AT504667A4

AT504667A4 - Vorrichtung zur abgasrückführung für einen verbrennungsmotor

Info

Publication number: AT504667A4
Application number: AT0020007A
Authority: AT
Original assignee: Forschungsgesellschaft Fuer Ve
Priority date: 2007-02-07
Filing date: 2007-02-07
Publication date: 2008-07-15
Also published as: AT504667B1; TW200936874A; WO2008095214A1

Description


  (35 030) II
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Abgasrückführung für einen Verbrennungsmotor mit einer Abgasrückführieitung zwischen einer Abgasleitung und einer mit einem Drosselorgan versehenen Ansaugleitung sowie mit einem Abgasrückführventil in der Abgasrückführieitung, dessen Ventilkörper in Abhängigkeit von der Stellung des Drosselorgans gegen die Kraft einer Schliessfeder betätigbar ist und die Abgasrückführieitung in der Stellung des Drosselorgans für eine niedrige Motorleistung sperrt.
Um die Stickoxidemission von Verbrennungsmotoren zu senken, kann Abgas aus der Abgasleitung in die Ansaugleitung rückgeführt werden, sodass das rückgeführte Abgas eine geringere Füllung des Brennraumes mit Frischgas und damit eine langsamere Verbrennung nach sich zieht,

   was wiederum mit einer Senkung der Verbrennungstemperatur und als Folge davon mit einer geringeren Neigung zur Stickoxid-Bildung verbunden ist. Die verminderte Frischgasfüllung des Brennraumes verringert allerdings die Motorleistung, was Anlass zu einer Steuerung des rückgeführten Abgasmassenstromes in Abhängigkeit vom Leistungsbedarf und der Stickoxidemission gibt. In diesem Zusammenhang ist es bekannt (DE 35 45 811 C2), in die Abgasrückführieitung zwischen der Abgasleitung und der Ansaugleitung des Verbrennungsmotors ein Abgasrückführventil vorzusehen, das in Abhängigkeit vom am Drosselorgan in der Ansaugleitung abfallenden Druck betätigt wird.

   Zu diesem Zweck wird der Ventilstössel des Abgasrückführventils über eine durch eine Schliessfeder belastete Membran mit dem Druck in der Ansaugleitung nach dem Drosselorgan im Schliesssinn und mit einem vom Druck vor dem Drosselorgan abhängigen Druck im Öffnungssinn beaufschlagt, sodass mit zunehmendem Differenzdruck vor und nach dem Drosselorgan das Abgasrückführventil geöffnet wird. Durch ein zu sätzliches Steuerventil, über das ein Druckteiler zur Beaufschlagung der Membran für die Betätigung des Abgassteuerventils im Schliesssinn angesteuert wird, kann das Abgassteuerventil ab einer vorgegebenen Öffnungsstellung des Drosselorgans vollständig geöffnet werden, wodurch erreicht wird, dass mit zunehmender Motorleistung die Abgasrückführung nicht mehr erhöht wird.

   Damit kann einerseits die in einem mittleren Leistungsbereich gerade bei Beschleunigungen des Verbrennungsmotors vergleichsweise hohe Stickoxidemission berücksichtigt und anderseits erreicht werden, dass der Einfluss der Abgasrückführung auf den Bereich grösster Motorleistung begrenzt bleibt.

   Nachteilig ist allerdings, dass trotz des hohen Konstruktionsaufwandes die Anpassung der Abgasrückführung an den Leistungsbedarf nicht zufrieden stellend ist.
Zur feinfühligen Berücksichtigung der jeweiligen Motorleistung einerseits und der Emission von Stickoxiden anderseits, wurde bereits vorgeschlagen (DE 197 11 027 C2), das Abgasrückführventil über einen Stellmotor in Abhängigkeit von der Motortemperatur, der Motordrehzahl, der Luftströmungsrate in der Ansaugleitung, der Drosselorganstellung und der Sauerstoffkonzentration anzusteuern, was jedoch autwändige Einrichtungen zur Erfassung der einzelnen Parameter und deren Verarbeitung zu Steuersignalen für das Abgasrückführventil bedingt.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Abgasrückführung für einen Verbrennungsmotor der eingangs geschilderten Art so auszugestalten,

   dass mit einfachsten konstruktiven Mitteln eine weitgehende Anpassung der Abgasrückführung an die Anforderungen hinsichtlich der Emission von Stickoxiden und des Leistungserhalts erreicht werden kann.
Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, dass der Ventilkörper mit dem Drosselorgan antriebsverbunden ist und die Abgasrückleitung in der Stellung des Drosselorgans sowohl für niedrige als auch für hohe Motorleistungen sperrt.
Der Erfindung liegt die überraschende Erkenntnis zugrunde, dass es nicht der Berücksichtigung der Druckverhältnisse vor und nach dem Drosselorgan und damit der jeweiligen Motordrehzahl bedarf, um die Abgasrückführung in vorteilhafter Weise steuern zu können, sondern dass die Stellung des Drosselorgans hiefür ein hinreichender Parameter sein kann, wenn das Abgasrückführventil in Abhängigkeit vom Stellweg des Drosselorgans betätigt wird.

   Dies kann mit einem geringen Konstruktionsaufwand durch eine Antriebsverbindung zwischen dem Drosselorgan und dem Ventilkörper des Abgasrückführventils sichergestellt werden, wobei die Abgasrückführieitung nicht nur in einem niedrigen, sondern auch in einem hohen Leistungsbereich des Verbrennungsmotors gesperrt werden kann. Mit dem Sperren der Abgasrückführung im hohen Leistungsbereich kann die volle Motorleistung ohne Einbussen zur Verfügung gestellt werden, ohne auf eine erhebliche Verringerung der Stickoxidemission verzichten zu müssen, weil gerade die sonst zu höheren Emissionen führende Neigung zur Stickoxidbildung während des Durchlaufens eines mittleren Leistungsbereiches beim Beschleunigen des Verbrennungsmotors durch ein entsprechendes Zumischen von Abgas in den Frischgasstrom vermindert werden kann.

   Um in diesem Zusammenhang eine feinfühlige Anpassung an die jeweilige Drosselstellung zu ermöglichen, kann der Ventilkörper zwischen den beiden Sperrstellungen für die Abgasrückführieitung einen sich mit seinem Stellweg ändernden Strömungsquerschnitt freigeben, sodass die Menge des dem Frischgas zugeführten Abgases in Abhängigkeit von der Drosselstellung gesteuert wird.
Obwohl sich für die konstruktive Ausgestaltung des Abgasrückführventils unterschiedliche Möglichkeiten anbieten - das Abgasrückführventil könnte beispielsweise in Form eines Drehschiebers gestaltet werden -, ergeben sich besonders günstige Konstruktionsbedingungen, wenn der Ventilkörper des Abgasrückführventils einen in einem Zylinder verschiebbar gelagerten Steuerkolben mit zwei gegensinnig wirksamen Steuerkanten bildet, die einen Verbindungskanal für die beiden an den Zylinder angeschlossenen,

   einerseits der Abgasleitung und anderseits der Ansaugleitung zugeordneten Äste der Abgasrückführieitung begrenzen.
Um die Abgasleckage im Abgasrückführventil zu berücksichtigen, kann der Zylinder beidseits des Steuerkolbens über Verbindungsleitungen an den der Ansaugleitung zugehörigen Ast der Abgasrückführieitung angeschlossen werden.

   Die auftretenden _
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Abgasleckagen werden daher durch diese Verbindungsleitungen in den Ansaugkanal abgesaugt.
In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand in einem Ausführungsbeispiel dargestellt, und zwar wird eine erfindungsgemässe Vorrichtung zur Abgasrückführung für einen Verbrennungsmotor in einem schematischen Axialschnitt durch den Zylinder gezeigt.
Der schematisch angedeutete Verbrennungsmotor weist einen Zylinder 1 mit einem Kolben 2 und einen Zylinderkopf 3 auf, der einen an eine Ansaugleitung 4 angeschlossenen Einlasskanal mit einem Einlassventii 5 sowie ein einem Auslasskanal zugeordnetes Auslassventil 6 mit einer angeschlossenen Abgasleitung 7 bildet. Die Abgasleitung 7 ist mit der Ansaugleitung 4 durch eine Abgasrückführieitung 8 verbunden, in die ein Abgasrückführventil 9 eingeschaltet ist.

   Dieses Abgasrückführventil 9 ist mit dem Drosselorgan 10 in der Ansaugleitung 4 antriebsverbunden. Zu diesem Zweck kann beispielsweise der zur Betätigung des Drosselorgans 10 vorgesehene Gashebel nicht nur über einen Seilzug 11 mit den Drosselorgan 10, sondern auch über einen Seilzug 12 mit dem Ventilkörper 13 des Abgasrückführventils 9 verbunden werden.
Gemäss dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Ventilkörper 13 des Abgasrückführventils 9 als Steuerkolben 14 ausgebildet, der in einem Zylinder 15 gegen die Kraft einer Schliessfeder 16 durch den Seilzug 12 verlagert werden kann.

   Der Steuerkolben 14 bildet zwei gegensinnig wirksame Steuerkanten 17 und 18, die einen Verbindungskanal 19 für die beiden an den Zylinder 15 angeschlossenen Äste 20 und 21 der Abgasrückführieitung 8 begrenzen.
In der strichpunktiert dargestellten, der ebenfalls strichpunktiert eingezeichneten Leerlaufstellung des Drosselorgans 10 entsprechenden Ausgangsstellung des Steuerkolbens 14 sperrt der Steuerkolben 14 die Abgasrückleitung 8.

   Mit zunehmenden Öffnungswinkel des Drosselorgans 10 wird auch der Steuerkolben 14 durch den Seilzug 12 zunehmend verlagert, sodass die Steuerkante 17 die An schlussöffnungen für die beiden Äste 20 und 21 der Abgasrückführieitung 8 frei gibt, wie dies in vollen Linien dargestellt ist, und Abgas aus der Abgasleitung 7 aufgrund der herrschenden Druckdifferenz in die Ansaugleitung 4 überströmen kann, bis die gegensinnig wirksame Steuerkante 18 diese Anschlussöffnungen für die Äste 20, 21 der Abgasrückführieitung 8 wieder schliesst. Dies bedeutet, dass im Leerlauf und in einem niedrigen Leistungsbereich des Verbrennungsmotors die Verbrennung des Frischgases nicht durch zugemischte Abgase beeinträchtigt wird.

   Erst in einem mittleren Leistungsbereich ab einer bestimmten, vorgebbaren Öffnungsstellung des Drosselorgans 10 wird Abluft dem Frischgas über die Abgasrückführieitung 8 zugemischt, um den Verbrennungsvorgang zu verlangsamen und davon abhängig die Stickoxidbildung zu verringern. Die volle Leistung des Verbrennungsmotors kann im Hochleistungsbereich voll ausgeschöpft werden, weil in diesem Leistungsbereich die Abgasrückführung wieder gesperrt wird. Die Übergänge zwischen den Sperrstellungen und der Öffnungsstellung des Abgassteuerventils 9 sind aufgrund der Ausbildung der Steuerkanten 17 und 18 fliessend, was vorteilhafte Strömungsbedingungen mit sich bringt.

   Wird der Strömungsquerschnitt des Verbindungskanals 19 in Richtung der Verstellung des Steuerkolbens 14 unterschiedlich ausgebildet, so kann zusätzlich die Menge des rückgeführten Abgases in Abhängigkeit von der Stellung des Drosselorgans 10 in der Ansaugleitung 4 gesteuert werden.
Da im Bereich des Steuerventils 9 mit Abgasleckagen gerechnet werden muss, ist der Zylinder 15 auf beiden Seiten des Steuerkolbens 14 an je eine Verbindungsleitung 22 mit dem an die Ansaugleitung 4 angeschlossenen Ast 21 der Abgasrückführieitung 8 angebunden. Aufgrund des Unterdruckes in der Ansaugleitung 4 wird somit gegebenenfalls anfallende Abgasleckage in die Ansaugleitung 4 abgesaugt.
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Claims

Patentanwälte Dipl.-Ing. Helmut Hübscher Dipl.-Ing. Karl Winfried Hellmich Spittelwiese 7, A-4020 Linz (35 030) II Patentansprüche

1. Vorrichtung zur Abgasrückführung für einen Verbrennungsmotor mit einer Abgasrückführieitung zwischen einer Abgasleitung und einer mit einem Drosselorgan versehenen Ansaugleitung sowie mit einem Abgasrückführventil in der Abgasrückführieitung, dessen gegen die Kraft einer Schliessfeder betätigbarer Ventilkörper mit dem Drosselorgan antriebsverbunden ist und die Abgasrückführieitung in der Stellung des Drosselorgans für niedrige Motorleistung sperrt, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (13) des Abgasrückführventils (9) einen in einem Zylinder (15) verschiebbar gelagerten Steuerkolben (14) mit zwei gegensinnig wirksamen Steuerkanten (17, 18) bildet, die einen Verbindungskanal (19) für die beiden an den Zylinder (15) angeschlossenen, einerseits der Abgasleitung (8) und anderseits der Ansaugleitung (4) zugeordneten Äste (20, 21)

der Abgasrückführieitung (8) begrenzen, und die Abgasrückleitung (8) in der Stellung des Drosselorgans (10) sowohl für niedrige als auch für hohe Motorleistung sperrt.

1. Vorrichtung zur Abgasrückführung für einen Verbrennungsmotor mit einer Abgasrückführieitung zwischen einer Abgasleitung und einer mit einem Drosselorgan versehenen Ansaugleitung sowie mit einem Abgasrückführventil in der Abgasrückführieitung, dessen Ventilkörper in Abhängigkeit von der Stellung des Drosselorgans gegen die Kraft einer Schliessfeder betätigbar ist und die Abgasrückführieitung in der Stellung des Drosselorgans für niedrige Motorleistung sperrt, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (13) mit dem Drosselorgan (10) antriebsverbunden ist und die Abgasrückleitung (8) in der Stellung des Drosselorgans (10) sowohl für niedrige als auch für hohe Motorleistung sperrt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (13) zwischen den beiden Sperrstellungen einen sich mit dem Stellweg ändernden Strömungsquerschnitt freigibt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (13) des Abgasrückführventils (9) einen in einem Zylinder (15) verschiebbar gelagerten Steuerkolben (14) mit zwei gegensinnig wirksamen Steuerkanten (17, 18) bildet, die einen Verbindungskanal (19) für die beiden an den Zylinder (15) angeschlossenen, einerseits der Abgasleitung (8) und anderseits der Ansaugleitung (4) zugeordneten Äste (20, 21) der Abgasrückführieitung (8) begrenzen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinder (15) beidseits des Steuerkolbens (14) über Verbindungsleitungen (22) an den der Ansaugleitung (4) zugehörigen Ast (21) der Abgasrückführieitung (8) angeschlossen ist.

Linz, am 6. Februar 2007

Forschungsgesellschaft für Verbrennungskraftmaschinen und Thermodynamik mbH durch , Patentanwälte

Dipl.-Ing. Helmut Hübscher

Dipl.-Ing. Karl Winfried Hellmich

Spittelwiese 7, A-4020 Linz

2B A 200/2007; F02M Neue Patentansprüche

(35 030) II

P a t e n t a n s p r ü c h e :

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinder (15) beidseits des Steuerkolbens (14) über Verbindungsleitungen (22) an den der Ansaugleitung (4) zugehörigen Ast (21) der Abgasrückführieitung (8) angeschlossen ist.

Linz, am 27. Dezember 2007

Forschungsgesellschaft für

Verbrennungskraftmaschinen und

Thermodynamik mbH

MACHGEREICHT