DE2351721A1

DE2351721A1 - Einrichtung zur rueckfuehrung von auspuffgas

Info

Publication number: DE2351721A1
Application number: DE19732351721
Authority: DE
Inventors: Hisanori Moriya; Tadao Osawa
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1972-10-16
Filing date: 1973-10-15
Publication date: 1974-05-02
Also published as: JPS4962818A; JPS527494B2; DE2351721B2; GB1444616A

Description

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81-21.544P(21.545H) 15. 10. 1973

HITACHI, LTD., Tokio (Japan)

Einrichtung zur Rückführung von Auspuffgas

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Rückführung eines Teiles des Auspuffgases eines Kraftwagen-Vergasermotors in die Gasansaugleitung stromunterhalb der Vergaserdrosselklappe durch eine Auspuffgas-Rückführleitung zur Beseitigung des im Auspuffgas enthaltenen Stickoxydes.

Im allgemeinen teilen sich die Einrichtungen'zur Rückführung von Auspuffgasen in den Motor in zwei Arten: eine erste, bei der das Auspuffgas zur stromoberen Seite der Vergaser-Drosselklappe

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zurückgeführt wird, und eine andere, beider Auspuffgas zur stromunteren Seite der Vergaser-Drosselklappe, also in das Ansaugrohr zurückgeführt wird. Die erstgenannte Art bringt, obwohl sich bei ihr die Rückführungs-Menge gut regeln läßt, Probleme mit sich, z- B. Verschmutzung des Vergasers, Widerstandsfähigkeit gegen Hitze und sonstiges. Die zweitgenannte Art dagegen hat, obwohl sie eine schon in Massen hergestellte Vorrichtung zur Regelung der Rückführ—Menge enthält, nämlich eine Vorrichtung, bei der diese Menge durch ein stromoberhalb der Vergaserklappe angeordnetes Unterdruck-Membranventil geregelt wird, den Nachteil, daß das Rückführ-Verhältnis , nämlich das Verhältnis der zurückgeführten Auspuffgas-Menge zur angesaugten Luftmenge, sich ändert, wenn bei gleichbleibend großer Öffnung der Vergaser klappe die Drehzahl sich ändert.

Bekannt ist ferner eine Einrichtung, bei der die Rückführmenge über ein mit der Drosselklappe gekuppeltes Gestänge geregelt wird. Aber auch diese Einrichtung bringt Schwierigkeiten hinsichtlich des Einbaues, der Betriebsfähigkeit und der Lebensdauer mit sich.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Einrichtung zur Rückführung von Auspuffgas zu liefern, mit der man ein über einen weiten Betriebsbereich im wesentlichen gleichbleibendes Verhältnis der Rückführmenge zur angesaugten Luftmenge erreichen kann.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist, eine Einrichtung zur Rückführung von Auspuffgas der angegebenen Art von gedrängtem Aufbau und langer Lebensdauer zu liefern.

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Ein hervorragendes Merkmal der Erfindung ist,, daß zur Regelung der Menge des in das Ansaugrohr stromunterhalb der Vergaser-Drosselklappe zurückzuführenden Auspuffgases in der Auspuffgas-Rückführleitung ein Strommengen-Regelventil und stromunterhalb von diesem ein Druckregelventil angeordnet sind und daß dieses Druckregelventil so gesteuert wird, daß seine Öffnung dann, wenn der Unterdruckstrom unterhalb der Drosselklappe groß ist, verkleinert wird und dann, wenn dieser Unterdruck klein ist, vergrößert wird.

Dadurch wird das Rückführverhältnis, d. h. die Menge des in die Maschine zurückgeführten Auspuffgases zur angesaugten Luftmenge, über einen weiten Betriebsbereich im wesentlichen konstant gehalten.

Fig - 1 zeigt schematisch den Aufbau der Auspuffgas-Rückführ-Einrichtung bei einer ersten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 zeigt in gleicher schematischer Weise eine zweite führungsforcn der Erfindung,

Zunächst sei die erste Ausführung anhand der Fig. 1 beschrieben:

Darin ist mit 1 ein Motorgehäuse, mit 2 ein Ansaugrohr und mit 3 ein Auspuffrohr bezeichnet» Das Ansaugrohr hat Verbindung mit der Außenluft durch einen Vergaser 6, der eine Drosselklappe 4,

ein Venturirohr 5 und einen Luftfilter 7 enthält. Die durch den Filter 7 eingeströmte Luft mischt sich mit dem in den Vergaser einfließenden Kraftstoff, und dieses Gemisch strömt durch das Ansaugrohr 2 in die Maschine 1 ein. Das Bezugszeichen 8 bedeutet einen Auspuffgas-Rückführ-Kanal, der das Auspuffrohr 3 und das Ansaugrohr 2 miteinander verbindet, so daß Auspuffgas aus dem Auspuffrohr 3 in das Ansaugrohr 2 zurückgeführt wird. Mit der Bezugsziffer 9 ist als Ganzes eine Strommengen-Regelungs-Einrichtung bezeichnet, die ein Strommengen-Regelventil 10, eine Stange 11, eine Membrane und eine Membranfeder 13 enthält; dieses Strommengen-Regelven-

til 10 und diese Membran 12 sind miteinander durch die Stange 11 verbunden. Dieses Strommengen-Regelventil 10 kann die Zumeß-Öffnung 14, welche die Auspuffgas-Strom menge zumißt, öffnen oder schließen. Das Venturirohr 5 ist durch einen Unterdruck-Kanal 15 . mit einer in dieser Strommengen-Regelungs-Einrichtung 9 angeordneten Unterdruckkammer 16 verbunden. In dieser Unterdruck-Kammer 16 ist die Membranfeder 13 so angeordnet, daß sie das Strommengen-Regelventil 10 ständig in seine Geschlossen-Stellung drängt. Mit dem Zeichen 17 ist als Ganzes eine Druckregelungs-Einrichtung bezeichnet, die aus einem Druckregelventil 18, einer Stange 19, einer Membran 20 und einer Membranfeder 21 besteht. Dieses Druckregelventil 18 ist in dem Auspuffgas-Rückführungs-Kanal 8 angeordnet und durch die Stange 19 mit der Membran 20 verbunden. Mit 22 ist ein erster Druckentlastungs-Kanal, der die stromobere Seite der Strommengen-Regeleinrichtung 9 mit einer ersten Druckentlastungs-Kammer 23 der Druckregelungs-Einrichtung 17 verbindet, bezeichnet. Ferner ist in der Druckregelungs-Einrichtung 17 eine zweite

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Drückentlastungs-Kämmer 24 angeordnet, welche durch die Membran von der genannten ersten Druckentlastüngs-Kammer 23 getrennt ist» Diese zweite Druckentlästungs-Kamrner 24 ist durch' einen zweiten Druckentlastungs^Kanal 25 mit dem Auspuffgas-Rückführ-Kanal 8 etwa auf dessen halber Länge zwischen dem genannten Strommengen-Regelventil 10 und dem Druckregelventil 18 verbunden.

Im Betrieb der Einrichtung wird, wenn ein großer Druckunterschied zwischen beiden Seiten der Strommengen-Jtegeleinrichtung 9 und des Strommengen-Regel Ventils 10 besteht, die Membran 20 in der Drückregelungs-Einrichtung 17, in dem sie die entgegengerichtete Kraft der Membranfeder 21 überwindet, herabgedrückt (in Fig, I), so daß die Betätigungsstange 19 das Druckregelventil 18 in seine Geschlossen-Stellüng bewegt. Wenn dies geschieht, wird der Druck zwischen dem Zumeß-Abschnitt, welcher das Strom mengen-Regelventil 10 und die Zumeß-Öffnung 14 in der Strommengen-Regeleinrichtung 9 enthält, und den Druckregelventil 18 in der Druckregelungs-Einrichtüng 17 steigen und der Druckunterschied zwischen den beiden Seiten der Zümeß-Öffhung 14 sinken. Umgekehrt wird, wenn der Druckunterschied zwischen beiden Seiten der Zumeßöffnüng 14 klein ist, die Membran 20 von der Membrarifeder 21 der Druckregelungs-Einrichtung 17 emporgedrückt (in Fig. l) und somit der Druckunterschied zwischen den beiden Seiten der Zumeß-Öffnung 14 vergrößert. So kann durch passende Wahl der Härte der Membranfeder 21 durch Wiederholung der genannten Arbeitsgänge der Druckuöterschied zwischen den beiden Seiten der Zumeß-Vorrichtung, -die aus der Strommengen-Regeleinrichtung 10 und der Zumeß-Öffnung 14 der Strom-

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mengen-Regeleinrichtung besteht, im wesentlichen konstantgehalten werden.

Venn der Druckunterschied zwischen den beiden Seiten der Zumeßöffnung 14 der Strommengen-Regeleinrichtung 9 durch die oben beschriebenen Anordnungen konstant eingestellt ist, dann wird, wenn die durch die Zumeßöffnung 14 des Strommengen-Regelventils 10 bestimmte Zumeßfläche so abgestimmt ist, daß sie im wesentlichen verhältnisgleich der angesaugten Luftmenge ist, das Rückführ-Verhältnis im wesentlichen konstant, was durch folgende For- , mel (1) ausgedrückt wird:-

worin QC das Rückführ-Verhältnis,
C eine Konstante,

A die durch die Zumeßöffnung 14 und durch das Strommengen-Regelventil 10 bestimmte Zumeßfläche,

Pe der Druck (entlastete Druck) stromoberhalb der Zumaß-Öffnung 14,

Pc der Druck zwischen der Zumeßöffnung 14 und dem Druckregelventil 18,

Qa die angesaagte Luftmenge

Die in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform benutzt den Unterdruck im Venturirohr zum Abfühlen der eingesaugten Luftmenge.

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Das heißt: Bei dieser Ausführungsform ist das Strommengen-Regelventil 10, welches die Öffnungsweite der Zumeßöffnung 14 steuert, mit der Membran 12 gekoppelt; und wenn die eingesaugte Luftmenge vermehrt wird, so daß der Druck im Venturirohr ansteigt, dann bewegt sich das Strommengen-Regelventil 10, die Widerstandskraft der Membranfeder 13 überwindend, aufwärts (in Fig. l) und vermehrt dadurch die Zumeßfläche.

So kann die Menge zurückgeführten Auspuffgases im wesentlichen unabhängig vom Betriebszustand verhältnisgleich der angesaugten Luftmenge gehalten werden durch Kombination einer Druckregelung s-Einrichtung und einer Strommeng en-Regelungseinrichtung. Die ganze Einrichtung ist also sehr einfach. In der Ausführungsform gemäß Fig. 1 ist als Druckregelventil eine Drehklappe benutzt; aber statt dieser kann auch ein Pilzventil oder ein Drehschieber verwendet werden. Wenn die Membran der Strommengen-Regeleinrichtung nicht vergrößert werden kann, muß ein Druckverstärker vorgesehen werden, da das Signal des Unterdrucks des Venturirohres sehr schwach ist. Auch kann, man das Strommengen-Regelventil elektrisch betätigen, indem man die Motordrehzahl, die Öffnungs weite der Vergaser-Drosselklappe und den im Ansaugrohr herrschenden Unterdruck mißt.

Nun sei auf Fig. 2 verwiesen, die eine andere Ausführungsform der Erfindung zeigt. Darin ist die Anordnung so getroffen, daß der · Ansaugrohr-Unterdruck, der dort das Strommengen-Regelventil steuert , wesentlich konstant gehalten und dadurch eine über einen weiten Betriebsbereich wesentlich gleichbleibende, zur angesaugten Luft-

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menge wesentlich proportionale Menge zurückgeführten Auspuffgases erzielt wird. In Fig. 2 sind gleiche Teile mit gleichen Bezugsziffern wie in Fig. 1 bezeichnet. Es bezeichnet also die Ziffer 1 das Motorgehäuse, 2 das Ansaugrohr und 3 das Auspuffrohr, 4 die Drosselklappe und das Venturirohr des Vergasers 6 und 8 einen Auspuffgas -Rückführ-Kanal, der mit einer Strom mengen-Regeleinrichtung 9 versehen ist, die eine Membran 12, eine Membranfeder 13 und ein Strommengen-Regelventil 10 enthält, das mit der Membran 12 durch eine Stange 11 gekoppelt ist. Dieses Strommengen-Regelventil 10 kann eine Zumeßöffnung 14 öffnen oder schließen, um die Auspuffgas-Menge zu messen. Das Venturirohr ist durch einen Kanal 15 mit einer Unterdruck-Kammer 16 der Strommengen-Regeleinrichtung 9 verbunden. Inder Unterdruck-Kammer 16 ist die Membranfeder 13 so angeordnet, daß sie das Strommengen-Regelventil 10 ständig in seine Geschlossen-Stellung drängt. Auf der der Unterdruck-Kammer 16 abgewandten anderen Seite der Membran 12 ist eine Luftfilter-Kammer 26 angeordnet, die durch einen Luftfilter-Kanal 27 mit der stromoberen Seite des Vergasers 6, d. h. mit dem Luftfilter 7 in der dargestellten Ausführungsform, verbunden ist. Das Strommengen-Regelventil 10 wird durch die Differenz zwischen dem Venturirohr-Unterdruck, der vom Unterdruck-Kanal 15 hergeleitet wird, und dem vom Luftfilter 7 hergeführten Druck betätigt. Die Bezugsziffer 28 bezeichnet eine Druckrecelungs-Einrichtung, die eine Membran 29, eine Membranfeder 30 und ein Druckregelventil 31 enthält. Dieses Druckregelventil 31 ist mit der Membran 29 durch eine Stange 32 gekuppelt. Die Membranfeder 30 ist in einer ersten Reglerkammer 33 so angeordnet, daß sie das Druckregel ventil 31 ständig in seine Offen-Stellung drängt.

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Diese erste Reglerkammer ist so gestaltet, daß sie zugleich als Auspuffgas-Rückführkanal dient. Die Bezugsziffer 34 bezeichnet eine in der Druckregelungs-Einrichtung 28 vorgesehene zweite Reglerksmmer, die so angeordnet ist, daß Druck vom Luftfilter 7 her in sie eingeführt wird. Das Druckregelventil 31 ist so gestaltet, daß es den zum Strommengen-Regelventil 10 und zur Zumeßöffnung 14 in der Strommengen-Regelungseinrichtung 9 geleiteten Druck auf konstanter HöhB hält, indem es dem Stromunterhalb der Vergaser-Drosselklappe herrschenden Unterdruck, der vom Auspuffgas-Rückführkanal 8 herangeleitet wird und der auf die Membranfeder 30 und die erste Reglerkammer 33 wirkt, gegen den Druck, der vom Luftfilter 7 hergeleitet wird und auf die zweite Reglerkammer 34 wirkt, aufwiegt. Diese Druckregelung s-Einrichtung 28 arbeitet so, daß sie, wenn die Vergaser-Drosselklappe nur wenig geöffnet ist, das Druckregel ventil 31 der Druckregelung s-Einrichtung 28 abwärts (in Fig. 2) drückt und somit den Unterdruck, der auf das Strommengen-Regelventil 10 und durch den Auspuffgas-Rückführkanal 8 auf die Zumeßöffnung 14 wirkt, auf einen vorgeschriebenen Wert verringert* Dann ist die vom Strommengen-Regel ventil 10 und von der Zumeß-Öffnung 14 der Strommengen-Regeleinrichtung 9 gebildete Zumeß-Fläche klein und daher die Rückführungsmenge gering« Bei Betrieb mit hoher Drehzahl bewegt sich das Druckregelventil 31 in der Druckregelungs-Einrichtung 28 aufwärts (in Fig. 2), und dadurch wird der auf das Strom mengen-Regelventil 10 und die Zumeßöffnung 14 wirkende Unterdruck auf wesentlich denselben Wert vergrößert, wie wenn die Öffnung der Vergaser-Drosselklappe gering ist.' Dann ist die von der Zumeßöffnung 14 und dem Strommengen-Regelventil 10 gebildete Zumeß-Fläche vergrößert.

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Auf diese Weise bewirkt die Druckregelungs-Einrichtung 28, daß der an der Zumeß-Öffnung 14 und dem Strommengen-Regelventil 10 wirkende Unterdruck dann, wenn die Vergaser-Drosselklappe nur wenig geöffnet ist, auf einen vorgegebenen Wert verringert wird, aber dann, wenn die Vergaser-Drosselklappe weiter geöffnet wird, auf denselben Wert wie bei nur wenig geöffneter Drosselklappe vergrößert wird und somit immer wesentlich konstant gehalten wird.

Angenommen, daß der durch diese Druckregelungs-Einrichtung 28 geregelte, konstante Druck Per ist, dann ergibt sich der Druck Pe im Auspuffrohr 3 aus der Gleichung

Pe = K - Qa² (2)

worin K eine Konstante und Qa die angesaugte Luftmenge ist. Daraus bestimmt sich die Auspuffgasmenge Qr wie folgt:

Qr = F · AV-^p- (Pe - Pre) (3)

= F --Α /η9- (K · Qa² - Pre) (4)

F = der Mengen-Koeffizient des Strom mengen-Regelventils 10,

A = die vom Strommengen-Regelventil 10 und der Zumeß-Öffnung 14 bestimmte Zumeß-Fläche,

e = die Erdbeschleunigung,

fi = das spezifische Gewicht des Auspuffgases.

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Hier sind der Mengen-Koeffizient des Strommengen-Regelventils 10, die'Erdbeschleunigung und das spezifische Gewicht des Auspuffgases sämtlich im wesentlichen konstante Werte i

Die obenstehende Formel Nr. 4 läßt sich umschreiben wie folgt:

(κ -

In dieser Formel ist Qr = OC . Qa, worin oC das Rückführungs-Verhältnis ist; dann ist

ψ (K - Qa² - Pre)

Dann ergibt sich der Hub S des Strommengen-Regelventils 10 der Strommengen-Regeleinrichtung 9 aus

S = H · Qa² (7)

worin H ein Hubkoeffizient ist.

Es läßt sich also, wenn die angesaugte Luftmenge Qa aus den Formeln Nr. 6 und Nr. 7 bestimmt wird," der Hub des Strommengen-Regelventils 10 ableiten, und dementsprechend ergibt sich die erforderliche Zumeßfläche aus der Zumeßöffnung 14. Daher ist, wenn der von der Druckregelungs-Einrichtung 28 geregelte Druck Pre ein ver-

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hältnismäßig großer Unterdruck ist, ein Ventil erforderlich von einer Bauform, die den Formeln Nr, 6 und Nr. 7 genügt, und seine Hubregelung läßt sich durch Einstellen des Unterdrucks im Vergaser-Venturirohr erreichen. Ferner wird, wenn Pre auf einen Wert nahe dem Außenluftdruck eingeregelt wird, die aus dem Strommengen-Regelventil und der Zumeßöffnung bestimmte Zumeßfläche wesentlich konstant, und dies ermöglicht praktische Regelung mit einer nur festen Öffnung.

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Claims

Ansprüche

( IJ Einrichtung zur Rückführung eines Teils des Auspuffgases einer Vergaser-Brennkraftmaschine aus der Auspuffanlage im das Ansaugrohr stromunterhalb der Vergaser-Drosselklappe durch eine Auspuffgas-Rückführ leitung zwecks Beseitigung von Stickstoffoxyden, dadurch gekennzeichnet, daß zur Regelung der Menge des in das Ansaugrohr (2) stromunterhalb der Vergaser-Drosselklappe (4) zurückzuführenden Auspuffgases in der Auspuffgas-Rückführleitung (8) ein Strommengen-Regelventil (10) und stromunterhalb von diesem ein Druckregel ventil (18, 31) angeordnet sind und daß dieses Druckregelventil (18, 31) so gesteuert wird, daß seine Öffnung dann, wenn der Unterdruckstrom unterhalb der Drosselklappe groß ist, verkleinert wird und dann, wenn dieser U nterdruck klein ist, vergrößert wird.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Strommengen-Regelventil (.10) durch ein Signal gesteuert wird, das der angesaugten Luftmenge proportional ist und daß das Druckregelventil (18, 31) den Druckunterschied zwischen den beiden Seiten des Strommengen-Regelventils (10) stets auf einem wesentlich konstanten Wert hält.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Strommengen-Regelventil (10) durch den im Venturirohr (5) des

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Vergasers (6) herrschenden Unterdruck und das Druckregel ventil (18, 31) durch die Differenz- des stromober halb des Strommengen-Regelventils (10) herrschenden Druckes und des zwischen dem Strommengen-Regelventil (lO) und dem Druckregelventil (18, 31) herrschenden Druckes gesteuert wird.
4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Auspuffgas-Rückführleitung (8) stromunterhalb des Strommengen-Regelventils (lO) angeordnete Druckregelventil (18, 31) den auf das Strommengen-Regel ventil (10) ausgeübten Druck durch den im Ansaugrohr (2) stromunterhalb der Vergaser-Drosselklappe (4) herrschenden Druck auf wesentlich konstantem Wert hält.

Jj - Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Strommengen-Regelventil (10) durch den Unterschied zwischen dem im Einlaß (7, 27) des Vergasers herrschenden Druck und dem im Venturirohr (5, 15) des Vergasers herrschenden Druck gesteuert wird und daß das Druckregel ventil (31) durch den Unterschied zwischen dem im Einlaß (7, 27) des Vergasers herrschenden Druck und dem stromunterhalb der Vergaser-Drosselklappe (4) herrschenden Druck gesteuert wird.

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