DE3019607C2

DE3019607C2 - Abgasrezirkulationsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3019607C2
Application number: DE3019607A
Authority: DE
Inventors: Shoji Yokosuka Kanagawa Ushimura
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1979-05-22
Filing date: 1980-05-22
Publication date: 1983-11-24
Also published as: JPS55156243A; DE3019607A1; US4373498A

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 NO_x 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

Patentansprüche:

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

■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-