DE69200036T2 - Exhaust gas recirculation improvements. - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf Vorrichtungen, die eine teilweise Rückführung der Abgase in Verbrennungsmotoren von Kraftfahrzeugen sicherstellen und eine Rückführungsleitung, die sich zwischen einem Punkt des Auslaßrohres des Motors und einem Punkt des Zuführungsrohres erstreckt, ein in dieser Leitung angeordnetes Ventil und Einrichtungen zum Steuern und Einstellen der Öffnung dieses Ventils in Abhängigkeit von vorgegebenen Kriterien (Temperaturen, Zusammensetzung bestimmter Gase) enthalten, wobei die Einrichtungen selbst mit einem Rechner zum Ausarbeiten von elektrischen Steuersignalen in Abhängigkeit von diesen Kriterien versehen sind.The invention relates to devices ensuring a partial recirculation of exhaust gases in internal combustion engines of motor vehicles and comprising a recirculation line extending between a point on the engine's outlet pipe and a point on the supply pipe, a valve arranged in this line and means for controlling and adjusting the opening of this valve as a function of predetermined criteria (temperatures, composition of certain gases), the means themselves being provided with a computer for elaborating electrical control signals as a function of these criteria.
Die Erfindung betrifft genauer, jedoch nicht ausschließlich solche Vorrichtungen, bei denen das Ventil in der Nähe des Zuführungsrohres angeordnet ist, d. h. in einem Bereich des Motors, der einer weniger starken Erwärmung unterworfen ist als das Auslaßrohr.The invention relates more specifically, but not exclusively, to devices in which the valve is arranged near the supply pipe, i.e. in a region of the engine which is subject to less heating than the outlet pipe.
Insbesondere betrifft die Erfindung Rückführungseinrichtungen für Motoren, die selbst einen Druckölschmierkreis mit einer Umwälzpumpe, einer Sammelwanne und Leitungen enthalten, die die Wanne mit der Pumpe, dann mit dem Motor und den Motor erneut mit der Wanne verbinden.In particular, the invention relates to recirculation devices for engines which themselves contain a pressure oil lubrication circuit with a circulation pump, a collection pan and lines connecting the pan to the pump, then to the engine and the engine again to the pan.
Bei bekannten Ausführungsformen derartiger Rückführungseinrichtungen wurde vorgeschlagen, in die Steuereinrichtung für das Ventil einen hydraulischen Arbeitszylinder, dessen Kolben kinematisch mit dem Rückführungsventil verbunden ist und der in einer Richtung durch eine Feder beaufschlagt und dessen Zylinder durch den Kolben in zwei Kammern unterteilt wird und ein Elektroventil mit wenigstens zwei Stellungen einzuschließen, das zwischen dem Ausgang der Ölpumpe und einer der Kammern so befestigt ist, daß in einer der Stellungen die Kammer mit dem Ausgang verbunden ist, wodurch der Kolben in einer ersten Richtung entgegen der Kraft der Feder zurückgestoßen wird und daß in der anderen Stellung des Elektroventils die Kammer mit der Wanne verbunden ist, wobei dann die Feder den Kolben in umgekehrter Richtung beaufschlagt (DE-A-1 963 235).In known embodiments of such feedback devices, it has been proposed to incorporate a hydraulic Working cylinder, the piston of which is kinematically connected to the return valve and which is acted upon in one direction by a spring and the cylinder of which is divided into two chambers by the piston, and an electrovalve with at least two positions which is mounted between the outlet of the oil pump and one of the chambers in such a way that in one of the positions the chamber is connected to the outlet, whereby the piston is pushed back in a first direction against the force of the spring and that in the other position of the electrovalve the chamber is connected to the pan, the spring then acting on the piston in the opposite direction (DE-A-1 963 235).
Diese Ausführungsformen haben insbesondere die folgenden Nachteile:These embodiments have in particular the following disadvantages:
- die Richtung, in der die Feder den Kolben beaufschlagt, entspricht der der Öffnung des Ventils: wenn daher eine Störung in dem hydraulischen Steuerkreis auftritt, wird das Ventil automatisch maximal geöffnet. Dies muß vermieden werden, weil es, wenn man eine teilweise Rückführung des Abgases unter bestimmten Betriebsbedingungen des Motors zuläßt, schädlich ist, eine derartige insbesondere maximale Rückführung dauernd sicherzustellen;- the direction in which the spring urges the piston corresponds to that of the valve opening: therefore, if a fault occurs in the hydraulic control circuit, the valve is automatically opened to the maximum. This must be avoided because, if partial recirculation of the exhaust gases is permitted under certain operating conditions of the engine, it is harmful to ensure such recirculation, particularly maximum recirculation, on a permanent basis;
- die Steuerung des Ventils wird in einer Richtung allein durch das Entspannen der Feder sichergestellt, was unter bestimmten Betriebsbedingungen zu schwach und zu langsam vor sich gehen kann: dies ist insbesondere beim Anfahren, wenn das Öl noch kalt und damit verhältnismäßig dickflüssig ist, der Fall; dabei kann die Dauer einer solchen Steuerung eine Sekunde und mehr betragen.- the control of the valve is ensured in one direction only by the relaxation of the spring, which under certain operating conditions can be too weak and too slow: this is particularly the case with This is the case when the oil is still cold and therefore relatively viscous; the duration of such a control can be one second or more.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu vermeiden.The invention is based on the object of avoiding these disadvantages.
Ausgehend von einer Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art besteht die Erfindung darin, daß das Elektroventil ein Vierwegeventil ist, dessen erster Anschluß mit dem Ausgang der Ölpumpe, dessen zweiter Anschluß mit der Rücklaufleitung des Ölkreislaufes zur Wanne, dessen dritter Anschluß mit der Kammer des Arbeitszylinders, deren maximale Füllung der maximalen Öffnung des Ventils entspricht, und dessen vierter Anschluß mit der anderen Kammer des Arbeitszylinders verbunden ist, und daß das Elektroventil so angeordnet ist, daß in einer der beiden Stellungen, d. h. der Ruhestellung, der dritte Anschluß mit dem zweiten und der vierte Anschluß mit dem ersten und in der anderen Stellung, d. h. der Rückführungsstellung, der dritte Anschluß mit dem ersten und der vierte Anschluß mit dem zweiten Anschluß verbunden ist.Starting from a device of the type described at the outset, the invention consists in that the electrovalve is a four-way valve, the first connection of which is connected to the outlet of the oil pump, the second connection of which is connected to the return line of the oil circuit to the pan, the third connection of which is connected to the chamber of the working cylinder, the maximum filling of which corresponds to the maximum opening of the valve, and the fourth connection of which is connected to the other chamber of the working cylinder, and that the electrovalve is arranged in such a way that in one of the two positions, i.e. the rest position, the third connection is connected to the second and the fourth connection to the first and in the other position, i.e. the return position, the third connection is connected to the first and the fourth connection to the second connection.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß der Arbeitszylinder mit einer mechanischen Feder verbunden ist, die so angebracht ist, daß sie den Kolben ständig in die Schließstellung bes Ventils drückt.A preferred embodiment of the invention provides that the working cylinder is connected to a mechanical spring which is mounted in such a way that it constantly presses the piston into the closed position of the valve.
Die Erfindung umfaßt darüber hinaus weitere Merkmale, die vorzugsweise gleichzeitig benutzt und im folgenden ausführlicher beschrieben werden.The invention also includes further features, which are preferably used simultaneously and are described in more detail below.
Auf der Zeichnung ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dargestellt, auf die diese nicht beschränkt ist. Die Figuren 1 und 2 zeigen schematisch eine Rückführungseinrichtung mit den Merkmalen der Erfindung in der Ruhestellung und in der Rückführungsstellung.The drawing shows a preferred embodiment of the invention, to which it is not limited. Figures 1 and 2 show schematically a return device with the features of the invention in the rest position and in the return position.
Es geht darum bei einem Verbrennungsmotor insbesondere einem Dieselmotor mit einem Luftzuführungsrohr 2 und einem Abgasrohr 3 für die verbrannten Gase, eine teilweise Rückführung dieser Gase sicherzustellen, wobei die Menge der rückgeführten Gase in jedem Augenblick durch einen Rechner 4 in Abhängigkeit von bestimmten, dem Fachmann bekannten Kriterien (insbesondere bestimmten Temperaturen, Gehalten an bestimmten Bestandteilen im Abgas und/oder zugeführten Gasgemischen) erfolgt.The aim is to ensure a partial recirculation of an internal combustion engine, in particular a diesel engine, with an air supply pipe 2 and an exhaust pipe 3 for the burnt gases, the quantity of recirculated gases being determined at any given moment by a computer 4 as a function of certain criteria known to the person skilled in the art (in particular certain temperatures, contents of certain components in the exhaust gas and/or supplied gas mixtures).
Zu diesem Zweck wird in an sich bekannter Weise eine Rückführungsleitung 5 vorgesehen, die sich zwischen einem Punkt des Abgasrohres 3 und einem Punkt der Zuführungsleitung 2 erstreckt und die ein Ventil 6 enthält, mit dem die zurückgeführte Menge geregelt wird.For this purpose, a return line 5 is provided in a manner known per se, which extends between a point on the exhaust pipe 3 and a point on the supply line 2 and which contains a valve 6 with which the returned quantity is regulated.
Die Erfindung betrifft insbesondere die Art, in der die Öffnung des Ventils 6, ausgehend von durch den Rechner 4 ausgearbeiteten elektrischen Signalen, automatisch gesteuert und eingestellt wird.The invention relates in particular to the manner in which the opening of the valve 6 is automatically controlled and adjusted on the basis of electrical signals processed by the computer 4.
Statt für diese Steuerung und Einstellung pneumatische Einrichtungen zu benutzen, die auf Unterdrucke eingestellt sind, wie dies im allgemeinen der Fall ist, kann man hier die hydraulische Energie benutzen, die durch das Drucköl in einem Druckölschmierkreis 1 entwickelt wird.Instead of using pneumatic devices set to negative pressure for this control and adjustment, as is generally the case, one can use the hydraulic energy that by the pressure oil in a pressure oil lubrication circuit 1.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Motor 1 nämlich mit einem derartigen Kreislauf verbunden, der eine Ölumwälzpumpe 7, eine Sammelwanne 8 für das Öl und Leitungsstücke 9, 10 und 11 enthält, die die Wanne mit der Pumpe, die Pumpe mit dem Motor bzw. den Motor erneut mit der Wanne verbinden.In the embodiment shown, the engine 1 is connected to such a circuit, which contains an oil circulation pump 7, a collecting pan 8 for the oil and pipe sections 9, 10 and 11, which connect the pan to the pump, the pump to the engine and the engine again to the pan.
Um die hydraulische Energie dieses Ölkreislaufes auszunutzen, werden folgende Einrichtungen verwendet:In order to exploit the hydraulic energy of this oil circuit, the following devices are used:
- einerseits ein hydraulisches Ventil V, das aus einem Zylinder 12 und einem Kolber 13 besteht, dessen Stange 14 kinematisch mit dem Ventil 6 verbunden ist und- on the one hand, a hydraulic valve V, which consists of a cylinder 12 and a piston 13, the rod 14 of which is kinematically connected to the valve 6 and
- andererseits ein Elektroventil E, das vier Anschlüsse A, B, C und D enthält.- on the other hand, an electrovalve E containing four connections A, B, C and D.
Die vier Anschlüsse sind wie folgt miteinander verbunden:The four connectors are connected as follows:
- der Anschluß A über eine Leitung 15 mit dem Leitungsstück 10,- connection A via a line 15 with the line section 10,
- der Anschluß B über eine Leitung 16 mit dem Leitungsstück 11,- connection B via a line 16 with the line section 11,
- der Anschluß C über eine Leitung 17 mit der Kammer M der beiden Kammern M und P des Zylinders V, dessen maximale Füllung der maximalen Öffnung des Ventils 6 entspricht und- the connection C via a line 17 with the chamber M of the two chambers M and P of the cylinder V, the maximum filling of which corresponds to the maximum opening of the valve 6 and
- der Anschluß D über eine Leitung 18 mit der anderen Kammer P des Zylinders V.- the connection D via a line 18 with the other chamber P of the cylinder V.
Wie sich aus der Zeichnung ergibt, durchquert die Stange 14 vorzugsweise die Zuführungsleitung 2, so daß es möglich ist, sie durch das kalte brennbare Gemisch, das in den Motor eingeführt wird zu kühlen.As can be seen from the drawing, the rod 14 preferably passes through the supply line 2 so that it is possible to cool it by the cold combustible mixture introduced into the engine.
Diese Maßnahme kann sich vorteilhaft auswirken wegen der hohen Temperatur der Abgase, die im Bereich des Ventils 6 in die Leitung 2 zurückgeführt werden.This measure can have an advantageous effect due to the high temperature of the exhaust gases which are returned to line 2 in the area of valve 6.
Das Elektroventil E wird 50 betrieben, daß es die eine oder andere der beiden folgenden Stellungen einnimmt, nämlichThe solenoid valve E is operated 50 so that it assumes one or the other of the following two positions, namely
- eine erste Stellung, in der die beiden Anschlüsse A und D ebenso wie die beiden Anschlüsse B und C miteinander verbunden werden (Fig. 1).- a first position in which the two connections A and D as well as the two connections B and C are connected to each other (Fig. 1).
- oder eine zweite Stellung, in der die Verbindung zwischen den beiden Anschlüssen A und C und zwischen den beiden Anschlüssen B und D hergestellt wird (Fig. 2).- or a second position in which the connection is established between the two connections A and C and between the two connections B and D (Fig. 2).
In der ersten oben genannten Stellung des Elektroventils E, die auf Fig. 1 dargestellt ist, haben die beschriebenen Verbindungen die Wirkung, daß der Druck des Öls, das durch die Pumpe 7 umgewälzt wird, an die Kammer P des Zylinders angelegt wird und im Gegensatz, das Öl, das in der Kammer M des Zylinders enthalten ist, in die Wanne 8 entleert wird.In the first above-mentioned position of the solenoid valve E, shown in Fig. 1, the connections described have the effect of applying the pressure of the oil circulated by the pump 7 to the chamber P of the cylinder and, conversely, of emptying the oil contained in the chamber M of the cylinder into the pan 8.
Diese Stellung entspricht der Anlage des Ventils 6 an seinem Sitz; damit ist das Ventil geschlossen und es findet kein Umlaufen des Abgases in dem Motor 1 statt; dies ist die Ruhestellung.This position corresponds to the position of valve 6 at its seat; the valve is thus closed and there is no circulation of the exhaust gas in the engine 1; this is the rest position.
Im Gegensatz dazu wird in der zweiten Stellung des Elektroventils E, die auf Fig. 2 dargestellt ist, die Kammer P zum Entleeren in die Wanne 8 und die Kammer M mit dem Ausgang der Pumpe 7 verbunden und damit mit Drucköl angefüllt: der Kolben 13 wird dann in die Stellung (in die auf der Zeichnung dargestellte höchste Stellung) gedrückt, die der maximalen Öffnung des Ventils 6 entspricht, d. h. in die Stellung der maximalen Rückführung.On the contrary, in the second position of the solenoid valve E, shown in Fig. 2, the chamber P is connected to the drain into the tank 8 and the chamber M is connected to the outlet of the pump 7 and thus filled with pressurized oil: the piston 13 is then pushed into the position (the highest position shown in the drawing) corresponding to the maximum opening of the valve 6, i.e. the position of maximum return.
Die Umstellung des Elektroventils E von der Ruhestellung in die Rückführungsstellung und umgekehrt, werden durch elektrische Signale gesteuert, die durch den Rechner 4 ausgearbeitet werden.The switching of the solenoid valve E from the rest position to the return position and vice versa, is controlled by electrical signals processed by the computer 4.
Diese Steuerung kann so sein, daß das Ventil von vollem zu keinem Durchgang umgestellt wird.This control can be such that the valve is switched from full to no passage.
Es kann auch eine progressive Steuerung verwendet werden, bei der die elektrischen Signale dann insbesondere in Form von regelmäßigen Impulsfolgen auftreten, deren Breiten um so größer sind, je mehr das Verhältnis des zurückzuführenden Abgases erhöht ist; dabei ist das Elektroventil E während der gesamten Dauer der Impulse in seiner Rückführungsstellung und im Gegensatz dazu während der Intervalle zwischen den aufeinanderfolgenden Impulsen in seiner Ruhestellung.A progressive control can also be used, in which the electrical signals then appear in particular in the form of regular pulse trains, the widths of which are greater the more the ratio of exhaust gases to be recirculated is increased; the solenoid valve E is in its recirculation position for the entire duration of the pulses and, conversely, in its rest position during the intervals between the successive pulses.
In die Kammer P dieser abgeänderten Ausführung kann eine Feder 19 eingesetzt werden, um das Schließen des Ventils 6 sicherzustellen, wobei die Druckkraft dieser Feder 19 den hydraulischen Druck, der auf den Kolben 13 in der Ruhestellung der Vorrichtung ausgeübt wird unterstützt, d. h. diesen Druck im Fall einer Störung ersetzt.A spring 19 can be inserted into the chamber P of this modified version to ensure the closing of the valve 6, the compression force of this spring 19 supporting the hydraulic pressure exerted on the piston 13 in the rest position of the device, ie replacing this pressure in the event of a malfunction.
Unabhängig von der Ausführungsform erhält man schließlich eine Rückführungseinrichtung für Abgase, deren Aufbau und Funktion sich aus Vorstehendem ausreichend ergeben.Regardless of the design, one ultimately obtains a recirculation device for exhaust gases, the structure and function of which are sufficiently clear from the above.
Die Vorrichtung hat, verglichen mit bekannten Vorrichtungen dieser Art, insbesondere die folgenden Vorteile:Compared to known devices of this type, the device has the following advantages in particular:
- sie ermöglicht es, eine schon bei dem Fahrzeug in Form eines Druckölumlaufes vorliegende Energie auszunutzen und vermeidet damit die Notwendigkeit auf eine unabhängige Energiequelle, z. B. eine Druck- oder eine Vakuumquelle zurückzugreifen, wie es beim Stand der Technik üblich ist.- it makes it possible to exploit energy already present in the vehicle in the form of a pressure oil circulation and thus avoids the need to resort to an independent energy source, e.g. a pressure or vacuum source, as is usual in the state of the art.
- Die Steuerungen zum Öffnen und Schließen des Ventils 6, die eine bestimmte Belastung als Folge von Gasdrucken erfordern können, die in unmittelbarer Nähe des Ventils austreten verringert sich tatsächlich auf die Steuerung einfacher, insbesondere nur gradliniger oder nur winkliger Verschiebungen des beweglichen Teils des Elektroventils E; dabei benötigen die Verschiebungen vollständig vernachlässigbare Steuerkräfte und können zeitlich mit sehr hohem Takt aufeinanderfolgen, wobei unter anderem äußerst genaue progressive und Regulierungen der Rückführung möglich sind: Die sehr schnellen Steuerungen des Ventils 6 sind dadurch möglich, daß sie in den beiden Richtungen durch Drucköl sichergestellt werden und nicht nur durch die Spannung einer Feder für eine der beiden Richtungen.- The opening and closing commands of the valve 6, which may require a certain load as a result of gas pressures emerging in the immediate vicinity of the valve, are reduced to the command of simple movements, in particular linear or angular, of the moving part of the solenoid valve E; these movements require completely negligible control forces and can follow one another at a very high rate, allowing, among other things, extremely precise progressive and Feedback is possible: The very fast controls of the valve 6 are possible because they are ensured in both directions by pressure oil and not only by the tension of a spring for one of the two directions.
-Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, die die Feder 19 enthält, wird das Ventil 6 im Falle einer Störung des elektrischen und/oder hydraulischen Steuerkreises automatisch in seine Schließposition gedrückt.-In the preferred embodiment of the invention, which includes the spring 19, the valve 6 is automatically pushed into its closed position in the event of a fault in the electrical and/or hydraulic control circuit.
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