DE4424802C1 - Vorrichtung zur Abgasrückführung bei einem Verbrennungsmotor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Abgasrück­ führung bei einem Verbrennungsmotor nach der im Ober­ begriff des Anspruchs 1 näher definierten Art.

Die Abgasrückführung bei Verbrennungsmotoren ist eine Möglichkeit, um Schadstoffemissionen, insbesondere den Ausstoß von Stickoxiden, ohne größere Verbrauchs- und Leistungseinbußen des Verbrennungsmotors abzusenken.

Hierzu soll allgemein im Verbrennungsmotor ein Teil des bei der Verbrennung entstandenen Abgases möglichst gekühlt und dosiert im Einlaßtakt wieder zugeführt werden.

Nachteilig ist bei allen bisher bekannten Methoden der Abgasrückführung, daß das korrosive, partikelhaltige und feuchte Abgas die verschmutzungsempfindlichen Bau­ teile im Ansaugtrakt durchströmen muß, wodurch die Funktion der genannten Bauteile beeinträchtigt werden kann.

Aus der JP-03-202603 ist eine Öffnungs- und Schließ­ vorrichtung für Ventile in Verbrennungskraftmaschinen bekannt.

Mittels des in der genannten Druckschrift beschriebe­ nen Öffnungs- und Schließmechanismus soll ebenfalls eine Abgasrückführung realisiert werden.

Hierzu weisen die Nocken des Auslaßventiles der Ver­ brennungskraftmaschine jeweils eine zusätzliche Erhe­ bung auf, so daß ein Teil des Abgases, das zuvor von dem Kolben der Verbrennungskraftmaschine ausgestoßen wurde, beim Einlaßhub aus der Abgasleitung wieder in den Brennraum zurückströmen kann.

Nachteilig bei der in der genannten Druckschrift be­ schriebenen Vorrichtung ist jedoch, daß das Abgas erst zu einem verhältnismäßig späten Zeitpunkt, nämlich erst während des Ansaugtaktes, in den Brennraum der Verbrennungskraftmaschine strömt, so daß nur wenig Zeit zur Verfügung steht, um das Abgas vor dem näch­ sten Kompressionstakt abzukühlen. Die Temperatur im Brennraum wird hierdurch sehr schnell erhöht, so daß das ebenfalls angesaugte Frischgas schnell aufgeheizt wird und sich entsprechend ausdehnt, wodurch umso we­ niger Frischluftmasse in den Brennraum gelangen kann, was zu einer Verschlechterung des Liefergrades führt.

Ein weiterer Nachteil des in der genannten Druck­ schrift offenbarten Öffnungs- und Schließmechanismus ist, daß das Abgas nur dann aus dem Auslaßkanal in den Brennraum zurückströmen kann, wenn der Druck im Zylin­ der bzw. im Brennraum niedriger ist als im Auslaßka­ nal. Da jedoch oftmals in den für die Abgasrückführung wichtigen Kennfeldpunkten eines Verbrennungsmotors dieser Fall nicht vorliegt, also der Druck im Zylinder nicht niedriger ist, als im Auslaßkanal, kann gegebe­ nenfalls Frischluft in den Auslaßkanal strömen und sich damit dem Brennraum entziehen.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu­ grunde, eine Vorrichtung zur Abgasrückführung bei ei­ nem Verbrennungsmotor vorzusehen, bei der genügend Zeit verbleibt, um das Abgas abzukühlen und einen guten Liefergrad zu erzielen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kenn­ zeichnenden Teil des Anspruchs 1 genannten Merkmale gelöst.

Durch ein zusätzliches Aktivieren bzw. Öffnen des Ein­ laßventiles zusätzlich zum Öffnen des Auslaßventiles während des Ausstoßtaktes wird Abgas von dem sich in Richtung auf den oberen Totpunkt bewegenden Kolben durch das Einlaßventil ins Saugrohr gedrückt. Die in dem Abgas vorhandene Wärmeenergie kann dort an die Wandungen des Saugrohrs oder an einen gegebenenfalls vorhandenen Wärmetauscher im Saugrohr abgegeben wer­ den, so daß das Abgas abgekühlt wird. Nachdem die gewünschte Abgasmenge durch das Einlaßventil aus­ geschoben wurde bzw. aufgrund des in der Brennkammer vorherrschenden hohen Druckes in das mit geringerem Druck beaufschlagte Saugrohr strömt, wird das Einlaß­ ventil wieder geschlossen und das Auslaßventil bleibt geöffnet, um den Ausschiebetakt zu vollenden. Das hierbei ins Saugrohr geschobene Abgas wird beim näch­ sten Einlaßtakt mit angesaugt, gelangt also wieder in den Brennraum, und wird bei der nächsten Zündung im Brennraum erneut verbrannt.

Aufgrund des Abkühlens des Abgases wird das angesaugte Frischgas nur sehr leicht oder gar nicht aufgeheizt und wird sich daher auch nur leicht oder gar nicht ausdehnen, wodurch ein guter Liefergrad erzielt wird.

Die Aktivierung des Einlaßventiles erfolgt in einfa­ cher Weise mittels einer Zusatzeinrichtung, so daß die Vorrichtung problemlos in vorhandene Verbrennungsmoto­ ren integriert werden kann, ohne daß dabei Nachteile entstehen.

Nachfolgend sind anhand der Zeichnung zwei Ausfüh­ rungsbeispiele der vorliegenden Erfindung prinzipmäßig beschrieben.

Es zeigt:

Fig. 1 eine Ansicht eines Nockens einer Nockenwelle, und

Fig. 2 eine hydraulische Ventilsteuereinrichtung.

Bezugnehmend auf Fig. 1 ist eine Ansicht einer Ventil­ steuereinrichtung dargestellt, die in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel als Nocken 1 ausgeführt ist. Der Nocken 1 ist auf einer Nockenwelle 2 befestigt, wobei die Nockenwelle 2 drehbar gelagert (nicht dargestellt) ist.

Bei einer Drehbewegung der Nockenwelle 2 wird das Einlaßventil (nicht dargestellt) eines Verbrennungs­ motors durch einen ersten Nockenbereich 3 des Nockens 1 geöffnet und auch anschließend aufgrund der beim Öffnungsvorgang des Einlaßventils vorgespannten Ventilfeder wieder verschlossen.

Auf der dem Nockenbereich 3 gegenüberliegenden Seite des Nockens 1, d. h. um annähernd 180° Nockenwinkel versetzt, ist ein Zusatznocken 4 bzw. eine entspre­ chende Erhöhung oder ein Buckel angeordnet. Der Zu­ satznocken 4 sorgt für ein erneutes Öffnen des nicht dargestellten Einlaßventils des Verbrennungsmotors, wobei die Öffnungszeit und der Öffnungsquerschnitt des Einlaßventiles von der Geometrie des Zusatznockens 4 abhängig sind.

Eine Regelung des Öffnungsquerschnittes des Einlaßven­ tils kann dadurch erreicht werden, daß das Ventilspiel des Einlaßventiles zusätzlich steuerbar ist, so daß mittels dieser Steuerung ein Öffnen des Einlaßventiles durch den Zusatznocken 4 beispielsweise verhindert werden kann. Die Steuerung des Ventilspieles des Ein­ laßventiles ist hierbei von den Kennfelddaten des Ver­ brennungsmotors abhängig, so daß die Abgasrückführung bzw. die zurückgeführte Menge an Abgas abhängig von der aktuellen Position innerhalb des Kennfelds des Verbrennungsmotors geregelt werden kann. Einrichtungen zum Verändern des Ventilspieles sind aus der Praxis bekannt.

Fig. 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Vor­ richtung zur Abgasrückführung bei einem Verbrennungs­ motor.

Hierbei ist die Ventilsteuereinrichtung 1 hydraulisch ausgeführt, d. h. das Einlaßventil 5 wird dann akti­ viert bzw. geöffnet, wenn aus einer Fülleitung 6 Hy­ draulikflüssigkeit in einen Raum 7 einströmt, wodurch ein Kolben 8 aktiviert wird, welcher mit dem Einlaß­ ventil 5 verbunden ist.

Ein Rückströmen der Hydraulikflüssigkeit aus dem Raum 7 zurück in die Fülleitung 6 wird durch ein Rück­ schlagventil 9 verhindert, welches an der Mündung der Fülleitung 6 in den Raum 7 angeordnet ist.

Aus dem Raum 7 kann die Hydraulikflüssigkeit zu einem weiteren Kolben 10 strömen, welcher mit dem Stößel 11 des Auslaßventils (nicht dargestellt) des Verbren­ nungsmotors verbunden ist. Die Hydraulikflüssigkeit kann aus dem Raum 7 über eine Abflußleitung 12 abflie­ ßen. In die Abflußleitung 12 ist ein Magnetventil ein­ gebaut, das in dem vorliegendem Ausführungsbeispiel als 2/2-Wegeventil ausgeführt ist.

Wird nun, um das Auslaßventil zu öffnen, d. h. den Stö­ ßel 11 des Auslaßventils zu betätigen, Hydraulikflüs­ sigkeit durch die Fülleitung 6 in den Raum 7 geför­ dert, und befindet sich gleichzeitig das Magnetventil 13 in seiner in der Fig. 2 dargestellten geschlossenen Stellung, so wird gleichzeitig mit dem Stößel des Aus­ laßventiles das Einlaßventil 5 geöffnet, wobei nach einer bestimmten Zeitdauer das Magnetventil 13 geöff­ net wird und somit die Hydraulikflüssigkeit aus dem Raum 7 durch die Abflußleitung 12 abfließen kann. Das Einlaßventil 5 wird hierbei zusammen mit dem Auslaß­ ventil gedämpft geschlossen. Die Zeitdauer, während der das Magnetventil 13 in seiner in der Fig. 2 darge­ stellten verschlossenen Stellung verbleibt, ist abhän­ gig von einer Kennfeldregelung für den Verbrennungsmo­ tor.

Aufgrund der in den beiden Ausführungsbeispielen be­ schriebenen Möglichkeit zum zusätzlichen Öffnen des Einlaßventiles während des Ausstoßtaktes des Verbren­ nungsmotors kann das Abgas, das normalerweise nur durch das Auslaßventil entweichen soll, teilweise in das Saugrohr des Verbrennungsmotors zurückgeführt wer­ den. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, daß die Peri­ pherie des Verbrennungsmotors, also beispielsweise La­ der oder Ladeluftkühler, von dem Abgas verschont blei­ ben, so daß das korrosive, partikelhaltige und feuchte Abgas diese verschmutzungsempfindlichen Bauteile bzw. deren Funktion nicht beeinträchtigen kann. Ein weite­ rer Vorteil der beschriebenen Vorrichtung ist die Mög­ lichkeit, die Öffnungsdauer des Einlaßventiles und so­ mit die Rückführrate des Abgases im gesamten Kennfeld des Verbrennungsmotors gut regeln zu können, so daß für jeden Punkt des Kennfeld des Verbrennungsmotors die optimale Rückführrate an Abgas realisiert werden kann.

Gegenüber bekannten Verfahren zur Abgasrückführung lassen sich auch höhere Rückführraten darstellen ohne den Luftdurchsatz wesentlich zu beeinträchtigen.

Claims (6)

1. Vorrichtung zur Abgasrückführung bei einem Verbren­ nungsmotor nach dem Vier-Takt-Prinzip, insbesondere bei einem Dieselmotor, mit jeweils wenigstens einem Einlaß- und einem Auslaßventil, welche von einer Ventilsteuereinrichtung betätigbar sind, die mit einer Zusatzeinrichtung für eine zusätzliche Öffnung eines Ventiles ver­ sehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Zusatzeinrichtung (4, 13) wenigstens eines der Einlaßventile (5) während des Ausstoßtaktes für eine Teilrückführung des Abgases in den Ansaugtrakt aktivierbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilsteuereinrichtung als Nocken (1) auf der Nockenwelle (2) für das Einlaßventil ausgebildet ist, wobei die Zusatzeinrichtung als Zusatznocken (4) auf dem Nocken (1) ausgeführt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilsteuereinrichtung (1) hydraulisch betä­ tigt ist, wobei die Zusatzeinrichtung als zusätzli­ ches Magnetventil (13) ausgeführt ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilspiel des Einlaßventiles (5) steuerbar ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetventil (13) kennfeldgeregelt ansteuerbar ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilspiel des Einlaßventiles (5) kennfeldge­ regelt veränderbar ist.