DE1179419B

DE1179419B - Brennkraftmaschine fuer Kraftfahrzeuge, vorzugsweise Zweitaktbrennkraftmaschine mit einer Nachverbrennungseinrichtung in der Auspuffanlage

Info

Publication number: DE1179419B
Application number: DEA33936A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Erwin Wawrziniok; Dr-Ing Ernst Alt
Original assignee: Auto Union GmbH
Current assignee: Audi AG
Priority date: 1960-02-11
Filing date: 1960-02-11
Publication date: 1964-10-08
Also published as: NL112233C; CH403399A; US3236344A; NL261064A; BE600145A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. Kl.: F02f

Deutsche KL: 46 c6 - 6/01

Nummer: 1179 419

Aktenzeichen: A 339361 a/ 46 c6

Anmeldetag: ll.Februar 1960

Auslegetag: 8. Oktober 1964

Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennkraftmaschine für Kraftfahrzeuge, vorzugsweise Zweitaktbrennkraftmaschine mit Vergaser, Schmierung durch dem Kraftstoff beigemischtes Öl und vom Kolben gesteuerten Schlitzen und mit einer Nachverbrennungseinrichtung, ζ. B. einem Katalysator, in der Auspuffanlage und einer Vorrichtung zur Verminderung der Zufuhr von überflüssigen Kohlenwasserstoffen zur Brennkraftmaschine.

Es ist ein Verfahren zur Entgiftung der Abgase insbesondere für Fahrzeuge bestimmte Brennkraftmaschinen bekannt, bei dem in der Abgasleitung impulsgebende Mittel vorgesehen sind, die auf die noch brennbaren Bestandteile der Abgase ansprechen und dadurch die Zufuhr von Frischluft und/oder Brennstoff zum Motor selbsttätig regeln. Ein solches Verfahren hat nur einen begrenzten Anwendungsbereich. Für Zweitakt- oder Viertaktmotoren mit großer Ventilüberschneidung läßt sich dieses Verfahren nicht anwenden.

Zweitaktmotoren und Viertaktmotoren mit großer Ventilüberschneidung weisen — zumindest in einigen Drehzahl- und Belastungsbereichen — Spülverluste unterschiedlicher Größe auf. Durch diese Spülverluste gelangen Teile des Brennstoff-Luft-Gemisches in den Auspuff, die im Verbrennungsraum durchaus zu einer guten Verbrennung geeignet gewesen wären. Bei Anwendung des erwähnten Verfahrens wäre durch die impulsgebenden Mittel in der Abgasleitung die Zusammensetzung der dem Motor zugeführten Frischluft-Kraftstoff-Mischung in bestimmten Belastungs- oder Drehzahlbereichen falsch oder gegebenenfalls überhaupt nicht mehr brennbar.

Während bei diesem Verfahren das Nachverbrennungsgerät in einer Zweigleitung der Abgase liegt, liegt bei einem anderen Verfahren das Nachverbrennungsgerät in der Hauptabgasleitung. Das Verfahren dient zur Regelung der Luftzumischung bei einer katalytischen Nachverbrennung der Auspuffgase von gemischverdichtenden Brennkraftmaschinen. Der Luftzusatz wird der Menge der in den Abgasen noch enthaltenen verbrennbaren Bestandteile dadurch angepaßt, daß bei hoher Drehzahl und Belastung relativ wenig, bei niedriger Drehzahl und Belastung relativ viel Luft beigemischt wird.

Ein solches Gerät ist für Zweitaktmotoren nicht brauchbar. Der Gegendruck in der Auspuffanlage bei einem Zweitaktmotor macht ein Ansaugen von Luft über eine düsenförmige Verengung unmöglich. Außerdem hätte es bei Zweitaktmotoren keinen Sinn, bei hoher Drehzahl und Belastung relativ wenig und bei niedriger Drehzahl und Belastung relativ viel Brennkraftmaschine für Kraftfahrzeuge,
vorzugsweise Zweitaktbrennkraftmaschine mit
einer Nachverbrennungseinrichtung in der
Auspuffanlage

Anmelder:

Auto-Union G. m. b. H.,
Ingolstadt/Donau, Schrannenstraße

Als Erfinder benannt:

Dr.-Ing. Ernst Alt,

Dipl.-Ing. Erwin Wawrziniok, Ingolstadt/Donau

Luft für die katalytische Nachverbrennung beizumischen.

Es ist auch eine Vorrichtung zur Regelung der Leerlauf-Brennstoffzufuhr bei Vergasern insbesondere für Fahrzeugmotoren in Abhängigkeit von der Drehzahl des Motors bekannt. Die An- und Abschaltung der Leerlaufdüse erfolgt durch einen quer zum Leerlaufdüsenkanal geführten und vom Motor angesaugten Luftstrom. Dabei ist nachteilig, daß die Gemischregelung beim Übergang aus der Leerlaufstellung in andere Betriebsstellungen durch öffnen der Drosselklappe schlechter wird. Die Hauptdüse allein ist insbesondere bei Zweitaktmotoren nicht in der Lage, im Übergang oberhalb des Leerlaufs ein ausreichend brennfähiges Gemisch herzustellen. Dazu ist die Mitwirkung der Leerlaufdüse und des ganzen Leerlaufsystems, insbesondere der ganzen Bypass-Öffnungen erforderlich.

Weiter ist eine Brennkraftmaschine in Kraftwagen bekannt, bei der durch eine besondere Leitung Luft in den Ansaugkrümmer geleitet werden kann. Diese Leitung ist durch ein magnetisch steuerbares Ventil mit der Außenluft verbunden. Das Ventil wird in Abhängigkeit von einem Relais und dem Regler der Lichtmaschine bei Leerlauf durch eine Feder geschlossen. Bei geschlossener Drosselklappe wird der Stromkreis für die Betätigung des Zusatzluftsteuerventils ebenfalls geschlossen. Die Magnetkraft überwiegt die Federkraft und zieht das Ventil auf. Der Motor erhält so bei geschlossener Drosselklappe und mit höherer Drehzahl laufend Zusatzluft.

Nachteilig daran ist insbesondere bei Zweitaktmotoren mit Kurberkammerpumpe, daß die Zusatzluft den Kraftstoff von den Wänden des Ansaug-

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krümmers und der Kurbelkammerpumpen entfernt. des Öffnens belastet. Wenn ein Fehler im Stromkreis Gibt der Fahrer Gas bzw. erreicht die Maschine die auftritt, ist ein Leerlauf immer gesichert. Besonders Leerlaufdrehzahl, dann muß dieser Vorrat an Kraft- einfach, leicht instand zu halten und betriebssicher stoff im Ansaugkrümmer bzw. in der Kurbelkammer wird diese Vorrichtung, wenn die Feder am Ende erst wieder geschaffen werden. Meist reicht die Zeit 5 der Nadel außerhalb des die Nadel betätigenden bzw. die Menge Kraftstoff nicht aus, und die Ma- Elektromagneten angreift. Die Haltbarkeit des Ventils schine bleibt mangels ausreichender Beschickung mit wird besonders dadurch gesteigert, daß eine unKraftstoff stehen. magnetische Nadel in einem Ventilsitz aus Stahl Eine andere bekannte Vorrichtung geht noch wei- endet. Neben einer guten Abdichtung gegen die ter, indem sie bei jedem Gaswegnehmen, also bei io Außenluft dient nach einem weiteren Merkmal der jeder Rückwärtsbewegung des Gaspedals, dem An- Erfindung eine Schutzkappe für die Feder zugleich saugkrümmer Zusatzluft zuführt. Die Drosselklap- zur Befestigung für die Leitung, die einen Teil des penwelle ist dazu mit einem federbelasteten Gleit- Stromkreises büdet.

schalter versehen, der dem Drosselklappenbetäti- Um nun auch mit dieser Anlage den Übergang

gungshebel jeweils bis zur Berührung mit dem Kon- 15 vom Betrieb mit abgeschalteter Leerlaufdüse in takt oder bis zum Anschlag folgt. Diese Vorrichtung höherer Drehzahl zum normalen Leerlauf sicherzuhat im elektrischen Schaltkreis ein Membranventil, stellen, ist im Kupplungsgestänge ein Schalter angedas den Schaltkreis nur schließt, wenn das Kühlluft- ordnet, der den Regelstromkreis des Abschaltventils gebläse eine entsprechend große Menge Luft fördert, bei Betätigung der Kupplung unterbricht. Wird bei die Brennkraftmaschine also eine entsprechend hohe 20 einer derartigen Maschine die Kupplung getreten Drehzahl hat. oder durch einen Automaten betätigt, dann wird

Ferner ist ein Schalter vorgesehen, der dem Fahrer beim Auskuppeln — also rechtzeitig vor Erreichen das jeweilige Abschalten, z. B. auch zum Anwärmen der Leerlaufdrehzahl — dem Vergaser schon Leerder Brennkraftmaschine nach dem Anlassen, gestattet. laufgemisch zugeführt. Die Brennkraftmaschine läuft Auch bei einer solchen Vorrichtung tritt die geschil- 25 nach Erreichen der Leerlaufdrehzahl fehlerfrei, auch derte Abmagerung im Saugrohr bzw. in der Kurbel- wenn diese wie üblich sehr niedrig ist. kammer eines Zweitaktmotors auf. Ein anderes Merkmal der Erfindung besteht darin,

Schließlich ist noch ein elektrisch gesteuertes Ventil daß die Hauptdüse durch einen an sich bekannten für Zusatzluft in Vergasern bekannt. Das Zusatzluft- barometrischen Höhenkorrektor geregelt wird. Der ventil ist über einen Raum von bestimmter Größe 30 Vergaser liefert in höheren Lagen ohne Höhenkorrek- und eine im Querschnitt regelbare Zuleitung mit dem tor infolge der dabei eintretenden Verminderung des Saugrohr kurz hinter der Drosselklappe verbunden. Luftgewichts ein fetteres Gemisch, das in bekannter Aufgabe der Erfindung ist es, bei Brennkraft- Weise zu einer Leistungsminderung führt. Der Höhenmaschinen in Kraftfahrzeugen, vorzugsweise bei korrekter in der Anwendung nach der Erfindung Zweitaktbrennkraftmaschinen und bei Viertaktbrenn- 35 verengt den Düsenquerschnitt stets entsprechend dem kraftmaschinen mit großer Ventilüberschneidung, die abgesunkenen Außenluftdruck und vermindert die Nachverbrennung der Abgase mit einfachen Mitteln Kohlenwasserstoffzufuhr, so daß die Nachverbrenohne Nachteile oder Komplikationen in der Bedie- nung im Katalysator besser wird, nung zu ermöglichen. Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung

Die Lösung besteht darin, daß die Nachverbren- 4° gehen aus der Beschreibung und den Zeichnungen nungseinrichtung keine zusätzliche Luftzufuhr von hervor.

außen aufweist, daß vorzugsweise eine geregelte Fig. 1 gibt schematisch einen Überblick über den

Mischungsschmierung angewendet wird und im Sauerstoffgehalt des Abgases an einer Viertaktbrenn-Schubbetrieb die Leerlaufkraftstoffdüse abgeschaltet kraftmaschine, wird. Mit diesen Mitteln ist eine einwandfreie Nach- 45 F i g. 2 über den Sauerstoffgehalt einer Zweitaktverbrennung gesichert. Dadurch, daß das Zusatz- brennkraftmaschine;

gerät, das im Schubbetrieb den Brennstoffzufluß aus F i g. 3 zeigt schematisch eine Zweitaktbrennkraft-

dem Vergaser sperrt, am Vergaser angeordnet ist, maschine mit geregelter Mischungsschmierung und kann sich eine für die Nachverbrennung günstige Katalysator in der Auspuffanlage, Maßnahme nicht schädlich auf die Kraftstoff-Luft- 50 F i g. 4 zeigt ein Leerlaufabsperrventil und die Gemischzusammensetzung im Motor auswirken. Schaltanordnung dazu.

Auch sind die Übergänge vom Leerlauf in den Teil- In den Zylinder 1 der Viertaktbrennkraftmaschine

lastbetrieb durch die Luftzufuhr für das Leerlauf- wird Frischgas 2 mit etwa 20% Sauerstoff geführt, system für den Normalbetrieb in bekannter, vorteil- Dieser Sauerstoff wird im Zylinder 1 fast restlos hafter Weise gewahrt. In der Auspuffanlage ange- 55 verbrannt, so daß sich im Abgas 3 nur noch 0,4 bis sammelte Kohlenwasserstoffe werden also ohne Nach- 0,6% Sauerstoff befinden.

teile oder Komplikationen im Betrieb der Maschine Bei einer Zweitaktbrennkraftmaschine werden dem

nachverbrannt. Zylinder 4 ebenfalls im Frischgas 5 etwa 20% Sauer-

Die geregelte Mischungsschmierung verhindert stoff zugeführt. Infolge der Spülverluste durchlaufen weiter, daß überschüssiges, für die Schmierung nicht 60 aber etwa 3,5 bis 6% Sauerstoff den Arbeitsprozeß gebrauchtes Öl in die Auspuffanlage gerät und dort und verbleiben infolgedessen im Abgas 6. Kohlenwasserstoff in schädlicher Weise anreichert. Nach einem Ausführungsbeispiel treibt die Zwei-

Wenn im Schubbetrieb schließlich die Leerlaufdüse taktbrennkraftmaschine 7 ein last- bzw. drehzahlim Kraftstoff abgeschaltet ist, erhält die Nachverbren- geregeltes Pumpenaggregat 8 an, das in den nicht nungsanlage zusätzlich Luft. 65 dargestellten Vergaser öl in der jeweils notwendigen

Um die Betriebssicherheit zu heben, wird nach Menge fördert. Die Abgase treten durch das Auspuffeinem weiteren Merkmal der Erfindung die Nadel rohr 9 in eine als Katalysator bzw. Nachverbrender Leerlaufkraftstoffdüse durch eine Feder im Sinne nungsgerät ausgebildete Auspuffanlage 10. Durch die

gleichzeitige Anwendung einer geregelten Mischungsschmierung und einer Nachverbrennungseinrichtung in der Auspuffanlage wird in Verbindung mit der durch den hohen Sauerstoffgehalt des Abgases erzielten hohen Abgastemperatur eine wirksame Nachverbrennung eingeleitet und so die Bildung von CO, Aldehyden oder Stickoxyden herabgesetzt.

Die Leerlaufkraftstoffdüse 11 wird im Schubbetrieb mit einer Ventilnadel 21 abgeschaltet, die durch einen Elektromagneten 13 betätigbar ist. Die Nadel 21 ist durch eine Feder 14 im Sinne des Öffnens belastet. Der Elektromagnet 13 ist in einem Stromkreis 15 mit der Batterie 16 verbunden. Ferner sind zwei Schalter 17 und 18 im Stromkreis 15 angeordnet. Der Schalter 18 wird durch eine nicht dargestellte Feder geschlossen gehalten und wird im Falle des Ausführungsbeispiels beim Treten des Kupplungspedals 19 geöffnet, womit der Stromkreis 15 unterbrochen wird. Der Reglerschalter 17 wird ebenfalls durch eine nicht dargestellte Feder geschlossen gehalten und durch einen Elektromagneten 20, der nur bei Leerlaufdrehzahl in bekannter Weise mit Strom beschickt wird, geöffnet.

Läuft die Zweitaktbrennkraftmaschine im Leerlauf, dann steht der Elektromagnet 20 unter Strom und öffnet den Schalter 17. Statt eines Elektromagneten 20 können auch äquivalente Mittel, wie eine vom Unterdruck beaufschlagte Membran, ein Fliehkraftregler oder ein z. B. durch die Zündfunken impulsgesteuerter Regler, verwendet werden. Dadurch wird der Elektromagnet 13 stromlos, und die Feder 14 hebt die Nadel 21 der Leerlaufkraftstoffdüse 11. Es kann also Kraftstoff für den Leerlaufbetrieb in das Saugrohr der Zweitaktbrennkraftmaschine 7 gelangen.

Erhöht sich die Drehzahl der Zweitaktbrennkraftmaschine 1, dann wird der Elektromagnet 20 stromlos, und die nicht dargestellte Feder schließt den Schalter 17. Dadurch erhält der Elektromagnet 13 über den geschlossenen Stromkreis 15 Strom und schließt die Nadel 21 der Leerlaufkraftstoffdüse 11 gegen die Kraft der Feder 14. Die Feder 14 greift außerhalb des Elektromagneten 13 am Ende der Nadel 21 an. Die unmagnetische Nadel 21 — z. B. aus Messing — wirkt an ihrem anderen Ende mit dem Ventilsitz 12 aus Stahl zusammen. Die Schutzkappe 22 für die Feder 14 dient zugleich zur Befestigung für die Leitung 23 des Stromkreises 15.

Wird bei hoher Drehzahl, beispielsweise zum Schalten, das Kupplungspedal 19 getreten, so wird der Stromkreis 15 durch den Schalter 18 unterbrachen. Der Elektromagnet 13 wird stromlos, und die Nadel 21 wird von der Feder 14 vom Ventilsitz 12 abgehoben, so daß vom Augenblick an, wo das Kupplungspedal getreten wird, die Leerlaufkraftstoffdüse 11 geöffnet ist und der Zweitaktbrennkraftmaschine 7 bzw. deren Kurbelgehäusepumpen bei verhältnismäßig hoher Drehzahl Kraftstoff-Luft-Gemisch zugeführt wird. Die bisher nicht brennfähige Ladung in den Kurbelkammerpumpen wird dadurch bis zum Erreichen der Leerlaufdrehzahl mit brennfähigem Gemisch gefüllt, so daß, wenn die Zweitaktbrennkraftmaschine 7 die Leerlaufdrehzahl erreicht, diese fehlerfrei eingehalten wird.

In dem Vergaser der Zweitaktbrennkraftmaschine 7 ist weiterhin ein an sich bekannter Höhenkorrektor angeordnet. Dieser bewirkt, daß in jeder Höhenlage der Zweitaktbrennkraftmaschine 7 das richtige Verhältnis von Luft zu Kraftstoff zugeführt wird und darüber hinaus, daß der Luftüberschuß in der Nachverbrennungsanlage bzw. dem Katalysator 10 vergrößert wird und auch dadurch die Giftigkeit bzw. die Bildung von Aldehyden und Stickoxyden in der Auspuffanlage verringert bzw. ganz verhindert wird.

Claims

Patentansprüche:

1. Brennkraftmaschine für Kraftfahrzeuge, vorzugsweise Zweitaktbrennkraftmaschine mit Vergaser, Schmierung durch dem Kraftstoff beigemischtes öl und vom Kolben gesteuerten Schlitzen und mit einer Nachverbrennungseinrichtung, z. B. einem Katalysator, in der Auspuffanlage und einer Vorrichtung zur Verminderung der Zufuhr von überflüssigen Kohlenwasserstoffen zur Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachverbrennungseinrichtung keine zusätzliche Luftzufuhr von außen aufweist, daß vorzugsweise eine geregelte Mischungsschmierung angewendet und im Schubbetrieb die Leerlaufkraftstoffdüse (11) abgeschaltet wird.

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nadel (21) der Leerlaufkraftstoffdüse (11) durch eine Feder (14) im Sinne des öffnens belastet ist.

3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (14) am Ende der Nadel (21) außerhalb des die Nadel betätigenden Elektromagneten (13) angreift.

4. Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine unmagnetische Nadel (21) mit einem Ventilsitz (12) aus Stahl.

5. Brennkraftmaschine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine auch zur Befestigung der Leitung (23) des Stromkreises (15) dienende Schutzkappe (22) für die Feder (14).

6. Brennkraftmaschine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptdüse durch einen an sich bekannten barometrischen Höhenkorrektor geregelt wird.

7. Brennkraftmaschine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Kupplungsgestänge (19) ein Schalter (18) angeordnet ist, der den Stromkreis (15) zur Betätigung des Ventils (12) beim Ausrücken der Kupplung unterbricht.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 662284, 831175; deutsche Auslegeschrift Nr. 1 043 717; britische Patentschrift Nr. 389 588; USA.-Patentschriften Nr. 2 018 426, 2433 205.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen