DE3023652C2 - Steuereinrichtung einer mit Abgasrückführung arbeitenden Dieselmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuereinrichtung einer mit Abgasrückführung arbeitenden Dieselmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein Dieselmotor wird gewöhnlich im sog. »Luftüberschuß«-Betrieb betrieben, bei dem in die Verbrennungskammern des Motors mehr Luft eingesaugt wird, als tatsächlich für die Verbrennung des in die Kammern eingespritzten Kraftstoffs notwendig ist. Dementsprechend beruht die Abgasrückführung bei einem Dieselmotor grundsätzlich darauf, zumindest einen Teil dieser überschüssigen Luft durch zurückgeführte Abgase zu ersetzen, um damit die Qualität der aus dem Motor abgegebenen Abgase zu verbessern und in den Abgasen den Anteil schädlicher Verschmutzungsorgane zu verringern. Demnach sollte eine Rückführungsabgas-Menge geliefert werden, die von der Menge der bei den bestehenden Betriebszuständen des Motors angesaugten überschüssigen Luft abhängt.

Allgemein ist der Anteil der angesaugten überschüssigen Luft um so größer, je geringer die Belastung des Dieselmotors ist, d,h, je höher die Belastung des Motors ist, um so geringer ist proportional zur Ansaugluft der LuftüberschuB. Ferner nimmt die in die Brennkammern des Motors eingeleitete Überfchußluftmenge ab, wenn die Belastung des Motors ansteigt. Zur Abgasrückführung, bei der sich die Rückführungsabgas-Menge entsprechend der Überschußluft-Menge verändert, ist es daher notwendig, die Rückführungsabgas-Menge in der Weise zu steuern bzw. zu regeln, daß entsprechend einer Steigerung der Motorbelastung das Abgasrückführungsverhältnis abnimmt (das als durch die Rückführungsabgas-Menge zuzüglich der Ansaugluft-Menge geteilte Rückführungsabgas-Menge definiert ist), und umgekehrt.

Es ist eine Steuereinrichtung eingangs beschriebener Gattung bekannt (DE-OS 23 21 970) bei der das Absperrventil eine Klappe ist, die in irgend einer mechanischen Abhängigkeit vom Stellglied bestätigt wird, so daß in Abhängigkeit von der Einspritzmenge die Druckverhältnisse im Ansaugsystem so beeinflußt werden, daß aus der Auspuffleitung und der Ansaugleitung eine ausreichende Sauerstoffmenge bereitgestellt wird.

Es ist eine weitere Steuereinrichtung bekannt (DE-OS 21 43 435), bei der mit dem Stellglied zwei elektrische Schalter gekuppelt sind, die mit dem Absperrventil so zusammenwirken, daß letzteres nur dann in seiner Schließstellung gehalten wird, solange die Brennkraftmaschine entweder im Leerlauf ist oder sich im Betrieb unter voller oder nahezu voller Last befindet Das Absperrglied bildet hierbei wie auch im anderen bekannten Fall eine in der Abga^rückführleitung untergebrachte selbständige Drosselklappe.

Für eine optimale Versorgung eines Dieselmotors ist, wie eingangs bereits dargelegt wurde, die Abgasrückführung so zu wählen, daß der rückgeführte Abgasanteil im Vergleich zur Frischluftmenge abnimmt wobei unter dem Gesichtspunkt einer einfachen Steuerung sich der

Abgasanteil annähernd direkt proportional zur Änderung des Stellglieds verhalten sollte. Eine solche Proportionalität ist jedoch mit Rücksicht auf die insbesondere bei niedriger Motorbelastung sehr geringen Druckunterschiede unmöglich. Aus diesem Grunde

AO ist es bei geringer Belastung schwierig, eine ausreichende Abgasrückführung zu gewährleiste;:.

Aufgabe der Erfindung ist es. eine Steuereinrichtung eingangs beschriebener Gattung so weiterzubilden, daß über einen weiten Bereich eine angenähert wirksame direkte Proportionalität zwischen Stellung des Absperrventils und dem Abgasrückführungsverhältnis erreicht wird und dies bei möglichst einfachster Ausgestaltung gewährleistet wird.

Diese Aufgabe wird durch die gekennzeichneten Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Durch diese Maßnahmen werden zwei Ventile unterschiedlicher Gattungen so miteinander gekoppelt, daß bei Zunahme des Frischluftdurchsatzes die Abgasmenge abnimmt und umgekehrt. Die Wahl unterschied- !icher Ventile erlaubt eine gegenseitige mechanische Kopplung, die eine außerordentlich konipakie Einheit ermöglicht.

Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert Es zeigt

Fig. 1 ist eine schematisierte Darstellung eines Dieselmotors, der mit dem Mengenregeisystem gemäß

einem ersten Ausführungsbeispiel ausgestattet ist,

F ί g. 2 eine Teilschnittansicht des Ansaugdurchlasses des in F i g, 1 gezeigten Motors und vergrößert einige der Teile der Einrichtung zur Mengenregelung,

ein Rückführungsabgas-Mengenregelventil in Schnittdarstellung und

Fig.3 eine Schnittansicht längs der Linie UI-III in F i g. 2 und zeigt ein Ansaugluft-Mengenregelventil und Fig.4 eine der Fig.3 entsprechende Ansicht, die den Aufbau der Einrichtung des Mengenregelsystems gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt, bei dem statt eines bei dem ersten Ausführungsbeispiel verwendeten Ansaugluft-Mengenregelventils in Ausführung als einflügeliges Klappenventil ein Mengenregelventil in der Ausführung als zweiflügeliges Klappenventil verwendet wird.

Ein erstes Ausführungsbeispiel des Mengenregelsystems, oei dem die Ansaugluftströmung und auch die Strömung der zurückgeführten Abgase gesteuert wird, ist in etwas schematisierter Form in Fig. 1 gezeigt. In dieser Figur bezeichnet 1 einen Dieselmotor, der Luft über ein Luftfilter 2, eine Ansaugleitung 3, ein allgemein mit 4 bezeichnetes Ventilsystem und einen Einlaßverteiler 5 in dieser Aufeinanderfolge ansaugt Von dem Dieselmotor 1 werden Abgase über einen Abgassammler 6 abgegeben, der zu einem Auspuffrohr 7 führt. An einem Feil längs des Abgassammlers 6 ist ein Abgas-Rückführkanal 8 angeschlossen, der zu dem Ventilsystem 4 zurückführt. Ober diesen Abgas-Rückführkanal 8 wird ein Teil der von dem Dieselmotor 1 erzeugten Abgase so zurückgeführt bzw. umgewälzt, daß er über das Ventilsystems in das Einlaßsystem des Motors eingeleitet wird.

Die Fig. 2 und 3 zeigen in Einzelheiten den Aufbau des Ventilsystems 4. Die F i g. 2 ist eine Schni'tansicht quer zur Richtung der Strömung der Ansaugluft durch das Ventilsystem 4, während die Fig.3 eine Schnittansicht längs der Linie III-III in Fig. 2 ist, wobei in dieser F i g. 3 die Strömung der Ansaugluft von links nach rechts verläuft Das Ventilsystem 4 hat ein Gehäuse 40. innerhalb dessen ein Ansaugluftdurchlaß 41 gebildet ist, der von der Ansaugleitung 3 zu dem Einlaßverteiler 5 führt Wie am besten aus der F i g. 2 ersichtlich ist, hat bei diesem ersten Ausführungsbeispiel der Ansaugluftdurchlaß 41 im wesentlichen rechteckigen Querschnitt, während das Gehäuse 40 mit kreisförmigen Endteilen ausgestaltet ist die auf die Ansaugleitung 3 und den Einlaßverteiler 5 treffen und an diese angepaßt sind. An der in der Zeichnung oberen Seite des Gehäuses 40 ist ein Ventilsitzteil 42 angebracht, auf das wiederum ein Ende eines Knieteils 43 aufgesetzt ist. Das Knieteil 43 ist mit mehreren Schraubbolzen 44 (von denen in den Fig. nur einer gezeigt ist) an dem Gehäuse 40 befestigt, wobei das Ventilsitzteil 42 zwischen dem Knietei! und dem Gehäuse festgeklemmt ist Das andere Ende des Knieteils 43 an der rechten Seite in F ι g. 3 ist unter luftdichter und gasdichter Abdichtung auf das Ende des Abgas-Rückrtihrkanals 8 aufgepreßt

Das Ventilsitzteil 42 ist mit einem kreisförmigen Ventilsitz 46 ausgestaltet der eine Ventilöffnung 45 umgibt. Ferner ist das Ventilsitzteil 42 mit einem vorspringenden Abschnitt versehen, der einen Rückführungsabgas-Einlaßraum 47 bildet, welcher von der Ventilöffnung 45 her in den Ansaugluftdurchlaß 41 mündet.

Die Ventilöffnung 45 wird mittels eines konischen Ventilkörpers 48 reguliert, das einen unteren verjüngten Teil 48' hat, der dann, wenn der Ventilkörper 48 in der in Fig,3 gezeigten oberen Stellung steht, mit dem kreisförmigen Ventilsitz 46 zusammenwirkt, so daß durch das Zusammentreffen dieser beiden Flächen die Ventilöffnung 45 völlig geschlossen ist Der Ventilkörper 48 isi mittels eines Stifts 49 fest an einem Ventilschaftstab 50 angebracht, der den Ventilkörper in dessen axialer Richtung durchragt Der Ventilschaftstab 50 ragt durch eine Buchse 51, die lest in das Knieteil 43 eingesetzt ist, und ist in dieser Buchse 51 nach oben und unten verschiebbar. An dem in Fig.3 oberen Ende des Ventilschaftstabs 50 ist in der Umgebungsluft außerhalb des Wegs der zurückgeführten Abgase mittels einer Mutter 52 ein Federanschlag 53 angebracht. Zwischen dem Federanschlag 53 und der Außenseite des Knieteils 43 ist eine Druck-Schraubenfeder 54 angebracht, die den Ventiischaftstab 50 und damit den Ventilkörper 48 nach oben zu vorspannt, wodurch eine Vorspannung zum Schließen der Ventilöffnung 45 durch Anbtoß des verjüngten Teils 48' gegen den Ventilsitz 46 erzielt wird.

In dem Gehäuse 40 sind gemäß der Darstellung in

Fig.2 zwei Buchsen 55 angebracht Durch diese Buchsen 55 hindurchgehend ist in diesen drehbar ein Klappenventil-Achsstab 56 angebracht der bei diesem ersten Ausführungsbeispiel den oberen Teil des Ansaugluftdurchlasses 41 durchquert. An dem Klappen ventil-Achsstab 56 ist ein Rand ein- Ventilklappe 59 befestigt, die bei diesem Ausführu>ig^bcispiw! eine annähernd rechteckige Platte ist

In der F i g. 3 sind zwei Stellungen der Ventilklappe 59 gezeigt. Durch strichpunktierte Linien ist die Stellung der Ventilklappe 59 gezeigt, bei der diese den Ansaugluftdurchlaß 41 nahezu schließt während mit ausgezogenen Linien die Stellung der Ventilklappe 59 dargestellt ist, bei der diese in dem AnsaugluftdurchlaG 41 einen sehr geringen oder im wesentlichen keinen zusätzlichen Strömungswiderstand hervorruft Aus der Fig. 2 ist ersichtlich, daß ein Ende des Klappenventil-Achsstabs 56 an einer Seite aus dem Gehäuse 40 herausragt und an diesem Ende bzw. Teil ein Haltetei! 60 fest angebracht ist. Auf den Achsstab 56 ist drehbar eine Buchse 61 aufgesetzt, über die zwischen ihr und dem Halteteil 60 eine Torsions-Schraubenfeder 62 gesetzt ist. deren ein Ende gegen das Halteteil 60 stößt. während das andere Ende gegen einen Stift Ki stö*it. der in das Gehäuse 40 eingesetzt ist. Dadurch wird mittels der Torsions-Schraubenfeder 62 der Klappenventil-Ach ,stab 56 im Uhrzeigersinn in F i g. 3 vorgespannt. Die Ausgestaltung ist hierbei so getroffen, daß die Vorspannwirkung der Torsions-Schraubenfeder 62 schwächer als diejenige der Druck-Schraubenfeder 54 ist.

Das äußerste Ende des Klappenventil-Achsstabs 56 ist mit einem Schraubgewinde 64 versehen, mit dem der Achsstab 56 an ein nicht gezeigtes geeignetes Stellsystem angeschlossen ist, das das Ventilsystem in Übereinstimmung mit der für den Dieselmotor notwendigen Menge an Rückführungsabgas verstellt. Dieses Stellsystem kann ein an «ich bekanntes System sein, so daß es iiisr nicht näher beschrieben wird.

Wie aus F i g. 3 ersichtlich ist, ist an einem mittleren

Teilbereich der Ven'ilklappe 59 mittels einti Mutter 66 und einer Beilagscheibe 63 eine Stiftschraube 68 angebracht die mit einem Stift 67 versehen ist auf den ein Ende eines Hakens 69 so aufgesetzt ist. daß der Haken 69 in bezug auf die Ventilklappe 59 drehbar ist.

Das zweite Ende dieses Hakens 69 ist über einen Stift 70 gehakt, der unterhalb des konischen Ventilkörpers 48

fest in den unteren Teil des Venfilsciiäftstabs 50 eingesetzt ist.

Das vorstehend beschriebene System arbeitet folgendermaßen: Wenn gemäß der Darstellung in F i g. 3 die Ventilklappe 59 in ihrer voll entgegen dem

Uhrzeigersinn verschwenkten Stellung steht, so daß sie im wesentlichen keinen zusätzlichen Strömungswiderstand für die Luft durch den Ansaugluftdurchlaß 4! bietet, wird durch die Vorspannungswirkung der Druck-Schraubenfeder 54 über den Ventilschaftstab 50 der Ventilkörper 48 in seiner obersten Stellung gehalten. Dadurch wird der verjüngte Teil 48' dicht gegen den kreisförmigen Ventilsitz 46 des Ventilsitzteils 42 gehalten. Damit wird die Ventilöffnung 45 zwangsweise dicht geschlossen gehalten, so daß daher die Abgasrückführung völlig verhindert ist. Sobald aus dieser Stellung das (nicht gezeigte) Stellsystem den Achsstab 56 im I Ihrzeigersinn nach F i g. 3 verschwenkt, so daß mit dieser Bewegung die Veniilklappe 59 allmählich im Uhrzeigersinn nach unten bewegt wird, wird entsprechend diesem Bewegungswinkel der Veniilklappe die wirksame Querschnittsfläche des Ansaugluftdurchlasses 41 vermindert, wodurch der Ansaugluftdurchlaß 41 der durchströmenden Luft einen

Zugleich mit dieser Uhrzeigerbewegung der Ventilklappe 59 wird über die Verbindung mit dem Haken 69 usw. der Ventilschaftstab 50 gegen die Vorspannwirkung der Druck -Schraubenfeder 54 nach unten zu gezogen, wodurch dementsprechend der Ventilkörper 48 fortschreitend nach unten zu bewegt wird und der verjüngte Teil 48' immer weiter von der Berührung mit dem Ventilsit/ 46 des Ventilsitzteils 42 weg bewegt wird, so daß die Ventilöffnung 45 allmählich geöffnet wird. Dadurch beginnen Abgase aus dem Abgas-Rückführkanal 8 über die Ventilöffnung 45 in den Rückführungsabgas-Einlaßraum 47 und von dort in den Ansaugluftdurchlaß 41 ?.u gelangen.

Die wirksame Querschnittsfläche der Ventilöffnung 45. die in hohem Ausmaß von der Breite des Spalts zwischen dem verjüngten Teil 48' und dem kreisförmigen Ventilsitz 46 abhängt, wird dadurch entsprechend der Uhrzeigerbewegung der Ventilklappe 59 nach F i g. 3 ständig vergrößert. Das heißt, sobald das Öffnungsausmaß des Rückführungsabgas-Mengenregelventils ansteigt und dadurch der Widerstand des Ventils gegenüber der Strömung der zurückgeführten Abgase abnimmt, nimmt in Übereinstimmung hierzu das mittels der Ventilklappe 59 geschaffene Öffnungsausmaß ab. wodurch der Widerstand des Einlasses gegenüber der Ansaugluftströmung ansteigt.

Die genaue Wirkungsweise bei der Verminderung des Strömungswiderstandes des aus dem Ventilsitz 42 und dem Ventilkörper 48 usw. gebildeten Kegelventilsystems für die Regelung der Abgasrückführung kann dadurch verändert werden, daß die Form des Ventilkörpers 48 verändert wird, das nicht genau konisch geformt sein muß, sondern irgendeine andere geeignete Form erhalten kann. Durch Zuschnitt bzw. angepaßte Wahl dieser Form ist es möglich, die Funktion des ganzen Ventilsystems so zu gestalten, daß das Abgasrückführungsverhältnis wirksam annähernd in direkter Proportion zu dem durch das Stellsystem gegebenen Drehwinkel des Klappenventil-Achsstabs 56 verändert wird. Durch die auf diese Weise erzielte annähernd lineare Abhängigkeit kann die Regelung der Abgasrückführung genauer und leichter ausgeführt werden, wobei das Arbeiten eines Steuersystems hierfür beträchtlich vereinfacht werden kann.

Im einzelnen wird dann, wenn das Stellsystem im wesentlichen keine Schwenkgröße für die Ventilklappe 59 abgibt, so daß die Ventiikiappe in der in Fig.3 mit ausgezogenen Linien dargestellten Stellung steht durch die Vorspann wirkung der Druck-Schraubenfeder 54 der Ventilkörper 48 nach oben zu dicht gegen das Ventilsitzteil 42 gehallen, wodurch die Ventilöffnung 45 völlig geschlossen wird, So daß die Abgasrückführung vollständig unterbrochen ist, wobei im wesentlichen kein Entweichen bzw. Durchsickern auftritt. Dadurch kann aufgrund des Fehlens eines unbeabsichtigten Durchtrelens der Abgase durch die Ventilöffnung 45 für die Abgasrückfühfungssleuerung der Motor mit seiner maximalen Leistung arbeiten.

Bei dem vorstehend beschriebenen ersten Ausführüngsbeispiel des Mengenregelsyslems hat der Ansaugluftdurchlaß 41 rc< hteckigen Querschnitt. Aus diesem Gruml ist die Ventilklappe 59 im wesentlichen rechteckig geformt, so daß der wirksame Querschnitt des Ansaugluftdurchlasses 41 annähernd direkt propor tional zu dem von dem Stellsystem herbeigeführten Drehungsausmaß an dem Klappenveniil-Achsstab 56 ist. Daher kann gemäß der Darstellung in Fig. 3 der

?n Yeniiiiinrnpr 4Ä annähernd die Form eines einfachen Kegels haben. Durch Zuschnitt bzw. Anpassung oder Formänderung des Ventilkörpers 48 ist es jedoch möglich, eine geeignete Funktionsweise bei der Steuerung der Rückführungsabgas-Strömungsmenge zu

dem Zweck herbeizuführen, die Wirkungsweise des Rückführungsabgas-Mengenregelventils an ein Ansaug luft-Mengenregelventil anzupassen, das kreisförmig oder elliptisch ausgebildet ist.

Die F"' g. 4 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel des

Systems. In der Fig.4 sind Teile, die den gleichen Aufbau und die gleiche Funktion wie Teile in den F i g. 1. 2 und 3 haben, mit den gleichen Bezugszeichen wie in diesen Figuren bezeichnet. Bei diesem zweiten Ausführungsbeispiel ist die Ventilklappe 59 des ersten

Ausführungsbeispiels durch eine »Schmetterlings«-Ventilklappe bzw. eine zweiflügelige Ventilklappe 59 ersetzt. In diesem Fall kann der Querschnitt des Ansaugluftdurchlasses 4 kreisförmig oder oval sein. Da der übrige Teil des Systems bei diesem Ausführungsbeispiel praktisch gleich demjenigen bei dem ersten Ausführungsbeispiel ist. wird eine weitere ausführliche Erläuterung der Funktionsweise bei diesem Ausführungsbeispiel weggelassen.

Die beiden beschriebenen Ausführungsbeispiele des Systems zeigen ein direktes Koppeln des Ansaugluft-Mengenregelventils mit dem Rückführungsabgas-Mengenregelventil über eine mechanische Verbindung. Obgleich dieser Aufbau vorzuziehen ist ist er nicht für das Grundkonzept des Systems ausschlaggebend, das darin besteht diese beiden Ventile miteinander auf irgendeine Weise so zu koppeln, daß sich ihre wechselseitig entgegengesetzt gerichtete Wirkungsweise ergibt so daß dann, wenn sich eines der Ventile allmählich öffnet das andere Ventil allmählich schließt Es liegt im Rahmen der Erfindung, die Kopplung zwischen diesen beiden Ventilen auf hydraulische oder elektrische Weise herbeizuführen.

Das beschriebene Regelsystem zur Regelung bzw. Steuerung der Rückführung von Abgasen und der

Ansaugluftströmung bei einem Dieselmotor, der ein Lufteinlaßsystem, ein AuspufJsystem und einen Abgas-Rückführkanal hat, über weichen ein Teil der von dem Motor erzeugten Abgase aus dem Auspuffsystem zu dem Lufteinlaßsystem zurückgeführt wird, hat ein in dem Ansaiigiuftdurchlaß angebrachtes Ansaugluft-Mengenregelventil und ein in dem Abgas-Rückführkan-äi angebrachtes Rückführiingsabgas-MeiigeiiregeWentil, wobei die beiden Regelventile miteinander so

gekoppelt sind, daß, sobald eines von ihnen allmählich öffnet, das andere allmählich schließt und umgekehrt. Dadurch ändert sich das AbgasrUckführungs-Verhältnis im wesentlichen direkt proportional zu dem Öffnungsausmaß des Riickführungsabgas-Mengenregelventils.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Steuereinrichtung einer mit Abgasrückführung arbeitenden Dieselmaschine, in deren Ansaugleitung ein Stellglied enthalten ist, dessen Stellung in umittelbarem Zusammenhang mit der Ansaugluftmenge steht, und in das eine mit der Auspuffleitung verbundene Rückführleitung mundet, die mit einem Absperrventil ausgerüstet ist, das mit dem Stellglied gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Absperrventil einen kreisförmigen Ventilsitz (46) in einer Abgasdurchtrittsöffnung (45) und einen zugehörigen konischen Ventilkörper (48) besitzt, der über ein einfaches mechanisches Verbindungsglied (69) unmittelbar mit dem Stellglied (59) so verbunden ist. daß die Axialbewegung des Ventilkörpers in eine Schwenkbewegung des Stellglieds so umgewandelt wird, daß bei Zunahme des Durchflußwiderstandes in der einen Leitung derjenige der anderen Leitung abnimmt und umgekehrt.

2. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (48) mittels Feder (54) in Richtung auf seine Schließstellung und das Stellglied (59) mittels Feder (62) in eine Stellung vorgespannt ist, in der es dem Luftdurchgang maximalen Widerstand entgegensetzt, wobei die Vorspannung des Ventilkörpers größer als die gegengerichtete Vorspannung des Stellglieds ist.

3. Steuereinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungsglied (69) über einen Stift (67) an das Stellglied oder den Ventilkörper angelenkt und mittels eines Hakens an einen Stift (Yv) des jeweils anderen Teils angehängt ist.

4. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, ti 3 das Stellglied (59) eine Schwenkachse (56) besitzt, die durch eine äußere Antriebseinrichtung drehbar ist