DE3019607C2 - Abgasrezirkulationsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine - Google Patents
Abgasrezirkulationsvorrichtung für eine BrennkraftmaschineInfo
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Description
Spruchs 1 und des nebengeordneten Patentanspruchs 3.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Erfindungsgemäß dient die in dem Rezirkulationskanal
angebrachte Fördereinrichtung dazu, den unter den jeweiligen Bedingungen wünschenswerten Abgas-Durchsatz
durch den Rezirkulationskanal unabhängig von dem herrschenden Druckgefälle zwischen Ansaugkanal
und Abgaskanal der Brennkraftmaschine aufrechtzuerhalten. Zur optimalen Steuerung des Durchsatzes
durch den Rezirkulationskanal wird im einen Fall der Antrieb der Fördereinrichtung entsprechend den
mit Hilfe von Fühleinrichtungen abgetasteten Motorbetriebsbedingungen gesteuert, während im anderen Fall
die Fördereinrichtung mit konstanter Drehzahl angetrieben und die Abgasrezirkulation mit Hilfe eines
Steuergliedes gesteuert wird.
Daraus ergibt sich der Vorteil, daß keine Drosselklappe in dem Ansaugkanal der Brennkraftmaschine mehr
erforderlich ist und der Motor trotz Abgasrezirkulation stets mit der optimalen Ansaugiuftmenge versorgt
werden kann. Dadurch wird eine unvollständige Verbrennung des Treibstoffes weitgehend vermieden,
die Emission von unverbrannten Kohlenwasserstoffen und von Rauch verringert und eine größere Wirtschaftlichkeit
des Motors bei geringerem Treibstoffverbrauch erzielt.
Da die Fördereinrichtung das Abgas positiv mit einem bestimmten Druck fördert hat der Strömungswiderstand
der Abgas-Rezirkulationsvorrichtung kei- >" nen großen Einfluß auf die zurückgeführte Abgasmer ■
ge, und diese läßt sich stabil steuern.
Da erfindungsgemäß die Abgasrezirkulation nicht mehr von der Druckdifferenz zwischen dem Ansaugkanal
und dem Abgaskanal abhängig ist, kann die y' Entnahme des zu rezirkulierenden Abgases an jeder
Stelle des Abgaskanals erfolgen. Der Anschlußstutzen für die Abgasrezirkulation kann daher an die vom
Standpunkt der Konstruktion günstigste Stelle des Fahrzeuges gelegt werden. Ferner bietet die Erfindung
den Vorteil, daß der Zuführstutzen für rezirkuliertes Abgas in den Ansaugkanal in kleinere Kanäle aufgeteilt
werden kann, die mit verschiedenen Verzweigungen des Ansaugstutzens verbunden werden. Dadurch kann eine
bessere Verteilung des rezirkulierten Abgases in die 4'
einzelnen Brennkammern erfolgen, die Treibstoffverbrennung stabilisiert und ein besseres Betriebsverhalten
des Motors erzielt werden.
Nachstehend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf eine 5"
Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt
F i g. 1 eine schematische Darstellung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen
EG R-Anordnung, und
F i g. 2 und 3 je eine Abwandlung gegenüber F i g. 1 im 5'
Förderbereich der Anordnung.
Das in Fig. 1 schematisch dargestellte Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung zur
Abgasrezirkulation (nachstehend kurz EGR-Anordnung genannt) gehört zu einem Brennkraftmotor 4 mit
Treibstoffeinspritzung in die Zylinder. Im vorliegenden Fall ist es ein Diesel-Motor. Durch einen Luftreiniger 1
und einen Ansaugkanal 2 angesaugte Luft gelangt an einem Einlaßventil 3 vorbei in eine Brennkammer 5, in
welcher die angesaugte Luft und mittels eines nicht b5 dargestellten Einspritzventil eingespritzter Treibstoff
ein gasförmiges Gemisch bilden, welches durch einen Kolben 6 komprimiert und dabei zur Entzündung
gebracht wird. Durch die Verbrennung wird eine
abzugebende Leistung erzeugt Die bei der Verbrennung entstehenden Abgase gelangen an einem Auslaßventil
7 vorbei in einen Abgaskanal 8 und von dort in die Atmosphäre. Gegebenenfalls kann im hinteren Teil des
Abgaskanals 8 eine nicht dargestellte Abgasbehandlungseinrichtung angeordnet sein.
Im Gegensatz zum Stand der Technik benötigt die erfindungsgemäße EGR-Anordnung keine Drosselklappe
o. dgL im Ansaugkanal 2.
Bei der EGR-Anordnung von F i g. 1 verbindet ein Rezirkulationskanal bzw. EGR-Kanal 10, in dem sich ein
Gebläserad 21 einer EGR-Fördereinrichtung 20 befindet, den Abgaskanal 8 mit dem Ansaugkanal 2. Die
zeichnerische Darstellung ist schematisch. In der Praxis kann dieser EGR-Kanal 10, wie beim Stand der Technik,
an den Haupt-Ansaugkanal des Motors angeschlossen, oder wie dessen Auslaßbereich in mehrere Verzweigungen
zu den einzelnen Zylindern aufgeteilt sein.
Das innerhalb des EGR-Kanals 10 angeordnete Gebläse- oder Kompressorrad 21 der Fördereinrichtung
20 bestimmt die durch den EGR-Kanal 10 strömende EGR-Menge in Abhängigkeit von den
Betriebszuständen des Motors. Eine Steuerschaltung 23 steuert einen das Gebläse- oder Kompressorrad 21
rotierend antreibenden Elektromotor 22 entsprechend. Zu der Steuerschaltung 23 gehören ein den Motor-Öldruck
abtastender öldruckschalter 24, ein mit dem Motoranlaßvorgang verknüpfter Startschalter 25 und
eine Stromquelle 30, die im vorliegenden Falle über einen Mikrocomputer 29 in Serie geschaltet ist. Ferner
gehören zur Steuerschaltung ein die Motortemperatur im Kühlwasserbereich überwachender Temperaturfühler
26, ein die Kurbelwellendrehzahl abtastender Drehzahlfühler 27 und ein Lastsensor 28, welcher die
Motorbelastung aus dem Absenkungsgrad des Gaspedals oder dem Anstellwinkel eines Einspritzpumpen-Steuerhebels
(nicht dargestellt) ermittelt. Der Mikrocomputer 29 erhält Daten von den verschiedenen
Fühlern und errechnet daraus einen Parameter zur Steuerung des Elektromotors 22, damit das Gebläserad
21 jeder Zeit die für optimale Motorbetriebsbedingungen erforderliche EGR-Gasmenge fördert.
Nach dem Starten des Motors über den Startschalter 25 erhöht sich zunächst der Öldruck in dem Motor, und
das erkennt der Öldruckschalter 24. Jetzt läßt der Mikrocomputer 29 den Elektromotor 22 anlaufen, so
daß das Gebläserad 21 positiv einen Anteil der Abgase aus dem Abgaskanal 8 durch den EGR-Kanal 10 in den
Ansaugkanal 2 und auf diese Weise in die Brennkammer 5 fördert. Dadurch wird ein übermäßiger Temperaturanstieg
in der Brennkammer 5 verhindert und die Erzeugung von NOx verhindert.
Bei laufendem Motor erhält der Mikrocomputer 29 laufend Daten über die Motor-Betriebszustände von
den Fühlern 26 und 28 und errechnet daraus ein elektrisches Steuersignal in bezug auf eine optimale
EGR-Menge. Durch dieses Steuersignal wird der Elektromotor 22 und damit die Fördermenge des
Gebläserades 21 auf einen Optimalwert gesteuert. Damit kann auf eine besondere Drosselklappe im
Ansaugkanal 2 verzichtet werden. Die in Fig. 1 dargestellte Ausführung eignet sich besonders für
Motocen mit elektronisch geregelter Treibstoffeinspritzung.
Die Anzahl und/oder die Art der für die Überwachung der Betriebsbedingungen des Motors verwendeten
Fühler kann beliebig geändert werden.
Bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 1 wird das
Gebläserad 21 über die Steuerschaltung 23 in Abhängigkeit von den Betriebszuständen des Motors in seiner
Drehzahl reguliert. Im Gegensatz dazu wird bei dem in Fig.2 dargestellten abgewandelten Ausführungsbeispiel
der Erfindung ein Abgas-Gebläserad 21 verwendet, welches im wesentlichen mit einer gleichmäßigen
Drehzahl umläuft, so daß auch die EGR-Fördermenge im wesentlichen konstant sein wird. Alternativ dazu
kann dieses Gebläserad 21 auch durch ein rotierendes Element des Motors wie beispielsweise die Kurbel- oder
Nockenwelle angetrieben werden, mit Abhängigkeit von der Motordrehzahl. In F i g. 2 wird der Elektromotor
aus der Stromquelle 30 mit einer konstanten Drehzahl über eine Serienschaltung angetrieben, die aus
dem Startschalter 25, dem öldruckschalter 24 und einem
Wassertemperaturschalter 32 besteht. Da bei dieser abgewandelten Ausführung in F i g. 2 die Drehzahl des
Gebläserades 21 im wesentlichen konstant ist, befindet sich in Strömungsrichtung hinter dem Gebläserad 21 in
den EGR-Kanal 10 ein EGR-Steuerglied in Form einer
Drosselklappe 31. Die Stellung dieser Drosselklappe 31 wird entweder gemeinsam mit der Bewegung des
Gaspedals oder eines Stellhebels einer Brennstoffeinspritzpumpe reguliert. Die letztgenannten Elemente
sind nicht dargestellt. Folglich wird bei dieser Ausführung die dem Ansaugkanal zugeführte EGR-Fördermenge
in Abhängigkeit von der Brennstoff-Einspritzmenge und damit von der Motorbelastung
reguliert.
Der Überschußanteil der von dem Gebläserad 21 bewältigten Fördermenge gelangt über eine EGR-Rückleitung
11 zurück auf die Eingangsseite des Gebläses. In der die Ausgangsseite mit der Eingangsseite
des Gebläses 21 verbindenden EGR-Rückleitung
befindet sich eine Druckablaßeinrichtung in Form eines Druckablaßventils 33 oder einer Drossel. Als Alternativlösung
kann auch das EGR-Steuerglied 31 in der
"> Riickleitung 11 anstatt in Strömungsrichtung dahinter in
dem EGR-Kanal 10 angeordnet sein. Obwohl bei dieser Ausführung der Elektromotor 22 mit einer konstanten
Drehzahl läuft und einen konstanten Gasstrom fördert, wird der Brennkraftmotor auch bei einer niedrigen in
den Ansaugkanal zurückgeführten Ist-EGR-Gasmenge nicht überlastet. Wenn dagegen das Gebläserad 21
durch eine rotierende Welle des Brennkraftmotors angetrieben wird, dann ist die EGR-Gasmenge abhängig
von der Drehzahl und Belastung des Brennkraftmotors.
Wenn gemäß einer in Fig. 3 dargestellten zweiten Abwandlung das EGR-Steuerglied 31 in dem EGR-Kanal
10 in Strömungsrichtung vor dem Gebläserad 21 liegt, dann wird durch das z. B. als Drosselklappe
ausgebildete EGR-Steuerglied 31 die Dichte des rezirkulierenden Abgases vermindert und auf diese
Weise die Belastung des Elektromotors 22 durch das hinter dem Steuerglied 31 liegende Gebläserad 21
reduziert.
Wenn bei laufendem Brennkraftmotor die Kühlwassertemperatur
relativ niedrig und somit der in F i g. 2 und 3 in Serie mit dem Elektromotor 22 liegende
Wassertemperaturschalter 32 geöffnet ist, steht der Elektromotor. Somit unterbleibt unter diesen Bedingungen
die EGR, was dem Motorbetrieb auch dienlich ist.
Das in Fig.2 und 3 enthaltene EGR-Steuerglied 31
kann elektrisch angesteuert werden, z. B. durch eine Steuereinrichtung wie die Steuerschaltung 23 aus
Fig. 1.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (9)
1. Vorrichtung zur Abgasrezirkulation für eine mit einem Kraftstoff-Luft-Gemisch betriebene Brennkraftmaschine,
mit einem Rezirkulationskanal, der einen Abgaskanal mit einem Ansaugkanal der
Brennkraftmaschine verbindet, und mit einer Fördereinrichtung, die ein Gebläse oder einen Kompressor
sowie eine Steuereinrichtung umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung
Fühleinrichtungen (26,27,28) zum Abtasten von Temperatur, Drehzahl und Last der Brennkraftmaschine
und eine Einrichtung (29) zur optimalen Bemessung der rückgeführten Abgasmenge in
Abhängigkeit von den abgetasteten Werten umfaßt
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung einen den
Motor-Öldruck abtastenden Öldruckschalter (24) und einen mit dem Motoranlaßvorgang verknüpften
Startschalter (25) umfaßt, welche Schalter (24,25) in
Serie geschaltet sind und die Steuereinrichtung mit einer Stromquelle (30) verbinden.
3. Vorrichtung zur Abgasrezirkulation für eine mit einem Kraftstoff-Luft-Gemisch betriebene Brennkraftmaschine,
mit einem Rezirkulationskanal, der einen Abgaskanal mit einem Ansaugkanal der Brennkraftmaschine verbindet, und mit einer Fördereinrichtung,
die ein Gebläse oder einen Kompressor sowie eine Steuereinrichtung umfaßt, dadurch
gekennzeichnet, daß das Gebläse oder der Kompressor (21) durch einen Elektromotor (22) mit
im wesentlichen konstanter Drehzahl angetrieben wird, und daß die Steuereinrichtung einen mit dem
Motoranlaßvorg'ang verknüpften Startschalter (25), einen den Motor-Öldruck abtastenden öldruckschalter
(24) und einen die Kühlwassertemperatur abtastenden Wassertemperaturschalter (32), welche
Schalter (24, 25, 32) in Serie zwischen den Elektromotor (22) und eine Stromquelle (30)
geschaltet sind, sowie eiri in dem Rezirkulationskanal angeordnetes Steuerglied (31) zur Steuerung der
rückgeführten Abgasmenge umfaßt.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerglied (31) stromabwärts des
Gebläses oder Kompressors (21) angebracht ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung eine Rezirkulations-Rückleitung
(11), die zwei in Strömungsrichtung vor und hinter dem Gebläse oder Kompressor (21) gelegene Abschnitte des Rezirkulationskanals
(10) miteinander verbindet, und eine den Gasstrom in dieser Rückleitung beeinflussende Druckablaßeinrichtung
(33) umfaßt.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die Druckablaßeinrichtung (33) durch ein Druckablaßventil gebildet ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckablaßeinrichtung (33) durch
eine Drosselstelle gebildet ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerglied (31) stromaufwärts des
Gebläses oder Kompressors (21) angeordnet ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerglied (31)
eine Drosselklappe ist.
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Abgasrezirkulation gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs
1 sowie des nebengeordneten Anspruchs 3.
Derartige Vorrichtungen zur Abgasrezirkulation werden an Brennkraftmaschinen zum Antrieb von
Kraftfahrzeugen, beispielsweise an mit Treibstoffeinspritzung in die Zylinder arbeitenden Diesel-Brennkraftmaschinen
verwendet
In der DE-OS 25 25 585 wird eine Brennkraftmaschine beschrieben, bei der in einem den Abgaskanal mit dem Ansaugkanal verbindenden Rezirkulationskanal ein Kompressor vorgesehen ist, der die Abgase in den Ansaugkanal zurückfördert Diese herkömmliche Brennkraftmaschine ist speziell für den Einsatz unter Bedingungen konzipiert, bei denen die Abgabe von Abgasen an die Umgebungsluft vermieden werden soll. Die Brennkraftmaschine wird mit einem Gemisch aus Kohlenwasserstoff-Kraftstoff und reinem Sauerstoff betrieben. Der Kompressor hat den Zweck, in den Abgasen enthaltenes Kohlendioxyd zu verflüssigen und abzuscheiden, während die Kohlenmonoxyd- und Sauerstoffanteile der Abgase wieder in den Ansaugkanal zurückgeleitet werden.
Ein Beispiel einer Abgas-Rezirkulationsvorrichtung für Brennkraftmaschinen, bei denen nur ein Teil der Abgase zurückgeleitet wird, während die Abgase im übrigen an die Atmosphäre abgegeben werden, ist beispielsweise aus der DE-OS 27 50 537 bekannt. Bei dieser herkömmlichen Vorrichtung enthält der Abgas-Rezirkulationskanal kein aktives Element zur Förderung das Abgase, sondern lediglich ein durch ein Stellglied gesteuertes Ventil, mit dem sich die zurückgeführte Abgasmenge in gewissen Grenzen steuern läßt. Die Abgas-Strömung durch den Rezirkulationskanal wird durch eine mit Hilfe einer Drosselklappe in dem Ansaugkanal erzeugten Druckdifferenz zwischen Abgas- und Ansaugkanal hervorgerufen. Je nach dem Betriebszustand des Motors ändert sich der Öffnungsquerschnitt im Drosselklappenbereich und
In der DE-OS 25 25 585 wird eine Brennkraftmaschine beschrieben, bei der in einem den Abgaskanal mit dem Ansaugkanal verbindenden Rezirkulationskanal ein Kompressor vorgesehen ist, der die Abgase in den Ansaugkanal zurückfördert Diese herkömmliche Brennkraftmaschine ist speziell für den Einsatz unter Bedingungen konzipiert, bei denen die Abgabe von Abgasen an die Umgebungsluft vermieden werden soll. Die Brennkraftmaschine wird mit einem Gemisch aus Kohlenwasserstoff-Kraftstoff und reinem Sauerstoff betrieben. Der Kompressor hat den Zweck, in den Abgasen enthaltenes Kohlendioxyd zu verflüssigen und abzuscheiden, während die Kohlenmonoxyd- und Sauerstoffanteile der Abgase wieder in den Ansaugkanal zurückgeleitet werden.
Ein Beispiel einer Abgas-Rezirkulationsvorrichtung für Brennkraftmaschinen, bei denen nur ein Teil der Abgase zurückgeleitet wird, während die Abgase im übrigen an die Atmosphäre abgegeben werden, ist beispielsweise aus der DE-OS 27 50 537 bekannt. Bei dieser herkömmlichen Vorrichtung enthält der Abgas-Rezirkulationskanal kein aktives Element zur Förderung das Abgase, sondern lediglich ein durch ein Stellglied gesteuertes Ventil, mit dem sich die zurückgeführte Abgasmenge in gewissen Grenzen steuern läßt. Die Abgas-Strömung durch den Rezirkulationskanal wird durch eine mit Hilfe einer Drosselklappe in dem Ansaugkanal erzeugten Druckdifferenz zwischen Abgas- und Ansaugkanal hervorgerufen. Je nach dem Betriebszustand des Motors ändert sich der Öffnungsquerschnitt im Drosselklappenbereich und
■to führt damit zu einer Änderung des Ansaugunterdruckes
an der Stelle, an der der Rezirkulaticnskanal einmündet. Die in dem Ansaugkanal befindliche Drosselklappe
behindert jedoch zwangsläufig auch etwas den Ansaugluftstrom. Dadurch wird der Vorteil geringer Pumpverluste
in einer Brennkraftmaschine mit Brennstoffeinspritzung beeinträchtigt Außerdem wird der Ansaugluftstrom
reduziert und dadurch eine schlechtere Kraftstoffverbrennung verursacht. Dies führt zu einer
Emission von unverbrannten Kohlenwasserstoffen, Rauch und dergleichen. Da die zurückgeführte Abgasmenge
maßgeblich von dem Druckgefälle zwischen Ansaugkanal und Abgaskanal abhängig ist, läßt sich mit
Hilfe des in dem Rezirkulationskanal angebrachten Ventils die Abgasrezirkulation nicht unter allen
Bedingungen im Sinne einer Verringerung der Schadstoffemission optimieren.
Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, bei einer mit einem Kraftstoff-Luft-Gemisch
betriebenen Brennkraftmaschine mit Abgasrezirkulation zur Verringerung der Schadstoffemission die
zurückgeführte Abgasmenge entsprechend den jeweiligen Motorbetriebsbedingungen mit Hilfe einer in dem
Rezirkulationskanal angebrachten Fördereinrichtung unabhängig von dem jeweils herrschenden Druckgefälie
zwischen dem Abgaskanal und dem Ansaugkanal der Brennkraftmaschine zu optimieren.
Erfindungsgemäße Lösungen dieser Aufgabe ergeben sich aus den kennzeichnenden Teilen des Patentan-
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Also Published As
Publication number | Publication date |
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JPS55156243A (en) | 1980-12-05 |
DE3019607A1 (de) | 1980-11-27 |
US4373498A (en) | 1983-02-15 |
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