DE2729168C2 - Abgasrückführanlage - Google Patents
AbgasrückführanlageInfo
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Description
a) die zwischen den beiden Steuerventilen (9, 10) in die Abgasleitung (8) mündende Leitung eine
Verdünnungsansaugleitung (23) ist, durch die in die Abgasleitung (8) atmosphärische Frischluft
oder Magergemisch ansaugbar ist,
b) in der Verdünnungsansaugleitung (23) ein Ansaugsteuerventil (24) angeordnet ist, und daß
c) eine Steuereinrichtung (37) vorgesehen ist, die in Abhängigkeit vom Betriebszustand des
Motors das erste Steuerventil (9) und das Ansaugsteuerventil (24) wechselweise öffnet
und schließt.
2. Abgasrückführanlage nach Anspruch !,dadurch
gekennzeichnet, daß das zweite Steuerventil (10) über ein Gestänge (19,20) mit dem Drosselventil (3)
in Wirkverbindung steht, derart, daß es in Abhängigkeit von dem Öffnungswinkel des Drosselventils
gesteuert ist.
3. Abgasrückführanlage nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erste
Steuerventil (9) und das Ansaugsteuerventil (24) jeweils Membranventile sind, wobei jeweils eine
Ventilkammer (14 bzw. 28) mit der Atmosphäre zu verbinden ist. während die jeweils anderen Ventilkammern
(15 bzw. 30) mit der Ansaugleitung (2) sowie der Steuereinrichtung (37) fluid verbundene
Unterdruckkammern sind, derart, daß abhängig vom Betriebszustand des Motors die beiden letztgenannten
Unterdruckkammern (15 bzw. 30) wechselweise mit atmosphärischer Luft beaufschlagbar sind.
4. Abgasrückführanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (37)
bewirkt, daß bei einer Motordrehzahl unter einer vorbestimmten Drehzahl die Unterdruckkammer
(15) des ersten Steuerventils (9) mit dem in der Ansaugleitung herrschenden Unterdruck beaufschlagt
ist, während derweil die Unterdruckkammer (30) des Ansaugsteuarventils (24) mit der Atmosphäre
ve rbunden ist.
5. Abgasrückführanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (37)
durch den in Strömungsrichtung gesehen vor dem Drossslventil in der Ansaugleitung (2) herrschenden
Unterdruck gesteuert ist.
6. Abgasrückführanlage nach Anspruch 5, dadurc h gekennzeichnet, daß in der Leitung (50) zwischen
der Steuereinrichtung (37) und der Ansaugleitung (2)
ein Rückschlagventil (68) angeordnet ist.
7. Abgasrückführanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Steuerventil (10) ein
Membranventil (74) ist, dessen Unterdruckkammer
(75) mit der Ansaugleitung (2) derart verbunden ist,
daß es in Abhängigkeit von dem in der Ansaugleitung herrschenden Unterdruck öffnet oder schließt.
8. Abgasrückführanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Hilfssteuerventil (78) in der
ίο Abgasleitung (8) parallel zu dem ersten Steuerventil
(9) angeordnet ist, wobei das Hilfssteuerventil (78) in Abhängigkeit vom in der Ansaugleitung (2) in
Strömungsrichtung vor dem Drosselventil (3) herrschenden Unterdruck gesteuert ist, der nicht gleich
dem im Bereich des Drosselventils herrschenden Unterdruck ist, mit dem das erste Steuerventil (9)
und das Ansaugsteuerventil (24) beaufschlagt sind, oder wobei die Fluidverbindung zu dem Hilfssteuerventil
(78) ebenfalls unterbrochen ist, wenn die Fluidverbindung zu dem ersten Steuerventil (9)
unterbrochen ist.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Abgasrückführanlage für einen Verbrennungsmotor mit
einer Ansaugleitung, einer Abgasrückführleitung (EGR-Leitnng)
zum Einspeisen von Motorabgasen in die Ansaugleitung stromabwärts vom Drosselventil, einem
ersten Abgasrückführ-(EGR-)Steuerventil, das in der EGR-Leitung angeordnet ist, einem zweiten Abgasrückführ-(EGR-)Steuerventil,
das in der Abgasrückführleitung stromabwärts vom ersten Abgasrückführsteuerventil
angeordnet ist, wobei das erste Abgasrückführsteuerventil mit der Ansaugleitung fluid verbunden und
von dem dort jeweils herrschenden Unterdruck
beaufschlagt ist, und mit einer zwischen den beiden Steuerventilen in die Abgasrückführleitung mündenden
Leitung, in die Luft einleitbar ist.
In aller Regel wird eine AbgasrückführanLge für
einen Verbrennungsmotor vorgesehen, um das im Abgas enthaltene schädliche Stickoxid herabzusetzen,
wobei die Entstehung des Stickoxids dadurch reduziert wird, daß ein Teil des Abgases durch das Ansaugsystem
des Verbrennungsmotors in die Zylinder zurückgeführt wird, wodurch die Verbrennungstemperatur sinkt.
Bei einer Abgasrückführung ist jedoch im allgemeinen der Wirkungsgrad der Verbrennung des Kraftstoffes
innerhalb der Zylinder meist ungenügend. Wenn ein großer Anteil an Abgas zurückgeführt wird, ergibt sich
nicht nur eine Verschlechterung der Ausgangsleistung und des Kraftstoffverbrauchs in erhöhtem Maße,
sondern es wird auch das Fahrverhalten des Kraftfahrzeugs beeinträchtigt, so daß Unfälle z. B. infolge eines
Motorstillstands (Abwürgen) zustande kommen können.
Deshalb wird bisher der Durchsatz des rückgeführten
Abgases einer komplexen Steuerung in Abhängigkeit von verschiedenen Betriebszuständen unterworfen,
wobei der Anteil an entstandenem Stickoxid, die Ausgangsleistung und der Verbrauch berücksichtigt
werden.
Es gibt so ein Verfahren zum Herabsetzen der Entstehung des Stickoxids beim Verbrennungsvorgang,
bei dem außer der oben genannten Abgasrückführanlage ein Magergemisch-Verbrennungssystem verwendet
wird, wobei ein Gemisch mit einem Luftkraftstoffverhältnis benutzt wird, das entscheidend magerer ist als
das stöchiometrische Verhältnis, z. B. 16—23, das aber
eine günstige Verbrennung zuläßt Da jedoch das Magergemisch in bezug auf die Zündbarkeit und die
Verbrennbarkeit minderwertig ist, sind verschiedene Anlagen zur Anwendung gekommen, die diese Nachtei-Ie
überwinden sollten.
Es ist z. B. ein Hilfsverbrennungskammersystem, ein
System zur Schichtverbrennung, ein System zur Erzeugung von Wirbeln und dergleichen mehr angeregt
worden, wobei gemäß diesen Systemen die Zünobarkeit dadurch erhöht wird, daß ein fettes Luftkraftstoffgemisch
in den Bereich der Zündkerze gebracht oder dieser Bereich kräftig ausgespült wird. Dabei wird die
Ausbreitungsgeschwindigkeit der Flamme durch die Erzeugung starker Wirbel oder dergleichen beschleunigt,
wodurch die Zündbarkeit verbessert wird.
Die oben genannten zwei Anlagen zur Herabsetzung des Stickoxids besitzen jeweils sowohl Vorteile als auch
Nachteile, d. h. die Abgasrückführanlape führt zu einer
großen Reduzierung des Stickoxids, sie ist aber in bezug auf die Ausgangsleistung und den Verbrauch, wie oben
erwähnt, minderwertig, während auf der anderen Seite ein Verbrennungssystem mit magerem Gemisch eine
Verbesserung des Verbrauchs und der Handhabung des Fahrzeugs in bezug auf die Abgasrückführanlage bietet,
obwohl die Beherrschung des Luftkraftstoffverhältnisses im Vergaser oder dergleichen schwierig und die
Reduzierung für das Stickoxid niedrig ist.
Eine bekannte Abgasrückführanlage (DE-OS 26 32 187) umfaßt eine Verbindung zur Ansaugleitung
des Verbrennungsmotors, eine Abgasrückfühi leitung zum Einspeisen von Motorabgasen aus der Auspuffanlage
in die Ansaugleitung stromabwärts vom Drosselventil, ein erstes Abgasrückführsteuerventil, das in der
Abgasrückführleitung angeordnet ist, und ein zweites Abgasrückführsteuerventil, das ebenfalls in der Abgasrückführleitung
stromabwärts vom ersten Steuerventil angeordnet ist. Die beiden Abgasrückführsteuerventile
sind jeweils als Membranventile ausgebildet, deren eine Kammern jeweils mit der Atmosphäre verbunden sind.
Das erste Abgasrückführsteuerventil ist mit der Ansaugleitung fluidverbunden und von dem dort jeweils
herrschenden Unterdruck beaufschlagt. Von der Ansaugleitung führt eine Unterdruckleitung zur zweiten
Kammer des ersten Abgasrückführsteuerventils. Zwisehen den beiden Abgasrückführsteuerventilen mündet
in die Abgasrückführleitung eine erste bzw. zweite Leitung, in die mittels einer Luftpumpe Luft einleitbar
ist. Die Luft wird dabei unter Druck in die zweite Leitung eingeleitet.
Die Menge der eingeleiteten Frischluft wird von einer Blende begrenzt. Von der zweiten Leitung führt eine
weitere Leitung zu einer Leitungseinrichtung, die mit der nicht mit der Atmosphäre in Verbindung stehenden
Kammer des zweiten Abgasrückführsteuerventüs fluidverbunden ist.
Der Zweck der ersten Leitung der Leitungseinrichtung und der Luftpumpe ist es, die Menge der
Motorabgase, die in die Leitungseinrichtung eintritt bzw. durch eine weitere Blende strömt, zu begrenzen,
um zu verhindern, daß die weitere Blende oder die Leitungseinrichtung von Feststoffpartikeln der Motorabgase
verschmutzt und verstopft wird. Dabei weist die erste Leitung einen Durchmesser auf, der größer ist als
der der Leitungseinrichtung, um einen möglichen μ Druckabfall oder Druckverlust in der strömungsabwärts
gelegenen zweiten Leitung auf ein Minimum zu reduzieren. Die in die erste Leitung eingeleitete
Frischluft soll also die Steuerung des zweiten Abgasrückführsteuerventils durch den in der Abgasrückführleitung
herrschenden Druck nicht beeinflussen, d. h. durch die erste Leitung wird der Abgasrückführleitung
keine Frischluft zugeführt.
Die Frischluftsäule in der unterhalb der Blende
angeordneten zweiten Leitung wird durch den Druck der Abgase in der Abgasrückführleitung beaufschlagt.
Die Abgase in der Abgasrückführleitung werden durch die Luftsäule in der zweiten Leitung von dem Eingang
der Leitungseinrichtung zurückgehalten. Dennoch ist gewährleistet, daß der Druck der Abgase in der
Abgasrückführleitung auf die Membran des zweiten Abgasrückführsteuerventils übertragen wird.
Dementsprechend ist es bei der bekannten Abgasrückführanlage nicht vorgesehen, daß dem Abgas in der
Abgasrückführleitung Frischluft zugesetzt wird oder gar in die Ansaugleitung des Vergasers eines Motors
statt Abgas reine Frischluft eingeleitet wird.
Es ist also mit der bekannten Abgasrückführanlage eine optimale Reduzierung von Stickoxid über dem
gesamten Lastbereich des Verbrennungsmotors nicht möglich. Die bekannte Anlage erlaubt so nicht die im
Schwerlastbereich notwendige Einführung von Frischluft oder eines Magergemisches in das Ansaugsystem.
Weiterhin ist es bekannt (GB-PS 14 11352), ein
Abgassteuerventil in Abhängigkeit vom Drosselventil zu verstellen. Außerden hat eine bekannte Steuervorrichtung
(FR-OS 22 72 395) ein Membranventil, das die Abgase bzw. die Frischluft in Abhängigkeit von den
Betriebszuständen des Motors steuert. Schließlich ist es noch bekannt (GB-PS 14 46 545), Steuerleitungen
deshalb der Ventilklappe anzuschließen.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Abgasrückführanlage zu schaffen, mittels
der die Entstehung von Stickoxiden über den gesamten Lastbereich möglichst gering ist.
Diese Aufgabe wird bei einer Abgasrückführanlage nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 erfindungsgemäß
durch die im kennzeichnendem Teil angegebenen Merkmale gelöst.
Diese Abgasrückführanlage, die insbesondere für PKW-Motoren vorteilhaft ist, erlaubt eine Rückführung
von Abgas in das Ansaugsystem bei Leichtlastverhältnissen und die Einführung von Frischluft oder eines
Magergemisches bei Schwerlastverhältnissen. Dadurch wird das Gemisch im Schwerlastbereich verdünnt, so
daß sich der Verbrauch des Verbrennungsmotors verbessert und die Klopffestigkeit erhöht. Die Umschaltung
zwischen Abgasrückführung und der Zufuhr von Verdünnungsluft oder Magergemisch erfolgt stufenlos,
so daß sich der mit der Abgasrückführanlage ausgerüstete Verbrennungsmotor hervorragend handhaben
läßt. Außerdem ist die erfindungsgemäße Abgasrückführanlage einfach und platzsparend aufgebaut sowie
mit geringem Aufwand herstellbar.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung sind der folgenden Beschreibung
anhand der Zeichnungen zu entnehmen, es zeigt
Fig. 1 einen Querschnitt eines ersten bevorzugten
Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung,
F i g. 2 schematisch eine Steuereinrichtung, die in der ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
verwendet wird,
Fig. 3 ein Diagramm der Ausgangsleistung des Motors, die in Betrieb das erste bevorzugte Ausfüh-
rungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht,
Fig.4 einen Querschnitt, der eine Abwandlung der
Steuereinrichtung zeigt, die bei der ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zur Anwendung
kommt,
Fig.5 ein Diagramm der Ausgangsleistung des Motors, das den Betrieb der Abwandlung gemäß F i g. 4
erläutert,
Fig.6 einen Querschnitt, der eine weitere Variante
der Steuereinrichtung zeigt, die bei der ersten bevorzugten Form der Erfindung verwendet wird,
F i g. 7 schematisch eine Ansicht einer zweiten bevorzugten Form der vorliegenden Erfindung,
F i g. 8 schematisch eine dritte bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und
F i g. 9 ein Diagramm der Moiorausgangsleistung, die
den Betrieb der dritten bevorzugten Ausführungsform erläutern soll.
Es ist zu beachten, daß bei den verschiedenen Ausführungsformen die gleichen oder entsprechenden
Teile mit gleichen Bezugszeichen angegeben werden.
Beim ersten Ausführungsbeispiel, das in F i g. 1 veranschaulicht wird, ist eine Drosselklappe 3 in der
Mitte 2 eines Vergasers 1 schwenkbar angeordnet, die um eine Welle 4 gedreht werden kann. Die Drosselklappe
3 wird mittels eines mit dem Gaspedal verbundenen Gestänges (nicht abgebildet) geöffnet und geschlossen.
Im Bereich der Vorderkante 5 der Drosselklappe 3 ist in einer Wandung des Ansaugrohres eine Bohrung 6
vorgesehen, die etwas vor der vollgeschlossenen so Stellung der Drosselklappe liegt. Diese öffnung 6 liegt,
in Strömungsrichtung gesehen, hinter der Vorderkante 5 der Drosselklappe 3, wenn letztere um einen
vorbestimmten Winkel, z.B. 15 bis 20° oder mehr geöffnet wird.
In eine mit dem Vergaser 1 verbundene Ansaugleitung 7, die das Ansauggemisch verteilt und es den
Zylindern eines nicht abgebildeten Mehrzylindermotors zuführt, mündet eine Abgasleitung 8, die mit der nicht
abgebildeten Abgasleitung verbunden ist. In diese m Abgasleitung 8 sind zwei in Reihe angeordnete
Abgasrückführdurchsatzsteuerventile 9 und 10 angeordnet die diese Abgasleitung öffnen und schließen.
Ein Ventilkörper 9', der das Ventil schließt und der mit seinem Ende gegen den Ventilsitz 11 in der 1 Abgasleitung
8 liegt ist mit seinem hinteren Ende mit dem Mittelteil eines Diaphragmas 12 verbunden, das das
innere eines Gehäuses 13 in zwei Kammern unterteilt, wobei die eine Kammer 14 mit der Atmosphäre durch
eine Bohrung 14' in Verbindung steht. Die andere >» Kammer 15 steht über die öffnung 6 mit einer
Saugieitung !6 in Verbindung, innerhalb der Kammer
15 ist eine Feder 17 angeordnet um das Diaphragma 12 im Schließsinn des Steuerventils 9 zu drücken.
Bei dem Steuerventil 10, das sich in Strömungsrichtung gesehen hinter dem Steuerventil 9 befindet ist das
eine Ende eines Lenkers 19 mit einem hinteren Endteil eines Ventilkörpers 10' verbunden, der so angeordnet
ist daß er das Steuerventil 10 schließt wobei sein Ende gegen einen Ventilsitz 18 liegt der in der Abgasleitung 8 w)
vorgesehen ist wobei das andere Ende des gleichen Lenkers 19 mit dem freien Endteil eines Hebels
verbunden ist der fest mit der Welle 4 verbunden ist Dabei wird der Ventilkörper 10' durch eine Feder 21 in
dem Schließsinn des Steuerventils 10 gezogen. Zwi- hs
sehen den Steuerventilen 9 und 10 mündet eine Verdünnungsansaugleitung 23 in die Abgasleitung 8, um
atmosphärische Luft durch ein Luftfilter 22 anzusaugen.
In dieser Verdünnungsansaugleitung 23 ist ein Ansaugsteuerventil 24 zwischengeschaltet.
Bei dem oben genannten Ansaugsteuerventil 24 ist ein Ventilkörper 24' so angeordnet, daß er das Ventil
schließt, wobei sein Ende gegen einen Ventilsitz 25 liegt, der sich in der Verdünnungsansaugleitung 23 befindet.
Dieser Ventilkörper 24 ist mit seinem hinteren Teil am Mittelteil eines Diaphragmas 26 befestigt, das das
Innere eines Gehäuses 27 in zwei Kammern unterteilt, wovon die eine Kammer 28 durch eine Öffnung 29 mit
der Atmosphäre verbunden ist und wovon die andere Kammer 30 durch eine Saugleitung 31 mit der
Saugleitung 16 verbunden wird. Eine innerhalb der oben genannten Kammer 30 angeordnete Feder drückt das
Diaphragma 26 in dem Schließsinn des Steuerventils 24.
Des weiteren sind öffnungen 33 und 34 in den Saugleitungen 16 bzw. 31 angeordnet. Zwischen der
öffnung 33 der Saugleitung 16 und der Kammer 15 ist eine noch weitere Leitung 35 angeschlossen, während
zwischen der öffnung 34 in der Saugleitung 31 und der Kammer 30 eine noch weitere Leitung 36 angeschlossen
ist. Diese jeweiligen Leitungen 35 und 36 stehen mit einer Steuereinrichtung 37 in Verbindung, in der die
jeweiligen Leitungen 35 und 36 wahlweise durch ein Magnetventil 38 geöffnet oder geschlossen werden und
zwar derart daß wenn die eine Leitung geschlossen, die andere geöffnet ist und umgekehrt. Dabei ist die
Steuereinrichtung 37 durch eine öffnung 39 mit der Atmosphäre verbunden. In der öffnung 39 befindet sich
ein Luftfilter 40, das in F i g. 2 abgebildet ist.
Beim Ausführungsbeispiel nach F i g. 2 ist die Steuereinrichtung 37 so konstruiert, daß wenn die
Motordrehzahl unterhalb eines bestimmten Wertes wie z. B. 3000 U/min liegt, und die durch einen Motordrehzahlgeber
41 erfaßt wird, die Leitung 35 geschlossen und die Leitung 36 durch die Feder 38' geöffnet wird,
während bei einer Drehzahl, die die vorbestimmte Drehzahl übersteigt eine Spule 40' unter Strom gesetzt
wird, um die Leitung 35 zu öffnen und die Leitung 36 zu schließen.
F i g. 3 stellt ein Diagramm der Motorausgangsleistung dar, wobei die senkrechte Diagrammachse die
Ausgangsleistung (PS) und die waagerechte Diagrammachse die Motordrehzahl (U/min) zeigt. Die Kurve /
stellt die Ausgangslinie dar, wenn die Drosselklappe 3 voll geöffnet ist Die Kurve K stellt die Ausgangslinie
bei einer Leerlaufwinkelöffnung (3° bis 6°) dar. Die Kurve L stellt eine negative Gleichdrucklinie dar, wenn
das in der öffnung 6 entstehende Vakuum (unten »EGR-Hilfswirkung« genannt) einer 100 mm Hg-Säule
entspricht. Die Linie M stellt eine Drehzahllinie bei einer Motordrehzahl von 3000 U/min dar.
Ist beim Betrieb des Motors das Drosselventil 3 geöffnet daß es den oben genannten Öffnungswinkel
übersteigt wird die EGR-Hilfswirkung in der Bohrung 6 erzeugt Dieses Vakuum wird durch die Saugieitung 16
in die Kammer 15 und ebenfalls durch die Saugleitungen 16 und 31 in die Kammer 30 geführt
Sollte nun die Motordrehzahl unter 3000 U/min liegen, so erzeugt der Motordrehzahlgeber 41 kein
Ausgangssignal, wodurch die Leitung 35 geschlossen bleibt Dabei steht das Magnetventil 38 unter der
Wirkung der Feder 38', während die Leitung 36 mit der Atmosphäre in Verbindung steht Demzufolge wird
atmosphärische Luft in die Kammer 30 durch die Leitung 36 und die Saugleitung 31 geführt In diesem
Fall hat die Zufuhr der atmosphärischen Luft zu der Saugleitung 31 keine ausreichende Wirkung auf das in
der Kammer 15 aufgebaute Vakuum, weil die Öffnung 34 zwischengeschaltet ist, so daß in der Kammer 15 ein
Vakuum entstehen kann, das im wesentlichen der EGR-Hilfswirkung entspricht, die durch die Nähe der
Bohrung 6 zustandegebracht wird.
Wenn demzufolge bei einem solchen Betriebszustand die Motorausgangsleistung und die Drehzahl geändert
werden und wenn die EGR-Hilfswirkung den vorbestimmten Wert von 100 mg Hg übersteigt, so wird im
Steuerventil 9, das durch die Druckwirkung der Feder 17 schon geschlossen worden ist, das Diaphragma 12
durch die oben genannte EGR-Hilfswirkung angesaugt, so daß der Ventilkörper 9' gegen die elastische Wirkung
der Feder 17 im Öffnungssinn des Steuerventils 9 versetzt wird, was zu einem öffnungswinkel führt, der
von der Größe der EGR-Hilfswirkung abhängt.
In Fig.3 stellt die Kurve L eine negative Gleichdrucklinie
für eine EGR-Hilfswirkung von 100 mm Hg zu Beginn der Öffnung des Steuerventils 9 dar. Dabei ist
im Bereich A auf der rechten Seite der Kurve L, wenn die Drehzahl des Motors unter 3000 U/min liegt, das
Steuerventil 9 geöffnet, wobei der Öffnungsgrad in Abhängigkeit von der Größe der EGR-Hilfswirkung
bestimmt wird.
Wenn andererseits die Motordrehzahl 3000 U/min übersteigt, so wird das Magnetventil 38 gemäß einem
Befehl des Motordrehzalgebers 41 betätigt, so daß die Leitung 35 mit der Atmosphäre in Verbindung gebracht
wird, während die Leitung 36 geschlossen wird, um die Zufuhr atmosphärischer Luft zu unterbrechen, wodurch
demzufolge die atmosphärische Luft über die Saugleitung 16 in die Kammer 15 geführt wird.
In diesem Fall wegen der Zwischenschaltung der öffnung 33 hat die Zufuhr atmosphärischer Luft zu der
Saugleitung 16 keine ausreichende Wirkung auf das in der Kammer 30 herrschende Vakuum, so daß ein
Vakuum in der Kammer 30 aufgebaut werden kann, das im wesentlichen der im Bereich der Bohrung 5
entstehenden EGR-Hilfswirkung entspricht.
Es sei angenommen, daß das Steuerventil 24 in eine vorbestimmte Stellung gebracht worden ist, so daß es
gegen die elastische Wirkung der Feder 32 geöffnet wird, wenn das das Diaphragma 26 beaufschlagende
Vakuum 100 mm Hg übersteigt, so wird in dem Bereich B rechts der Kurve L und bei einer Motordrehzahl über
3000 U/min in F i g. 3 das Steuerventil 24 geöffnet, so daß Luft von der Verdünnungsansaugleitung 23 der
Abgasleitung 8 zugeführt wird. Andererseits wird in Abhängigkeit vom Öffnungswinkel des Drosselventils 3
das Steuerventil 10 geöffnet. Dabei gibt es eine mechanische Verbindung mit der Drosselklappe 3 über
den Lenker 19. Der Öffnungsgrad des Steuerventils 10 ist vom Öffnungswinkel des Drosselventils 3 abhängig.
Da wegen des Druckunterschiedes zwischen dem Abgas und dem Vakuum im Ansaugsystem wird durch
die Abgasleitung 8 Abgas dem Ansaugsystem 7 zugeführt. Wenn der Strömungswiderstand in der
Abgasleitung 8 gleichbleibend ist ist der Öffnungsgrad des Drosselventils 3 umso kleiner und das Ansaugvakuum
umso höher, je mehr die Abgasrückführgeschwindigkeit erhöht wird. Die ungünstigen Wirkungen, daß
die Abgasrückführgeschwindigkeit im Leichtlastbereich zuviel zunimmt, während sie in den Mittel- und
Schwerlastbereichen zu klein wird, läßt sich dadurch bekämpfen, daß man die öffnungseigenschaften des
Steuerventils 10 so auswählt, daß die Drosselwirkung im umgekehrten Verhältnis zur Motorausgangsleistung
herabgesetzt wird.
Beim abgebildeten Ausführungsbeispiel, also in den Betriebszuständen, die oft im Stadtverkehr vorkommen,
dargestellt im Bereich A, wo im besonderen die Verbrennung hervorragend ist, aber die Entstehung von
Stickoxid zu steigen neigt, sind die Steuerventile 9 und 10 geöffnet, während das Ansaugsteuerventil 24
geschlossen ist, wodurch ein Teil des Abgases in das Ansaugsystem 7 über die Abgasleitung 8 eingesaugt und
mit dem durch den Vergaser 1 bereitgestellten Ansauggemisch vermischt wird.
Dabei wird die Abgasrückführgeschwindigkeit in Abhängigkeit von dem Öffnungsgrad der jeweiligen
Steuerventile 9 und 10 gesteuert. Die Rückführgeschwindigkeitssteuerung wird so durchgeführt, daß die
gewünschte Menge an Abgas zur Unterdrückung von Stickoxid in Abhängigkeit von der Entstehungsgeschwindigkeit
des Stickoxids zurückgeführt werden kann, das entsteht, wenn der Motor in den Zuständen
betrieben wird, in denen keinerlei Abgasrückführung stattfindet.
Des weiteren bei Betriebszuständen, die oft im Vorortsverkehr vorkommen, dargestellt im Bereich B,
wo im besonderen die Entstehungsgeschwindigkeit des Stickoxids zu steigen neigt, wird das Steuerventil 9
geschlossen, wobei dann jedoch das Steuerventil 10 und das Ansaugsteuerventil 24 geöffnet sind, so daß die
atmosphärische Luft durch das Luftfilter 22 gereinigt und in das Ansaugsystem 7 über die Verdünnungsansaugleitung
23 sowie die Abgasleitung 8 gesaugt wird, um das durch den Vergaser 1 bereitgestellte Ansauggemisch
zu verdünnen. Die Ansauggeschwindigkeit der atmosphärischen Luft wird in Abhängigkeit vom Grad
der öffnung sowohl des Steuerventils 10 als auch des Ansaugsteuerventils 24 gesteuert. In einem Betriebsbereich,
wo ein größerer Anteil an Stickoxid durch Luftmangel entstehen würde, wird ein größerer Anteil
an atmosphärischer Luft eingesaugt, um das Ansauggemisch zu verdünnen, wodurch die Entstehung von
Stickoxid sich wirksam bekämpfen läßt.
Beim oben genannten Ausführungsbeispiel beim Übergang des Betriebszustandes aus dem Bereich A in
den Bereich B oder umgekehrt läßt sich die Steuerung ohne Unterbrechung von der Abgasrückführbetriebsart
auf die Luftansaugbetriebsart oder umgekehrt umschalten, so daß die Ausgangsleistung nie zeitweise
schwanken würde, wenn das oben genannte Umschalten stattfindet und die Handhabung des Fahrzeugs hervorragend
bleibt
Wie aus der obigen Beschreibung hervorgeht, wird erreicht, daß in den Bereichen A bei hoher Ausgangsleistung
aber auch bei Leerlauf, sowohl die Rückführung des Abgases als auch die Luftansaugung durch die
Verdünnungsansaugleitung 23 nicht beeinträchtigt wird, wodurch die Entstehung von Nachteilen wie z. B. eine
Minderung der Ausgangsleistung, eine Verschlechterung des Verbrauchs und die Entstehung von Erschütterungen
des Motors und dergleichen vermieden werden kann. Man weiß, daß im Niedrigdrehzahl- und
Mittellastbereich Stickoxid durch die Rückfuhr von Abgas wirksam herabgesetzt werden kann, wobei die
Rückführgeschwindigkeit durch die Steuerventile 9 und 10 gesteuert wird, und daß im Hochdrehzahlbereich eine
ordnungsgemäße Luftansaugung bewirkt wird, um das Ansauggemisch der Steuerung durch das Steuerventil
10 und das Ansaugsteuerventil 24 zu verdünnen, wodurch die Entstehungsgeschwindigkeit des Stickoxids
sich herabsetzen läßt, während der Verbrauch verbessert werden kann. Weiterhin läßt sich ein auf zu
frühes Zünden zurückgehendes Klopfen unterdrücken.
Es folgt nun eine Beschreibung einer Variante der Steuerinrichtung 37 anhand der F i g. 4 und 5.
Die in F i g. 4 veranschaulichte Steuereinrichtung 37 umfaßt zwei Diaphragmaeinrichtungen 42 und 43. Ein
durch ein Diaphragma 44 betätigtes Ein-Aus-Ventil 55 in der Diaphragmaeinrichtung 42 bewirkt die Steuerung,
um die Leitung 35 mit der Atmosphäre zu verbinden, in der ersten Ausführungsform. Dagegen
bewirkt ein Ein-Aus-Ventil 47, das durch ein Diaphragma 46 betätigt wird, in der Diaphragmaeinrichtung 43
die Steuerung, um die Leitung 36 mit der Atmosphäre zu verbinden gemäß der ersten Ausführungsform. Einer
Saugkammer 48, die auf das oben genannte Diaphragma 44 wirkt, wird ein Ansaugvakuum zugeführt, das bei
einer vorbestimmten Stellung innerhalb der Ansaugleitung 2 entsteht, die schon bei der ersten Ausführungsform beschrieben wird. Dieses Vakuum wird durch eine
Vakuumleitung 50 geleitet, die eine öffnung 49 umfaßt, mit der Wirkung, daß das Diaphragma 44 gegen die
elastische Wirkung einer Feder 51 angesaugt wird, die innerhalb der Vakuumkammer 48 angeordnet ist. Die
Bewegung des Diaphragmas 44 entspricht dem Öffnungssinn des Ein-Aus-Ventils 55. Andererseits steht
eine Saugkammer 52, die auf das Diaphragma 46 wirkt, über eine Saugleitung 53 mit der Leitung 35 in
Verbindung, so daß dieselbe Saugwirkung, wie sie in der Saugkammer 15 beim ersten Ausführungsbeispiel in der
Saugkammer 52 entsteht, um das Diaphragma 46 gegen die elastische Wirkung einer Feder anzusaugen, die in
der Saugkammer 52 angeordnet ist. Diese Bewegung des Diaphragmas entspricht dem Öffnungssinn bzw. der
Öffnungsrichtung des Ein-Aus-Ventils 57.
Wenn bei dieser Vairante die Vakuumleitung 50 mit einer in die Ansaugrohrwandung in Strömungsrichtung
gesehen etwas vor der Bohrung 6 (Fig. 1) gebohrten öffnung 6' verbunden wird, wird eine Steuerung gemäß
dem Ausgangsleistungsdiagramm der F i g. 5 zustandegebracht.
In Fig.5 stellt die Kurve M eine negative
Gleichdrucklinie dar, wobei ein vorbestimmter negativer Druck die Saugkammer 48 beaufschlagt, um das
Ein-Aus-Ventil 45 zu öffnen. Wenn die Saugwirkung bei der öffnung 6', die in der Saugkammer 48 entsteht, unter
dem vorbestimmten Druck liegt, wird ein Ein-Aus-Ventil 45 durch die elastische Wirkung der Feder 51
geschlossen, wodurch das in der Bohrung 6 entstehende Vakuum nicht nur zur Saugkammer 15 durch die
Saugleitung 17, sondern auch zu der Saugkammer 52 durch die Leitungen 35 und 53 gelangt Dabei wird das
Ein-Aus-Ventil 57 durch dieses Vakuum geöffnet, wodurch die zur Atmosphäre führende Leitung 36
geöffnet wird.
Sollte andererseits das in der Saugkammer 48 herrschende Vakuum einen vorbestimmten Druck
übersteigen, so wird das Ein-Aus-Ventil 45 geöffnet, so daß die Leitung 35 zur Atmosphäre geöffnet wird und
die Saugkammer 52 den atmosphärischen Druck annimmt Auf diese Weise wird das Ein-Aus-Ventil 47
durch die elastische Wirkung der Feder 46 geschlossen.
Demzufolge wird gemäß Fig.5 im Bereich Crechts
der Kurve L und links der Kurve M die Abgasrückführung bewirkt Im Bereich D rechts der Kurve M wird
Verdünnungsluft ein- bzw. angesaugt während bei den anderen Betriebsbereichen sowohl die Rückführung von
Abgas und das Ansaugen von Luft unterbrochen werden.
Fig.6 zeigt eine noch weitere Variante der
Steuereinrichtung 37. Diese Steuereinrichtung läßt bei platzsparender Anordnung eine der Steuereinrichtung
37 (F i g. 4) äquivalente Steuerung bewirken, wobei die Leitungen 35 und 36 und die Vakuumleitung 50 mit
einem ein Diaphragma 56 umfassenden Gehäuse 59 verbunden sind. Das Gehäuse wird in zwei Kammern 57
und 58 geteilt. Die Leitung 36 steht mit einer Kammer 61 in Verbindung, die mittels eines Ein-Aus-Ventils 60 mit
einer mit der Atmosphäre in Verbindung stehenden
ίο Kammer 58 verbunden werden kann. Im Mittelteil des
Diaphragmas 56 ist ein Rohr 64 angeordnet, um eine Verbindung zwischen einer Kammer 63, die von der
Kammer 57 mittels eines Balgs 62 abgetrennt ist, und der Kammer 58 herzustellen. Seine Achse ist mit der
Verschiebungsrichtung des Diaphragmas 56 ausgefluchtet. Das offene Ende desselben Rohres 64. das der
Kammer 58 zugewandt ist, stößt gegen das Ein-Aus-Ventil 60, wenn das Rohr 64 nach Fig.6 nach oben
verschoben wird, und öffnet dieses Ein-Aus-Ventil 60, um die Kammern 58 und 61 gegen die elastische
Wirkung einer Feder 65 miteinander in Verbindung zu bringen. Diese Feder 65 ist bestrebt, das Ein-Aus-Ventil
60 nach unten zu verschieben, wenn das Rohr 64 weiter nach oben verschoben wird. Es ist zu bemerken, daß
2'· wenn das Rohr 64 gegen das Ein-Aus-Ventil 60 stößt, die
Verbindung zwischen den Kammern 58 und 63 unterbrochen wird.
Weiterhin steht die Leitung 35 mit der Kammer 63 und die Vakuumleitung 50 mit der Kammer 57 in
jo Verbindung, in der eine Feder 66 angeordnet ist, die das
Bestreben hat, das Diaphragma 56 nach oben zu verschieben. Im Mittelteil der Vakuumleitung 50, die mit
der oben genannten öffnung 6' verbunden ist, ist eine Fließbegrenzungseinrichtung 69 angeordnet, die eine
öffnung 67 und ein Rückschlagventil 68 umfaßt, die parallel zueinander liegen. Die öffnung 67 und das
Ventil 68 ersetzen die öffnung 49.
Die in F i g. 6 abgebildete Steuereinrichtung 37 ist in der Lage, im wesentlichen dieselben Steuereigenschaf-
4ü ten zu verwirklichen, wie sie in F i g. 5 in bezug auf die
Steuereinrichtung 37 (F i g. 4) besitzt.
Die zweite Ausführungsform, die schematisch in F i g. 7 dargestellt wird, ist so aufgebaut, daß anstatt des
Steuerventils 10 des ersten Ausführungsbeispiels, das in Abhängigkeit mit der Öffnungsbewegung des Drosselventils
3 über den Lenker 19 mechanisch betätigt wird, ein Steuerventil 71 vorhanden ist das in Abhängigkeit
von der Größe des Vakuums pneumatisch gesteuert wird, das in der öffnung 6' entsteht. Diese öffnung ist in
der Ansaugrohrwandung angeordnet und zwar an einer Stelle, die Strömungsrichtung gesehen, vor der Bohrung
6 liegt Im Ergebnis kommt es zu einer öffnung und Schließung der Abgasleitung 8. Ebenfalls wird ein Bypaß
72 vorgesehen, das der Leitung parallel liegt die durch
die Öffnungsbewegung des Steuerventils 71 geöffnet wird. Dieses Steuerventil 71 wird so konstruiert daß ein
Ventilkörper 73 mit dem Mittelteil eines Diaphragmas 74 verbunden wird. Eine Vakuumkammer 75 zur
Betätigung des Diaphragmas 74 steht über einer
Vakuumleitung 76 mit der öffnung 6' in Verbindung. Innerhalb der Vakuumkammer 75 befindet sich eine
Feder 77, die das Diaphragma 74 im Schließsinn des Ventilkörpers 73 drückt
Das Steuerventil 71 bei dieser zweiten Ausführungsform dient dazu, ein übermäßiges Rückströmen des
Abgases oder der Ansaugluft durch die Verdünnungsansaugleitung 23 dann zu verhindern, wenn bei Leichtlastbedingungen
der Öffnungswinkel der Drossel klein ist
und um eine große Abgasrückführung bzw. eine große Luftansaugung unter Schwerlastbedingungen zu verwirklichen,
wo der Öffnungswinkel des Drosselventils groß ist. Insofern ähnelt diese Anordnung dem
Steuerventil 10 des ersten Ausführungsbeispiels. Bei 5 Leichtlast ist das in der öffnung 6' erzeugte Vakuum
klein, so daß das Vakuum, das in der Vakuumkammer 75 entsteht, ebenfalls gering ist. Demnach wird der
Ventilkörper 73 durch die elastische Wirkung der Feder
71 geschlossen. Unter einer solchen Bedingung wird die Rückführung des Abgases oder die Ansaugung von Luft
lediglich durch den Bypaß 72 verwirklicht. Dabei ist die Strömungsgeschwindigkeit gering. Bei Schwerlastbedingungen
andererseits entsteht ein erhebliches Vakuum in der öffnung 6', so daß das Diaphragma 74 gegen
die elastische Wirkung der Feder 77 durch das hohe, in der Vakuumkammer 75 erzeugte Vakuum, angesaugt, so
daß der Ventilkörper 73 geöffnet wird. Dabei steht dem zurückzuführenden Abgas bzw. der Ansaugluft die
Möglichkeit frei, durch das Ventil 71 und durch den Bypaß 72 zu fließen, so daß die Strömungsgeschwindigkeit
erhöht wird. Es ist zu beachten, daß die Betriebsart des Steuerventils 9 und des Ansaugsteuerventils 24
genau der beschriebenen ersten Ausführungsform entspricht.
Die dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung (F i g. 8 und 9) ist so aufgebaut, daß, von der ersten
Ausführungsform der Erfindung abweichend, ein zusätzliches Steuerventil 78 parallel zum Steuerventil 9 liegt,
das seinerseits in der Abgasleitung 8 angeordnet ist. Dieses Steuerventil 78 ist so aufgebaut, daß ein
Ventilkörper 78' mit einem Mittelteil eines Diaphragmas 79 verbunden ist. Eine Vakuumkammer 80 zur
Betätigung des Diaphragmas 79 steht über eine Vakuumleitung 76 mit der öffnung 6' in Verbindung.
Auch hier ist die öffnung 6' eine Bohrung in der Wandung des Ansaugrohres, die in Strömungsrichtung
gesehen etwas vor der Bohrung 6 liegt. In der Vakuumkammer 80 ist eine Feder 81 angeordnet, um
das Diaphragma 69 im Schließsinn des Ventilkörpers 78' zu verschieben.
Des weiteren liegt in der Vakuumleitung 76 eine öffnung 82. Die Vakuumleitung zwischen der öffnung
72 und der Vakuumkammer 80 steht über eine Zweigleitung 83 mit der Steuereinrichtung 37 in
Verbindung. Die Zweigleitung 83 wird etwa gemäß der Leitung 35 der ersten Ausführungsform entweder mit
der Atmosphäre verbunden oder sie wird unterbrochen.
Anhand der Fig.9 folgt nun eine Beschreibung der
Funktion dieser dritten Ausführungsform. In dieser Figur stellt die Kurve 9 eine negative Gleichdrucklinie
dar, wenn ein vorbestimmtes Vakuum die Vakuumkammer 80 beaufschlagt, um das Steuerventil 78 zu öffnen.
Im Bereich der rechten Seite der Kurve M entsteht ein Hochvakuum in der Öffnung 6'. Dieses Hochvakuum
wird durch die Vakuumleitung 76 auf die negative Kammer 80 übertragen, so daß das Diaphragma 79
entgegen der elastischen Wirkung der Feder 81 angesaugt wird, um den Ventilkörper 78' zu öffnen. Im
linken Bereich der Kurve N dagegen entsteht in der öffnung 6' ein Niedrigvakuum, so daß durch die
federnde Wirkung der Feder 81 der Ventilkörper 78' geschlossen wird.
Demgemäß werden im Betriebsbereich links der Kurve L (Fig. 9) die Steuerventile 9, 24 und 78
geschlossen, wodurch sowohl die Abgasrückführung wie auch das Ansaugen von Luft unterbrochen werden. Im
Bereich Frechts der Linie L, links der Kurve /Vund links
der Gerade M w°rden die Steuerventile 9 bzw. 10 geöffnet, wodurch die Rückführung des Abgases unter
einer Steuerung in Abhängigkeit von dem Öffnungsgrad der oben genannten Ventile verwirklicht wird. Im
Bereich G rechts der Kurve N und links der Gerade M sind die Steuerventile 9·, 10 bzw. 78 geöffnet, so daß das
Abgas rückgeführt wird und zwar in Abhängigkeit vom Öffnungsgrad dieser drei Ventile. Im Bereich H rechts
der Linien N und M sind die Steuerventile 10 und 24 geöffnet, während die anderen Ventile 9 und 68
geschlossen sind, wodurch die Luftansaugung in Abhängigkeit vom Öffnungsgrad der oben genannten
Steuerventile 10 bzv,. 24 zustande gebracht wird.
In diesem Zusammenhang ist zu beachten, daß wenn die Verdünnungsansaugleitung 23 über ein Luftfilter 22
mit der Atmosphäre in Verbindung steht, so daß Luft gemäß der beschriebenen Ausführungsformen der
Erfindung aus der Verdünnungsansaugleitung 23 in die Abgasleitung 8 hineingesaugt wird und wenn die oben
genannte Verdünnungsansaugleitung 23 mit dem Inneren der Ansaugleitung 2 zwischen dem Drosselventil
3 und dem Venturi-Rohr bzw. der Saugdüse im Vergaser 1 verbunden ist ein mageres Gemisch
angesaugt wird.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
Claims (1)
1. Abgasrückführanlage für einen Verbrennungsmotor mit einer Ansaugleitung, einer Abgasrückführleitung
(EGR-Leitung) zum Einspeisen von Motorabgasen in die Ansaugleitung stromabwärts
vom Drosselventil, einem ersten Abgasrückführ-(EGR-)Steuerventil, das in der EGR-Leitung anr
geordnet ist, einem zweiten Abgasrückführ-(EGR-) Steuerventil, das in der Abgasrückführleitung
stromabwärts vom ersten Abgasrückführsteuerventil angeordnet ist, wobei das erste Abgasrückführsteuerventil
mit der Ansaugleitung fluid verbunden und von dem dort jeweils herrschenden Unterdruck
beaufschlagt ist, und mit einer zwischen den beiden Steuerventilen in die Abgasrückführlcitunp mündenden
Leitung, in die Luft eir.leitbar ist, dadurch
gekennzeichnet, daß
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