DE1291932B

DE1291932B - Pumpvorrichtung zur Erzeugung von Zusatzluft zur Abgasentgiftung von Kolben-Brennkraftmaschinen mit Ventilsteuerung fuer die Brennkammern

Info

Publication number: DE1291932B
Application number: DEF50766A
Authority: DE
Inventors: Mcilroy Robert
Original assignee: Ford Motor Co
Current assignee: Ford Motor Co
Priority date: 1966-01-24
Filing date: 1966-11-25
Publication date: 1969-04-03
Also published as: US3359721A

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 durch Kipphebel betätigt werden und der Zylinderkopf einen Deckel trägt.
Es sind bereits Luftpumpen bekannt, um den Auspuffkanälen zwecks Verbrennung Luft zuzuleiten. Diese Pumpen sind am vorderen Ende der Maschine angeordnet und es ist eine beträchtliche Rohrlänge erforderlich, um die Luft in die Auspuffkanäle zu fördern. Weiterhin wird die Luft durch diese Pumpen dauernd zugeleitet, trotz der veränderlichen Mengen, die für eine wirksame Verbrennung notwendig sind. Die Luft wird nur gebraucht, während sich Abgase in den Abgaskanälen befinden. Eine Kühlung durch überschußluft verringert aber den Wirkungsgrad des Verbrennungsverfahrens und kann gegebenenfalls eine Verbrennung ganz verhindern, wenn die Mischungstemperatur unter die Zündtemperatur gelangt.
Vorrichtungen indessen, die die Luftzuleitung solcher Pumpen zu den Abgaskanälen begrenzen, erfordern zusätzliche Materialkosten und Montagezeiten.
Erfindungsgemäß versetzen nun die beiden Enden jedes Kipphebels der Ventilsteuerung je eine Membran in hin- und hergehende Bewegung, die mit dem Zylinderkopfdeckel mit Einlaß- und Auslaßventilen versehene Pumpkammern bilden.
Durch diese Ausbildung der Pumpvorrichtung in Verbindung mit den Kipphebeln wird die Luft aus den Pumpkammern automatisch zeitlich so reguliert, daß sie sich mit den heißen Abgasen mischt, welche maximale Anteile an unverbrannten Kohlenwasserstoffeh enthalten. Bei dieser Anordnung drückt das Ende des Kipphebels, welches sich gegen den Ventildeckel bewegt, beim öffnen des Auslaßventiles eine Pumpkammer zusammen, so daß ein Quantum Luft in den Abgaskanal geliefert wird. Diese Luftladung verbrennt die Kohlenwasserstoffe im ersten Teil der Abgase. Wenn sich das Ventil am Ende des Ausstoßhubes schließt, so drückt das andere Ende des Kipphebels die andere Kammer zusammen, um eine zweite Luftladung in den Abgaskanal einzuleiten. Diese zweite Luftladung verbrennt die Kohlenwasserstoffe in dem letzten Teil der Abgase.
Die Luftmenge, die durch jede Pumpkammer zugeführt wird, kann nach den Erfordernissen der Maschine eingestellt werden, indem die Hublänge oder die Pumpkammerfläche der Membran verändert wird. Es können auch andere Zeiteinstellungen vorgesehen werden, indem außerdem eine Pumpvorrichtung mit dem Einlaßventil verbunden wird. Mehrzylinder-Maschinen können Pumpkammern an jedem Zylinder besitzen und können Luft aus einer Pumpkammer eines Zylinders in die Abgaskanäle eines anderen Zylinders leiten.
Die Auslaßventile der Pumpkammern können erfindungsgemäß aus durch die Membran selbst gebildeten Lippenventilen bestehen, die sich in einen in dem Zylinderkopfdeckel zwischen den Pumpkammern angeordneten Behälter öffnen. Die Einlaßventile für die Pumpkammern können erfindungsgemäß in dem Deckel angeordnet sein. Der Behälter hat erfindungsgemäß einen Auslaß, der mit dem Auspuffkanal der Maschine verbunden ist. Der Auslaß des Behälters besteht erfindungsgemäß aus einer axialen Bohrung in der Befestigungsschraube für den Deckel, die über eine im Zylinderkopf angeordnete Bohrung mit dem Auspuffkanal in Verbindung steht. Der Behälter kann sich erfindungsgemäß aus einem Teil des Deckels und einem Teil der Membran zusammensetzen.
Die Zeichnungen zeigen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, welches nachstehend näher erläutert wird.
In den Zeichnungen zeigt F i g. 1 graphisch die Änderungen in der Konzentration von unverbrannten Kohlenwasserstoffen in den Abgasen im Verhältnis zur Stellung des Auspuffventiles für eine Maschine unter normalen Betriebsbedingungen, F i g. 2 einen Querschnitt durch den oberen Teil einer Brennkraftmaschine nach der Erfindung, F i g. 3 einen von der Seite gesehenen Querschnitt eines Teiles der Maschine nach der Erfindung, darstellend Pumpvorrichtungen sowohl am Einlaßventil als auch am Auslaßventil.
Wie die F i g. 1 zeigt, enthalten der erste Teil und der letzte Teil der Abgase normalerweise hohe Anteile an unverbrannten Kohlenwasserstoffen. Der erste Teil befindet sich normalerweise in einer Temperatur über der augenblicklichen Zündtemperatur von Kohlenwasserstoffen und Kohlen-Monoxyden. Durch Beimischung von Luft zu diesem Teil werden die Kohlenwasserstoffe oxydiert, wodurch Hitze erzeugt wird, die dazu beiträgt, daß die Temperatur der nachfolgend austretenden Gase über der augenblicklichen Zündtemperatur gehalten wird. Luft, die am Ende des Ausstoßhubes zugeführt wird, oxydiert den hohen Anteil an Kohlenwasserstoffen in dem letzten Teil der Auspuffgase.
Die Maschine nach F i g. 2 besteht aus einem Block 10 mit einer Zylinderbohrung 11, die einen Kolben 12 enthält. Auf dem Block 10 sitzt der Zylinderkopf 14, der die Brennkammer 16 begrenzt. In dem Zylinderkopf 14 sitzt das Auslaßventil 18, welches die Brennkammer 16 nach dem Auslaßkanal 20 öffnet. Koaxial zu dem Ventil 18 ist eine Ventilfeder 19 zwischen dem Zylinderkopf 14 und einer Halterung 21 angeordnet. Das Auslaßventil18 steht in Berührung mit dem ventilseitigen Ende 22 b des Kipphebels 22. Der Kipphebel 22 ist einzeln um einen Drehpunkt 24 schwenkbar gelagert. Der Schwenkpunkt sitzt an einem Stift 26 und wird durch eine aufgeschraubte Befestigung 28 gehalten. Das Stoßstangenende 22 a des Kipphebels 22 stützt sich auf die Stoßstange 30.
Oben auf dem Zylinderkopf 14 ist ein Ventildeckel 32 aufgesetzt. Mit dem Deckel 32 ist eine biegsame Membran 34 verbunden und bildet getrennte Pumpenkammern 36 und 38 an den beiden Kipphebelenden 22 a und 22 b. Federn 56 in den beiden Kammern 36 und 38 zwischen dem Deckel 32 und den Teilen 34 a und 34 b der Membran 34 halten die Teile 34 a und 34 b an den Enden 22 a und 22 b des Kipphebels. Zwischen den Kammern 36 und 38 wirkt eine Auspressung 39 der inneren Fläche des Deckels 32 mit der Membran 34 zusammen, um einen Behälter 40 zu bilden.
Die Membran 34 hat Lippen 41 und 43, die zusammen mit dem Ventildeckel 32 Ventile 42 und 44 bilden, die die Auslässe aus den Kammern 36 und 38 in den Behälter 40 darstellen. In dem Deckel 32 sind Rückschlagventile 46 und 48 angeordnet und bilden Einlässe für die Kammern 36 und 38. Die Rückschlagventile 46 und 48 sind in einer bekannten Art ausgebildet.
Der Deckel 32 wird durch einen Bolzen 50 festgelegt, der durch den Behälter 40 hindurchtritt und in den Zylinderkopf eingeschraubt ist. Eine durch den Bolzen 50 hindurchgehende Bohrung 52 steht mit einer Bohrung 54 in dem Zylinderkopf 14 in Verbindung, die ihrerseits in den Auspuffkanal 20 mündet.
Während des Auspuffhubes der Maschine verschwenkt die Aufwärtsbewegung der Stoßstange 30 den Kipphebel 22 zwecks Öffnung des Nentiles 18, wodurch die Abgase aus der Brennkammer 16 in den Auspuffkanal 20 gelangen können. Die Ventilfeder 19 bewegt das Ventil 18 in die Schließlage. Die Stoßstange 30, das Ventil 18 und die Kipphebelenden 22 a und 22 b führen hin- und hergehende Bewegungen aus, während der Kipphebel 22 eine Schwenkbewegung ausführt.
Die hin- und hergehende Bewegung der Enden 22 a und 22 b des Kipphebels 22 werden auf die Teile 34 a und 34 b der Membran 34 übertragen. Wenn die Stoßstange 30, das Ende 22 a des Kipphebels und der Membranteil 34 a sich von dem Deckel 32 wegbewegen, wird Luft in die Kammer 36 über das Rückschlagventi146 eingesaugt. Gleichzeitig bewegen sich das Kipphebelende 22 b und der Membranteil 34 b auf den Deckel zu und pumpen Luft aus der Kammer 38 über das Ventil 44 in den Behälter 40 und über die Bohrungen 52 und 54 in den Auspuffkanal 20. Die darauf folgende Bewegung der Stoßstange 30 des Kipphebelendes 22 a und des Membranteiles 34 a gegen den Deckel 32 pumpt Luft aus der Kammer 36 heraus über das Ventil 42 in den Behälter 40 und von hieraus in den Auspuffkanal 20, während die Bewegung des Kipphebelendes 22 b und des Teiles 34 b der Membran von dem Deckel 32 hinweg Luft in die Kammer 38 über das Rückschlagventil 48 einsaugt.
Die Kammer 36 liefert eine Luftladung an den Auspuffkanal 20, wenn das Auslaßventil 18 sich öffnet, um den ersten Teil der unverbrannten Kohlenwasserstoffe in den Abgasen aus der Brennkammer 16 zu oxydieren. Die Kammer 38 liefert eine Luftladung in den Kanal 20, wenn das Auslaßventi118 sich schließt, um den letzten Teil von unverbrannten Kohlenwasserstoffen in den Abgasen zu oxydieren.
Bei einer Maschinenkonstruktion, die eine Pumpvorrichtung sowohl mit dem Auslaßventil 18 als auch mit dem Einlaßventil 58 verbunden vorsieht, wie sie in der F i g. 3 dargestellt ist, wirkt die Membran 34' mit dem Deckel 32 zusammen, um zusätzliche Pumpenkammern an dem Kipphebel 60 des Einlaßventiles zu bilden. Die Einzelheiten der Konstruktion und der Betrieb einer Maschine nach F i g. 3 sind ebenso wie bei einer Maschine nach F i g. 2, wie sie oben beschrieben worden ist.

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 durch Kipphebel betätigt werden und der Zylinderkopf einen Deckel trägt, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Enden (22 a, 22 b) jedes Kipphebels (22) je eine Membran (34 a, 34 b) in hin- und hergehende Bewegung versetzen, die mit dem Deckel (32) mit Einlaß- und Auslaßventilen versehene Pumpkammern (36, 38) bilden.
2. Pumpvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßventile der Pumpkammern (36, 38) aus durch die Membran selbst gebildeten Lippenventilen (42, 44) bestehen, die sich in einen in dem Deckel (32) zwischen den Pumpkammern (36, 38) angeordneten Behälter (40) öffnen.
3. Pumpvorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßventile (46, 48) für die Pumpkammern (36, 38) in dem Deckel (32) angeordnet sind.
4. Pumpvorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (40) einen Auslaß hat, der mit dem Auspuffkanal (20) der Maschine verbunden ist.
5. Pumpvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslaß des Behälters (40) aus einer axialen Bohrung (52) in der Befestigungsschraube (50) für den Deckel (32) besteht, die über eine im Zylinderkopf (14) angeordnete Bohrung (54) mit dem Auspuffkanal (20) in Verbindung steht.
6. Pumpvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (40) sich aus einem Teil des Deckels (32) und einem Teil der Membran (34 a, 34 b) zusammensetzt.