DE2462739C3 - Einrichtung zur dosierten Abgasrückführung bei einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur dosierten Rückführung von Abgasen aus der Auspuffleitung in die Ansaugleitung einer Brennkraftmaschine mit den Gattungsmerkmalen des Patentanspruchs 1.

Bei einer bekannten Abgasrückfiihreinrichtung dieser

Art (DE-OS 20 12 938, Fig. 6) ist zwischen dem Auspuffrohr und der Ansaugleitung einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine eine Verbindungsleitung vorgesehen, durch die in Abhängigkeit von bestimmten Betriebszuständen der Brennkraftmaschine vorgegebene Mengen an Abgasen dem Brennstoff-Luft-Gemisch zugesetzt werden, um den Schadstoffanteil in den Abgasen, insbesondere Stickoxide, zu senken. Da eine derartige Abgasrückführung in das Ansaugsystem nur für bestimmte Betrisbszustände der Brennkraftmaschine sinnvoll ist befindet sich in der Rückführleitung ein Dosierventil, dessen Stößel direkt mit der Membran einer Unterdruckdose fest verbunden ist Die Steuerung der Ventilbewegungen erfolgt durch Beaufschlagen einer Membrankammer der Druckdose mit dem Unterdruck aus der Ansaugleitung, und zwar über ein elektromagnetisch betätigbares Ventil. Im elektrischen Schaltkreis dieses Ventils ist ein von einer weiteren Unterdruckdose betätigter Schalter sowie ein mit einem Meßfühler für die Fahrzeuggeschwindigkeit gekoppelter weiterer Schalter in Reihe vorgesehen. Die bekannte Einrichtung hat jedoch den Nachteil, daß das Dosierventil keine Zwischenstellungen einnehmen kann. Vor allem aber besteht der hauptsächliche Nachteil dieser bekannten Vorrichtung darin, daß die Empfindlichkeit mit dem Ansteigen der Motordrehzahl abnimmt während die Temperatur in den Brennräumen und infolgedessen die Menge der Stickoxide mit der Füllung zunimmt Überdies leidet bei einem normal geformten Abschlußorgan des Rezirkulations- oder Umlaufventils die Steuerung der Rezirkulation der Auspuffgase an ungenügender »Progressivst«, da das Offnen und das Schließen des Umlaufkreises verhältnismäßig plötzlich geschieht Die Erfindung hat es sich zur Aufgabe gemacht eine Steuereinrichtung der angegebenen Art mit einem auch bei höheren Drehzahlen hochempfindlichen und von Nebenwirkungen weitgehend freien Ansprechverhalten mit progressiver Wirkung zu schaffen, die einfach und billig herzustellen ist und vor allem

auch während der Übergangsbetraebszustände des Motors die Rezirkulation der Auspuffgase im richtigen Maß steuert

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß im elektrischen Schaltkreis des elektromagnetisch betätigbaren Ventils ein mit dem Drosselklappengestänge gekoppelter Schalter angeordnet ist, der bei Vollast' und Leerlaufbetrieb der Brennkraftmaschine den Elektromagneten beeinflußt Die erfindungsgomäße Vorrichtung gestattet es,

so durch einfache und wenig kostspielige Mittel das jeweilige Volumen bzw. den Durchsatz der Umlauf-Auspuffgase in Abhängigkeit von dem Betriebszustand des Motors mit einer maximalen Empfindlichkeit und Progressivst zu steuern und dies vom Leerlauf bis zu den Bereichen höchster Drehzahlen oder höchster Leistung des Motors.

Zwischen die Unterdruckabnahme an dem Vergaser· rohr oder Saugrohr des Motors und der Unterdruckkammer des Umlaufventils ist ein Elektroventil eingeschaltet. Dieses Elektroventil wird in der Abschließstellung der Unterdfuckvefbitidung und deshalb in der Schließstellung des Auspuffgas-Rezirkulationsumlaufes. außerhalb der Teillastdrehzahlen des Motors durch zumindest einen elektrischen Kontakt erregt, der

*>"> durch ein Betätigen des in dem Vergaserrohr der Vergaseranordnung eingeschalteten regelbaren Drosselorgans geschaltet wird. Die Hubhöhe des Abschlußgliedes des Umlaufventils und infolgedessen die

Änderung der Rezirkulations-Durchflußöffnung der Auspuffgase wird während der Bereiche der Teillasten des Motors durch Änderungen des Unterdruckes in dem Vergaser- oder Saugrohr in Abhängigkeit von den Änderungen der Betriebswerte innerhalb der Übergangs-Betriebsbereiche des Motors geändert oder moduliert

Mit dieser Vorrichtung, bei der das öffnen und das Schließen des Abschlußgliedes des Umlaufventils allein durch die Stellung des in dem Vergaserrohr angeordneten Drosselorgans bedingt ist, kann die Einstellung der auf das Abschlußglied wirkenden Kraft genügend schwach bemessen werden, damit das öffnen dieses Abschlußgliedes bereits eintritt, sobald die elektrischen Kontakte dies gestatten oder veranlassen. Die untere Grenze der Einstellung ist lediglich durch die notwendige Andruckkraft des Abschlußgliedes an seinen Sitz bedingt, damit eine einwandfreie Abdichtung in der Schließstellung des Umlaufventils erzielt wird.

Man beherrscht auf diese Weise leichter den Beginn und das Ende einer Rezirkulation, da man nur auf einen einzigen Parameter einwirkt, wobei man, um dies zu erreichen, die Vorteile der Empfindlichkeit und Progressivität die mit der besonderen Gestaltung des Abschlußgliedes des Umlaufventils zusammenhängen, bewahrt Andererseits bewirkt die Lage oder Stellung der Unterdruckabnahme im Ansaugkrümmer des Motors im Vergleich zu deren Lage an der Seitenwand des Vergaserrohres der Vergaservorrichtung oder in der Höhe des engsten Querschnitts des Lufnrichters eine vollkommene Unabhängigkeit gegenüber der Art des verwendeten Vergasers oder ggf. vorgenommenen Konstmktions- oder Aufbauänderungen, die diesen Vergaser betreffen.

Das Elektroventil ist nicht fest mit dem Umlaufventil verbunden und es muß deswegen nicht das ganze bewegliche System dieses Umlaufventils bewegen. Es hat nur den Unterdruckleitungszug zum Umlaufventil abzuschließen oder zu öffnen. Es kann deshalb relativ geringe Leistung und Abmessungen haben.

Nach einer weiteren Ausbildungsform der Erfindung ist das Betätigungsorgan des elektrischen Schalters, der das Elektroventil in der Schließstellung erregt, eine schwenkbare Nocke, die an dem Betätigungs-Umlenkelement für das Steuern des regelbaren, in dem Vergaserrohr der Vergaservorrichtung liegenden Drosselorgans sitzt, derart ausgelegt, daß der Kontakt in der äußersten Schließ- bzw. Öffnungsstellung des regelbaren Drosselorgans in dem Vergaserrohr der Ver^aservorrichtung geschlossen wird und in den Zwischenstellungen dieses Drosselorgans offen ist.

Zweckmäßig ist ein zweiter elektrischer Kontakt der durch die Betätigung der Starteinrichtung des Vergasers in seine Schließstellung gebracht wird, parallel zum ersten Kontakt in den Speisestromkreis des Elektroventils derart eingeschaltet daß das Elektroventil während der Anlaßperiode des Motors in seine Schließstellung gebracht wird, ganz unabhängig von der Stellung des regelbaren Drosselorgans in dem Vergaserrohr der Vergaservorrichtung, also für einen Zeitraum, während dessen die Rezirkulation der Auspuffgase für das gute Arbeiten des Motors schädlich wäre.

Nach einer bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung ist eine Unterdruckreserve in die Unterdruckleitung zum Umlaufventil zwischen der Abnahmestelle an dem Vergaserrohr bzw. Saugrohr und dem Elektroventil eingefügt. Diese Unterdruckreserve ist an ihrem Anschluß auf der 3eite der Unterdruckabnahme mit einem Rückschlagventil versehen, das derart eingestellt ist, daß es diesen Anschluß schließt, sobald der Unterdruck in der Unterdruckabnahme kleiner ist als ein vorgegebener Druckwert in der Größenordnung von beispielsweise 300 mbar.

Diese Unterdruckreserve gestattet unter allen Umständen das Zurverfügungstellen eines ausreichenden Unterdrucks, insbesondere in dem Fall, in dem der Unterdruck am Vergaser- oder Saugrohr bei einer Beschleunigung kleiner als der Einstellwert des Umlaufventils ist

Die Zeichnung veranschaulicht Ausführungsbeispiele der Erfindung. Es zeigt

F i g. 1 schematisch eine allgemeine Darstellung der Vorrichtung mit dem Elektroventil,

F i g. 2 eine Variante der Vorrichtung nach F i g. 1, bei der eine Unterdruckreserve in die Unterdruckleitung zum Dosierventil eingefügt ist

Fig.3 eine schematische Darstellung einer weiteren

Variante der Vorrichtung gemäß F i g. 1, bei der eine der öffnungen des Elektroventils mit dc^: Druckseite eines Verdichters verbunden ist

Die in den F i g. 1 und 2 veranschaulichte Anordnung umfaßt eine erste Umlauf- oder Rezirkulationsleitung 1, welche die Auspuffleitung 41 des Motors 42 mit dem Dosierventil 2 und über dieses mit einer zweiten Umlaufleitung 3 verbindet die ihrerseits das Umlaufventil 2 mit dem Ausgangskrümmer 4 des Motors 42 verbindet Der in den beiden F i g. 1 und 2 dargestellte

Vergaser 43 ist ein Doppelvergaser.

Die vorliegende Erfindung läßt sich aber ebensogut für den Fall der Benutzung eines Einfachvergasers anwenden. Es wird überdies in der folgenden Beschreibung nicht besonders erwähnt daß das einstellbare Drosselorgan 35 des ersten dargestellten Vergasergehäuses mit dem einstellbaren Drosselorgan des zweiten Vergasergehäuses über jedem der Vergaser zugeordnete Elemente gekuppelt ist

Das Dosierventil 2 setzt sich im wesentlichen aus

einem Gehäuse 5 mit einem Sitz 10 für ein Abschlußorgan 7 und einer Unterdruckkammer 6 zusammen, die durch eine den Hub des Abschlußorgans 7 für das Schließen des Rezirkulationsumlaufs der Auspuffgase steuernde Membran 19 abgeschlossen ist

Die Einrichtung zur Betätigung des Dosierventils 2 durch Unterdruck umfaßt eine Leitung 44, weiche die Unterdruckkammer 6 mit einem Elektroventil 45 verbindet, und einer Leitung 46, die das Elektroventil 45 mit dem Ansaugkrümmer 4 des Motors 42 verbindet

so Das Elektroventil 45 hat ein Abschlußglied 47, das normalerweise durch eine Feder 48 in die Öffnungsstellung gedrängt wird, in der das Abschlußglied 47 die Verbindung zwischen den Leitungen 44 und 46 freigibt und dh Öffnung 51 für die Verbindung mit der Außenluft schließt. Dieses Abschlußglied 47 ist fest mit einem Anker 49 verbunden, der durch eine Magnetspule 50 angezogen wird, wenn diese Spule erregt ist und das Ventil in die Sch'ießstellung bringt, in der die Leitungen 44 und 46 getrennt sind, während die Leitung 44, die in

die Unterdruckkammer 6 mündet, über die Öffnung 51 mit der Atmosphäre verbunden ist Der Erregerkreis der Spule 50 des Elektroventils 45 enthalt eine Stromquelle, einen an der Betätigungseinrichtung der Startereinrichtung des Vergasers 45 angeordneten

*>'> Kontakt 52, dessen Schließen in der Startstellung gesichert ist, und parallel zu dem Kontakt 52 einen zweiten Kontakt 53, der normalerweise durch die Wirkung einer Druckfeder 54 in seine Schließstellung

und mit Hilfe eines Hebels 55 in seine Öffnungsstellung gedruckt wird, der eine Rolle 56 trägt, die sich an einem Profil 57 einer schwenkbaren Nocke 58 entlangbewegt, die ein Umlenkorgan für die Betätigung des einstellbaren Drosselorgans in dem Vergaserrohr 59 des Vergasers 43 bildet. Das Schwenken der Nocke 58 wird durch ein Element 60 des allgemeinen Steuergestänges des Vergasers bewirkt, das Drosselorgan 35 ist an diese Nocke durch eine Gruppe von Stangen 61 angelenkt.

Im Betrieb, vor allem beim Kaltstart, bewirkt das Schließen der Starteinrichtung des Vergasers 43 das Schließen des Kontakts 52. das seinerseits das Schließen des Abschlußglieds 47 auslöst, das so die Unterdruckabnahmeleitung 46 abschließt, die an den Ansaugkrümmer 4 angeschlossen ist, und gleichzeitig die Verbindung der Unterdruckkammer 6 mit der Atmosphäre herstellt, so daß die Feder 20 die Membran 19 herabdrücken und das

Abschluß des Rezirkulationsumlaufs der Auspuffgase bewirken kann, und dies unabhängig von der Stellung des Drosselorgans 35 in dem Vergaserrohr der Vergaservorrichtung. Wenn der Motor heiß ist, bewirkt das öffnen der Starteinrichtung des Vergasers 43 das öffnen des Kontaktes 52 und führt so durch die umgekehrte Bewegungsfolge zum Wirksamwerden des in dem Ansaugkrümmer 4 herrschenden Unterdrucks in der Unterdruckkammer 6 und infolgedessen zum öffnen des Ventils für den Umlauf der Auspuffgase.

In normalem Betrieb des Motors bewirkt das Profil der Nockenbahn 57 des Nockens 58 für die äußersten Schließ- und Öffnungsstellungen des Drosselorgans 35 in dem Vergaserrohr 59 der Vergaseranordnung 43. also in der Leerlaufstellung und in der Stellung für höhere oder starke Belastung des Motors, das Schließen des Kontaktes 53 am Gassteuersystem, der das Schließen des Abschlußgliedes 47 des Elektroventils 45 herbeiführt, wodurch in der gleichen Weise wie durch das Schließen des Kontaktes 52 an der Betätigung der Starteinrichtung das Schließen des Abschlußgliedes 7 erfolgt, das so den Rezirkulationsumlauf der Auspuffgase schließt.

Für die Zwischenstellungen des einstellbaren Drosselorgans 35 in dem Vergaserrohr 59 des Vergasers 43. die Bereichen von Teilleistungen des Motors entsprechen, bewirkt das Profil der Nockenbahn 57 des Nockens 58 das öffnen des Kontakts 53 an der Gasgebevorrichtung, wodurch die Spule 50 des Elektroventils 45 abgeschaltet wird, und durch den gleichen Vorgang, wie er durch das öffnen des Kontaktes 52 an der Gasgebevorrichtung für den Startvorgans eingeleitet wurde, erfolgt nun das Einwirken von Unterdruck in der Unterdruckkammer 6 und schließlich das öffnen des Abschlußgliedes 7. das den Rezirkulationsumlauf der Auspuffgase bis dahin verschloß. Änderungen der Übergangsbetriebsbedingungen des Motors entsprechen in dem Ansaugkrümmer 4 Änderungen des Unterdruckes, welche von der elastischen Membran 19 der Unterdruckkammer 6 in Bewegungen umgesetzt werden. So bestimmen diese Änderungen das Anheben des Abschlußgliedes 7. Die zweckmäßige kegelstumpfförmige Gestalt des Abschlußgliedes 7 ist. wie oben beschrieben, derart daß die Erhöhung des veränderlichen Durchlaßquerschnitts im Dosierventil 2 eine Funktion der Drehzahl und der Belastung des Motors ist Den unterschiedlichen Hubeinsteiiungen des AbschiuBgiiedes 7 entspricht also eine Modulation des Auspuffgasvolumens, das in Umlauf gebracht wird und das die günstigsten Entgiftungsbedingungen und auch Betriebsbedingungen des Motors für jeden Zwischenbetriebsbereich bestimmt.

Die F i g. 2 zeigt eine bevorzugte Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der eine Unterdruckreserve 62 zwischen den Ansaugkrümmer 4 und das Elektroventil 45 eingeschaltet ist, mit denen sie über die Leitungen 63 und 64 in Verbindung steht, welche die Leitung 46 nach F i g. 1 ersetzen.

Das Unterdruckreservegefäß 62 hat an seinem Anschluß in Richtung auf den Ansaugkrümmer 4 ein Ventil 65, das den Unterdruck aufrecht erhält und eine Kugel 66 enthält, die durch eine Feder 67 in die Schließstellung gedruckt wird. Dieses Ventil ist derart eingebaut und eingestellt, daß es die Leitung 64 abschließt, bis der Druck in dem Ansaugkrümmer 4 kleiner ist als ein gegebenes Unterdruckniveau in der Größenordnung von 300 mbar. Alle anderen Bestandteile der P ' g 7 sind irlpntUrh mit denjenigen der F i g. 1 und tragen infolgedessen die gleichen Bezugszahlen.

Im Betrieb zieht, sowie der Unterdruck in dem Ansaugkrümmer 4 300 mbar erreicht und überschreitet, dieser die Kugel 66 des Rückschlagventils 65 gegen die Feder 67 von ihrem Sitz ab und bringt so die Unierdruckreserve 62 auf Unterdruck. Umgekehrt, wenn der Unterdruck in dem Ansaugkrümmer 4 kleiner wird als 300 mbar. drückt die Feder 67 des Rückschlagventils i5 die Kugel 66 auf ihren Sitz, die damit die Leitung 64 für die Verbindung des Ansaugkriimmers 4 mit der Unterdruckreserve 62 abschließt. So wird der Unterdruck in der Unterdruckreserve 62 beibehalten, was es möglich macht, dauernd ein Unterdruckminimum in der Unterdruckkammer 6 aufrecht zu erhalten, das zumindest ein minimales Anheben des Abschlußgliedes 7 gestattet, also einen minimalen Durchsatz an Auspuffgas, das in Umlauf gehalten wird, ganz unabhängig von dem Teillastbereich des Motors.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung gestattet es also, durch einfache und billige, aber besonders sichere Mittel die Rezirkulation der Auspuffgase in den erforderlichen Mengenanteilen während der Übergangsbetriebszustände des Motors durchzuführen, in denen diese Rezirkulation wünschenswert ist. und mit Genauigkeit während des Leerlaufbereiches und des Bereiches starker Belastung des Motors, in denen diese Rezirkulation für den Betrieb und den Wirkungsgrad des Motors schädlich ist. den Umlauf zu sperren.

Die Benutzung des Dosierventils 2 entsprechend den soeben beschriebenen Ausführungen, bei denen dieses Ventil durch die Unterdruckabnahme in dem Vergaser oder der Motor-Ansaugleitung gesteuert wir;* stellt Probleme an die Dichtheit des Verschlußgliedes 7 im Leerlauf. Um die Benutzung eines Unterdruckverstärkers zu vermeiden, beginnt das öffnen des Abschlußgliedes bei einem Gasdruck unter 15 mbar. Im Leerlauf ergibt der Unterdruck in dem Ansaugkrümmer, der über die Umlaufleitung 3 direkt auf das Abschlußglied 7 wirkt, eine Hubkraft in der gleichen Größenordnung. Das Abschlußglied 7 verhält sich dann praktisch »schwimmend«, was zu Leckströmungen und einer zunehmenden Verschmutzung des Ventilsitzes 10 führen kann. Um diesen Nachteil zu beseitigen, benutzt man eine andere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, wie sie in Fig.3 veranschaulicht ist und bei der die Unterdruckkammer 6 des Dosierventils ebenfäiis wie vorher (F i g. 1 und 2) über eine Leitung 44 mit dem Elektroventil 45 verbunden ist Jedoch ist die öffnung 68 des Elektroventils 45 mit dem oberen Teil des Lufurichters 38 des Vergasers verbunden und seine

öffnung 69 über eine Leitung 70 an die Druckseite 71 eines Verdichters 72 angeschlossen.

Der Speisestromkreis der Spule 50 des Elektroventils 45 ist identisch mit demjenigen, der in der Fig. I dargestellt ist, in dem man einen Kontakt 53 in Parallelschaltung benutzt, der von einer mit der Betätigung des Drosselorgans 35 im Vergaserrohr des Vergaiers 43 verbundenen Nocken 58 betätigt wird, und einen /weiten Kontakt 52. der an der Betätigung der Starteinrichtung des Vergasers angeordnet ist.

Wenn die Spule 50 des Elektroventils 45 nicht erregt ist, drückt die Feder 48 das Abschlußglied 47 auf die öffnung 68 und verschließt diese, womit es gleichzeitig

die Unterdruckkammer 6 des Dosierventils 2 von der Unterdruckabnahme im oberen Teil des Lufttrichters 38 des Vergasers (s. Fig. I) trennt. Andererseits wird die Kammer 6 über die Leitung 44. die Öffnung 69 und die Leitung 70 mit der Druckseite 71 der Luftpumpe 72 verbunden. Auf diese Weise wird der Förderdruck des Verdichters auf die Membran 19 geleitet, er wirkt infolgedessen auf das AbschluQglied 7. das so in den Zeitspannen, in denen man die Rezirkulation unterbinden will, d. h. beim Leerlaufbetrieb und bei hohen Belastungen, energisch auf seinen Sitz 10 aufgedrückt wird.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur dosierten Rückführung von Abgasen aus der Auspuffleitung in die Ansaugleitung einer Brennkraftmaschine, bestehend aus einem in die Abgas-Rückführleitung eingeschalteten Dosierventil, dessen Ventilstößel mit der Membrane einer mit dem Ansaugdruck beaufschlagten Druckdose fest verbunden ist, und aus einem elektromagnetisch betätigten Ventil, das in der Verbindungsleitung der Druckdose mit der Ansaugleitung eingeschaltet ist und in Abhängigkeit von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine eine Unterdruckverbindung einer Membrankammer der Druckdose mit der Ansaugleitung herstellt, dadurch gekennzeichnet, daß im elektrischen Schaltkreis des elektromagnetisch betätigten Ventils (45) ein mit dem Drosselklappengestänge (57,58,60) gekoppelter Schalter (53) angeordnet ist, der bei Vollast- und Leerlaufbetrieb der Brennkraftmaschine den Elektromagneten (50) beeinflußt

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Erregung des Elektromagneten (50) das Ventilglied (47) des Ventils (45) in Sperrstellung ist, und daß das Ventil (45) über die Verbindungsleitung (46) an den Ansaugkrümmer (4) der Brennkraftmaschine (42) angeschlossen ist

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß das Drosselklappengestänge insgesamt einen Schwenknocken (58) aufweist an dessen Nockenbahn (57) ein Hebel mit Rolle (55, 56) des Schalters (53} für das elektromagnetisch betätigte Ventil (45) geführt ist

4. Einrichtung nach A.ispruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet daß ein zweite·. bei Betätigen der Starteinrichtung schließender Schalter (52) parallel zu dem Schalter (53) in den elektrischen Kreis des elektromagnetisch betätigbaren Ventils (45) eingeschaltet ist

5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß ein Druckspeicher (62) in der Verbindungsleitung (63, 64) zwischen dem Ansaugkrümmer (4) und dem elektromagnetisch betätigten Ventil (45) eingeschaltet ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet daß der Druckspeicher (62) an seiner dem Ansaugkrümmet: (4) zugewandten Öffnung ein Rückschlagventil (65) aufweist das schließt wenn der Unterdruck im Ansaugkrümmer (4) kleiner als ein gegebener Wert ist.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 3—6, dadurch gekennzeichnet daß das elektromagnetisch betätigbare Ventil (45) bei erregtem Elektromagneten (50) geöffnet ist und eine Unterdruckverbindung zwischen der Druckdose (6) und dem Lufttrichter (38) des Vergasers herstellt, und daß bei nicht erregtem Elektromagneten (50) und geschlossenem Ventil (45) die Druckdose (6) mit der Druckseite (71) eines Verdichters (72) verbunden ist.