DE3831080C2 - Abgasrückführung für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Abgasrückführung gemäß dem Oberbegriff des Patentan­ spruchs 1.

Bekanntlich besteht eine Möglichkeit zur Verringerung des Gehalts der Abgase einer Brennkraftmaschine, insbesondere der Antriebsmaschine eines Kraftfahrzeugs, an schäd­ lichen Bestandteilen und zugleich zur besseren Ausnutzung des Kraftstoffs in der Rückführung der Abgase in den Verbrennungsprozeß, also in die Brennräume der Ma­ schine. Ein besonderes Problem ist dabei die Zumessung der rückgeführten Abgase, da verständlicherweise nicht über den gesamten Betriebsbereich der Maschine, also von Leerlauf bis Vollast, eine konstante Abgasmenge in den Verbrennungsprozeß zurück­ geführt werden kann. Gegenüber üblichen Anordnungen der Abgasrückführleitung, nämlich so, daß sie strömungsabwärts der üblicherweise mit einem Gaspedal in Ver­ bindung stehenden, ein Leistungsstellglied darstellenden Drosselklappe in die Frisch­ gasleitung (Saugrohr) einmündet (siehe z. B. US-PS 4 979 710, F 02 M 25/06), bietet die in der US-PS 4 223 650, F 02 M 25/06, gelehrte Einmündung der Abgasrückführ­ leitung strömungsaufwärts des Leistungsstellglieds den Vorteil, daß zusätzliche Ventile in der Abgasrückführleitung eingespart werden können. Wenn auch bei dem zuletzt ge­ nannten Stand der Technik durch Lage der Einmündungsstelle der Abgasrückführleitung im engsten Querschnitt eines dem Luftfilter der Maschine vorgeschalteten Venturi ein bestimmter Zusammenhang zwischen rückgeführter Abgasmenge und zugeführter Frisch­ gasmenge erzielt wird, ohne daß zusätzliche, beispielsweise vom Saugrohrdruck betä­ tigte Ventile vorgesehen sein müssen, hat sich doch gezeigt, daß diese Lösung den Er­ fordernissen moderner Brennkraftmaschinen nicht Rechnung trägt. Man hat daher auch bereits versucht - siehe DE-OS 26 55 991, F 02 M 25/06 -, durch Wahl der Einmün­ dungsstelle der Abgasrückführleitung in die Frischgasleitung zwischen zwei Drossel­ klappen, die synchron durch das Gaspedal betätigt werden, die die jeweils rückgeführte Abgasmenge bestimmenden Druckverhältnisse bzw. Druckdifferenzen zu vergrößern, um die jeweils rückgeführte Abgasmenge zu erhöhen. Auch hier wird jedoch nicht in aus­ reichendem Maße den Verhältnissen in der Brennkraftmaschine bei verschiedenen Be­ triebsweisen bzw. Betriebsbedingungen Rechnung getragen.

Zur Abrundung des Standes der Technik sei auf die EP 0 089 492 B1, F 02 D 9/02, hingewiesen, die eine Brennkraftmaschine mit zwei in Reihe liegenden Leistungsstell­ gliedern beschreibt, von denen eines in üblicher Weise mit dem Gaspedal in Verbindung steht, während dem anderen ein Stellmotor zugeordnet ist, der über eine elektronische Steuerung in Abhängigkeit von verschiedenen Parametern der Brennkraftmaschine und des mit dieser ausgerüsteten Fahrzeugs angesteuert wird. Eine derartige Ausbildung der Maschine mit zwei Leistungsstellgliedern, von denen eines vom Fahrer des Fahr­ zeugs und das andere in Abhängigkeit von Betriebsparametern betätigt wird, hat eine Verringerung des Brennstoffverbrauchs zum Ziel. Eine Abgasrückführung ist bei diesem Stand der Technik nicht vorgesehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Abgasrückführung gemäß dem Oberbe­ griff des Hauptanspruchs, also insbesondere unter Wahrung der vorteilhaften Vermei­ dung zusätzlicher Ventile in der Abgasrückführleitung, zu schaffen, die in einfacher Weise die Einhaltung eines optimalen Zusammenhangs zwischen rückgeführter Abgas­ menge und jeweils zugeführter Frischgasmenge auch über lange Betriebszeiten der Brennkraftmaschine sich erstellt.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht in den kennzeichnenden Merkma­ len des Hauptanspruchs, vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der Erfindung beschrei­ ben die weiteren Ansprüche.

In Abweichung von dem zuletzt angeführten Stand der Technik durchsetzt bei der Erfindung also nicht die gesamte Frischgasmenge die Reihenschaltung von Leistungs­ stellglied und Drosselglied, die in üblicher Weise als Drosselklappen, aber auch als Schieber (Walzenschieber) ausgebildet sein können, sondern ein Teil des Frischgases durchströmt die das Drosselglied umgehende Bypassleitung, in die auch die Abgasrück­ führleitung ein mündet. Damit erfolgt also mittels des Drosselglieds in Abhängigkeit von Maschinen- und gegebenenfalls Fahrzeugparametern die Einstellung einer Bypass­ strömung des Frischgases, die für die die jeweils rückgeführte Abgasmenge bestimmenden Druck­ verhältnisse sorgt. Je weiter das Drosselglied in seine Schließstellung bewegt ist, um so größer ist bei konstanter Stellung des mit dem Gaspedal verbundenen Leistungsstell­ glieds der die Bypassleitung durchsetzende Frischgasanteil und damit auch die rückge­ führte Abgasmenge.

Das dem Drosselglied zugeordnete elektronische Steuergerät kann mit verschiedenen Sensoren für Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine in Verbindung stehen, beispielswei­ se für Drehzahl, Last, Temperatur, gegebenenfalls auch für Parameter des mit der Brennkraftmaschine ausgerüsteten Fahrzeugs, beispielsweise für die Raddrehzahl. Als besonders zweckmäßig hinsichtlich der Heranziehung als Steuer- bzw. Regelgröße ganz allgemein für die Bestimmung der jeweils rückgeführten Abgasmenge hat sich die Lauf­ unruhe der Brennkraftmaschine erwiesen, die letztlich auf die Unterschiede in den An­ teilen der Verbrennungen in den einzelnen Zylindern zur Drehmomenterzeugung der Brennkraftmaschine zurückgeht. Diese Anteile können beispielsweise über die brenn­ raumindividuellen Beschleunigungen erfaßt werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung erläu­ tert, die schematisch, teilweise im Längsschnitt, eine mit der erfindungsgemäßen Ab­ gasrückführung ausgerüstete Brennkraftmaschine für den Antrieb eines Kraftfahrzeugs wiedergibt.

Die eigentliche Brennkraftmaschine, also gleichsam der Motorblock, ist bei 1 ange­ deutet. Bei 2 erkennt man das im einzelnen noch zu beschreibende Frischgasleitungs­ system, bei 3 die Abgasleitung der Maschine.

Betrachtet man nun das Frischgasleitungssystem 2 im einzelnen, so enthält dieses die eigentliche Frischgasleitung 4 sowie die Bypassleitung 5, wobei in der eigentlichen Frischgasleitung 4 das mit dem Gaspedal 6 verbundene Leistungsstellglied 7 angeord­ net ist, während die Bypassleitung 5 das Drosselglied 8 im Zuge der Frischgasleitung 4 überbrückt, dem der Elektromotor 9 als Steuer- oder Stellglied zugeordnet ist; er wird angesteuert über das elektronische Steuergerät 10, das mit einer Reihe Sensoren verbunden ist. In diesem Ausführungsbeispiel handelt es sich um Sensoren 11 für die Drehzahl der Maschine, 12 für die Last derselben, 13 für die Laufunruhe, 14 für die Maschinentemperatur sowie 15 für eine weitere Eingangsgröße, beispielsweise einen Parameter des mit der Maschine ausgerüsteten Fahrzeugs.

Aus allen diesen Eingangsgrößen bildet das elektronische Steuergerät 10 eine Steuer­ größe für den Elektromotor 9, der das Drosselglied 8 in eine Öffnungsstellung (im Ex­ tremfall auch in eine Schließstellung) verschwenkt, die bei vorgegebener Stellung des Leistungsstellglieds 7 eine Frischgas-Bypassströmung 16 zur Folge hat, die für die je­ weils rückgeführte Abgasmenge optimale Druckverhältnisse erzeugt.

Zur Rückführung des Abgases dient die Abgasrückführleitung 17, die sich zwischen dem engsten Strömungsquerschnitt des Venturi 18 in der Abgasleitung 3 einerseits und dem engsten Strömungsquerschnitt des Venturi 19 in der Bypassleitung 5 andererseits er­ streckt. Dabei ist der Abgasventuri 18 so ausgelegt, daß bei allen Stellungen der Glie­ der 7 und 8, das heißt bei allen im Betrieb der Maschine vorkommenden Frischgasdurch­ sätzen, der Abgasdruck im engsten Venturiquerschnitt zumindest annähernd derselbe ist. Der bypasseitige Venturi 19 ist dagegen so ausgelegt, daß sich an der Einmündung 20 der Abgasrückführleitung 17 ein Druck einstellt, der einen zumindest annähernd linea­ ren Zusammenhang zwischen der jeweils rückgeführten Abgasmenge einerseits und dem Frischgasdurchsatz andererseits zur Folge hat. Verständlicherweise wäre es grundsätz­ lich auch möglich, im Bedarfsfall hier für einen nichtlinearen Zusammenhang zu sorgen.

Man kann den Strömungsquerschnitt der Bypassleitung 5 im Verhältnis zu demjenigen der Frischgasleitung 4 so klein wählen, daß bei voll geöffnetem Drosselorgan 8 die Ab­ gasrückführung ohne zusätzliche Schaltmittel unterbunden ist.

Wie auch die Beschreibung des Ausführungsbeispiels der Erfindung erkennen läßt, bietet sie unter Vermeidung zusätzlicher Ventile mit bewegten Teilen die vorteilhafte Möglich­ keit einer exakten Bestimmung der jeweils rückgeführten Abgasmenge auch über lange Betriebszeiten der Maschine, und zwar insbesondere deshalb, weil die zur Verstellung des Drosselglieds 8 herangezogene Laufunruhe ein direkter Indikator für die Einstellung der Maschine ist.

Claims (5)

1. Abgasrückführung für eine Brennkraftmaschine mit einer von einer Abgasleitung ausgehenden Abgasrückführleitung, die in eine Frischgasleitung strömungsaufwärts eines Leistungsstellglieds ein mündet, dadurch gekennzeichnet, daß die Frischgaslei­ tung eine Bypassleitung (5) zu einem strömungsaufwärts des Leistungsstellglieds (7) angeordneten Drosselglied (8) ist, dem ein mit Sensoren (11 bis 15) für Betriebspa­ rameter der Brennkraftmaschine verbundenes Steuergerät (10) zugeordnet ist.

2. Abgasrückführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgasrück­ führleitung (17) vom engsten Strömungsquerschnitt eines in der Abgasleitung (3) vor­ gesehenen Venturi (18) solcher Auslegung abgeht, daß der dort herrschende Abgas­ druck zumindest annähernd unabhängig von der der Brennkraftmaschine jeweils zu­ geführten Frischgasmenge ist.

3. Abgasrückführung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgas­ rückführleitung (17) in den engsten Strömungsquerschnitt eines in der Bypassleitung (5) vorgesehenen Venturi (19) solcher Auslegung einmündet, daß zwischen der jeweils zugeführten Frischgasmenge und der jeweils rückgeführten Abgasmenge eine zumindest annähernd lineare Abhängigkeit besteht.

4. Abgasrückführung für eine Brennkraftmaschine mit einer von einer Abgasleitung ausgehenden, in eine mit einem Leistungsstellglied bestückte Frischgasleitung ein­ mündenden Abgasrückführleitung, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Drosselglied (8) in der Frischgasleitung (4) oder der Abgasrückführleitung vorhanden ist, dem ein mit einem Sensor (13) für die Lauf­ unruhe der Brennkraftmaschine verbundenes Steuergerät (10) zugeordnet ist.

5. Abgasrückführung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch ein sol­ ches Verhältnis der Strömungsquerschnitte von Bypassleitung (5) und Frischgasleitung (4), daß bei voll geöffnetem Drosselorgan (8) die Abgasrückführung unterbunden ist.