DE1944357A1

DE1944357A1 - Vorrichtung zum Regeln der zurueckfuehrenden Auspuffgase bei einem Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE1944357A1
Application number: DE19691944357
Authority: DE
Inventors: Brooks Walker
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1969-09-01
Filing date: 1969-09-01
Publication date: 1971-03-18

Description

DIpL-I.,. W. PAAP ΙΪΪΕΚ* Dipl.-Ing. H. MITSCHERLICH Telefon: (0811) *2? 66 Dipl.-Ing. K. GUNSCHMANN Dr. rer. not. W. KÖRBER _{1φ Sept}. PATENTANWÄLTE

Br/lTe

BROOKS WAIKBE
807 Francisco
San Francisco, California 94109 /V.St.A.

Patentanmeldung Vorrichtung zum Regeln der zurückzuführenden Auspuffgase

"bei einem Verbrennungsmotor

Die Erfindung "betrifft eine Vorrichtung zur Regelung der zum Teil rückgeführten Auspuffgase in einem Viertakt-Verbrennungsmotor mit Vergaser in gewissen Antriebsphasen zum Reduzieren der in den Auspuffgasen enthaltenden Stickstoffoxide. Sie werden bei normalen Fahren in der Verbrennungskammer erzeugt, wenn die Verbrennungstemperaturen hoch sind und die Brennstoffmischung mager ist. Die Menge der Stickstoffoxide ist in der Regel kleiner, wenn (1) der Motor im Leerlauf und bei kleineren Drehzahlen mit sehr kleiner Leistung arbeitet und (2) bei hoher Leistung das Leistungsventil die Mischung über den Pegel der Fahrmischung hinaus anreichert.

Die Erfindung unterbricht oder reduziert wesentlich die Rückführung der Auspuffgase im Leerlauf und unterhalb einer bestimmten Drehzahl, z. B. 1000 U/min, selbsttätig mit Hilfe eines Drehzahlfühlers, wenn dies erwünscht ist. Die Rückführung wird auch durch einen Ansaugfühler unterbrochen, der in der Nähe des Vergaserleistungsventils ange-

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ordnet ist und anspricht, wenn der Ansaugdruck unter 130 mm Hg abfällt, um die in die Zylinder bei hoher Leisinzng unter dem genannten Druck eintretende Mischung nicht zu verdünnen. Eine solche Verdünung ist nicht notwendig, um die Anforderungen " hinsichtlich des Stickstoffoxids bei diesen Leistungsbedingungen einzuhalten, und wenn die Mischung verdünnt ist, kann oder wird die Höchstleistung des Motors geschwächt.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, eine Vorrichtung zum Rückführen einer gewissen Menge der Auspuffgase zu schaffen, die einen Teil der den Mot or zylindern zugeführten Ladung bildet, und zwar zwischen einer vorbestimmten Motordrehzahl bei etwa 1000 U/min, und einem Ansaugdruck über 130 mm Hg (wenn weit geöffnet, würde er weit weniger, etwa 25 bis 50 mm Hg bei hoher Drehzahl betragen).

Die Erfindung befasst sich ferner damit, einen Drehzahlfühler vorzusehen, um die Rückführung der Auspuffgase zu unterbinden oder deren Menge stark unterhalb einer gegebenen Drehzahl zu reduzieren und die Rückführung eines Teiles der Auspuffgase zum Ansaugstutzen zwischen einer solchen Drehzahl und unter solchen Betrxebsbedingungen mit einer Saugkraft zu ermöglichen, die grosser als ein gewählter Mindestsaugdruck, z. B. von 130 mm Hg plus oder minus, ist, zum Zwecke einer optimalen Brennstoffzerstäubung entsprechend der den Auspuffgasen entzogenen Wärme und dem reduzierten Stickstoffoxidgehalt der Auspuffgase. Dadurch erhält man die maximale Verbrennungstemperatur durch die abgeleiteten Auspuffgase, die die Ladung liefern und die Verbrennungstemperatur herabsetzen.

Die Erfindung sieht ferner ein durch den Ansaugdruck betätigtes Ventil zum Regeln der rückgeführten Auspuffgase vor. Es soll die Rückführung unterbrechen oder stark einschränken bei im !Leerlauf geschlossener Drossel und bei Verlangsamungen der Fahrt sowie bei Betriebsarten, bei denen der Ansaugdruck eine gegebene Grenze, z. B. 130 mm Hg, unterschreitet oder das Leistungs-

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und das Rückführungsventil "betätigt v/erden, tun die Einstellungen zwischen Leerlauf und Mindestansaugdruck zu verändern, und schliesslieh "bei geöffnetem Leistungsventil. Im letzten Fall mag ein Drehzahlfühler nicht notwendig sein. Weiterhin soll der abgezweigte Teil der Auspuffgase in die Ansaug-Sammelleitung eingeleitet werden, ohne äusere Regelungsmöglichkeiten vorsehen zu müssen, wie dies schon erwähnt oder in Pig. 3 gezeigt ist.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergehen sich aus der nachfolgenden Beschreibung der in der Zeichnungen beispielsweise dargestellten Ausführungsformen sowie aus den Ansprüchen. In ihnen zeigt:

, 1 eine Draufsicht auf eine "bevorzugte Ausführungsform; Pig. 2 eine Ansicht im Aufriss einer anderen Ausführungsform

und das Auspuffrückführungssystem, Pig, 3 einen Seitenriss, ζ. Τ. weggeschnitten, einer weiteren Ausführungsform mit Rückführungssystem.

In Pig. 1 ist ein Motor 10, ein Vergaser 11 mit einem Drosselventil 12, eine Ansaug-Sammelleitung 13, eine Auspuff-Sammelleitung mit einem Auspuffrohr 15 zu sehen.

Eine Rohrleitung 16 verbindet das Ventil v3 mit dem Auspuffrohr 15. Das Ventil wird von einem durch Saugen betätigten Motor 17 mit einer vorbelasteten Feder 19 gesteuert, so dass die Membran 20 das Ventil öffnet, wenn der Saugdruck in der Ansaug-Sammelleitung über einem "bestimmten Wert, z. B. 130 mm Hg, liegt. Die Membran schliesst das Ventil bei einem darunter liegenden Ansaugdruck, z. B. 25 bis 50 mm Hg. Die Rohrleitung 18 überträgt den Ansaugdruck in der Sammelleitung 13 auf den das Ventil v3 betätigenden Motor 17. Eine Leitung 21 verbindet das Ventil v3 mit dem die Drehzahl feststellenden Ventil v2, das durch den Druck aus einer Staudüse an dem Aussenumfang einer Kühlwasserpumpe betätigt sein kann. Die Wasserpumpe wirkt auf eine Seite einer Membran ein, und der Druck aus dem ,Einlass zu der Wasserpumpe wirkt auf die andere Seite der Mem-

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bran ein, um die Wirkung der Kühler-Druckkappe zu neutralisieren, wie dies in der TJS-Patentschrift 3 204 620 beschrieben ist.

Das Ventil v2 wird unterhalb einer vorbestimmten Drehzahl, z. B. 1000 U/min plus oder minus, geschlossen. Eine Leitung verbindet das die Drehzahl fühelende Ventil v2 mit dem Ventil v1 mit veränderbarer Öffnung. Es wird durch den Ansaugdruck betätigt, um der Auspuffströmung eine gr"ssere Öffnung bei niedrigem Druck in der Ansaug-Sammelleitung zu geben als bei einem hohen Ansaugdruck, falls eine Regelung erwünscht ist.

Eine Leitung 23 führt zur Motorseite des Vergasers 11 oder zu einer Sammelleitung 25, von der aus Rohre 26, 27, 28, 29, 30 und 31 zu einer Stelle nahe jedes Ansaugventils führen, wie dies für einen 6-Zylindermotor 10 zur besseren Verteilung des rückgeführten Auspuffs gezeigt ist.

Bei Drehzahlen unterhalb einer gewählten Geschwindigkeit, z. B. 1000 U/min, wird der rückgeführte Auspuff über Leitung 16, Ventil v3, Leitung 21, Ventil v2, Leitung 22, Ventil v1 und Leitung 23 durch den Drehzahlfühler in Gestalt des Ventils v2 unterbrochen oder stark gedrosselt sein. Bei Drehzahlen um 1000 U/min und bei Betriebsbedingungen mit einem Ansaugdruck in der Sammelleitung 13, der höher als der für das Ventil v3 gewählte Druck ist, sind die Ventile v3, v2 und v1 geöffnet, so dass der Auspuff zur Sammelleitung 13 strömen wird, bis die Drossel 12 geöffnet wird und die Drehzahl so ist, dass der Ansaugdruck niedriger als derjenige zum Betätigen des Ventils v3 ist. Bei weit offener oder nahezu weit offener Drossel 12 schliesst das Ventil v3 und unterbricht oder drosselt die Auspuffströmung für die Motorhöchstleistung bei weit offenen Drosselstellungen. Die Strömungsmenge kann ferner durch ein Ventil v1 gesteuert werden, das einem Kurbelkastengebläse-Ventil ähnlich und in Fig. 2 mit 31 bezeichnet ist.

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Palls eine Verteilung der Auspuffgase zu jedem Zylinder erwünscht ist. können ein Sammelkanal 25 und Abzweigungsrohre 26 Ms 31 verwendet werden.

In Mg. 2 ist ein Motor 10 mit einer Ansaug-S amme !leitung 30 gezeigt. Ton der Auspuff-Sammelleitung oder dem Auspuffiohr 15 geht ein Rohr 16 zum Ventil 31 mit einem Anschlagsteil 32. Die Ventilspindel 40 wird durch eine Feder 42 und einem Kragen 41 nach links gegen den Anschap-gsteil 42 gedrückt, so dass aus dem Rohr 16 kein Auspuffgas durch das Rohr 50 und die Öffnnng 51 in die Ansaug-Sammelleitung 30 strömen kann, wenn der Ansaugdruck in der Sammelleitung 30, im Rohr 50 und im Bereich 43 des Ventils 31 kleiner ist als der vorbestimmte Wert von z. B. 130 mm Hg, oder ein solcher Ansaugdruck, dass dieser das leistungsventil im Vergaser öffnet, das den Motor mit Brennstoff versorgt. Wenn der Ansaugdruck in der Sammelleitung 30 "beim Schliessen der Drossel den gewählten Druck von 130 mm Hg übersteigt, "bewegt sich der Ventilteller in die entgegengesetzte Richtung und der verkleinerte Bereich 36 wird die gewünschte Menge an Auspuffrückführung frei gehen und die gewünschten Oxide oder Stickstoff liefern. Die Kontur des "beschränkten Bereichs 36 kann so gewählt werden, dass die Ergebnisse den Ausstossnormen an Sauerstoff oder Stickstoff genügen. Wenn im Leerlauf die Drossel nahezu geschlossen ist oder der Motor langsamer läuft, "bewegt sich das Ventil nach rechts "bis der Teil 37 unter die Öffnung im Teil 32 des Ventils 31 gelangt. In dieser Stellung ist die Strömung des Auspuff gases aus-dem Rohr 16 zum Rohr 50 und zur Ansaug-Sammelleitung erheblich geschwächt oder im wesentlichen unterbrochen.

Dies ist eine einfachere und weniger aufwendige Regelung als die Verwendung eines Flügelventils, das mit dem Drosselventil durch ein Kettenrad und Kette verbunden ist, so dass das den Auspuff steuernde Ventil bei geschlossenem Vergaser und bei offenem Vergaserventil geschlossen ist, aber zwischen diesen Vergaser-Drosselstellungen offen ist. Bei niedrigen Drehzahlen

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Ist der Ansaugdruck sehr niedrig (unter 130 mm Hg) und unter solchen Betriebsbedingungen erübrigt sich eine Rückführung des Auspuffs. Das "Ventil nach der Erfindung'ermöglicht mithin eine bessere Regelung im Vergleich zu einem bekannten Ventil, das in dem Prospekt "The Atlantic Eichfield ITitric Oxide Reduktion System", September I966 beschrieben ist.

Die Eig. 3 zeigt einen Motor 10 mit einer Ansaug-Samme!leitung 60 und einer Auspuff-Sammelleitung 65.

Eine Ventilanordnung 61 ist an der Sammelleitung 60 an deren abwärts führender Leitung 60a befestigt und empfängt Auspuffgase durch die Öffnung 65a der Auspuff-Sammelleitung 65. Die Ventilanordnung gleicht dem Ventil 31 der Fig. 2 und arbeitet in der gleichen Weise, ausgenommen, dass sie in der Ansaug-Sammelleitung 60 eingebaut ist und keine äussere Regelung der Sammelleitung benötigt. Rohre 62 und 63 führen zu geeigneten Stellen in der Ansaug-Sammelleitung 60 zum gleichmassigen Verteilen des heissen Auspuffgases, wenn dieses Gas rückgeführt wird.

Ansprüche: —ΠΓ9 8ΧΖ708 2 6

Claims

Ansprüche

1.) Verbrennungsmotor mit Vergaser, einem Auspuff- und Ansaugsystem und einer diese Systeme verbindenden Rohrleitung, die ein Ventil zum Unterbrechen der sie durchfIiessenden Strömung enthält, wenn der Ansaugdruck einen bestimmten hohen ersten Ansaugpegel überschreitet, ferner mit einem Ventil zum Unterbrechen der das Auspuffsystem durchfliecsenden Auspuffgase, v/enn der Ansaugdruck im Ansaugsystem einen bestimmten zweiten niedrigen Saugdruck, ζ. B. von 130 mm Hg unterschreitet, dadurch gekennzeichnet, dass die Auspuffgase die iri der verbindenden Rohrleitung (TG, 22, 23) liegenden Ventile im wesentlichen durchfHessen bei Betriebsweisen des Motors, die einen über dem genannten zweiten niedrigen und einen unter dem genannten ersten hohen Pegel liegenden Ansaugdruck erzeugen, so dass eine Rückführung der Auspuffgase bei Betriebsweisen erfolgt, die bei normalem Jahren und bei teilweise gedrosselten Betriebsweisen, aber bei stark verminderter Rückführung der Auspuffgase bei Leerlauf und voller Leistung auftreten.

Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Leitung (16, 22, 23) ferner ein die Strömung steuerndes Ventil (v1) vorgesehen ist, das dem Durchgang der Auspuffgase zu den Ansaugstutzen eine verkleinerte Öffnung darbietet bei einem höherem Ansaugdruck, z. B. von 380 mm Hg, als bei einem niedrigen Ansaugdruck, z. B. bei Betriebsweisen mit weiter geöffneten Volleistungsventil bei z. B. 80 mm Hg Ansaugdruck.

Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine den Ansaugdujrck fühlende Vorrichtung (I7) vorgesehen ist, die mit dem zweiten Ventil (v3) verbunden ist und dieses steuert.

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Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die den Ansaugdruck fühlende Vorrichtung ein Luftmotor (17) ist, der das Ventil (v3) schliesst, wenn der Ansaugdruck den gewählten tieferen Ansaugdruck unterschreitet oder den gewählten höheren Ansaugdruck überschreitet.

Mehraylinder-Verbrennungsmotor mit Vergaser, einem Auspuff- und einem Ansaugsystem, einem Ansaugventil für jeden Zylidern, einer die beiden Systeme verbindenden Rohrleitung, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrleitung (16, 22, 23) auf die Kotordrehzahl und auf den Saugdruck im Ansaugsystem ansprechende Ventile (v1, v2, v3) enthält zur Unterbrechung der durch die Rohrleitung beim Leerlauf des Hotoro fliessenden Strömung, dass der Motor Ansaugventile und die Rohrleitung Abzweigungen (26 bis 31) aufweist, die sich von der Sammelleitung (25) zu dem Bereich der Ansaugventile jedes Zylinders erstrecken.

Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein auf den Ansaugdruck ansprechender Fühler (17) vorgesehen ist, der das Ventil (v3) zum starken Vermindern der Menge der rückgeführten Auspuffgase bei geöffneter Drosselklappe (12) steuert.

Motor mit einer Brennstoff zuführenden Vorrichtung, einer Ansaug-Sammelleitung, einer Auspuff-Sammelleitung für einen kleinen Teil der Auspuffgase, einem von der Auspuff-Sammelleitu.ng abgezweigten und zur Ansaug-Sammelleitung führenden Auspuff-Rohrstück während einiger Betriebsweisen des Motors, dadurch gekennzeichnet, dass zur Steuerung der Strömungsgeschwindigkeit der rückzuführenden Auspuffgase ein Ventil(31) mit einem den Ansaugdruck fühlenden Element vorgesehen ist, das unter gewissen Bedingungen des Ansaugdrucks das Ventil steuert, und dass das Ventil auf den vom Moetor erzeugten Ansaugdruck anspricht derart, dass es beim Leerlauf und bei voller Leistung geschlossen

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und während einiger Betriebsbedingungen geöffnet wird (j?ig. 2).

8. Motor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (31) in der Ansaug- und Auspuff-Sammelleitung (30, 16) angeordnet ist.

9. Motor mit einer Brennstoff zuführenden Vorrichtung, einer Ansaug- und einer Auspuff-Sammelleitung, einem Rohr zum Leiten eines kleinen Teils der Auspuffgase in die Ansaugsammelleitung während einiger Betriebsweisen des Motors und mit einem Ventil zum Steuern der Strömungsgeschwindigkeit der rückzuführenden Auspuffgase, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil ein den Ansaugdruck fühlendes Element enthält, das unter gewissen Bedingungen des Ansaugdrucks das Ventil steuert, dass das Ventil durch den vom Motor erzeugten Ansaugdruck derart arbeitet, dass es in der Nähe voller leistung schliesst, und dass ein Drehzahlfühler die Rückführung der Auspuffgase derart steuert, dass die Strömung der rückgeführten Auspuffgase in die Ansaug-Samme!leitung unter einer gewählten Kotordrehzahl herabgesetzt wird.

10. Vorrichtung zum Regeln der rückzuführenden Auspuffgase bei einem Verbrennungsmotor mit einer Auspuffleitung und einer Einlassleitung zum Zuführen eines brennbaren Mediums in den Motor, mit einer Verbindungsleitung zwischen Auspuffleitung und Einlassleitung und mit Ventilen zum Regeln der durch die Verbindungsleitung strömenden Auspuffgase, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ventil (v2) zum Vermindern der Auspuffgase bei Drehzahlen unter einer gewählten Mindestdrehzahl und ein Ventil (v3) zum Vermindern der Auspuffgase bei einem vorbestimmten Ansaugdruck in der Einlassleitung dient.

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11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein weiteres Ventil (v1) enthält, das eine maximale Strömung der Auspuffgase bei niedrigem Ansaügdruck in der Einlassleitung und eine verminderte Strömung "bei einem höheren Ansaugdruck zulässt.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ventil zum Vermindern der Strömung "bei einem Druck über einem ersten gewählten Ansaugdruck in der Einlassleitung und zum Regulieren der Strömung in Beträgen dient, die grosser als die verminderten Strömungen sind mit einem Ansaugdruck in einer Zone zwischen den vorgewählten Ansaugdrucken.

Der Patentanwalt

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