DE2037418A1

DE2037418A1 - Abgasnachverbrennungssystem

Info

Publication number: DE2037418A1
Application number: DE19702037418
Authority: DE
Inventors: Hayashi Yoshimasa Nagumo Sin ichi Yokohama City Nakajima Yasuo Vokosuka City, (Japan)
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1969-07-28
Filing date: 1970-07-28
Publication date: 1971-02-18
Also published as: DE2037418C3; FR2055624A5; DE2037418B2; GB1292914A; SE362928B; US3670496A

Description

PATENTANWÄLTE

Dr. D. TJiomsen DipUng. H. Tiedike G. Bühling

W. Weinkauff

MÜNCHEN 2 TAL 33

TEL. 0811/226894 295051

CABLES: THOPATEN, TELEX: FOLGT

FRANKFURT(MAiM)SO FUCHSHOHL 71

TEL. 0811/514668

Antwort erbeten nach: PJsase reply tos

8000 München 2 28. Juli 1970 T '3757 - case PG23-6955

Nissan JJotor Company, Limited Yokohama City, Japan

Abgasnachverbrennungssystem

Die Erfindung bezieht sich auf ein System, für die Verringerung der.Luftverunreinigung durch Kraftfahrzeuge und insbesondere auf ein Abgasnaehverbrennungssystem zur Verwendung bei Kraftfahrzeugen, die durch einen Verbrennungsmotor angetrieben werden»

Beim Betrieb von benzingetriebenen Verbrennungsmotoren werden große Mengen an unverbrannten Gasen in die Umgebungüluft aus den Abgassystemen der Motoren abgegeben! Derartige unverbrannte Gase enthalten giftige Bestandteile wie Kohl

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Wasserstoffe und Kohlenmonoxyde, die die Luftverunreinigung in städtischen Bereichen bewirken. Zur Lösung dieses Problems sind verschiedene Vorrichtungen vorgeschlagen worden, um die Reoxydation der unverbrannten Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxyde in dem Abgassystem des Motors zu fördern, wozu unter anderem Abgasreaktoren verwendet wurden.

Der für die Verringerung der Luftverunreinigung sehr wirksame Abgasreaktor hat den Nachteil, daß durch ihn der Wirkungsgrad des Motors beträchtlich verringert wird. Außerdem sind die unverbrannten oder teilweise verbrannten Erzeugnisse nicht nur für den Reaktor selbst sondern auch für Maschinenteile wie Abgasventile und Abgasleitungen korrosiv, so daß die Wartungskosten des Motors erhöht werden. Dies ist insbesondere dort bedeutsam^ wo Reaktoren während der ganzen Zeit des Motoreinsatzes arbeiten. Es ist daher notwendig, den Reaktor während vorbestimmter Betriebszustände des Motors im Einsatz zu halten, um eine lange Zeitspanne mit geringen oder ohne Wartungen auskommen zu können und insbesondere ohne Austausch von Teilen. ...

Es 13t daher Aufgabe der Erfindung, ein Abgashäehverbrennungssystem für Kraftfahrzeugverbrennungsmotoren zu schaffen, das die vorgenannten Nachteile vermeidet.

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Diese Aufgabe ist gelöst durch ein inneres und ein äußeres Gehäuse, durch ein Hauptabgasrohr, das an das äußere Gehäuse des Reaktors angeschlossen ist, durch ein Nebenabgasrohr, das an das innere Gehäuse des Reaktors angeschlossen ist, durch eine in dem Nebenabgasrohr angeordnete Ventileinrichtung für die Steuerung des Strömungswegs der Abgase und durch eine Steuereinrichtung für das öffnen und Schließen des Steuerventils in Abhängigkeit von Änderungen der Fahrzeuggeschwindigkeit und des Ansaugleitungsunterdrucks des Motors.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Abgasnachverbrennungssystems;

Fig. 2 ist eine schematische Ansicht eines Steuersystems für die Steuerung des Abgasnachver- .^ brennungssysteras nach Fig. 1;

Fig. 3 zeigt in graphischer Darstellung ein Beispiel für den Arbeitsbereich eines erfindungsgemässen Abgasnachverbrennungssystems.

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In der nachfolgenden Tabelle sind die Gehalte an unverbrannten Kohlenwasserstoffen (Hc) und Kohlenmonoxyden (CO) in den Kraftfahrzeugabgasen in Abhängigkeit von den Betriebszustand den des Motors aufgezeigt, wobei die Angaben der Bereiche A bis D den Flächen A bis D in Fig. 3 entsprechen.

Arbeitsbereich des Motors HC (ppm) CO

Bereich A 80-300 0,1-2

Bereich B ■ unter 100 unter 0„2

Bereich G unter 80 unter 0₉2

Bereich D unter 80 unter 0,1

Die Tabelle zeigt_s daß die Gehalte oder Anteile an unverbrannten Gasen, die· während der Betriebs» oder Arbeitsbereiche B, C und D-ausgestoßen iferäenj, nicht so bedeutsam sind,,. wie diejenigen, die während eines typischen Arbeitsbereichs A abgegeben werden, bei dem das Kraftfahrseug mit einer Geschwindigkeit von 80 Km/h oder"höher gefahren wird oder .der Ansaugleitungsunterdruck Äes Kraftfahrseugsmotors zwischen 0 bis »150. BHiHg liegt»

Der Erfindung geht es somit um ein Abgasnachverbrennungs-

systenij das die Luftverunreinigung nur'dann wsCTninötsrt _s wenn das Fateeeüi mit r@lafciv mleoH.ge^Oegehwindigkeifc-auf giner Stadtetra&e fährt-, ifälwmnü <äio höh® Leistung'dgw'tfe'i©^© aufrecbterhalten WiM₃ tjeaa gieti '(ta© Fßteg(Siäg'MÄ!S>lii!,fi^:u'@iaer Stadt bei relativ

ORIGINAL INSPECTED

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stungen bewegt.

In der Pig. 1 ist ein Beispiel für ein Abgasnachverbren-

nungssystem nach der Erfindung dargestel^jj das System ist hier bei einem gewöhnlichen KraftfahrzeugverbrennungsmotorAngewendet;, der allgemein mit 10 bezeichnet ist. Der Motor 10 ist an eine Abgasleitung 22 angeschlossen, die wiederum mit einem Abgasreaktor 14 verbunden ist. Der Abgasreaktor lh besitzt J ein inneres Gehäuse 16 und ein äußeres Gehäuse Ϊ8. In dem inneren Gehäuse 16 sind mehrere Öffnungen 20 vorgesehen, um die Abgase in das äußere Gehäuse 18 einzuführen.

Es ist ein wichtiges Merkmal der Erfindung, daß ein Nebenabgasrohr vorgesehen ist, um die Abgase aus dem inneren Gehäuse 16 zur Atmosphäre zu führen, um effektiven und weichen Motorbetrieb zu erreichen, wenn das Fahrzeug bei relativ hohen Geschwindigkeiten oder unter hohen Belastungen gefahren wird. Wie

man aus der Fig. 1 ersieht, ist ein Hauptabgasrohr 22 an die ^ Wand des äußeren Gehäuses 18 angeschlossen, während ein Nebenabgasrohr 2k mit der Wand des inneren Gehäuses 16 verbunden ist. Die Abgasrohre 22 und 2M sind an unteren Enden miteinander verbunden und kommunizieren mit einem Auspufftopf. In dem ' Nebenrohr 2k ist ein Steuerventil 28 vorgesehen, das mit einem Hebel 30 versehen ist. Das Steuerventil 28 kann durch ein geeignetes Steuersystem geöffnet oder geschlossen werden, das im folgenden näher erläutert wird.

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Ein bevorzugtes Beispiel für das Steuersystem ist in der Fig. 2 gezeigt.' Dieses System besitzt ein Betätigungsorgan 32, das einen Zylinder 34 mit einer Strömungsmittelkammer 36» eine in der Strömungsmittelkammer 36 untergebrachte Feder 38 und einem verschiebbar in der Strömungsmittelkamraer 36 sitzenden Kolben 40 mit einer Kolbenstange 42 aufweist, die an den Hebel 30 angeschlossen ist. Die Strömungsmittelkammer 36 des Betäti-Il · gungsorgans 32 steht unterhalb der Vergaserdrosselklappe 44a über Leitungen 46 und 48 mit dem Vergaser 44 in Verbindung und dient dazu, den Kolben 40 in Abhängigkeit vom Ansaugleitungsunterdruck des Motors gegen die Wirkung der Feder 38 zu bewegen. Zwischen den Leitungen 46 und 48 ist ein Solenoidventil 50 eingeschaltet, das deren Verbindung steuert.

Das Solenoidventil 50 besitzt eine Solenoidspule 52, einen beweglichen Kern oder Plunger 54 und eine Ventilfeder 56. Der Plunger 54 befindet sich normalerweise in einer Lage, in der er

die Verbindung zwischen den Leitungen 46 und 48 unter der Wirkung der Ventilfeder 56 sperrt. *Ein Ende der Solenoidspule 52 ist an einen Zündschalter 58 über die Leitung 60 angeschlossen, die mit einer Energiequelle 62 verbunden ist. Das andere Ende der Solenoidspule 52 ist durch eine Leitung 68 über einen paral-. lelgeschalteten Unterdruckschalter 64 und Geschwindigkeitsschalter 66 geerdet.

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Der Unterdruckschalter 64 wird durch eine Membranvor- ' richtung 72 betätigt, die auf den Ansaugleitungsunterdruck des Motors anspricht. Die Membranvorrichtung 72 hat eine atmosphärische Kammer 74, welche zur offenen Luft über eine öffnung 76 ventiliert ist, sowie eine Unterdruckkammer 78, die mit der stromabwärtsgelegenen Seite des Vergasers 44 über eine Leitung 80 in Verbindung steht. Die Unterdruckkammer 78 ist von der atmosphärischen Kammer 74 durch eine Membran 82 hermetisch ge- , trennt, die mit Hilfe einer Verbindungsstange 84 fest mit dem Unterdruckschalter 64 verbunden ist. An der Membran 82 ist in der Unterdruckkammer 78 eine Druckfeder 86 befestigt, so daß die Membran und dementsprechend die Verbindungsstange 84 in Richtung auf eine Stellung gedruckt werden, in der der Unterdruckschalter 64 geschlossen ist. Die Kraft der Feder 66 ist so festgelegt,'daß sie einen vorbestimmten Wert von 0 bis -150 mmlig Überwindet, wie es beispielsweise in den Arbeitsbereichen B und C in Fig. 3 illustriert ist. Der Unterdruckschalter 64 wird normalerweise in einer Schließstellung gehalten; ^ sobald jedoch der Unterdruck an der stromabwärts gelegenen Seite des Vergasers den vorbestimmten Wert überschreitet und die Kraft der Feder 86 überwindet, wird der Schalter 64 geöffnet.

Der Qeschwindigkeitsschalter 66 ist über eine Leitung 88 an einen Qeschwindigkeitsdetektor 90 angeschlossen, der seinerseits mit einen an der Übertragungsanlage 94 sitzenden Oeschwin-

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digkeitsfühler 92 verbunden ist. Der Geschwindigkeitsfühler 92 wird durch ein geeignetes Geschwindigkeitsmeßritzel (nicht gezeigt) betätigt, um die Fahrzeuggeschwindigkeit zu erhalten, wobei eine entsprechende Wechselspannung geliefert wird. Die von dem Geschwindigkeitsfühler 92 gelieferte Wechselspannung wird an den Geschwindigkeitsdetektor 90 angelegt, der den Ge^ schwindigkeitsschalter 66 schließt, wenn die Spannung einen vorbestimmten Wert überschreitet. Zum Beispiel kann der Geschwindigkeitsdetektor 90 so eingestellt werden, daß er den Geschwindigkeitsschalter 66 schließt, wenn das Fahrzeug mit einer Geschwindigkeit über 80 Km/h gefahren wird, wie es in den Arbeitsbereichen oder Betriebsbereiten C und D in Fig. 3 angedeutet ist.

Mit dem Bezugszeichen 96 ist eine Düse bezeichnet, die Frischluft in den Reaktor I¹I liefert, um die Reoxydation oder Nachverbrennung von unverbrannten Gasen zu fördern. Die Düse steht über ein Einlaßrohr 98 mit einer geeigneten Luftpumpe (nicht gezeigt) in Verbindung» Arbeitet der Motor, unter Bedindungen, die dem Bereich A in Fig. 3 entsprechen, ist der Ansaügleitungsunterdruek höher als -ISO mmHg. Dementsprechend wird die Membran 82 der Membranvorrichtung 72 gegen die Wirkung der Feder 86 nach außen bewegt _t s© daß der Schalter 6H geöffnet wird. Da in diesem Fall die PaSarzeuggeschwindiglc©ifc^: niedriger" als 80 toa/h ist_fl befindet sich der Schalter 66 ifr'9£fettsteilung-.

Somit bleibt die Solenoidspule 52 entregt, so daß der Plunger 54 unter Kraft der Feder 56 in seiner zurückgezogenen Stellung verbleibt und die Verbindung zwischen den Leitungen 46 und 48 spert. Der Kolben 40 wird daher unter der Kraft der Feder 38 in seiner rechten Stellung gehalten, wodurch das Steuerventil 20 sich in seiner Schließstellung befindet.

Me 'durch die Abgasleitung 12 gehenden Abgase werden in j| das innere Gehäuse 16 des Beaktors 14 eingeführt _a wo die Reoxydation der ainverbrannten Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxyde stattfindet. Die auf diese Weise reox^dierten Abgase werden durch die Öffnungen 20 in das äußere Gehäuse 18 des Beaktors Ik geschickt und anschließend durch das Hauptrohr 22 in den Auspuff topf 26. Die für die Reoxydation der unverbrannten-Gase " notwendige Zusatzluft wird von der Luftpumpe durch das Einlaßrohr 98 und die Düse 96 in den Reaktor 14 eingeführt. Auf diese Weise können die unverbrannten Kohlenwasserstoffe und Kohlen- -

monoxyde in den Abgasen in wirkungsvoller Weise auf etwa ein drittel bis ein sechstel erniedrigt werden, wenn der Motor unter den Bedingungen arbeitet, die in den Bereich A gemäß • Fig. 3 fallen.

Wird der Ansaugleitungsunterdruck niedriger als der vor-. bestimmte Wert, niedriger zum Beispiel als -150 mmHg, nähert . eich der Unterdruck in der Kammer 78 der MembranVorrichtung 72

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dem Atmosphärendruck, so daß die Membran 82 durch die Kraft der Feder 86 nach unten bewegt wird, wodurch sich der Schalter 64 schließt. Zu diesem Zeitpunkt wird die Solenoidspule 52 erregt, so daß der Plunger 54 nach unten bewegt wird und eine Verbindung zwischen den Leitungen 46 und 48 hergestellt wird. Der Ansaugleitungsunterdruck wird daher durch die Leitungen 46 und 48 zu der Kammer 36 des Betätigungsorgans 32 geschickt, wodurch der Kolben 40 in der Zeichnung nach links verschoben und dadurch das Steuerventil 28 geöffnet wird. Dann werden die durch die Abgasleitung 12 geschickten Abgase in der Hauptsache durch das Nebenrohr 24 zu dem Auspuffrohr 26 geführt, so daß der sich aus dem Einsatz des Reaktors ergebende Druckanstieg wirkungsvoll vermindert wird. Somit kann der Motor mit hoher Leistung betrieben werden.

übersteigt die Kraftfahrzeuggeschwindigkeit einen vorbestimmten Wert, der beispielsweise 80 km/h sein kann, ermittelt der Detektor 90 die Geschwindigkeit und schließt den Schalter 66, so daß die Solenoidspule 52 erregt wird. Dementsprechend wird das Steuerventil 28 in der vorbeschriebenen Weise geöffnet. Die in das äußere Gehäuse 18 abgegebenen Abgase können in der Hauptsache über die Nebenleitung 24 in den Auspufftopf 26 strömen» so daß der unerwünschte Druckanstieg beseitigt wird. In den Betriebsbereichen B, C und D, bei denen die Rückverbrennung der Abgase nicht so sehr wichtig ist, können jeweils einer oder beide der Schalter 64 und 66 geschlossen werden« um das Steuerventil

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se in dem Nebenrohr 2*1 zu öffnen. Dies gewährleistet wirkungsvolle Förderung der Motorleistung.

Aus der Vorbeschreibung ergibt sich, daß erfindungsgemäß die Abgase mit minimaler Verminderung der Motorleistung und der Lebensdauer des Reaktors in wirkungsvoller Weise gereinigt werden können*

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Claims

Patentansprüche

yAbgasnachverbrennungssystem für Kraftfährzeug-Verbrennungsmotoren, gekennzeichnet durch einen Reaktor (IA) für das Oxydieren von Abgasen, der ein inneres Gehäuse (16) und ein äußeres Gehäuse (18) aufweist, durch ein an das äußere Gehäuse des Reaktors angeschlossenes Hauptabgasrohr (22) und durch ein an das innere Gehäuse des Reaktors angeschlossenes Nebenabgasrohr (24), durch eine in dem Nebenabgasrohr angeordnete Steuerventileinrichtung (28) für das Steuern des Strömungswegs der Abgase sowie durch eine Steuereinrichtung (32,50,66,72) für das öffnen und Schließen des Steuerventils in Abhängigkeit von Änderungen der Fahrzeuggeschwindigkeit und des Ansaugleitungsunterdrucke des Motors.
2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung*ein Betätigungsorgan (32) aufweist, da© stromabwärts der Drosselklappe mit einem Vergaser (HH) in Ver-

bindung steht und durch ien AneaugleitungsunterdFUck betätigbar ist, daß ferner zwischen dem Betätigungsorgan und dessen Yer-

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gaseranschluß ein Solenoidventil (50) vorgesehen ist, um die gegenseitige Verbindung zu steuern, während an das Solenoidventil ein Unterdruckschalter (72) elektrisch angeschlossen ist, um den Einsatz des Solenoidventils zu steuern, wobei der Unterdruckschalter durch den Ansaugleitungsunterdruck betätigbar ist, und daß ferner ein Geschwindigkeitsschalter (66) vorgesehen ist, der auf die Fahrzeuggeschwindigkeit anspricht und zu dem Unterdruckschalter parallel geschaltet ist, wodurch das Solenoid- (4 ventil in Abhängigkeit vom Ansaugleitungsunterdruck und von der Fahrzeuggeschwindigkeit betätigt wird, um das Betätigungsorgan zu betreiben.

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