert kommt, werden die Membran 7 c und die Ventilplatte 7 g nach unten durchgebogen, wodurch die Mündung 7 d geschlossen wird. Das Druckregelventil 7 ist deshalb in der Lage, die Differenz zwischen den Drücken Pa 2 und Pb 2 konstant zu halten. Die Differenz ist somit der vorbestimmte Wert des Ventils 7, wobei die Luft in der unteren Kammer 7 b durch die Öffnungen A und B zu der Abflußmündung 4 abfließt, wodurch der Druck Pb 2 verringert wird. Der Druck an der Stelle zwischen den Öffnungen A und B wird an die untere Kammer 5 b des EGR-Ventils 5 angelegt. An die obere Kammer 5 a sowie an die EGR-Mündung 2 wird der Unterdruck angelegt, so daß sich die Membran gegen die Feder anhebt, um den Ventilkörper 5 e von dem Ventilsitz 5 f abzuheben. Die Abgase werden demgemäß von der Auspuffverzweigung 10 zu der Ansaugverzweigung 11 über das EGR-Ventil 5 und die Leitung 9 zurückgeführt. Das Anheben des Ventilkörpers 5 e hängt von der Differenz zwischen den Drücken Pa 1 und Pb 1 ab.

Die Kennlinien der Drücke Pa 1, Pb 1, Pa 2 und Pb 2 sind in den Fig. 2 und 3 gezeigt. Der Druck kann in folgender Weise angegeben werden:

Pa 2 - Pb 2 = konstant
Pb 1 = Pb 2 × A/(A + B),

worin A und B jeweils die wirksamen Querschnitte der Öffnungen A und B sind. Deshalb wird der Druck Pb 1 durch den Durchmesser der Öffnungen A und B bestimmt.

Wenn die Drosselklappe bis unter die Regelmündung 3 geöffnet ist, ist der Öffnungsgrad durch 8 a in Fig. 2 bezeichnet, wobei der Druck Pb 2 gleich dem Atmosphärendruck wird. Die Differenz Pa 1 - Pb 2 wird größer, siehe Fig. 3, so daß der Ventilkörper 5 e, der durch die Druckdifferenz Pa 1 - Pb 1 gesteuert wird, voll geöffnet wird, um eine größere Menge von Abgasen zurückzuführen. Der schraffierte Bereich in Fig. 2 zeigt die Differenz Pa 1 - Pb 1 und der schraffierte Bereich der Fig. 3 zeigt das Anheben des EGR-Ventils. Die horizontale gestrichelte Linie stellt den Einstelldruck des EGR-Ventils dar, der durch die Feder und die Membran bestimmt ist.

Die Kennlinien der Drücke Pa 1, Pb 1 und Pa 2 und Pb 2 in einem Motor mit einem Turbolader sind in Fig. 4 gezeigt. Da der Öffnungsgrad der Drosselklappe 1 ansteigt, werden der Druck an der Abfluß mündung 4 und entsprechend der Druck Pb 2 größer als der Atmo sphärendruck in Abhängigkeit von dem Anstieg des Vorverdichter drucks. Deshalb ist Pa 2-Pb 2 nicht länger ein konstanter Wert, der durch das Druckregelventil 7 bestimmt ist, so daß P = Pa 1 - Pb 2 erhöht wird.

Der Druck Pb 1 in der unteren Kammer 5 b hängt von dem Gleichgewicht zwischen dem Druck Pb 2 in der unteren Kammer 7 b und dem Druck stromaufwärts der Drosselklappe 1 ab. Die Kennlinie der Druckdifferenz Pa 1-Pb 1 ist in Fig. 5 gezeigt. Das EGR-Ventil wird somit in einem weiten Bereich der Drossel klappenöffnung geöffnet.

Die Menge der Auspuffgasrückführung wird somit in Übereinstimmung mit den Fahrzuständen geregelt, wodurch die Fahrfähigkeit und die wirksame Verringerung der Bildung von NOx verbessert werden. In einem Motor mit einem Turbolader wird des weiteren die Menge des rückgeführten Gases durch Anlegen des Turboladerdrucks in Abhängigkeit von der Motorlast in geigneter Weise geregelt.

Claims

1. Anordnung zur Abgasrückführung für einen Verbrennungsmotor, umfassend

a) eine Drosselklappe (1) in einem Ansaugkanal (1 a);
b) eine EGR-Mündung (2) stromaufwärts der Drosselklappe (1;
c) eine Regelmündung (3) stromabwärts der Drosselklappe (1);
d) eine Abflußmündung (4) stromaufwärts der Droselklappe (1);
e) ein EGR-Ventil (5) zum Rückführen von Abgas zum Ansaug kanal (1 a), wobei das EGR-Ventil (5) eine Membran (5 c) aufweist, die eine erste, mit dem Druck an der EGR-Mündung (2) beaufschlagte Kammer (5 a) begrenzt und mit einem Ven tilkörper (5 e) zum Einstellen der Rückführmenge verbunden ist;
f) ein Regelventil (7) mit einer ersten und einer zweiten von einander durch eine Membran (7 c) getrennten Regelkammer (7 a, 7 b) und mit einer Ventileinrichtung (7 g) an der Membran (7 c),

gekennzeichnet durch folgende Merk male:

g) die Regelmündung (3) und die EGR-Mündung (2) sind so nahe stromabwärts bzw. stromaufwärts an der Drossel klappe (1) in deren geschlossener Position angeordnet, daß die Regelmündung (3) beim Öffnen der Drosselklappe (1) dann stromaufwärts von dieser liegt, wenn die EGR- Mündung (2) stromabwärts der Drosseklappe (1) zu lie gen kommt;
h) das EGR-Ventil (5) weist eine zweite, von der ersten Kammer (5 a) über die Membran (5 c) getrennte Kammer (5 b) auf;
i) die zweite Kammer (5 b) ist mit der Abflußmündung (4) verbunden;
j) die erste Regelkammer (7 a) ist mit dem Druck an der EGR-Mündung (2) beaufschlagt;
k) die zweite Regelkammer (7 b) steht mit der Abflußmündung (4) über eine zweite Leitung (12) und mit der Regelmün dung (3) über eine erste Leitung (3 a) in Verbindung, deren Endmündung (7 d) über die, in der zweiten Regel kammer (7 b) angeordnete Ventileinrichtung (7 g) ge schlossen und dann geöffnet werden kann, wenn die Dif ferenz zwischen den Drücken (Pa 2, Pb 2) in den Regelkam mern (7 a, 7 b) einen vorbestimmten Wert überschreiten;
l) es sind Regeleinrichtungen (6) vorgesehen, um den Druck (Pb 2) in der zweiten Regelkammer (7 b) auf einen Wert unterhalb des Druckes (Pb 1) in der zweiten Kammer (6 b) des EGR-Ventils (5) zu halten.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventileinrichtung eine Ventilplatte (7 g) aufweist, die an der Membran (7 c) zum Schließen der Endmündung (7 d) der ersten Leitung (3 a) angeordnet ist.

3. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtungen (6) Drossel-Öffnungen (A, B) auf weisen, die in der zweiten Leitung (12) vorgesehen sind.