DE69203100T2 - Emission control system. - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft Emissionsbegrenzungssysteme für Verbrennungsmotoren.The present invention relates to emission control systems for internal combustion engines.
Eine konventionell verwendete Technik zum Verringern von NOx und anderen Schadstoffen in den Abgasen von Verbrennungsmotoren besteht in der Rückführung eines Teils der Abgase. Das Volumen der Abgase, die zurückgeführt werden können, hängt von der Belastung, der Geschwindigkeit und der Betriebstemperatur des Motors ab. Typisch ist eine Ventilvorrichtung bereitgestellt, um die Durchflußgeschwindigkeit der Abgase zur Ansaugleitung zu steuern. Die Ventilvorrichtung kann durch einen Unterdruckschalter gesteuert werden, wobei ein elektronischer Steuermodul einen elektronischen Unterdruckregler zum Steuern des Unterdruckschalters steuert.A conventionally used technique for reducing NOx and other pollutants in the exhaust gases of internal combustion engines is to recirculate a portion of the exhaust gases. The volume of exhaust gases that can be recirculated depends on the load, speed and operating temperature of the engine. Typically, a valve device is provided to control the flow rate of the exhaust gases to the intake manifold. The valve device may be controlled by a vacuum switch, with an electronic control module controlling an electronic vacuum regulator to control the vacuum switch.
Das Abgassystem des Motors kann auch mit einem katalytischen Konverter zur weiteren Verminderung der Schadstoffe in den Abgasen ausgestattet werden. Um die Zeit zu verringern, die vom katalytischen Konverter benötigt wird, um seine optimale Betriebstemperatur zu erreichen wenn der Motor gestartet wird, kann Luft zum Auspuffkrümmer für die Reaktion mit den Abgasen zum Vorheizen des Katalysators gepumpt werden. In solchen Systemen wird Luft über mehrere Minuten hinweg in den Auspuffkrümmer nach dem Starten des Motors gepumpt, und dann muß sie rasch abgestellt werden. Die Menge der Luft, die mit den Abgasen vermischt wird, ist kritisch, zu wenig Luft verlängert die Auf wärmzeit und zu viel Luft überhitzt den Katalysator, so daß ein Risiko besteht, daß er schmilzt. Da das Volumen der Abgase von der Motorgeschwindigkeit abhängen wird, ist es wünschenswert, daß der Luftfluß zum Auspuffkrümmer gedrosselt wird, um das optimale Verhältnis von der Luft zu den Abgasen bei jeder Geschwindigkeit des Motors beizubehalten.The engine exhaust system may also be equipped with a catalytic converter to further reduce pollutants in the exhaust gases. To reduce the time required for the catalytic converter to reach its optimum operating temperature when the engine is started, air may be pumped to the exhaust manifold to react with the exhaust gases to preheat the catalyst. In such systems, air is pumped into the exhaust manifold for several minutes after the engine is started, and then it must be quickly turned off. The amount of air that The amount of air mixed with the exhaust gases is critical, too little air will prolong the warm-up time and too much air will overheat the catalyst and risk melting it. Since the volume of exhaust gases will depend on the engine speed, it is desirable that the air flow to the exhaust manifold be throttled to maintain the optimum ratio of air to exhaust gases at any engine speed.
GB 2,002,5488 und US-A-4,202,173 offenbaren Emissionsbegrenzungssysteme, sowohl mit Abgasrückführung, als auch mit sekundären Luftsystemen, in denen jedes System durch ein getrenntes Gasstromventil geregelt wird. Die Gasstromventile werden durch ein Druckgefälle aus unabhängig einstellbaren Quellen gesteuert, und obwohl in GB 2,002,548B die einstellbaren Quellen eine gemeinsame elektrische Steuerung besitzen, sind beide Ventile in der Lage, gleichzeitig offen zu sein und dabei dem sekundären Luftstrom zu erlauben, in die Ansaugleitung zurückgeführt zu werden, was eine schwache Funktion des Motors mit eventuellen Schäden am Motor verursachen wird. US-A-3,992,878 offenbart ein System mit einer gemeinsamen einstellbaren Druckquelle, aber wiederum besteht die Möglichkeit, daß die beiden Ventile gleichzeitig offen sind.GB 2,002,5488 and US-A-4,202,173 disclose emission control systems, with both exhaust gas recirculation and secondary air systems, in which each system is controlled by a separate gas flow valve. The gas flow valves are controlled by a pressure gradient from independently adjustable sources and although in GB 2,002,548B the adjustable sources have a common electrical control, both valves are capable of being open simultaneously, thereby allowing the secondary air flow to be recirculated into the intake manifold, which will cause poor engine performance with possible engine damage. US-A-3,992,878 discloses a system with a common adjustable pressure source, but again there is the possibility of the two valves being open simultaneously.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfaßt ein Emissionsbegrenzungssystem für einen Verbrennungsmotor mit einer Ansaugleitung, einem Auspuffkrümmer und einem Abgassystem mit einem katalytischen Konverter: eine Verbindung zwischen dem Auspuffkrümmer und der Ansaugleitung zum Rückführen der Abgase aus dem Auspuffkrümmer zur Ansaugleitung, wobei ein erstes Gasstromventil zum Regeln des Flusses der Abgase aus dem Auspuffkrümmer zur Ansaugleitung bereitgestellt ist; eine Verbindung mit dem Auspuffkrümmer, durch die dem Auspuffkrümmer Luft zugeführt werden kann, wobei ein zweites Gasstromventil zum Regeln des Luftflusses zum Auspuffkrümmer bereitgestellt ist, wobei sowohl das erste, als auch das zweite Gasstromventil durch einen Fluidumdruckdifferentialschalter betätigt wird, der, wenn er dem atmosphärischen Druck ausgesetzt wird, das Gasstromventil in seiner geschlossenen Stellung halten wird, wobei eine gemeinsame, einstellbare Druckquelle zum Steuern des ersten und des zweiten Gasstromventils angepaßt ist; dadurch gekennzeichnet, daß das erste und das zweite Gasstromventil selektiv mit der einstellbaren Druckquelle durch eine gemeinsame Zweiwegeventilvorrichtung verbunden sind, wobei die Ventilvorrichtung zwischen einer ersten Stellung, in der der Fluidumdruckdifferentialschalter des ersten Gasstromventils mit der einstellbaren Druckquelle verbunden ist, während der Fluidumdruckdifferentialschalter des zweiten Gasstromventils mit dem atmosphärischen Druck verbunden ist, und einer zweiten Stellung, in der der Fluidumdruckdifferentialschalter des zweiten Gasstromventils mit der einstellbaren Druckquelle verbunden ist, während der Fluidumdruckdifferentialschalter des ersten Gasstromventils mit dem atmosphärischen Druck verbunden ist, umgeschaltet werden kann.According to one aspect of the present invention, an emission control system for an internal combustion engine having an intake manifold, an exhaust manifold and an exhaust system having a catalytic converter comprises: a connection between the exhaust manifold and the intake manifold for recirculating exhaust gases from the exhaust manifold to the intake manifold, a first gas flow valve being provided for regulating the flow of exhaust gases from the exhaust manifold to the intake manifold; a connection to the exhaust manifold through which air can be supplied to the exhaust manifold, a second gas flow valve being provided for regulating the flow of air to the exhaust manifold, both the first and second gas flow valves being actuated by a fluid pressure differential switch which, when exposed to atmospheric pressure, will maintain the gas flow valve in its closed position, a common adjustable pressure source being adapted to control the first and second gas flow valves; characterized in that the first and second gas flow valves are selectively connected to the adjustable pressure source by a common two-way valve device, the valve device being adjustable between a first position in which the Fluid pressure differential switch of the first gas flow valve is connected to the adjustable pressure source while the fluid pressure differential switch of the second gas flow valve is connected to the atmospheric pressure, and a second position in which the fluid pressure differential switch of the second gas flow valve is connected to the adjustable pressure source while the fluid pressure differential switch of the first gas flow valve is connected to the atmospheric pressure.
Das Verwenden einer gemeinsamen, einstellbaren Druckquelle um beide Ventile gemäß der vorliegenden Erfindung zu betätigen, wird das gleichzeitige Öffnen der beiden Ventile verhindern, so das Risiko eines Motorschadens durch Schwachfunktion vermeidend. Die vorliegende Erfindung wird auch das Verdoppeln der Druckregelvorrichtung vermeiden, folglich mit einer Einsparung der Kosten und der Anzahl der Bestandteile, die versagen können.Using a common, adjustable pressure source to operate both valves according to the present invention will prevent the simultaneous opening of the two valves, thus avoiding the risk of engine damage due to under-functioning. The present invention will also avoid duplication of the pressure control device, thus saving the cost and the number of components that can fail.
Es wird nun eine Ausführungsform der Erfindung beschrieben, nur auf dem Wege eines Beispiels, unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichungen, in denen:An embodiment of the invention will now be described, by way of example only, with reference to the accompanying drawings in which:
Abbildung 1 ein Emissionsbegrenzungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung im Diagramm zeigt;Figure 1 shows an emission control system according to the present invention diagrammatically;
Abbildung 2 das Gasstromventil zum Regeln des Flusses der Abgase aus dem Auspuffkrümmer zur Ansaugleitung im System, das in Abbildung 1 dargestellt ist, als Diagramm zeigt; undFigure 2 diagrammatically shows the gas flow valve for regulating the flow of exhaust gases from the exhaust manifold to the intake manifold in the system shown in Figure 1; and
Abbildung 3 das Gasstromventil zum Regeln des Luftflusses zum Auspuffkrümmer des Systems, das in Abbildung 1 dargestellt ist, als Diagramm zeigt.Figure 3 diagrammatically shows the gas flow valve for regulating the air flow to the exhaust manifold of the system shown in Figure 1.
Abbildung 1 zeigt graphisch einen Motor 10 mit einer Ansaugleitung 11 und einem Auspuffkrümmer 12. Ein Abgassystem umfassend einen katalytischen Konverter 13 ist mit dem Auspuffkrümmer 12 verbunden.Figure 1 graphically shows an engine 10 with an intake manifold 11 and an exhaust manifold 12. An exhaust system comprising a catalytic converter 13 is connected to the exhaust manifold 12.
Der Auspuffkrümmer 12 ist mit der Ansaugleitung 11 mittels eines ersten Gasstromventils 14 verbunden, durch das ein geregelter Anteil der Abgase, die den Motor 10 über den Auspuffkrümmer 12 verlassen, über die Ansaugleitung 11 zurückgeführt werden kann.The exhaust manifold 12 is connected to the intake line 11 by means of a first gas flow valve 14, through which a regulated portion of the exhaust gases leaving the engine 10 via the exhaust manifold 12 can be recirculated via the intake line 11.
Eine Luftpumpe 15 ist mit dem Auspuffkrümmer 12 über ein zweites Gasstromventil 16 verbunden, mit der ein geregeltes Luftvolumen zum Auspuffkrümmer 12 gepumpt werden kann.An air pump 15 is connected to the exhaust manifold 12 via a second gas flow valve 16, with which a regulated volume of air can be pumped to the exhaust manifold 12.
Wie in Abbildung 2 gezeigt ist, besitzt das erste Gasstromventil 14 ein Ventilgehäuse 50, das eine zylindrische Ventilkammer 51 mit einem Auslaß 52 und einem Einlaß 53 definiert. Die Ventilkammer 51 definiert einen Sitz 54 des Ventils, wobei sich der Durchmesser der Ventilkammer 51 vom Sitz 54 des Ventils zum Auslaß 52 hin vergrößert.As shown in Figure 2, the first gas flow valve 14 has a Valve housing 50 defining a cylindrical valve chamber 51 having an outlet 52 and an inlet 53. The valve chamber 51 defines a valve seat 54, the diameter of the valve chamber 51 increasing from the valve seat 54 toward the outlet 52.
Eine Ventilvorrichtung 56 befindet sich koaxial zur Ventilkammer 51, dabei ist ein Ventilschaft 57 gleitend in einem Lager 58 untergebracht, das am Ende der Ventilkammer 51, entfernt vom Einlaß 53, angebracht ist. Ein Ventilteller 59 befindet sich am Ende des Ventilschafts 57 in der Nähe des Sitzes 54, so daß das Ventilteil 56 zwischen einer Stellung, in der der Ventilteller 59 den Ventilsitz 54 verbindet und schließt, und einer Stellung, in der der Ventilteller 59 axial bezüglich des Ventilsitzes 54 zum Auslaß 52 hin verschoben ist, bewegt werden kann.A valve device 56 is located coaxially with the valve chamber 51, with a valve stem 57 slidably housed in a bearing 58 which is mounted at the end of the valve chamber 51 remote from the inlet 53. A valve disc 59 is located at the end of the valve stem 57 near the seat 54 so that the valve member 56 can be moved between a position in which the valve disc 59 connects and closes the valve seat 54 and a position in which the valve disc 59 is axially displaced with respect to the valve seat 54 towards the outlet 52.
Ein zylindrisches, gasdichtes Gehäuse 60 ist mit Bolzen am Ventilgehäuse 50 koaxial zur Ventilkammer 51 angebracht. Das vom Ventilteller 59 entfernte Ende des Ventilschaftes 57 erstreckt sich in das Gehäuse 60 hinein. Das Gehäuse 60 ist aus zwei Teilen 61 und 62 gebildet, die auf geeignete Weise aneinander festgeklammert sind. Eine flexible, ringförmige Trennwand 65 ist innerhalb des Gehäuses 60 montiert, dabei ist ein äußeres peripheres Wulstteil 66 zwischen den Teilen 61 und 62 des Gehäuses 60 festgeklemmt, um dazwischen eine gasdichte Abdichtung bereitzustellen. Der innere Umfang 67 der Trennwand 65 ist an einer Platte 68 befestigt, die am Ende des Ventilschafts 57 angebracht und daran befestigt ist. Daher teilt die Trennwand 65 das Gehäuse 60 in zwei gasdichte Abteile 70 und 71. Ein Durchgang 72 ist im Teil 61 des Gehäuses 60 zum Verbinden des Abteils 70 mit dem atmosphärischen Druck bereitgestellt, und ein Durchgang 73 ist im Teil 62 des Gehäuses 60 bereitgestellt, durch den das Abteil 71 mit einer einstellbaren Unterdruckquelle verbunden werden kann. Eine helikoidale Druckfeder 75 wirkt zwischen dem Ende des Gehäuses 60, das sich entfernt vom Ventilsitz 54 befindet, und der Platte 68, um dem Ventilschaft 57 eine Kraft aufzuerlegen, dabei den Ventilteller 59 zur Verbindung mit dem Ventilsitz 54 zwingend.A cylindrical gas-tight housing 60 is bolted to the valve body 50 coaxially with the valve chamber 51. The end of the valve stem 57 remote from the valve disc 59 extends into the housing 60. The housing 60 is formed from two parts 61 and 62 clamped together in a suitable manner. A flexible annular partition 65 is mounted within the housing 60 with an outer peripheral bead portion 66 clamped between the parts 61 and 62 of the housing 60 to provide a gas-tight seal therebetween. The inner periphery 67 of the partition 65 is secured to a plate 68 which is mounted on and secured to the end of the valve stem 57. Thus, the partition 65 divides the housing 60 into two gas-tight compartments 70 and 71. A passage 72 is provided in the part 61 of the housing 60 for connecting the compartment 70 to atmospheric pressure, and a passage 73 is provided in the part 62 of the housing 60 through which the compartment 71 can be connected to an adjustable vacuum source. A helical compression spring 75 acts between the end of the housing 60 remote from the valve seat 54 and the plate 68 to apply a force to the valve stem 57, thereby urging the valve disc 59 to connect to the valve seat 54.
Das zweite Gasstromventil 16, wie in Abbildung 3 dargestellt ist, umfaßt ein Ventilgehäuse 111, das eine ähnliche Bauweise besitzt, wie das von Ventil 14. Das Ventilgehäuse 111 definiert eine zylindrische Ventilkammer 112 mit einem Einlaß 114 und einem Auslaß 115. Die Ventilkammer 112 definiert einen Ventilsitz 113, dabei wächst der Durchmesser der Ventilkammer 112 vom Ventilsitz 113 bis zum Einlaß 114.The second gas flow valve 16, as shown in Figure 3, includes a valve housing 111 which is of a similar construction to that of valve 14. The valve housing 111 defines a cylindrical valve chamber 112 having an inlet 114 and an outlet 115. The valve chamber 112 defines a valve seat 113, the diameter of the valve chamber 112 increasing from the valve seat 113 to the inlet 114.
Ein Ventilteil 116 ist koaxial bezüglich der Ventilkammer 112 angebracht, dabei ist ein Ventilstiel 117 gleitend im Lager 118 angebracht, das am Ende der Ventilkammer 112, entfernt vom Auslaß 115, angebracht ist. Ein Ventilteller 119 befindet sich am Ende des Ventilstiels 117 in der Nähe des Sitzes 113, so daß das Ventilteil 116 zwischen einer Position, in der der Ventilteller 119 den Ventilsitz 113 berührt und schließt, und einer Position, in der der Ventilteller 119 axial vom Ventil 113 zum Einlaß 114 hin versetzt ist, bewegt werden kann.A valve member 116 is mounted coaxially with respect to the valve chamber 112, with a valve stem 117 slidably mounted in a bearing 118 mounted at the end of the valve chamber 112 remote from the outlet 115. A valve disc 119 is located at the end of the valve stem 117 near the seat 113 so that the valve member 116 can be moved between a position in which the valve disc 119 contacts and closes the valve seat 113 and a position in which the valve disc 119 is axially displaced from the valve 113 toward the inlet 114.
Ein zylindrisches, gasdichtes Gehäuse 120 ist mit Bolzen am Ventilgehäuse 111 koaxial bezüglich der Ventilkammer 112 verbunden. Das Ende des vom Ventilteller 119 entfernten Ventilstiels 117 erstreckt sich in das Gehäuse 120 hinein. Das Gehäuse 120 ist aus zwei Teilen, 122 und 123, gebildet, die auf geeignete Weise aneinander festgeklammert sind. Eine flexible, ringförmige Trennwand 125 ist im Inneren des Gehäuses 120 angebracht, dabei ist ein äußeres peripheres Wulstteil 126 zwischen den Teilen 122 und 123 des Gehäuses 120 eingeklemmt, um dazwischen eine gasundurchlässige Abdichtung bereitzustellen. Der innere Umfang 127 der Trennwand 125 ist am Ventilstiel 119 in einer axial fixierten Stellung befestigt. Die Trennwand 125 teilt folglich das Gehäuse 120 in zwei gasdichte Abteile 130 und 131 auf. Das Abteil 130 ist mit dem Einlaß 114 mittels einer Bohrung 132 verbunden, die sich durch das Gehäuse 111 und das Gehäuse 120 hindurch erstreckt, und das Abteil 131 ist über den Einlaß 133, die Druckröhre 134 und die Bohrung 135 mit der Ventilkammer 112 auf der Seite des Sitzes 113 in der Nähe des Auslasses 115 verbunden.A cylindrical gas-tight housing 120 is bolted to the valve body 111 coaxially with the valve chamber 112. The end of the valve stem 117 remote from the valve disc 119 extends into the housing 120. The housing 120 is formed of two parts, 122 and 123, which are clamped together in a suitable manner. A flexible annular partition 125 is mounted inside the housing 120, with an outer peripheral bead portion 126 clamped between the parts 122 and 123 of the housing 120 to provide a gas-tight seal therebetween. The inner periphery 127 of the partition 125 is secured to the valve stem 119 in an axially fixed position. The partition wall 125 thus divides the housing 120 into two gas-tight compartments 130 and 131. The compartment 130 is connected to the inlet 114 by means of a bore 132 extending through the housing 111 and the housing 120, and the compartment 131 is connected via the inlet 133, the pressure tube 134 and the bore 135 to the valve chamber 112 on the side of the seat 113 near the outlet 115.
Ein zweites, zylindrisches gasdichtes Gehäuse 140 ist mit Bolzen am Gehäuse 120 befestigt, mit einer Dichtungsvorrichtung 141 und einem Lager 142 dazwischen. Eine Verlängerung 143 ist auf geeignete Weise am Ende des Ventilstiels 117 befestigt und erstreckt sich durch das Lager 142 hindurch in das Gehäuse 140. Das Gehäuse 140 ist aus zwei Teilen 144 und 145 gebildet, auf eine der Gehäuse 120 ähnlichen Weise. Der äußere Umfang 147 einer zweiten Trennwand 146 ist zwischen den Teilen 144 und 145 des Gehäuses 140 eingeklemmt. Der innere Umfang 148 der Trennwand 146 ist mit einem Preßkolben 149 verbunden, der koaxial bezüglich des Gehäuses 140 angebracht ist. Eine helikoidale Druckfeder 150 wirkt zwischen dem Ende des Gehäuses 140, das entfernt vom Ventilgehäuse 111 ist, und dem Preßkolben 149, um den Preßkolben 149 gegen ein Stoßteil 151 am Ende der Verlängerung 143 des Ventilstiels 117 zu drücken, dabei eine Kraft auf den Ventilstiel 117 ausübend, die den Ventilteller 119 zur Verbindung mit dem Ventilsitz 113 veranlassen wird. Die Trennwand 146 teilt so das Gehäuse 140 in zwei gasdichte Abteile 152 und 153 auf. Ein Durchgang 154, durch den das Abteil 152 mit dem atmosphärischen Druck verbunden wird, ist in der Wand des Teils 144 des Gehäuses 140 bereitgestellt und ein Durchgang 155 ist im Teil 145 des Gehäuses 140 bereitgestellt, durch den das Abteil 153 mit einer einstellbaren Unterdruckquelle verbunden werden kann.A second cylindrical gas-tight housing 140 is bolted to the housing 120 with a sealing device 141 and a bearing 142 therebetween. An extension 143 is suitably secured to the end of the valve stem 117 and extends through the bearing 142 into the housing 140. The housing 140 is formed from two parts 144 and 145 in a manner similar to the housings 120. The outer periphery 147 of a second partition 146 is clamped between the parts 144 and 145 of the housing 140. The inner periphery 148 of the partition 146 is connected to a plunger 149 which is mounted coaxially with respect to the housing 140. A helicoidal compression spring 150 acts between the end of the housing 140 remote from the valve housing 111 and the plunger 149 to urge the plunger 149 against a thrust member 151 at the end of the extension 143 of the valve stem 117, thereby exerting a force on the valve stem 117 which urges the valve disc 119 into connection with the valve seat 113. The partition wall 146 thus divides the housing 140 into two gas-tight compartments 152 and 153. A passage 154 through which the compartment 152 is connected to atmospheric pressure is provided in the wall of part 144 of the housing 140 and a passage 155 is provided in part 145 of the housing 140 through which the compartment 153 can be connected to an adjustable vacuum source.
Die Abteile 71 und 153 jeweils der Ventile 14 und 16 sind durch die Durchgänge 73 und 155 über einen Unterdruckverteilmagneten 20 mit einem elektronischen Vakuumregler 21 verbunden. Der Unterdruckverteilmagnet 20 wird unter der Steuerung eines elektronischen Steuermoduls 22 selektiv eines der Abteile 71, 153 mit dem elektronischen Vakuumregler 21 verbinden, bei gleichzeitiger Verbindung des anderen Abteils 153, 71 mit dem atmosphärischen Druck.The compartments 71 and 153 of the valves 14 and 16, respectively, are connected through passages 73 and 155 to an electronic vacuum regulator 21 via a vacuum distribution solenoid 20. The vacuum distribution solenoid 20, under the control of an electronic control module 22, will selectively connect one of the compartments 71, 153 to the electronic vacuum regulator 21 while simultaneously connecting the other compartment 153, 71 to atmospheric pressure.
Der elektronische Vakuumregler 21 verbindet unter der Kontrolle des elektronischen Steuermoduls 22 selektiv die Abteile 71, 153, die damit verbunden sind, mit einer Unterdruckquelle oder dem atmosphärischen Druck, um den Druck im Abteil 71, 153 zu regeln.The electronic vacuum regulator 21, under the control of the electronic control module 22, selectively connects the compartments 71, 153 connected thereto to a source of vacuum or atmospheric pressure to regulate the pressure in the compartment 71, 153.
Der elektronische Steuermodul 22 umfaßt einen Eingangsschaltkreis 25 zum Verarbeiten von Signalen aus den Fühlern 26 bis 29, die z.B. die Belastung des Motors, die Motorgeschwindigkeit, die Betriebstemperatur des Motors und die Betriebstemperatur des Katalysators messen. Die Signale aus den Fühlern 26 bis 29 werden verarbeitet, und je nach den gemessenen Parametern wird die elektronische Steuereinheit 22 entweder einen sekundären Luftregelkreis 31 oder einen Abgasrückführregelkreis 32 betätigen.The electronic control module 22 comprises an input circuit 25 for processing signals from the sensors 26 to 29, which measure, for example, the load on the engine, the engine speed, the operating temperature of the engine and the operating temperature of the catalyst. The signals from the sensors 26 to 29 are processed and, depending on the measured parameters, the electronic control unit 22 will actuate either a secondary air control circuit 31 or an exhaust gas recirculation control circuit 32.
Wenn der Motor zunächst gestartet wird und der katalytische Konverter 13 kalt ist, wird die elektronische Steuereinheit 22 den sekundären Luftregelkreis 31 betätigen. Der sekundäre Luftregelkreis 31 wird die Luftpumpe 15 anschalten und den Unterdruckverteilmagneten 20 zum Verbinden des Abteils 153 des Ventils 16 mit dem elektronischen Unterdruckregler 21 und des Abteils 71 des Ventils 14 mit dem atmosphärischen Druck schalten.When the engine is first started and the catalytic converter 13 is cold, the electronic control unit 22 will actuate the secondary air control circuit 31. The secondary air control circuit 31 will turn on the air pump 15 and switch the vacuum distribution solenoid 20 to connect the compartment 153 of the valve 16 to the electronic vacuum regulator 21 and the compartment 71 of the valve 14 to the atmospheric pressure.
Wenn die Kammern 70 und 71 des Ventils 14 mit dem atmosphärischen Druck verbunden sind, wird die Feder 75 den Ventilteller 59 in Verbindung mit dem Ventilsitz 54 halten, so daß das Ventil 14 geschlossen ist, dabei die Rückführung der Abgase verhindernd.When the chambers 70 and 71 of the valve 14 are connected to the atmospheric pressure, the spring 75 will hold the valve disc 59 in connection with the valve seat 54 so that the valve 14 is closed, thereby preventing the recirculation of the exhaust gases.
Die Luftpumpe 15 wird Druckluft zum Einlaß 114 des Ventils 16 führen. Wenn der Druck am Einlaß 114 und im Abteil 130 des Ventils 16 höher ist als der Druck am Auslaß 115 und im Abteil 131, in dem der gleiche Druck wie im Auspuffkrümmer 12 herrschen wird, wird das Druckgefälle über die Trennwand 125 eine Kraft auf den Ventilstiel 117 ausüben und so das Ventilteil 116 nach oben, gegen die durch die Feder 150 ausgeübte Kraft zwingen. Zusätzlich wird der elektronische Vakuumregler 21 die Kammer 153 mit der Unterdruckquelle verbinden, dabei einen Druckunterschied auf der Trennwand 146 erzeugend, die eine aufwärts gerichtete Kraft auf den Preßkolben 149 ausübt, wobei diese aufwärts gerichtete Kraft der nach unten gerichteten Kraft entgegenwirkt, die durch die Feder 150 erzeugt wird. Wenn die Kräfte, die durch den Druckunterschied über die Trennwand 115 auf das Ventilteil 116 und vom Druckunterschied über die Trennwand 146 auf den Preßkolben 149 wirken, größer sind als die Kraft, die durch die Feder 150 ausgeübt wird, wird sich das Ventil 116 nach oben bewegen und dabei den Ventilsitz 113 öffnen und einen Luftfluß vom Einlaß 114 durch den Auslaß 115 zum Auspuffkrümmer 12 ermöglichen. Wegen des variierenden Durchmessers der Ventilkammer 11 2 wird die Oberfläche der Öffnung zwischen dem Einlaß 114 und dem Auslaß 115 von der axialen Bewegung des Ventilteils 116 abhängen. Das kann durch Einstellen des Unterdrucks im Abteil 153 gesteuert werden, was durch den elektronischen Vakuumregler 21 mittels Umschalten zwischen Unterdruck und atmosphärischen Druck unter der Kontrolle des elektronischen Steuermoduls 22 bewirkt werden kann. Der Grad der Öffnung des Ventils 16 kann so zum Steuern des Anteils der Luft, die mit den Abgasen vermischt wird, eingestellt werden, so daß die Aufwärmzeit des katalytischen Konverters 13 optimiert werden kann.The air pump 15 will supply compressed air to the inlet 114 of the valve 16. If the pressure at the inlet 114 and in the compartment 130 of the valve 16 is higher than the pressure at the Outlet 115 and in compartment 131, which will have the same pressure as the exhaust manifold 12, the pressure gradient across the partition 125 will exert a force on the valve stem 117, forcing the valve member 116 upwardly against the force exerted by the spring 150. In addition, the electronic vacuum regulator 21 will connect the chamber 153 to the vacuum source, thereby creating a pressure differential across the partition 146 which exerts an upward force on the plunger 149, this upward force counteracting the downward force exerted by the spring 150. If the forces acting on the valve member 116 due to the pressure differential across the partition 115 and on the plunger 149 due to the pressure differential across the partition 146 are greater than the force exerted by the spring 150, the valve 116 will move upwardly, opening the valve seat 113 and allowing air to flow from the inlet 114 through the outlet 115 to the exhaust manifold 12. Because of the varying diameter of the valve chamber 112, the surface area of the opening between the inlet 114 and the outlet 115 will depend on the axial movement of the valve member 116. This can be controlled by adjusting the vacuum in the compartment 153, which can be accomplished by the electronic vacuum regulator 21 by switching between vacuum and atmospheric pressure under the control of the electronic control module 22. The degree of opening of the valve 16 can thus be adjusted to control the proportion of air mixed with the exhaust gases so that the warm-up time of the catalytic converter 13 can be optimized.
Wenn der Motor beispielsweise rückschlagen sollte, während dem Auspuffkrümmer 12 Luft zugeführt wird, und der Druck im Auspuffkrümmer 12 den am Einlaß 114 zum Ventil 16 übersteigen sollte, wird der Druck im Abteil 131 größer als der Druck im Abteil 130 sein und der Druckunterschied über die Trennwand 125 wird das Ventilteil 116 nach unten bewegen, so daß sich der Ventilteller 119 mit dem Ventilsitz 113 verbinden und schließen wird, wobei die Abgase daran gehindert werden, zur Pumpe 15 zurückgeführt zu werden. Gleichermaßen wird der Druck am Einlaß 114, wenn die Pumpe ausgeschaltet ist oder versagen sollte, unter den Druck am Auslaß 115 fallen, so daß der Druckunterschied über die Trennwand 125 wieder das Ventil 16 schließen wird, ungeachtet des Zustandes des elektronischen Unterdruckreglers 21.For example, if the engine should backfire while air is being supplied to the exhaust manifold 12 and the pressure in the exhaust manifold 12 should exceed that at the inlet 114 to the valve 16, the pressure in the compartment 131 will be greater than the pressure in the compartment 130 and the pressure difference across the bulkhead 125 will move the valve member 116 downward so that the valve disc 119 will engage the valve seat 113 and close, preventing the exhaust gases from being returned to the pump 15. Likewise, if the pump is turned off or should fail, the pressure at the inlet 114 will fall below the pressure at the outlet 115 so that the pressure difference across the bulkhead 125 will again close the valve 16, regardless of the state of the electronic vacuum regulator 21.
Wenn der katalytische Konverter 13 seine optimale Betriebstemperatur erreicht hat, wird der elektronische Steuermodul 22 den sekundären Luftregelkreis 31 abschalten, was seinerseits die Luftpumpe 15 abschalten wird und den Unterdruckverteilmagneten so schalten wird, daß die Kammer 71 des Ventils 14 mit dem elektronischen Unterdruckregler verbunden ist, während die Kammer 153 des Ventils 16 mit dem atmosphärischen Druck verbunden ist.When the catalytic converter 13 has reached its optimum operating temperature, the electronic control module 22 will switch the secondary air control circuit 31 which in turn will turn off the air pump 15 and switch the vacuum distribution solenoid so that the chamber 71 of the valve 14 is connected to the electronic vacuum regulator, while the chamber 153 of the valve 16 is connected to the atmospheric pressure.
Das Verbinden der Kammer 153 des Ventils 16 mit dem atmosphärischen Druck wird den Druckunterschied auf der Trennwand 146 beseitigen und so die volle Kraft der Feder 150 auf das Ventilteil 116 wiederherstellen, dabei sicherstellend, daß das Ventil 16 geschlossen bleibt.Connecting the chamber 153 of the valve 16 to atmospheric pressure will eliminate the pressure differential across the partition 146 and thus restore the full force of the spring 150 to the valve member 116, thereby ensuring that the valve 16 remains closed.
Wenn die gemessenen Parameter des Motors anzeigen, daß eine Rückführung der Abgase von Vorteil wäre, wird der Abgasrückführregelkreis 32 den elektronischen Vakuumregler 21 so steuern, daß ein Unterdruck im Abteil 71 des Ventils 14 erzeugt wird. Die Verringerung des Drucks im Abteil 71 des Ventils 14 wird einen Druckunterschied auf der Trennwand 65 erzeugen, der der Kraft von der Feder 75 auf das Ventilteil 56 entgegenwirken wird, dabei das Ventilteil 56 nach oben bewegend und den Ventilsitz 54 öffnend. Die axiale Bewegung des Ventilteils 56 und folglich die Durchflußgeschwindigkeit der Gase durch das Ventil 14 können auf ähnliche Weise wie für das Ventil 16 gesteuert werden, mittels eines elektronischen Unterdruckreglers 21, so daß der Anteil der Abgase, die zurückgeführt werden, je nach den Betriebsbedingungen des Motors geregelt werden kann.If the measured parameters of the engine indicate that recirculation of the exhaust gases would be beneficial, the exhaust gas recirculation control circuit 32 will control the electronic vacuum regulator 21 to create a vacuum in the compartment 71 of the valve 14. The reduction in pressure in the compartment 71 of the valve 14 will create a pressure difference on the partition 65 which will counteract the force from the spring 75 on the valve member 56, thereby moving the valve member 56 upwards and opening the valve seat 54. The axial movement of the valve member 56 and hence the flow rate of the gases through the valve 14 can be controlled in a similar manner to that for the valve 16, by means of an electronic vacuum regulator 21, so that the proportion of the exhaust gases that are recirculated can be regulated depending on the operating conditions of the engine.
Ein Meßwandler 35 für das Druckgefälle mißt den Druck in einer Verengung 36 in der Verbindung zwischen dem Auspuffkrümmer 12 und dem Ventil 14. Dieser Meßwandler 35 für das Druckgefälle leitet ein Signal zum Rückkopplungsregelkreis 37 im elektronischen Steuermodul 22, der den elektronischen Unterdruckregler 21 zur Verbindung des Abteils 71 mit dem atmosphärischen Druck veranlassen wird, wobei das Ventil 14 geschlossen wird, wenn der Druck unterhalb der Verengung 36 unter den Druck fällt, der oberhalb der Verengung herrscht, was stattfinden würde, wenn der Druck im Auspuffkrümmer 12 unter den in der Ansaugleitung 11 fallen würde.A pressure gradient transducer 35 measures the pressure in a restriction 36 in the connection between the exhaust manifold 12 and the valve 14. This pressure gradient transducer 35 sends a signal to the feedback control loop 37 in the electronic control module 22 which will cause the electronic vacuum regulator 21 to connect the compartment 71 to atmospheric pressure, closing the valve 14 when the pressure below the restriction 36 falls below the pressure prevailing above the restriction, which would occur if the pressure in the exhaust manifold 12 fell below that in the intake manifold 11.
Es können verschiedene Änderungen durchgeführt werden, ohne sich von der Erfindung zu entfernen. Während z.B. im vorstehend beschriebenen System ein Unterdruckverteilmagnet 20 zum Schalten zwischen den Unterdruckschaltern der Ventile 14 und 16 verwendet wird, kann jede motorisierte Schaltvorrrichtung verwendet werden. Weiterhin können die Ventile 14 und 16 anstatt durch Unterdruckschalter, mit Überdruckschaltern betrieben zu werden, z.B. durch Verbinden der Kammern 70 und 152 mit einer einstellbaren Quelle von unter Druck befindlichem Fluidum und der Kammern 71 und 153 mit dem atmosphärischen Druck oder einer Senke.Various changes can be made without departing from the invention. For example, while in the system described above a vacuum distribution magnet 20 is used to switch between the vacuum switches of the valves 14 and 16, any motorized switching device can be used. Furthermore, the valves 14 and 16 can be operated with pressure switches instead of vacuum switches, e.g. by Connecting chambers 70 and 152 to an adjustable source of pressurized fluid and chambers 71 and 153 to atmospheric pressure or a sink.
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