SE407837B

SE407837B - CONTROL SYSTEM FOR ATERCIRCULATION OF EXHAUST GASES IN AN COMBUSTION ENGINE

Info

Publication number: SE407837B
Application number: SE7317296A
Authority: SE
Inventors: R B Caldwell
Original assignee: Ranco Inc
Priority date: 1973-01-02
Filing date: 1973-12-20
Publication date: 1979-04-23
Also published as: CA991491A; JPS4997124A; AU6377573A; FR2212493A2; JPS581267B2; GB1450539A; IT1002450B; FR2212493B2; DE2400083C2; DE2400083A1

Description

' 7317296-'7 2 10 15 20 25' so' 35 umregulator som reglerar vakuum för manöver av ventilen 1 enlighet med rådande vakuum i förgasarens venturimunstycke. Vakuumregulatorn styres av det vakuum som råder i venturimunstyoket så att det vakuum som stäl- les till förfogande för manöver av regleringsventilen för återcirkula- tion under vissa förhållanden utgör en förstärkning av det vakuum som råder i venturimunstycket. Styrsignalen till regulatorn kommer sålunda att variera som en funktion av luftströmning till motorn och vakuum- regulatorns verkan utgör en förstärkning av rådande vakuum i venturi- munstycket oavsett ändringar i det vakuum som råder i insugningskana- len, vilket är en funktion av motorhastigheten och spjällets öppning. '7317296-'7 2 10 15 20 25' so '35 umregulator which regulates vacuum for operating the valve 1 in accordance with the prevailing vacuum in the venturi nozzle of the carburettor. The vacuum regulator is controlled by the vacuum prevailing in the venturi nozzle so that the vacuum provided for operating the control valve for recirculation under certain conditions constitutes a reinforcement of the vacuum prevailing in the venturi nozzle. The control signal to the regulator will thus vary as a function of air flow to the motor and the action of the vacuum regulator constitutes an amplification of the prevailing vacuum in the venturi nozzle regardless of changes in the vacuum prevailing in the intake duct, which is a function of motor speed and damper opening. .

Det är önskvärt att återcirkulera en kontrollerad volym av av- loppsgas för attferhålla optimal blandning av ltft och avloppsgas till motorn under varierande arbetsförhållanden. När motorn exempelvis ar- betar vid marschhastighet utan särskild belastning, kommer spjället att stå i ett mellanläge och ett högt vakuum kommer att råda i insug- ningskanalen. Under dessa förhållanden kommer en stor tryckskillnad att råda över regleringsventilen för avloppsgas så att erforderlig öpp- ningsgrad för att hålla önskad proportion avloppsgas till motorns bränsleluftintag kan vara mindre än vad som erfordras för att upprätt- a hålla önskad strömning vid lägre vakuum i insugningskanalen, och vice versa. Då motorn exmpelvis är belastad och hålles vid samma hastighet genom ökning av spjälletsöppningsgrad, erhålles ett mindre vakuum i in- sugningskanalen varigenom tryckfallet över regleringsventilen för av- loppsgas minskas. Detta minskar den volym avloppsgas som tenderar att strömma genom ventilen vid ett givet öppningsläge av denna. I ovan nämnda tidigare anordningar ökas eller minskas strömningsvolymen av- gas genom återcirkulationsventilen i förhållande till volymen inström- mande luft när belastningen på motorn minskas eller ökas och propor- tionen avloppsgas som tillföras den inströmmande luften kan minskas under det värde som är önskvärt för optimalt resultat.It is desirable to recirculate a controlled volume of waste gas to maintain optimal mixing of ltft and waste gas to the engine under varying operating conditions. When the engine, for example, operates at cruising speed without special load, the damper will be in an intermediate position and a high vacuum will prevail in the intake duct. Under these conditions, a large pressure difference will prevail over the exhaust gas control valve so that the degree of opening required to maintain the desired proportion of exhaust gas to the engine's fuel air intake may be less than that required to maintain the desired flow at a lower vacuum in the intake duct, and vice versa. For example, when the engine is loaded and maintained at the same speed by increasing the degree of damper opening, a smaller vacuum is obtained in the intake duct, whereby the pressure drop across the exhaust gas control valve is reduced. This reduces the volume of waste gas that tends to flow through the valve at a given opening position thereof. In the above-mentioned devices, the flow volume of exhaust gas through the recirculation valve is increased or decreased relative to the volume of inflowing air when the load on the engine is reduced or increased and the proportion of waste gas supplied to the inflowing air can be reduced below the value desired for optimal results. .

Uppfinningen har till syfte att.åstadkomma en regleringsventil för återcirkulation av avloppsgas som styres av rådande vakuum i in- esugningskanalen enligt det vakuum som råder i förgasarens venturimun- stycke så att ventilens öppningsgrad modifieras i beroende av ändringar av trycket i insugningskanalen för att åstadkomma önskvärd strömningsvo- lym av avgaser genom ventilen i förhållande till volymen insugen luft till motorn, oavsett att trycket i insugningskanalen varierar i för- hållande till avloppsgasens tryck.The object of the invention is to provide a control valve for recirculation of waste gas which is controlled by the prevailing vacuum in the intake duct according to the vacuum prevailing in the venturi nozzle of the carburettor so that the degree of opening of the valve is modified in response to changes in the intake duct. glue of exhaust gases through the valve in relation to the volume of air drawn into the engine, regardless of whether the pressure in the intake duct varies in relation to the pressure of the exhaust gas.

Enligt uppfinningen är anordnat ett regleringsystem för en vakn- ummanövrerad återcirkulationsventil för avloppsgas av angivet slag, varvid vakuumregleringssystemet för vakuumregulatorn omfattar en vakuun- ledning till förgasarens venturimunstycke och ventilen reagerar för en 10 15 20 25 30 35 3 7317296-7 given ökning av vakuum i insugningskanalen för att modifiera den vakuun- signal som tillföres regulatorn från förgasarens venturimunstycke, var-I igenom det vakuum som tillföres manöverorganet för återcirkulationsven- tilen är sådant att ventilens öppningsläge påverkas varigenom volymen genom ventilen strömmande avgas i proportion till volymen inströmmande luft blir optimal för varje driftstillstånd av motorn.According to the invention, a control system is provided for a vacuum-operated waste gas recirculation valve of the specified type, the vacuum control system for the vacuum regulator comprising a vacuum line to the carburettor venturi nozzle and the valve reacting for a given increase in vacuum. the intake duct to modify the vacuum signal supplied to the regulator from the carburettor venturi nozzle, whereby the vacuum supplied to the recirculation valve actuator is such that the valve opening position is affected whereby the volume flowing through the valve in proportion to the volume of inflowing air becomes optimal. operating condition of the engine.

Uppfinningens ytterligare syften och fördelar framgår av följan- de beskrivning av en föredragen utföringsform. Bifogade ritning visar fragmentariskt en förbränningsmotor med en ventil för återcirkulation av avloppsgas och ett tillhörande regleringssystem.The further objects and advantages of the invention will become apparent from the following description of a preferred embodiment. The attached drawing shows fragmentarily an internal combustion engine with a valve for recirculation of waste gas and an associated control system.

Förbränningsmotorn har en konventionell förgasare 10 med ett spjäll ll, ett venturimunstycke 12 och en insugningskanal 13. En ven- til 14 för reglering av återcirkulerad avgas styr strömningen av gas' -från motorns utblåsningskanal 15 till insugningskanalen 13 för åter- cirkulation genom motorn.\ Ventilen 14 omfattar ett hus 16 som är uppdelat genom en plåt 17 i en övre kammare 20 och en nedre kammare 21. Den övre kammaren 20 är uppdelad i ett övre parti 20a och ett nedre parti 20b genom en böjlig membran 18. Den nedre kammaren har en inloppsöppning 22 och en utlopps- öppning 23. En ventil 24 är förbunden med membranen 18 genom en spindel som sträcker sig genom en motsvarande utformad öppning i plåten 17. Ven- tilen förflyttas genom utböjning av membranen för att stänga och öppna öppningen 22. En fjäder 25 trycker normalt ventilen 24 så att ventilen stänger öppningen. ventilen 24 föras från öppningen då tillräckligt va- kuum alstras i den övre kammaren 20. Kammarens parti 20b är försett med en ventileringsöppning 28 som tillåter membranen 18 att utböjas i för- hållande till plåten 17 då det nedre partiet 20b av kammaren är venti- lerat och sålunda alltid står väsentligen vid atmosfärstryck oavsett membranens läge. i ' _ Vakuum för att öppna ventilen alstras i kammarens partil20a via en förbindelse mellan partiet 20a och insugningskanalen 13. Denna för- bindelse omfattar en ledning 27 mellan insugningskanalen 13 och inlopps- öppningen 33 till vakuumregulatorn 34, en kammare 35 i vakuumregulatorn och en ledning 36 som förbinder kammaren 35 och kammarens parti 20a i ventilen 14.The internal combustion engine has a conventional carburetor 10 with a damper 11, a venturi nozzle 12 and an intake duct 13. A valve 14 for regulating recirculated exhaust gas controls the flow of gas' from the engine exhaust duct 15 to the intake duct 13 for recirculation through the engine. The valve 14 comprises a housing 16 which is divided by a plate 17 into an upper chamber 20 and a lower chamber 21. The upper chamber 20 is divided into an upper portion 20a and a lower portion 20b by a flexible diaphragm 18. The lower chamber has an inlet opening 22 and an outlet opening 23. A valve 24 is connected to the diaphragms 18 by a spindle extending through a correspondingly shaped opening in the plate 17. The valve is moved by bending the diaphragms to close and open the opening 22. A spring 25 normally pushes the valve 24 so that the valve closes the opening. the valve 24 is moved from the opening when sufficient vacuum is generated in the upper chamber 20. The portion 20b of the chamber is provided with a ventilation opening 28 which allows the diaphragms 18 to be deflected relative to the plate 17 when the lower portion 20b of the chamber is ventilated and thus always stands substantially at atmospheric pressure regardless of the position of the membrane. Vacuum for opening the valve is generated in the chamber portion 20a via a connection between the portion 20a and the intake duct 13. This connection comprises a conduit 27 between the intake duct 13 and the inlet opening 33 of the vacuum regulator 34, a chamber 35 in the vacuum regulator and a conduit 36 connecting the chamber 35 and the portion 20a of the chamber in the valve 14.

Verkan av vakuumregulatorn 34, som visar sig i ledningen 36, sty- res enligt rådande vakuum i en ledning 37 som förbinder förgasarens venturimunstycke 12 med regulatorn. I venturimunstycket 12 råder van- ' ligen ett litet vakuum jämfört med det vakuum.som råder i insugnings- ledningen. Detta lilla vakuum i venturimunstycket användes emellertid för att via regulatorn reglera vakuum från insugningskanalen i den från regulatorn utgående ledningen 36 för att i kammaren 20 alstra ett va- ~7z1729s-7 4 10 15 20 25 30 35 40 kuum vid en given multipel för manöver av ventilen, såsom omkring 10 gånger det vakuum som råder i venturimunstycket förutsatt att ett dy- likt vakuum förekommer i insugningskanalen. Vakuumregulatorn 34 är när- mare beskriven i US patentskriften 3 125 lll. Den grad av vakuum som alstras i kammaren 35 styres av den grad av vakuum som finnes i kamma- ren 40 i regulatorn 34 vilken är förbunden med venturimunstycket 12 via ledningen 37. Kammaren 40 har en böjlig membran 41 vars sidorörelse överföres till en membranventil 42 över en spindel 43. Rörelsen av mem- branventilen 42 genom membranen 41 åstadkommer alternativt att kamma- ren 35 förbindes med insugningskanalen via ledningen 27, eller med at- mosfären i kammaren mellan membranerna 41 och 42, eller att kammaren 35 tillslutes mot såväl atmosfären som sugverkan från insugningskana- len. Härigenom åstadkommas ett kontrollerat vakuum i kammaren 35 och ledningen 36 enligt det vakuum som råder i kammaren 40 och som påver- kar läget av membranen 41.The action of the vacuum regulator 34, which appears in the line 36, is controlled according to the prevailing vacuum in a line 37 which connects the venturi nozzle 12 of the carburettor to the regulator. In the venturi nozzle 12 there is usually a small vacuum compared to the vacuum prevailing in the intake line. However, this small vacuum in the venturi nozzle is used to regulate vacuum from the intake duct in the line 36 emanating from the regulator via the regulator to generate in the chamber 20 a vacuum at a given multiple for operation. of the valve, such as about 10 times the vacuum prevailing in the venturi nozzle provided that such a vacuum is present in the intake duct. The vacuum regulator 34 is further described in U.S. Pat. No. 3,125 III. The degree of vacuum generated in the chamber 35 is controlled by the degree of vacuum present in the chamber 40 of the regulator 34 which is connected to the venturi nozzle 12 via the conduit 37. The chamber 40 has a flexible diaphragm 41 whose lateral movement is transmitted to a diaphragm valve 42 over a spindle 43. The movement of the diaphragm valve 42 through the diaphragms 41 alternatively causes the chamber 35 to be connected to the intake duct via the conduit 27, or to the atmosphere in the chamber between the diaphragms 41 and 42, or the chamber 35 is closed to both atmosphere and suction. from the intake duct. This provides a controlled vacuum in the chamber 35 and the conduit 36 according to the vacuum prevailing in the chamber 40 and which affects the position of the membranes 41.

Såsom ovan angivits är det önskvärt att öppningsgraden av venti- len 14 kan modifieras under marschhastighet för att reglera strömningen av avgaser till insugningskanalen och vidmakthålla önskat förhållande mellan avloppsgas och insugen luft. I detta driftstillstånd råder ett vakuum i venturimunstycket som överskrider 50 mmHg och ett vakuum i in- sugningskanalen som överskrider 200 mmHg. Därvid skulle normalt regula- torn 34 alstra ett vakuum i kammaren 20 som helt öppnade ventilen 14. volymen avloppsgas strömmande genom ventilen skulle därvid påverkas av ändringar i tryckfallet över ventilen. Enligt uppfinningen modifieras eller minskas automatiskt det vakuum som styr regulatorn 34 så snart vakuum i insugningskanalen ökas över ett bestämt värde för marschhas- tighet, så att ventilens öppningsläge motsvarande modifieras och därmed den volym avloppsgas-som genom ventilen 14 övergår från utblåsningska- nalen till insugningskanalen. I detta syfte modifieras styrningen av _regulatorn 34 medelst en moduleringsventil 50. _ Ventilen 50 omfattar ett hus 51 med en membran 52 som sträcker sig i husets tvärriktning och bildar två kammare 53 och 54 i huset.As stated above, it is desirable that the degree of opening of the valve 14 be modified at cruising speed to regulate the flow of exhaust gases to the intake duct and maintain the desired ratio of exhaust gas to intake air. In this operating state, there is a vacuum in the venturi nozzle exceeding 50 mmHg and a vacuum in the intake duct exceeding 200 mmHg. In this case, the regulator 34 would normally generate a vacuum in the chamber 20 which fully opened the valve 14. The volume of waste gas flowing through the valve would then be affected by changes in the pressure drop across the valve. According to the invention, the vacuum which controls the regulator 34 is automatically modified or reduced as soon as the vacuum in the intake duct is increased above a certain value for cruising speed, so that the valve opening position is correspondingly modified and thus the volume of exhaust gas passing from the exhaust duct 14 to the exhaust duct . To this end, the control of the regulator 34 is modified by means of a modulation valve 50. The valve 50 comprises a housing 51 with a diaphragm 52 which extends in the transverse direction of the housing and forms two chambers 53 and 54 in the housing.

Kammaren 53 är öppen mot atmosfären genom en öppning 55. Ett ventilsä- te 56 är anordnat i kammaren 53 och förbundet med ledningen 37 mellan en strypning 57 i ledningen och vakuumregulatorn 34. En konisk ventil- kropp 60 är fäst på membranen 52 och förflyttas axiellt då membranen 52 utböjes. Ventílkroppen 60 är anordnad att förflyttas mer eller mind- re in mot ventilsätet S6 genom membranen 52 så att en varierande ström- ningsöppning erhålles i beroende av hur mycket ventilkroppen 60 in- tränger i sätet och den särskilda konturen av ventilkroppen. När ven- tilkroppen 60 åtardrages från sätet 56 ökas strömningsöppningen, och vice versa. En tryckfjäder 61 trycker membranen 52 och ventilkroppen 1 10 15 20 25 30 35 s 7317296-7 60 i riktning åt vänster enligt figuren för tillslutning mot ventil- sätet 56. Då ett relativt högt vakuum alstras i insugningskanalen för- flyttar atmosfärstrycket nembranen 52 åt höger och hoptrycker fjädern 61 för ökning av öppningen mellan ventilsätet 56 och ventilkroppen 60.The chamber 53 is open to the atmosphere through an opening 55. A valve seat 56 is arranged in the chamber 53 and connected to the conduit 37 between a choke 57 in the conduit and the vacuum regulator 34. A conical valve body 60 is attached to the diaphragms 52 and is moved axially as the diaphragm 52 is deflected. The valve body 60 is arranged to be moved more or less towards the valve seat S6 through the diaphragms 52 so that a varying flow opening is obtained depending on how much the valve body 60 penetrates into the seat and the particular contour of the valve body. When the valve body 60 is retracted from the seat 56, the flow opening is increased, and vice versa. A compression spring 61 pushes the diaphragms 52 and the valve body 1 in the left direction according to the figure for closing to the valve seat 56. When a relatively high vacuum is generated in the intake duct, the atmospheric pressure moves the diaphragm 52 to the right. and compresses the spring 61 to increase the opening between the valve seat 56 and the valve body 60.

Detta tillåter ökad strömning av atmosfär genom ventilen och till led- ningen 37, varigenom styrkan av vakuunsignalen till regulatorn 34 mins- kas. Ventilen 14 styres härigenom så att den minskar sitt genomlopp varigenom strömningsvolymen av avloppsgas genom ventilen kommer att bibehållas väsentligen konstant trots en ökning av tryckfallet mellan utblåsningskanalen och insugningskanalen.This allows increased flow of atmosphere through the valve and to line 37, thereby reducing the strength of the vacuum signal to controller 34. The valve 14 is thereby controlled so that it reduces its throughput whereby the flow volume of waste gas through the valve will be kept substantially constant despite an increase in the pressure drop between the exhaust duct and the intake duct.

Vid minskat yakuum i insugningskanalen förflyttar fjädern 61 mem- branen 52 och ventilkroppen 60 åt vänster mot sätet 56 vilket minskar strömningen av atmosfär genom ventilen till ledningen 37. Verkan av atmosfärinsläppet till ledningen 37 minskas härígenom och vakuumsigna- len till regulatorn 34 ökas så att regulatorn åstadkommer ett vakuum vilket ökar öppningsgraden av ventilen 14. Sålunda passerar väsentligen samma strömningsvolym avloppsgas genom ventilen 14 ehuru tryckfallet över ventilen har minskats.When the vacuum in the intake duct is reduced, the spring 61 moves the diaphragm 52 and the valve body 60 to the left towards the seat 56, which reduces the flow of atmosphere through the valve to the conduit 37. The effect of atmospheric inlet to the conduit 37 is thereby reduced and the vacuum signal to the regulator 34 is increased. creates a vacuum which increases the degree of opening of the valve 14. Thus, substantially the same flow volume of exhaust gas passes through the valve 14 although the pressure drop across the valve has been reduced.

Fjädern 61 är lämpligen så kalibrerad att ventilkroppen 60 slu- ter mot sätet 56 till dess ett vakuun av omkring 200 mm alstras i in- sugningskanalen. Sålunda modifieras det vakuum som råder i kammaren 40 i regulatorn 34 ej av ventilen 50 utom i det fall då vakuum i insug- ningskanalen når ett bestämt värde.The spring 61 is suitably calibrated so that the valve body 60 closes against the seat 56 until a vacuum of about 200 mm is generated in the intake duct. Thus, the vacuum prevailing in the chamber 40 of the regulator 34 is not modified by the valve 50 except in the case where the vacuum in the intake duct reaches a certain value.

Ventilkroppen 60 har i det visade utförandet konisk form. Kroppen kan emellertid ha varje lämplig form för att åstadkomma den utspädning av venturimunstyckets vakuum i ledningen 37 som skulle resultera i önskad avgasströmning till insugningskanalen för varje givet läge av uembranen 52 såsom bestämd av graden vakuum i kammaren 54.In the embodiment shown, the valve body 60 has a conical shape. However, the body may have any suitable shape to provide the dilution of the vacuum of the venturi nozzle in the conduit 37 which would result in the desired exhaust flow to the intake duct for any given position of the membranes 52 as determined by the degree of vacuum in the chamber 54.

Det inses att ventilen 50 åstadkommer modulerad styrning av at- nosfärströmmen till ledningen 37, vilket resulterar i väsentligen op- timal strömningsvolym avgas från utblåsningskanalen till insugnings- kanalen över ett stort vakuumvariationsområde i insugningskanalen.It will be appreciated that valve 50 provides modulated control of the atmospheric flow to line 37, resulting in substantially optimum flow volume of exhaust gas from the exhaust duct to the intake duct over a large vacuum range of variation in the intake duct.

Strömningen behöver ej med nödvändighet vara konstant och kan ökas då motorbelastningen ökas. öppningsgraden av ventilen 14 enligt påverkan av regulatorn 34 för givna vakuum i venturimunstycket och insugningska- nalen vid en särskild motor kan bestämmas genom försök och den optimala öppningsgraden av ventilen kan erhållas genom lämplig utformning av ventilkroPPens 60 kontur för att åstadkomma korrekt vakuum för att sty- ra regulatorn 34.The flow does not necessarily have to be constant and can be increased as the motor load is increased. the degree of opening of the valve 14 according to the influence of the regulator 34 for given vacuum in the venturi nozzle and the intake duct of a particular motor can be determined by experiment and the optimal degree of opening of the valve can be obtained by appropriate design of the valve body 60 contour to provide proper vacuum to control ra regulator 34.

Claims

- 731729677 6 'd' Patent claim

A device for recirculating the exhaust gases at an internal combustion engine, comprising on the one hand a vacuum-operated recirculation valve (14) between the exhaust and inlet systems, which valve has an open position for the flow of the exhaust gases to the inlet premixed inlet gas and a closed position (54 ), which is arranged to vary depending on the velocity of the gas flowing through the engine in a manner known per se and an operating pressure obtained from the engine intake pipe (15) and transfer this to the valve (14), the pressure regulator (54) for obtaining a control signal conditioned by said gas velocity through a line (57) is connected to the air intake (12) of the engine, characterized in that a modulating means (50) is connected between said line (57) and engine suction pipe (15) and arranged to modify the control signal of the regulator (54) depending on the pressure prevailing in the suction pipe. _ '

Device according to claim 1, characterized in that the modulating means (50) comprises a chamber (54) standing in communication with the suction pipe (15), which is delimited on one side by a movable wall, e.g. a membrane (52), connected to a valve body (60), which is movable relative to a valve opening (56), thus depending on the pressure in the intake pipe, which valve opening communicates with said conduit (57).

Device according to claim 2, characterized in that the valve body (60) is arranged to controllably connect the line (57) to the atmosphere through the valve opening (56) in order to modify the control signal to the controller (54).

Device according to claim 5, characterized in that the valve body (60) has a surface so designed that it, in cooperation with the valve opening (56), modifies the control signal according to a certain function. PROMISED PUBLICATIONS: US 3,605,709 (123-119)