DE1476508A1

DE1476508A1 - Anordnung zur Abgasentgiftung vorzugsweise bei Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE1476508A1
Application number: DE19661476508
Authority: DE
Inventors: Gerhard Gaysert
Original assignee: J Eberspaecher GmbH and Co KG
Current assignee: Eberspaecher Climate Control Systems GmbH and Co KG
Priority date: 1966-11-10
Filing date: 1966-11-10
Publication date: 1970-03-26

Description

Anordnung zur Abgasentgiftung

vorzugsweise bei Brennkraftmaschinen

Die vorliegende Erfindung bezieht eich auf eine in

einer Abgealeitung angeordnete Stauvorrichtung zur

Erzielung einer Nachverbrennung der in den Notorab-

gaseu enthaltenen brennbaren Substanzen, bei welcher

die Steuerung den Staudrucke in Abhängigkeit von den

an der Staustelle herrschenden Bedingungen geschieht.

St ist bekannte daß bei Braankrafteaechinen eine un-

vollständige Verbrennung stattfindet, so daß in des

Abgas noch brennbare Substanzen enthalten sind. Da

diese Bestandteile sowohl eins toxische, Wirkung haben,

als auch eine geruohebelüatgung der Umgebung bilden,

sind seit lange= Bestrebungen im Gange, eine Entgit-

tun& dar Abgase zumindest auf ein veranteortbarea NaB

vrorsunwlsren.

gür die gntgiftun` der Abgase einer. Brennkraftmaschine

gibt es in wesentlichen zwei Verfaärsnt

1. die Entgiftung mittels Katalysatoren, 2. die Entgiftung durch Erzielung einer möglichst vollkommenen Verbrennung der brennbaren Substanzen (Nachverbrennung).

Dabei können diese beiden Verfahren kombiniert werden. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Durchführung des zuletzt genannten Verfahrene sowie auf eine Kombination der beiden benann- ten Verfahren.

]r Bind bereits Verfahren und Einrichtungen zur Vermin-

derung der Anteile der unverbrannten und tsilrerbrenn-'

ten Bestandteile in den Abgesen von Verbrennuegakralt- -

maschinen bekannt. Bei derartigen Anordnungen wird die

Abseaeeite in niederen Teillaataebtet den ltotore mit

einer laatabhlngia gesteuerten-Ilappe gedroegelt, wo-

durch ein Wärmestau entstehen soll, der mit dem in

diesen Bereich sager einzustellenden Nator bei I@ 1.

in gotorverbrennungeraum und in: Abgeehri%er eine

starke Verbrennung bsw. Nachverbrennung der xohlen.-

waseeratoffe und den gohlemonoafde zur Folge bot.

Eine derartige Einrichtung ist z.. B. beschrieben in

der äetarr. Patentschrift 233 326. Bei dieser bekann-

ten Anordnung wird .eine exzentrisch gelagerte ]Klapp* -

durch eine von einem,Tkonstten Ztrom..durehfioseene

Tauchspule über den Magnetanker auf Schließstellung

gehalten, wodurch i,m,,I*eerlauf guZ ,den Motor, ein Stau ;

ausgeübt wird: .Wird ..die Notarltiutuund damit der

Gasdurchsatz. äentefge;rt.,.su steigt.: der Stau zunäche

an, bei einer ganz bestimmten durch die Auslegung von

äleps?4;d Tauimagnet .yorgegehenan .Abgasmenge,b:ew.

Notorlaietung, wirkt auf die exzentrisch gelagerte

Klappe,en_in SahlieBrichtung,wirksamee Haltenoment

der @auchepu.e. Da . fitte - Bauchspule @sit stegenäer Aua- 4

wanderuM_:deo ,Xsgnatanker0 : abnehmende Haltekräfte er- ,

saugt" soll dabei lm oberen leistungebereeh den Iiotorr-

die Xlappe fast völlig geöffnet *ein und nur Sa» 4e-

t'tax ac'liw.4. Außer dr , oleilrrxltan» Je-

tat darr. glap, #urok ein* -X eluepäe , kam bei per

trek'n laaräan@4g. huch eneiuerung:dureh den tner--

aruoliy i' , torgaeer oder, Saügrohr vordenveWerden. Die

eur X@appsnvexetell@rmg not endge.,graft, wird hierbei

dureh"eine; Unterdruokäome :,aufgebracht" ähnlich wie bei

dei automatisch« ündtrei@ttelluna am Motor. -sei beiden

Terfe.reu äwi.äie , ear: 1Clappeneteusrung .nötige Verstell-

die durch ,eine 7:ua au4oh;:,.eugeführte Stallgröße erstiegt.,

an tot na*Qteilig, da# die bekannten lnord*uagfr In der

lxueoWituäg rrerhUt4 .kostepelig ein4y ferner,

@rerh@lnireirria

da# e iar ihre Aabrio

777

'1iüiten, derb intbeinohgeribe4 kleiner« Itrattfs»-

.' tE : ä ':--' @r u-@ t

aeugeca nicht immer: zur .Irarftigung steht. äbenao fallen

die Unterhaltungskosten ins Gewicht, insbesondere soweit es sich um Filterelemente und Katalysatoren handelt, die häufig ausgewechselt werden müssen. Wie ferner bei den gegenwärtig bekannten Anordnungen z. B. gemäß der bereits erwähnten österr. Patentschrift 233 326 beschrieben ist, ist es zur Erreichung einer möglichst vollkommenen Verbrennung des Kraftstoffluftgemisches erforderlich, eine sparsamere Einstellung der Kraftstoffzufuhr, d. h. ein mageres Gemisch zu verwenden. Durch diese magere Einstellung des Kraftstoffluftgemisches wird jedoch in Wirklichkeit der Anfall der Verbrennungsprodukte nur reduziert. Man kann hierbei jedoch nicht von einer Entgiftung sprechen, da infolge des mageren Kraftstoffluftgemisches der Anteil der zu verbrennenden Substanzen an sich bereits geringer ist. Ein weiterer Dachteil der bekannten Anordnungen ist darin zu sehen, daß bei.derartigen "Entgiftungsanlagen" bei Vollast der Staudruck nicht auf ein gewünschtes Minimum abgesenkt werden kann.

Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung aufzuzeigen, bei welcher die beschriebenen Nacrli,eile verhindert wfz-den, d. h. eine Anordnung aufzuzeil@en, bei welcher die Stauvorrichtung ein;-chließlich ihres VQrstellmechanismus eine abgeschlossene und vom äußeren S`tegereignal unabhängige Einheit darstellt. Dabei liegt der vorliegenden Erfindung die Erkenntnis @u@ru@SQy.äaB allein aus dem Abgasstrom selbst genügend Energie zur Steuerung einer Stauvorrichtung herangezogen werden kann, und d33 eine wirksame Kombination -mit einem Katalysator eine optimale Entgiftung bewirkt.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelost, Jaß in der Notorabgaeleitung ein vom Abg9s unmittelbar gesteuertes und betätigtes Bauelement, vorzugsweise ein Stufenkolben, als Stauverrichtung angeordnet ist, Durch diese technisch einfache Anordnung wird erreicht, daß auf den Motor in Abhängigkeit von dem Detriebszustand ein Gegendruck mittels dieser erfindungsgemäßen Stauvorrichtung erzeugt wird, so daß durch den hierdurch gegebenen Luftgewinn (Luftüberschuß A > bei mager eiestelltem Motor eine Nachverbrennung der brennbaren Substanzen im Abgasstrom möglich ist. Es hat sich nämlich gezeigt, daß mittels der erfindungsgemäßen Anordnung. Warte von 1,1 ... 1,15 ohne weiteres mög lieh sind. Das bedeutet aber, daß noch ca. 10 ... 15 überschüssige Verbrennungsluft im Abgas vorhanden ist: Gemäß einer Weiterführung der Erfindung soll diese Verbrennungsluft. zur zusätzlichen katalytischen Verbrennung, verwendet werden. Es hat sich dabei als zweckmäßig her-. ausgestellt. .d98 aindestens ein an sch bekannter Katae-Iysator als leillaetkstelyeator in. einer Bypa schaltung zur Stauvorrichtung angeordnet wird. Durch diese Anordnung wird erreicht, daß bei Teillast: die Stauvorrichtung, d. h. glas Bauelement, z.: B. ein als Stufenkolben

a@iqgetIldeter Schveb=körner in erfind in.=@nw@3@r Anord-

nung den Durchfluß efw?°. öffnet, so daher ',b@;@isstrom

3i1fgeteilt wird. Ein kleinerer @iil:3trom fliegt su:1ann

direkt furch einen in bekfsnnter Aeise# an.`Zeordre ten Voll-

laatkritalygator, äer mit geringatmöglichem Widerstand

ausgebildet ist, oder direkt in die Abgisleitung, wäh-

rend der Hauptstrom durch den erfi.ndunggetr ß angeord-

neten - im Gesrens-gtz zu den bekannten &u:.fi'=.hriaii@@°n -

hohen Durehflußwideritänd bildenden Teillastk--- tal^,sätor

strömt. Die erfindungsgemäße Aufteilung in einer. Voll-

l.astkatalys@tor und einen Teillastkat@ly"3tor der auf-

gezeigten °#@haltung ergibt bei Anwendung der erfindunga-

?em.._ en at@uvorr;^ht#.xng kurze Aufheiz@;eiten ec Teil-

1?::tkatalrsntora und @'@:@.1 a.°@hnelles .@@:c:rrzngen und

emö!-licht mit re?°i#.##r gerin#er'?ßliur2hnntz inf^l.gf#

,lee hohen Lurchflu-''-eideratindes ans @eilc^tk=@tnl;#@ators

eine kleine Katal7v, torm!-sce und d?mit geringe närr:ekapa-

zität. Hierdurch kann wiederum der VollastkatsRl;"setor

ausschließlich auf die Vprl.ältniese im hohen L=:etbe-

reich abgestimmt werden. Es ergibt sich somit eine

optimale Lösung. Ferner ergibt eich durch die erfin-

dungsgemäße 1tauvorrichtung eine direkte Entgiftungs-

wirkung, so daß für den Katalysator selbst geringere

Mengen an nachzuvertrennenden Bestandteilen ariftreten

als bei den bekannten katalytischen Entgiftungsanlagen,

so daß sich ein ÜberhitzungseAhutz für den Katalysator

erifrrigt.

Eine zerec'-zißige Weiterbildung der

Anordnung ist dr?.,lurch rpkennzei-hni:t, A- ,leT .=-.77:,,-t-

knt%ilysator ringförmig um den .,n:~e-

ordnet iet. Man erreicht dafii i t eine kur- e

En hat sich ferner ^1s zweckm#i?i,r; i n einer fei terrI dang

der Erfindung ergel en, die Mo torqbgh Fz I e ; fiz n;7 -@ - @- a er

Stelle, an welcher die Stauvcrrin;4:ting gngecr(Inf:t ist"

venturidtisenartig zu verengen. rurch di e;ie Maßnahme

erreicht man, da der hierdurch en'.,-i.r:)--ende Vcnturi-

druck zur Steurrung und Bet;iti @rung (3f-i,

aunger.tztzt werden kann.

Ferner hat es hic'- qlg zVeckm- ig hf-i.,__,;,,.-,, - ;f-" t@ -@,ß

an die &rgaglei ding eine Ifammer !zurtei

4es Ttufenkolbens nrge- ehlo-een 'et, und d&r N,,fen-

kolben in dieE,r Kenmer trrrti g nn@-ec?#inr-t

Teil des cfiufenkolt Eins , der d en )r1 e@@er-i T urnjimeeu Air

besitzt, so in die @h,gasleitung hinei,ir-,-t, dak? er Mit

der hg:gal ei tun#r einen I:n@ rh 1 t 1,i 1 c? c t . ui erd urr,?. wird

erreicht, da9 in der Stellung,,den wel-

cher er auf dem Kammerboden aufsitzt. die =1t@-afil ei tunk

nicht vül.lig argesehlonnen wird, ron(l-rr <ein etifier T@Ling-

spalt freitleibtdurch den das aufgestaute '@oa cir@rs

hindurchtreten Bann.

En ist jedoch im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch

möglich, den Stufenkolben derartig s;nzuordnen, da ß der

Teil des Stufenkolbens, der den kleineren Durchmesser besitzt, in die Abgasleitung hineinragt und diese verschließt, wobei erfindungsgemäß eine Umgehunpolei tung geringen Querschnittes von der Stelle vor dem Ventilsitz des Stufenkolbens zu der Stelle dahinter vorgesehen ist.

Ferner hat es sich als zweckmäßig herauegeqtellt, daß erfindungsgemäß an der Kammer, an der der Abgafiseite entgegengesetzten Seite eine Entlüftungsleitung angeordent ist, wobei diese mittels eines vom Abges gesteuerten an sich bekannten Atsperrorgenes atpeschlos-Wen werden kann. Mit dieser Maßnahme wird erreicht, <;aß der sich in der Kammer oberhalb des Stufenkoltene aufbauende -Truck curch die Lesagte Entlüftunreleitung sich entweder ins Freie oder in die Abgasleitung abbauen kann.

Ferner ist erfindungsgemäß vorgesehen., daß der Stufenkolben derartig ausgebildet ist, daß ein Teilstrom des Argases von der Abg2sleitung zu der Kammer durchtreten kann. Diese Ausbildung des, Stufenkolbens kann darin be-:te@en, daß er derartig in die Kammer eingesetzt wird, d2L' zwischen Kolben und Kammer ein Spalt entsteht,durch den ein Teil des Abgasstromes in die Kammer gelangen kann

Eine andere geglichkei t wird darin @r:sti.an, .: -iü Jer

Stufenkolben Tiber Bohrungen verfügt, ;l-xrch welche Jpr

chtritt des Motorabgases in die Kammer ermcglicht

wird: Der erwähnte Spalt zwischen Kolten und Kammer

bzw. die erwähnten Bohrungen im Stufenkolben missen

im Querschnitt und: in der Form so bemessen sein, daß

bei freigegebener Entlüftungsleitung (7) der Druckab-

fall zwischen der Stelle 13 in@Fig. 1 und der Kammer.8

größer ist als der L'ruckabfsll in der Entlüftungslei-

tung 7 zwischen Kammer 9 und der Stelle 1.4 ier Ent-

lüftungsleitung:

Anhand der Figuren 1 und 2, die achemstisch verein-

facht den Erfindungsgedanken darstellen, soll die

Funktion: beschrieben werden. Dabei zeigt Fig. 1 die

erfindungsgemäße Stauvorrichtung mit einem Stufen-

kolben und Fig. 2 die erfindungsgemäße Katalysator-

anordnung.

Die Steuvflrrichtung gemäß Fig. 1 besteht aus der Ab-

gasleitung 'f, die an der Stelle 2 venturi3isenärtig

verengt ist. vor dieser venturidüsenartigen 7erengunQ 2

geht eine Zeitung 3 und an dieser eine Leitung 4 ab:

die einen Steuerkolben 5 beäufschlagen: fieser Steuer-

kolben-5 ist mit einem S:teueraeheber 6 verbunden, der

seinerseits eine Entlüftungsleitung 7 veruchließt oder

freigibt. Diese Entlüftungsleitung führt zu einer

r:#3nmer 8, `_n welcher ein 3tufenkolt-:i-: -.njeor@n-3t ist.

gei ;;i euer erfin(lsng-31-@em:i:,en 2-tnuv:)rric'itung ver`-,ci.ließt

,?er "tF,-uer--c'ieber 6 im yeer?=iuf iie Entl;i: tur.,.@-leitung 7.

rie .Abgasmenge, die --m@ Koltenslalt 1= @#orheistr`:mt,f@.zllt

die Kammer B bis zun aufgestauten .rüvk Pg. Da nun die

Fläche 9a des Stufenkolbens 9 größer ist als die Fläche

9b, auf beide Flächen aber der gleiche Truck Pg wirksam

ist, wi:d der Kolben in der verlangten unteren --tellung

verbleiben und nur den hing-palt 1 1 freigeben. 'Mit zu-

nehnender Mo JJrleiV ging s e;gt der -..Fer:t-i.:idrack 12 und

hegt :iter der. -#tf:u@.°rkolben 5 den iteuerschieber 6 an,

der se? ner-eits die @am.@t_r 8 entlüftet. 192-er tufen:colben 9

r.ird auf:r<<r±s gedr,-irkt und gibt ormit dem .@tg-@s größere

T@urchströmquerzchni tte frei.

Zie leicht einzus:hen ist,', kann anstelle den 4'enturi-

dru-ckes im Rahmen der vorliegenden Erfindung zur ';teue-

rung auch der zur `indverstellung benutzte Verga.serunter-

dru3k z. B. ver-henset werden.

=:i n: Heitere "celi^.hket teste t V--rin, den Zze,:erachie-

'cer über .einen Schlepphebel vjr. er : -rrg@serr(jssplklappe

--is z4 betätigen.

In Fig. 2 ist die Abgasleitung 1 dargestellt, an die

ich. die vere.rfacht schem:itis:h darge: tellte ;tauvor-

richtung 17, an@-ct-@lis:t. Vor dier-.=r 9ta.vorrict!t-irg

zweigt eine.Dypasaleitung 14 mit einer. Drosselstell.e.15

ab: An beliebiger Stele; hinter der Stauvorrichtung er-

weitem sich die Abgasleitun$;1 zu einer Kammer 16.

Diese Kammer 16 wird von der:Bypassleitung 14 durch-,

drungen. Im 'er, -ich dieser Kammer ist in der Bypaselei-

@ung.14 der Teillas.tkatalysator 1.7 angeordnet und um

diesen ringförmig der Vollastkatalysator 18: Die die

Abgasleitung 1 und die Bypassleitung 14 durchströmen-

den Motorabgase werden-.ges-.iTaelt und treten durch die

Abgasleitung 19 aus. Fei dieser -nordnung ist erfin-

dungsgemäß bei. Leerlauf die Abgasstauvorrichtung 13

fast- gescnla-, sen,.- daq Argae wird gezwungen, durch. den

leillastkatalysator 17 zu strömen. rieser Katalysator

hat im Gegensatz zu den bisher gebauten Ausführungen

erfindungsgemäß hohen Durchflu42wderstand, Bei Teil-

last wird die Stauvorrichtung, et%%as qe",ffnet, der Ab-

gasstrom wird aufgeteilt. Ein kleiner Teilstrom fließt

dann direkt durch den Vollestltatelvsator 18 der mi.t

geringsröglichem Widerstand aarjrebildet ist. Hei Voll-

last Wild die `-'tauvorrichtung ranz gehffnet, d Ar-

gas strömt dann direkt durch den Vollf.::tkatalyrator 17.

Die Fig. 2 zeigt ferner die bauliche Zusammenfassung.-..

der beiden Natalvsatoren.

Claims

F a t e n t a n s p r ü c h e 1. Anordnung zur Abgasentgiftung, vorzugsaa@_ i se bei Erennkraftmaschinen, mittels Nachverbrennung der in den-Motorabgasen enthaltenen trennbaren Substanzen, dadurch gekennzeichnet, daB in der Motorabgasleitung ein vom Abgas unmittelbar gesteuertes und betätigtes vorzugsweise als Stufenkolben ausgebildetes T=auelement als Stauvorrichtung angeordnet iet.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Bypa: schaltung zu der Stauvorrichtung mindestens ein Katalysator angeordnet ist.
3. Anordnung nach Hnspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Byprisschaltung zu der Stauvorrichtung ein Teillastkatalysator und hinter der Stauvorrichtung ein Vollastkatalysator angeordnet ist.. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daB der Vollastketalysator ringförmig um den Teillastkatalysator angeordnet ist. 5. Anordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekenn- zeichnet, daB in der Bypa;wechal tung eine Drossel angeordnet ist: 6. Anordnung nach Anspruch 11 dadurch gekennzeichnet; daB die Motorabgasleitung vor der Stelle, an welcher die Stauvorrichtung angeordnet.ist, venturidüsenartig verengt ist. 'T. .Anordnung riäch Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß an die dbgaeleitung eins Kammer zur teilweisen Aufnahme des Stufenkolbens *anaeschlossen ist. B. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet; daß in der Kammer ein Stufenkolben derartig angeordnet ist, daß der Teil des Stufenkolbens, der den kleineren Durchmesser besitzt, derartig in die-Äbgagleitung hineinragt, daß er mit der Atgnsleitung einen Ringspalt bildet. : ' 9. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß in der Kammer ein Stufenkolben derartig angeordnet ist, daß der Teil des Stufenkolbens, der den kleineren Durchmesser besitzt, in die Abgas- leitung hineinragt,und daB in der Abgasleitung Mittel zur Umgehung des abgeschlossenen Querschnittes vorgesehen sind. 1^. Anordnung na--h Anspruch 8 oder 9, zeichnet, daß an der Kammer, an der dtr r.t>gaseite entgegengesetzten Seite eine Entlüfttungslei tung an- geordnet ist, wobei diene mittels eine:: vt'm Abgas gesteuerten -@bs@errcrgn; abgesc'@lossen werfen kann. 11. Anordnung nach Anspruch 7, dad -rch gekennzeichnet, daß der Stufenkolben derartig aasgebillet i-t, tiaß ein Teilstrom von Vier Abgasleitung zur Kammer durch- treten kann.