DE69923341T2 - Verfahren und vorrichtung für ein abgasrückführungssystem und zugehöriges ventil - Google Patents

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Description

  • Vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren im Zusammenhang mit einem System zur Abgasrückführung (Exhaust Gas Recirculation, EGR), insbesondere für den Einsatz in Hochleistungs-Dieselmotoren. Die Erfindung bezieht sich des weiteren auf ein Ventil, das insbesondere auf das in der Erfindung angesprochene Verfahren abgestimmt ist, wobei sich das Ventil aber auch in anderen Bereichen einsetzen lässt.
  • Um die Menge an gefährlichen Abgasen, insbesondere Stickstoffoxiden (NOx), zu verringern, werden seit Jahren in den verschiedensten Verbrennungsmotoren so genannte EGR-Systeme eingesetzt. Mit Hilfe dieser Systeme wird ein Teil der Abgase in die Motor-Eintrittsleitung zurückgeführt, wo es mit der Eintrittsluft vermischt und dann der Verbrennungskammer des Motors zugeführt wird. Die zurückgeführten Abgase treten an die Stelle eines Teils der Eintrittsluft und verringern die Entstehung von NOx. In das Motor-Abgassystem wird sodann ein EGR-Ventil angeordnet, dessen Zweck darin liegt, die Menge der zurückgeführten Abgase zu regulieren.
  • Ein Verfahren zur Abgasrückführung wird in der DE A1 4 007 516 beschrieben. Wenngleich es nach dieser vorhergehenden Ausführung möglich ist, EGR-Systeme für Dieselmotoren mit Abgasladern einzusetzen, bei denen der Druck in der Eintrittsleitung nach dem Abgaslader höher als der Druck in der vom EGR-Ventil kommenden Rücklaufleitung ist, so weist diese vorhergehende Ausführung doch einige wesentliche Nachteile auf. Z.B. weist das Einstellventil separate, im Abgasrückführungs-Kanal angeordnete Drosseln sowie einen Eintrittsluftkanal auf. Den Drosseln zugeordnete Stellmotoren machen das Einstellventil, aber auch die entsprechende Steuerungsvorrichtung kompliziert. Ein Ventil nach Anspruch 6 wird in der DE 32 37 337 A1 beschrieben.
  • GEGENSTAND DER ERFINDUNG
  • Ein wesentliches Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Erhöhung der Zuverlässigkeit und zur Vereinfachung der Steuerung des Verhältnisses zwischen Luft und zurückgeführten Abgasen zu entwickeln.
  • Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Ventil zu entwickeln, das sich zur Vermischung von zwei durch zwei Eintrittskanäle fließende Flüssigkeiten eignet. Ein derartiges Ventil sollte allgemein einsetzbar sein, sich aber insbesondere für den Einsatz in EGR-Systemen von Dieselmotoren eignen, einschließlich Dieselmotoren mit Abgasturboaufladung.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Das Hauptziel der Erfindung wird nach der in der Beschreibung zu Anspruch 1 enthaltenen Konzeption erreicht. Durch die Auslegung des Einstellventils mit zwei Drosseln, bei denen mindestens eine Drossel immer in geöffneter Stellung verbleibt, während sich die andere Drossel über einen beiden Drosseln zugeordneten Motor schließen lässt, erhält man eine Konstruktion, die sich durch Einfachheit und Zuverlässigkeit auszeichnet.
  • Das weitere Ziel der Erfindung wird mit Hilfe eines Ventils erreicht, wie es in der Beschreibung zu Anspruch 6 dargestellt ist.
  • Weitere Entwicklungen der Grundzüge der Erfindung finden sich in abgeleiteten Ansprüchen.
  • Durch den Einsatz eines EGR-Systems gemäß der Erfindung bei Motoren mit Katalysatoren und Partikelfiltern gemäß obiger Ausführung ergibt sich eine wesentliche Verringerung bei den NOx-Emissionen. Diese Verringerung kann bis zu 50% ausmachen, wodurch es möglich ist, mit bestehenden Dieselmotoren die Einhaltung von Emissionsvorschriften sicher zu stellen bzw. moderne Dieselmotoren auf künftige Emissionsvorschriften abzustimmen.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die Erfindung soll im Nachfolgenden anhand einiger, in den Zeichnungen erläuterten Ausführungen beschrieben werden, bei denen:
  • 1 die schematische Darstellung eines EGR-Systems gemäß der Erfindung enthält;
  • 2a eine Teilansicht eines sich in einer Endstellung befindlichen Ventils gemäß der Erfindung darstellt;
  • 2b eine Teilansicht des Ventils nach 2a in Blickrichtung des Pfeils B-B darstellt;
  • 3a eine Teilansicht eines sich in einer Zwischenstellung befindlichen Ventils gemäß der Erfindung darstellt;
  • 3b eine Teilansicht des Ventils nach 3a in Blickrichtung des Pfeils B-B darstellt;
  • 4a eine Schnittansicht des sich in einer zweiten Endstellung befindlichen Ventils gemäß der Erfindung darstellt;
  • 4b eine Teilansicht des Ventils nach 4a in Blickrichtung des Pfeils B-B darstellt;
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG PRIMÄRER AUSFÜHRUNGEN
  • 1 enthält die schematische Darstellung von Teilen, entsprechend der Erfindung, eines mit 1 bezeichneten Dieselmotors. Diese Ausführung bezieht sich auf einen mit einem Abgaslader ausgerüsteten Dieselmotor; wie bereits erwähnt, kann es sich bei dem Motor aber auch um einen Dieselmotor ohne Abgaslader oder um einen Dieselmotor mit einer Aufladung nicht nach dem Prinzip der Abgasturboaufladung handeln. Die Luft wird über einen Lufteintritt, einen Luftfilter 2 und einen Lufteintrittskanal 3 zum Abgaslader 4 geleitet, wo sie aufgeladen wird, bevor sie anschließend über einen Ladeluftkühler 5, wo sie rückgekühlt wird, dem Motor 1 zugeführt wird. Die vom Motor 1 austretenden Abgase werden zunächst durch die zweite Seite, d.h. die antreibende Seite des Abgasladers 4 geleitet und dann über die Abgasleitung 6, dem Katalysator 7, dem Partikelabscheider 8 und die Austrittsleitung 9 ins Freie abgeführt.
  • An der Austrittsleitung 9, d.h. der dem Katalysator und dem Partikelabscheider nachgeordneten Anschlussleitung, ist eine Abzweigleitung und eine Rücklaufleitung 10 angeordnet, die einen Teil der Abgase zum Motor zurückführen. Die Rücklaufleitung 10 führt vorzugsweise über einen Kühler 11, der die rückgeführten Abgase abkühlt und ist über ein mit Hilfe der EGR-Steuervorrichtung 13 verstellbares Einstellventil 12 mit dem Lufteintrittskanal 3 verbunden. Über das Einstellventil 12 lässt sich mit Hilfe der EGR-Steuervorrichtung 13 das Verhältnis zwischen der über den Lufteintrittskanal 3 anströmenden Luft und der über die Rücklaufleitung 10 rückgeführten Abgase einstellen.
  • Die das Einstellventil 12 steuernde EGR-Steuervorrichtung 13 erhält z.B. über eine Lambdasonde 14, einen Motordrehzahl-Aufnehmer 15 und einen Motorlastsensor 16 Informationen über den tatsächlichen Betriebszustand des Motors, und diese Steuervorrichtung ist darauf abgestimmt, das Einstellventil 12 und damit das Mischungsverhältnis zwischen Frischluft und Abgasen so zu steuern, dass der Gehalt an gefährlichen Substanzen minimiert wird, die über die Austrittsleitung 9 ins Freie austreten. Die Programmierung der EGR-Steuervorrichtung 13 erfolgt mit Rücksicht auf das Verhältnis zwischen den vorgenannten Faktoren in herkömmlicher Weise. Bekanntlich liefert eine Lambdasonde ein vom Sauerstoffgehalt der Abgase abhängiges Ausgangssignal. Beim Motorlastsensor 16 kann es sich z.B. um einen Drosselstellungsmelder und/oder einen Fühler für die dem Motor zugeführte Kraftstoff-Einspritzmenge handeln. Zur Erzielung einer noch genaueren Feinabstimmung können neben den oben erwähnten Sensoren auch weitere eingesetzt werden.
  • Das Einstellventil 12 enthält eine Einheit, in der Strömungen aus dem Lufteintrittskanal 3 und der Rücklaufleitung 10 über im Einstellventil angeordnete Ventilelemente regelbar zu einem gemeinsamen Strom zusammengeführt werden können, der anschließend zur Aufladung dem Abgaslader und dann über den Ladeluftkühler 5 dem Motor zugeführt wird. Ein sich hierfür besonders eignendes und aus einer Einheit bestehendes Einstellventil 12 ist Teil der Erfindung und wird im weiteren ausführlicher beschrieben.
  • Das in 2 bis 4 dargestellte Ventil ist ein Regelventil zur Vermischung zweier Zuflüsse dergestalt, dass sich der Zustrom in einem der beiden Eintrittskanäle zwischen 0 und 100% und danach der Zustrom im zweiten Eintrittskanal zwischen 100% und 0 einstellen lassen.
  • Bei Verwendung eines Ventils gemäß 2 bis 4, entsprechend der Erfindung als Einstellventil 12 nach dem in der Erfindung beschriebenen Verfahren, wird der Lufteintrittskanal 3 mit dem zweiten Eintrittskanal 18 des Ventils verbunden, und die Rücklaufleitung 10 wird mit dem ersten Eintrittskanal 17 des Ventils verbunden. Des weiteren ist im Ventil ein Austrittskanal 19 angeordnet, durch den die in der vorliegenden Ausführung im Ventil vermischten Gase dem Abgaslader 4 zugeführt werden. In beiden Eintrittskanälen 17 und 18 sind Drosseln 20 und 21 angeordnet, die über einen Stellmotor 22, wie z.B. einen Schrittmotor, zwischen geöffneter und geschlossener Stellung verschwenkbar sind und ein Öffnen oder Schließen der Eintrittskanäle bewirken. Die beiden Drosseln 20, 21 sind auf konzentrischen Achsen 23, 24 angeordnet, die sich über einen Stellmotor 22 und einen vom Motor betätigten Betätigungsstift 25 drehen lassen, wobei dieser Betätigungsstift 25 die jeweils mit den Achsen 23, 24 verbundenen Betätigungsarme 26, 27 dreht. Die Betätigungsarme 26, 27 werden nach 3 über eine oder mehrere Federn 28, 29 federbelastet in Normalposition gehalten, wobei die beiden Drosseln 20, 21 in einer Stellung gehalten werden, bei der die Eintrittskanäle 17, 18 offen sind.
  • In der in 2a, b wiedergegebenen Position, die die Ausgangsposition darstellt, hat der Stellmotor 22 die Drossel 20 über den Betätigungsstift 25 und über den Betätigungsarm 26 in die geschlossene Position verfahren, wodurch der erste, mit der Rücklaufleitung 10 verbundene Eintrittskanal 17 geschlossen ist und keine rückgeführten Abgase dem Abgaslader und dem Motor zugeführt werden können.
  • Der zweite Betätigungsarm 27 wird über die Feder 29 in Normalposition gehalten, wodurch die Drossel 21 im zweiten, mit der Eintrittsleitung 3 verbundenen Eintrittskanal 18 in geöffneter Stellung gehalten wird, wodurch die Eintrittsluft ungehindert über das Ventil und den Austrittskanal 19 zum Abgaslader strömt. Der Stellmotor 22 wird so von der EGR-Steuervorrichtung 13 gesteuert, dass sich das Verhältnis zwischen der über den Lufteintrittskanal 3 anströmenden Luft und der über den Rücklaufkanal 10 rückgeführten Abgase einstellen lässt. In der Stellung, bei der die Drossel 21 offen ist, kann die Drossel 20 vom Stellmotor 22 über den Betätigungsstift 25 und den Betätigungsarm 26 von der in 2a, b dargestellten, vollständig geschlossenen Stellung in die in 3a, b dargestellte Position gedreht werden, in der sich die Drossel 20 dann in einer Stellung befindet, in der auch der erste Eintrittskanal 17 offen ist. Durch den Stellmotor lässt sich die Drossel auch in jede Stellung zwischen den beiden Endstellungen verfahren.
  • In der in 3a, b dargestellten Position, die der Normalstellung des Stellmotors 22 entspricht, betätigt der Betätigungsstift 25 des Stellmotors keinen der Betätigungsarme 26, 27; diese werden aber durch die Federn 28, 29 in Normalstellung gehalten, in der die Drosseln 20, 21 entsprechend beide Eintrittskanäle 17, 18 öffnen.
  • 4a, b zeigt eine Stellung, die zu der in 2a, b im Gegensatz steht. In dieser hat der Stellmotor 22 die Drossel 21 über den Betätigungsstift 25 und den Betätigungsarm 26 in die geschlossene Position verfahren, in der die Verbindung zwischen Lufteintrittskanal 3 und Austrittskanal 19 vollständig unterbrochen ist, wobei andererseits der erste, mit der Rücklaufleitung 10 verbundene Eintrittskanal 17 vollständig offen ist, wodurch die rückgeführten Abgase frei durch den Austrittskanal 19 zum Abgaslader 4 und anschließend zum Motor strömen können. Über den Stellmotor 22 lässt sich jedoch die Drossel 21 in jede Zwischenposition zwischen den in 3 und 4 dargestellten Endstellungen verfahren, so dass sich mit Hilfe der EGR-Steuervorrichtung 13 das Mischungsverhältnis zwischen Frischluft und rückgeführten Abgasen einstellen lässt.
  • Mit Hilfe eines Ventils entsprechend der Erfindung ist es somit auf einfache Weise möglich, ein Dreiwegeventil mit zwei Eintrittsöffnungen und einer Normalstellung, bei der beide Eintrittsöffnungen offen sind, so zu steuern, dass sich eine der beiden Eintrittsöffnungen stufenlos verstellen lässt und die andere offen gehalten wird. Das Ventil lässt sich außer durch vorgenannte EGR-Steuervorrichtung 13 natürlich auch auf andere Weise steuern, und es lässt sich für Zwecke einsetzen, die sich vollständig vom hier beschriebenen unterscheiden und bei denen entsprechende Steuerungseigenschaften erwünscht sind.

Claims (11)

  1. Verfahren zur Rückführung eines Teils der Abgase aus einer Abgasleitung (6, 9) eines Dieselmotors (1) zu einem Motoreintritt, wobei die Abgase von der Abgasleitung (6, 9) abgeführt und über einer Rücklaufleitung (10) zu einem Einstellventil (12) geleitet werden, das zwischen dem Motor und dessen Lufteintritt (2) angeordnet ist und das es ermöglicht, einer Motorbrennkammer ein bestimmtes Luft/Abgas-Mischungsverhältnis zuzuführen, wobei in den Zulaufleitungen (17, 18) des Einstellventils jeweils Drosselklappen (20, 21) für die rückgeführten Abgase bzw. für die Luft angeordnet sind, wobei mittels eines auf beide Drosselklappen wirkenden Antriebsmotors (22) mindestens eine der Drosselklappen (20, 21) permanent offen und die andere Drosselklappe (20, 21) geschlossen gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils eine der Drosselklappen (20, 21) durch besagten Motor (22) betätigt und im Bereich zwischen offen und geschlossen verfahren wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgase nach einem Katalysator (7) und einem Partikelfilter (8) aus der Abgasleitung (6, 9) abgeleitet werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis aus Luft/rückgeführtem Abgas mittels einer Steuervorrichtung (13) eingestellt wird, die das Einstellventil (12) über Signale (14, 15, 16) in Abhängigkeit vom tatsächlichen Betriebszustand des Motors (1) steuert.
  4. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgase in der Rücklaufleitung (10) mittels eines in der Rücklaufleitung (10) angeordneten Kühlers (11) rückgekühlt werden.
  5. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Motor mit Turboaufladung die rückgeführten Abgase zwischen Lufteintritt (2) und einem Abgaslader (4) eingeleitet werden.
  6. Ventil mit zwei Eintrittskanälen (17, 18), in dessen beiden Eintrittskanälen (17, 18) Drosselklappen (20, 21) angeordnet sind, wobei mindestens eine der Drosselklappen immer offen ist und dass ein Motor (22) angeordnet ist, durch den die andere der genannten Drosselklappen (20, 21) geschlossen wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor (22) so eingestellt ist, dass jeweils eine der Drosselklappen (20, 21) betätigt und im Bereich zwischen offen und geschlossen verfahren wird.
  7. Ventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Motor um einen Schrittmotor (22) handelt.
  8. Ventil nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass beide Drosselklappen (20, 21) aus ihrer Ausgangsstellung durch Federkraft in die geöffnete Stellung gebracht werden.
  9. Ventil nach einem der vorgenannten Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (12) eine erste Achse (23) aufweist, auf der eine erste Drosselklappe (20) angeordnet ist, sowie eine zweite Achse (24), auf der eine zweite Drosselklappe (21) angeordnet ist, wobei die erste und die zweite Achse (23, 24) konzentrisch angeordnet sind und wobei beide Achsen (23, 24) so angeordnet sind, dass sie sich mittels des Motors (22) drehen lassen.
  10. Ventil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Achse (23) mit einem ersten Betätigungsarm (26) verbunden ist und dass die zweite Achse (24) mit einem zweiten Betätigungsarm (27) verbunden ist, und dass das Ventil (12) einen Betätigungsstift (25) aufweist, der sich über einen Motor (22) so verstellen lässt, dass die erste Achse (23) und die zweite Achse (24) über den ersten Betätigungsarm (26) bzw. über den Betätigungsarm (26) so verdrehen lassen, dass dadurch die Stellung der Drosselklappen (20, 21) bestimmt wird.
  11. Ventil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (12) Federn (28, 29) aufweist, die so auf die Betätigungsarme (26, 27) wirken, dass die Drosselklappen (20, 21) jeweils federbelastet in die geöffnete Position verfahren werden.
DE69923341T 1998-11-09 1999-11-09 Verfahren und vorrichtung für ein abgasrückführungssystem und zugehöriges ventil Expired - Lifetime DE69923341T2 (de)

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