DE1291931B

DE1291931B - Pumpvorrichtung zur Erzeugung von Zusatzluft zur Abgasentgiftung von Kolben-Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE1291931B
Application number: DEF50740A
Authority: DE
Inventors: Sebestyen Thomas Menyhert
Original assignee: Ford Motor Co
Current assignee: Ford Motor Co
Priority date: 1966-01-24
Filing date: 1966-11-23
Publication date: 1969-04-03
Also published as: US3359722A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Pumpvorrichtung zur Erzeugung von Zusatzluft zur Abgasentgiftung von Kolben-Brennkraftmaschinen mit Ventilsteuerung für die Brennkammern, wobei die Ventile im Zylinderkopf angeordnet sind und der Zylinderkopf einen Deckel trägt.
Unverbrannte Kohlen-Wasserstoffe in den Abgasen der Maschine bilden Rauch, der die Augen und Atmungsorgane von Menschen reizt und die Vegetation beeinträchtigt. Abgase enthalten außerdem geringe Mengen von Kohlenmonoxyd. Wenn Luft mit heißen Abgasen aus den Brennkammern vermischt wird, beginnt sofort die Oxydation der Kohlen-Wasserstoffe und der Kohlenmonoxyde, sofern die Temperatur der Mischung über der augenblicklichen Zündtemperatur von etwa 650° C gehalten wird. Hat die Oxydation eingesetzt, so trägt die Hitze der Verbrennung dazu bei; die Mischungstemperatur über diesem Minimum aufrechtzuerhalten.
Es werden weitgehend durch Riemen angetriebene Luftpumpen benutzt, um den Abgaskanälen Luft zu dieser Oxydation zuzuführen. Diese Pumpen sind indesssen notwendigerweise in der Nähe des vorderen Teiles der Maschine angeordnet und es ist eine beträchtliche Länge an Rohren notwendig, um die Luft zu den Auspuffkanälen zu leiten. Weiterhin wird fortgesetzt Luft durch diese Pumpen in die Auspuffkanäle geleitet, obgleich es für die Oxydation lediglich nützlich ist, wenn die Auspuffgase sich in den Auspuffkanälen befinden. Eine Kühlung durch überschußluft reduziert die Wirkung der Oxydation und kann ihr Auftreten überhaupt verhindern, wenn die Mischungstemperatur unter die augenblickliche Zündtemperatur absinkt. Vorrichtungen, die die Luftzuleitung in die Auspuffkanäle begrenzen, sind bei riemengetrieben Pumpen mit einer Kostensteigerung verbunden sowie mit einer Steigerung der Montagezeit.
Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß eine in dem Deckel angeordnete Membran mit diesem eine mit Einlaß und Auslaß versehene Pumpenkammer für Luft bildet und die Membran durch den Ventilantrieb in hin- und hergehende Bewegung versetzt wird.
Einer der bedeutendsten Vorteile der Pumpvorrichtung der Erfindung ist der Wegfall eines äußeren Antriebsmechanismus für die Pumpvorrichtung. Weitere Vorteile sind die Anordnung der Pumpvorrichtung in der Nähe der Abgaskanäle, die Leichtigkeit, mit welcher die Luftzufuhr zeitlich geregelt werden kann, und die Verminderung der Menge an Zusatzluft.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert, in denen zeigt F i g. 1 einen Schnitt durch den oberen Teil einer Maschine gemäß der Erfindung, F i g. 2 eine schaubildliche Darstellung auf den Ventildeckel einer Mehrzylindermaschine, F i g. 3 die Betriebsweise einer Sechszylindermaschine, bei der der Auslaß jeder Pumpvorrichtung mit dem Auslaßkanal des Zylinders verbunden ist, daß sich eine bestmögliche Oxydation ergibt, F i g. 4 einen Schnitt durch einen Teil der Maschine gemäß der Erfindung, der einen Ventildeckel mit einer daran angebrachten Pumpenkammer darstellt.
Die Maschine nach F i g.1 hat einen Block 10 mit einer Zylinderbohrung 11, die den Kolben 12 enthält. Auf dem Block 10 sitzt ein Zylinderkopf 14 mit einer Brennkammer 16. In dem Zylinderkopf 14 sitzt ein Auslaßventil 18, welches die Brennkammer 16 zum Auslaßkanal 20 öffnet. Koaxial zum Ventil 18 ist eine Ventilfeder 19 zwischen dem Zylinderkopf 14 und einer Haltevorrichtung 21 angeordnet. Der Kipphebel 22 ist auf einer Welle 23 drehbar gelagert, die auf einem Stützteil 24 des Zylinderkopfes 14 angeordnet ist. Das eine Ende des Kipphebels 22 legt sich auf. das Auspuffventil 18 und das andere Ende auf das obere Ende einer Stoßstange 26. Das untere Ende der Stoßstange 26 stützt sich auf den Stößel 28, der auf der Nockenwelle 30 läuft.
Auf der oberen Seite des Zylinderkopfes 14 sitzt ein Ventildeckel 32. Mit diesem ist eine biegsame Membran 34 verbunden, um mit dem Deckel 32 unmittelbar über dem Kipphebel 22 eine Pumpenkammer 36 zu bilden. Ein Zapfen 38 am oberen Ende des Kipphebels 22 verbindet den Kipphebel mit der biegsamen Membran 34. Ein Einlaß-Rückschlagventi140 an dem Deckel 32 bildet den Einlaß für die Pumpenkammer 36. Ein Rohr 42 bildet einen Auslaß aus der Pumpenkammer 36 und führt zu dem Auspuffkanal 20. In dem Rohr 42 ist eine Ventilvorrichtung vorgesehen, bestehend aus einem Sitz 44, einer Kugel 46 und einer Feder 48.
Während eines Auslaßhubes der Maschine erteilt die Drehung der Nockenwelle 30 dem Stößel 28 und der Stoßstange 26 eine aufwärts gerichtete Bewegung. Durch Verschwenkung auf der Welle 23 überträgt der Kipphebel 22 die aufwärts gerichtete Bewegung der Stoßstange 26 in eine abwärts gerichtete Bewegung des Auspuffventils 18, wobei letzteres geöffnet wird und die Gase aus der Brennkammer 16 in den Kanal 20 strömen läßt. Die Ventilfeder 19 bewegt das Ventil 18 in Verschlußlage, wenn der Nocken der Nokkenwelle 30 von dem Stößel 28 abläuft. Der Stößel 28 und die Stoßstange 26, das Ventil 18 und die Enden des Kipphebels 22 machen eine hin- und hergehende Bewegung, während der Kipphebel 22 eine Kippbewegung ausführt.
Die hin- und hergehende Bewegung des einen Endes des Kipphebels 22 wird durch den Zapfen 38 auf die Membran 34 übertragen. Wenn das Ventil 18 infolge der Abwärtsbewegung sich öffnet, wird Luft in die Kammer 36 über das Einlaßventil 40 eingesaugt. Wenn dann das Ventil 18 infolge der Aufwärtsbewegung sich schließt, so pumpt der Kipphebel 22 die Luft in der Kammer 36 über die Kugel 46 durch das Rohr 42 in den Auspuffkanal 20.
Die F i g. 2 zeigt eine Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern und mit der beschriebenen Pumpvorrichtung für jeden Zylinder. In der Fig.2 sind die Auspuffventile und ihre Kipphebel weggeschnitten und die Membran 34 ist als durch einen Einlaßventil-Kipphebel 50 erfaßt dargestellt, der durch eine Stoßstange 52 betätigt wird. Maschinen nach der Erfindung können diese Pumpvorrichtung sowohl in Verbindung mit dem Einlaßventil als auch in Verbindung mit den Auslaßventilen aufweisen. Die Hublänge der Pumpvorrichtung oder das Volumen der Pumpkammer kann eingestellt werden, um die gewünschte Luftmenge zu erzielen.
Dadurch, daß die Luft den Auslaßkanälen zugeführt wird, bevor die Gase aus der Brennkammer in die Kanäle eintreten, werden die Gase gut mit Luft gemischt zwecks Einleitung und Unterstützung der Oxydation, ohne daß der Rückdruck in der Abgasleitung wesentlich gesteigert wird. Bei Mehrzylindermaschinen wird die Luft aus der Pumpenkammer eines Zylinders vorteilhaft dem Auspuffkanal eines Zylinders zugeführt, der mit dem Ausstoßhub beginnt. Die F i g. 3 zeigt ein Betriebsschema, das benutzt wird, um den Auspuffkanal des richtigen Zylinders für jede Pumpe in einer Sechszylindermaschine auszuwählen, die eine Zündfolge 1-5-3-6-2-4 hat.
In der F i g. 3 stellen die Teile 1 einen Einlaßhub, C einen Kompressionshub, W einen Arbeitshub, und E einen Ausstoßhub für die mit 1 bis 6 bezeichneten Zylinder dar. Bei der letzten Hälfte jedes 1-Teiles schließt das Einlaßventil desjenigen Zylinders, und eine Pumpenkammer an diesem Einlaßventil stößt Luft aus. Diese Luft wird in den Auslaßkanälen einer Brennkammer erforderlich, die mit dem Ausstoßhub beginnt, was durch Verbindung einer Pumpenkammer mit einem Auslaßkanal gemäß den Pfeilen nach F i g. 3 erfolgt. So verbindet das Rohr 42 die Pumpenkammer 36 des Zylinders 6 mit dem Auspuffkanal 20 des Zylinders 1 usw.
Es kann eine Feder 54 nach den F i g.1 und 4 vorgesehen sein, um die Anlage der Membran 34 an dem Kipphebel 22 aufrechtzuerhalten, wodurch der Zapfen 38 in Wegfall kommen kann und das Zusammensetzen des Ventildeckels 32 mit dem Zylinderkopf 14 vereinfacht wird. Bei Maschinen mit obenliegender Nockenwelle wird die Membran 34 durch einen Nocken der Nockenwelle betätigt.
Die F i g. 4 zeigt eine Konstruktion, durch die die Maschine gemäß der Erfindung weiterhin vereinfacht wird. Nach F i g. 4 hat der Ventildeckel 32 eine öffnung 56 über dem einen Ende des Kipphebels 22. Eine Wand 58 ist mit der Membran 34 zusammengefügt und bildet die Pumpenkammer 36, wobei das Ganze in die öffnung 56 eingeschnappt ist und mit dem Ventildeckel 32 die Abdeckung des Zylinderkopfes bildet.
Eine Einstellvorrichtung 60, die auf das Ende des Kipphebels aufgeschraubt ist, erfaßt einen Teil 62 am unteren Teil der Membran 34. Eine Blattfeder 64 trägt eine Ringscheibe 66 an der inneren Seite der Einlaßöffnungen 68 in der Wand 58. Eine Kugel 48 wird durch die Feder 46 in dem Auslaßkanal 70 auf dem Sitz 44 gehalten. Die Feder 54 ist zwischen der Wand 58 und dem unteren Teil der Membran 34 angeordnet.
Die Feder 54 drückt den unteren Teil der Membran 34 abwärts, wenn der Kipphebel 22 sich abwärts bewegt. Die Bewegung saugt Luft über die Scheibe 66 in die Kammer 36. Die Aufwärtsbewegung des Kipphebels 22 und der Teil der Membran 34 pumpt die Luft über die Kugel 46 in den Auslaßkanal 70.

Claims

Patentansprüche: 1. Pumpvorrichtung zur Erzeugung von Zusatzluft zur Abgasentgiftung von Kolben-Brennkraftmaschinen mit Ventilsteuerung für die Brennkammern, wobei die Ventile im Zylinderkopf angeordnet sind und der Zylinderkopf einen Deckel trägt, dadurch gekennzeichnet, daß eine in dem Deckel (32) angeordnete Membran (34) mit diesem eine mit Einlaß und Auslaß versehene Pumpenkammer (36) für Luft bildet und die Membran (34) durch den Ventilantrieb in hin- und hergehende Bewegung versetzt wird.
2. Pumpvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslaß (44) der Pumpenkammer (36) mit dem Auspuffkanal (20) der Maschine in Verbindung steht.
3. Pumpvorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaß der Pumpenkammer (36) aus einem Rückschlagventil (40) im Deckel (32) besteht.
4. Pumpvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückschlagventil (40) zur freien Luft offen ist und die Pumpenkammer (36) Frischluft in den Auspuffkanal (20) pumpt.
5. Pumpvorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb der Membran (34) durch den Kipphebel (22) des Ventilantriebes erfolgt.
6. Pumpvorrichtung nach Anspruch 1 bis 5 für eine Maschine mit mehreren Brennkammern, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslaß der Pumpenkammer (36) eines Zylinders mit dem Auspuffkanal (20) eines anderen Zylinders verbunden ist.
7. Pumpvorrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel (32) aus einem Ventildeckel mit einer Öffnung besteht, die durch eine Wand verschlossen ist, welche die Außenseite der Pumpenkammer (36) bildet. B.
Pumpvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß in der Wand der Einlaß und der Auslaß der Pumpenkammer (36) angeordnet ist.
9. Pumpvorrichtung nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel (32) eine öffnung (56) enthält, in der die Pumpenkammer (36) sitzt (F i g. 4).