DE2037418C3 - Abgas-NachVerbrennungsanlage für Fahrzeug-Brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

Hauptabgasleitung und das innere Gehäuse über die Nebenleitung mit einem Auspufftopf verbunden ist

Die trfindung bezieht sich auf eine Abgas-Naeh- und daß das Ventil in der Nebenleitung mit Hilfe Verbrennungsanlage für Fahrzeug-Brennkraftmaschi- 40 einer Schaltung derart betätigbar ist, daß es nur dann nen, deren Nachorennkammer mit einer Nebenlei- öffnet, wenn deren einer Schalter oberhalb eines betung versehen ist, in der sich ein in Abhängigkeit von stimmten Drucks in der Ansaugleitung des Motors Betriebskenngrößen betätigbares Auf-Zu-Ventil be- und/oder deren anderer Schalter oberhalb einer befindet, stimmten Fahrzeuggeschwindigkeit schließt.

Es ist eine Abgas-Nachverbrennungsanlage dieser 45 Bei dieser Ausgestaltung werden zunächst alle Ab-Art bekannt, bei der das Ventil bei Leerlauf oder gase in das innere Gehäuse geführt so daß sie unter beim Bremsen schließt, so daß die gesamten Abgase ailen Fahrbedingungen zu einem gewissen Grad oxydurch die Nachbrennkammer gehen, während bei diert werden. Wird das Ventil der Nebenleitung gevoll geöffnetem Ventil die Abgase an der Nach- schlossen fließen die Abgase aus dem inneren Gebrennkammer vorbei ohne Oxydation zur Atmo- 50 häuse zur weiteren Oxydierung in das äußere Gesphäre abströmen. In diesem bekannten Fall dient häuse. Nach einer solchen Volloxydierung wanc'ern die Nebenieitung im wesentlichen dazu, einen kleine- die Abgase durch den Auspufftopf nach außen. Dieren Anteil des Abgasstroms so zu leiten, daß die für scr Fall tritt ein, wenn das Fahrzeug unter Bedingundie Nachverbrennung notwendige Luftmenge in opti- gen gefahren wird, unter denen sich in den Abgasen maler Weise gesteuert wird. Bei offenem Ventil wan- 55 ein hoher Anteil an unverbrannten Bestandteilen bedern somit die Abgase ohne jegliche Beseitigung der findet, z. B, bei schwerer Belastung oder bei relativ darin enthaltenen giftigen Bestandteile ins Freie. langsamer Geschwindigkeit. Demgegenüber ist das

Es ist eine andere Abgas-Nachverbrennungsanlage Ventil bei voller Belastung und hoher Geschwindigbekannt, bei der ein katalytischer Umwandler vorge- keit geöffnet, so daß die Abgase vom inneren Gesehen ist, der in zwei Einheiten unterteilt ist, um 60 häuse unmittelbar in die Nebenleitung strömen. Der einen zu großen Platzbedarf in der Nähe der Brenn- Oxydationsgrad ist hier auf ein Maß beschränkt, bei kammer zu vermeiden. Die beiden katalytischen Um- dem die Fahrleistung nicht verschlechtert wird. Eine wandler sind über je eine Nebenle'tung umgehbar, in solche Anordnung und Ausgestaltung der Nachdenen jeweils ein Ventil vorgesehen ist, das in Ab- brennkammer führt zu einem nur begrenzten Platzhängigkcit von der Temperatur im katalytischen Um- 65 bedarf nahe der Hauptabgasleitung, da das innere wandler und von Motorbetriebsbedingungen geöffnet Gehäuse koaxial zum äußeren Gehäuse sitzt. Ferner wird. So werden die Ventile z. B. bei hoher Motorbe- wird erreicht, daß die bei der Nachverbrennung der lastung und sich dabei möglicherweise ergebender zu Abgase auftretenden Geräusche gedämpft werden.

Und /w!tr werden die Abgase plüi/lieh entspannt und zwar sowohl dann, wenn sie 'durcl ei hSgTiS en Ouerschmt, des Ahgnssunzens in das inncfc ct !. ι e Mh men, als auch dann, wenn sie aus d.u innre Gehabe in das äußere Gehäuse eintreten, so dß er akustische Druck gedämpf, wird. Schließlich arbeitet das äußere Gehäuse als Wärmeisolierung für das innere Gehäuse, mn die dort herrschende Ab- ^asieniperatur i\ " '

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des Ventils mit Hilfe eines

. . Ansaugleitung ansprechenden

:h-«lters und einen auf die Fahrzeuggeschwindigkeit

!sprechenden Schalters gewährleistet optimale und zuverlässige Steuerung des Ventils sowohl in Abhängigkeit von der Molorbelasiung als auch in Abhängigkeit von der Motordrehz.ahl.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand schematicher Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer erimdungsgemäßcn Abgas-Nachve, brennungsanlage:

Fig. 2 ist eine schematische Ansicht einer Steuereinrichtung für die Abgas-Nachverbrennungsanlage nach Fi g 1; to

Fig. 3 zeiat in graphischer Darstellung ein Beileil betrieben wird (Bereich A), während in den außerhalb dieses Bereich¹; liegenden Bereichen B. C. P die Niichvcrbrennungsanlage nicht notwendig ist, so daß in diesen Bereichen die ywangläul'ig sich durch eine Nachverbrennungs'tnlage infolge des Staudrucks der Abgase ergebende Leistungsminderung vermieden werden kann.

In der Fig 1 ist ein Beispiel für eine Abgan-Nachverbrennungsanlage nach der Erfindung bei einem

ίο gewöhnlichen Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotor 10 dargestellt; sie enthält eine Nachverbrcnnungseinrichfmg 14, die durch Abgasstutzen 12 an die einzelnen Zyl'ndei des Motors angeschlossen ist und ein inneres Gehäuse 16 und ein äußeres Gehäuse 18 auf-

1.5 weist. Im inneren Gehäuse 16 sind mehrere Öffnungen 20 vorgesehen, durch die die Abgase in das äußere Gehäuse 18 gelangen. An die Wand des äußeren Gehäuses 18 ist eine Hauptabgasleitung 22 angeschlossen, während eine NebenJeitung 24 mit der Wand des inneren Gehäuses 16 verbunden ist. Die Abgasleitungen 22 und 24 sind am stromabwärtigcn Ende miteinander verbunden und gemeinsam an einen Auspufftopf angeschlossen, in der Nebenlci-

. . j-Ai"' "" ^ö *"" "^¹' ^tun£ ^{24 ist ein} S^teu^erventil 28 mit einem Stellhebel

spiel tür den Arbeitsbereich der erfindungsgemäßen 25 30 vorgesehen, das durch eine im folgenden näher . sbgas-Nachverbren-ungsanlage. erläuterte Steuereinrichtung betätigbar ist.

In der nachfolgenden Tabelle ist der Anteil an un- Ein bevorzugtes Beispiel für diese Steuereinrich-

verbrannten Kohlenwasserstoffen (CH) und Kohlen- lung ist in Fig. 2 gezeigt. Sie weist eine Stellvorrich- - .tin (CO) in den Abgasen von Kraftfahrzeug- king 32 auf, die einen Zylinder 34 mit einer Steuerin Abhängigkeit vom Arbeitsbereich des 30 mittelkammer 36, eine in dieser untergebrachte Fei die Angaben fü,- die Berei- der 38 und einen verschiebbaren Kolben 40 mit einer

Kolbenstange 42 umfaßt, die an den Hebel 30 angeschlossen ist. Die Steuermittelkammer 36 steht über Leitungen 46 und 48 mit dem Vergaser 44 stromab der Vergaserdrosselklappe 44 a in Verbindung und dient dazu, den Kolben 40 in Abhängigkeit vom Unterdruck in der Ansaugleit mg 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 hat eine Solenoidspule 52, einen beweglichen Kern 54 und eine Ventilfeder 56.

Die Taoelle zeigt, daß der Anteil an ·:πverrann- Der Kern 54 befindet sich normalerweise in einer ten Gasen während der Arbeitsbereiche ti. Γ und D Lage, in der er die Verbindung zwischen den Leitunnicnt so bedeutsam ist wie wäh^nd des A beitsbe- 45 gen 46 und 48 unter der Wirkung der Ventilfeder 56 reicbs/1, bei dem das Kraftfahrzeug mit einer 'Je- sperrt. Ein Ende der Solenoidspule 52 ist über die schwindigkeit zwischen 0 und 80 km/h gefahren wird Leitung 60 und einen Zündschalter 58 mit einer unü der Ansauglcitungsdruck des Motors zwischen Energiequelle 62 verbunden. Das andere Ende der -550 bis-150 mm Hg liegt. Solenoidspule 52 ist durch eine Leitung 68 über

Aus der Fi e 5 wird also deutlich, c':iß unver- 50 einen parallclgeschalteten Unterdruckschalter 64 und brannte Bestunuteile in den Abgasen insbesondere parallel dazu über einen Geschwindigkeitsschalter 66 dann vorhanden sind, wenn das Fahrzeug mit einer geerdet.

relativ niedrigen Geschwindigkeit fährt und/oder der " Der Unterdruckschalter 64 wird durch eine Mem-Unterdruck in der Ansaugleitung relativ hoch ist, branvorrichtung 72 betätigt, die auf den Unterdruck d. h. die Vergaserdrosselklappe rel.itiv weit gcschlos- 55 in der Ansaugleitung des Motors anspricht. Die sen ist und sich dadurch hinter der Drosselklappe ein Membranvorrichtung 72 hat eine über eine öffnung größerer Unterdruck aufbaut. Je weiter die Drossel- 76 zur Umgebung hin führende Kammer 74 sowie klappe geöffnet wird, d. h. je mehr sich der Unter- eine Unterdruckkammer 78, die über eine Leitung 80 druck dem atmosphärischen Druck nähert, je größer mit der stromabwärts gelegenen Seite des Vergasers also die derr Motor zugeführte Kraftstoffmenge /ur 60 44 in Verbindung steht. Die Unterdruckkammer 78 Erzielung hoher^Leistungjsi. desto mehr nimmt ckr ist von der atmosphärischen Kammer 74 durch eine ι . ~ .. . Membran 82 hermetisch getrennt, die mit Hilfe einer

J]

TO^, 8^{n fü}' ^{die Berei}

den Flachen/i bis/) in Fig.3 ^ntsnre-

Arbeilsbeicich des M'ilur-	C H 1 ppmJ	COCn)
Bereich A	80 bis 300 unter KiO unter SO unter 80	0,1 bis 2 unter 0,2 unter 0,2 unter 0,1
Bereich B
Bereich C
Bereich D

Anteil an unverbrannten Besiandtt'Vn in den Abgasen db, wobei vernachlässigbare '» :unreinigung der Abgase jedoch nur dann erreicht wird, wenn auih die Fahrzfugccscliwindigkeit relativ hoch isi. I
braucht daher eine \bgas-Nachverb;cnnung>ar.Iag₁.

Verbindungsstange 84 fest mit dem Unterdruckschalter 64 verbunden ist. An der Membran 82 ist in der Unterdruckkammer 78 eine Druckfeder 86 befestigt,

_{σ D}. so daß die Membran und dementsprechend die Ver-

nur dann wirksam zu werden, wenn das Fahrzeug bei bindungsstange 84 in Richtung auf eine Stellung gegeringer Motorleistung und niedriger fieschwin«¹!"- drückt werden, in der der Unterdruckschalter 64 ge-

schlossen ist. Die Krafl der I-eder 86 ist so festgelegt, ö'aVi sie einen vorbestimmten Wert von 0 bis - 150 mm Hg überwindet, wie es beispielsweise für die Arbeitsbereiche// undC in Fig. 3 dargestellt ist. Der Unterdruckschalter 64 wird normalerweise in 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 Schaller 64 geöffnet.

Der Gcschwindigkcitssclialter 66 ist über ei:!'- Leitung 88 an einen Gcschwindigkcitsgcbcr 90 ange schlossen, dei mit einem am Getriebe 94 sitzenden Gcschwindigkeitsfühler 92 verbunden ist. Der Ge schwindigkeilsfühler 92 wird durch ein Gescitwindig kcits-Mcßrilyxl (nicht gezeigt) betätigt, urn die Fahr -Zeuggeschwindigkeit zu erhallen, wobei eine entspre chendc Wechselspannung geliefert wird. Die vom Geschwindigkcilsfühlcr 92 gelieferte Wrchsclspan nung wird an den Geschwindigkeitsgeber 90 ange legt, der den Gcschwindigkcitsschafter 66 schließt. wenn die Spannung einen vorbestimmten Wert über schreitet. Zum Beispiel kann der Gesell wmdigkcits geber 90 so eingestellt werden, daß er den Gcscliwindigkeitsschalter 66 schließt, wen» das I-ahr/rug mil einer Geschwindigkeit von über KO km Ii gefahren wird, wie es in den Arbeitsbereichen Γ und/) in F i g ¹I angedeutet ist

Mittels einer Düse 96 wird frischluft in die Nach vcrbrcnnungseinrithtuiig 14 geliefert, um die Nach verbrennung von unverbrannlen (i.isen zu fordern Die Düse 96 steht über ein Finlaßrohr 98 mil einer Luftpumpe (nicht gezeigt) in Verbindung Arbcikt der Motor unter Bedingungen, die dem Bereuh Λ in f· i U .1 entsprechen, ist der Ansauglcilungsunict druck großer als 150 mm Hg Dementsprechend winl da- Membran 82 der Membranvorri« htung 72 gegen die Wirkung der feder 86 nach <itißcn bewegt so daß der Schilller 64 geöffnet wird Da in diesem f all die I alir/cuggcsdiwindigkcit niedriger al·· wikmh i;t. befindet sich der Schalter 66 in Off einteilung So mit bleibt die SolenonJspuk· 52 cnircgt. so d.iLi dir Kern 54 unter der Kraft der feder 56 in sc-incr /u rückge/ogcncn Stellung u-iblcibi und die VVrhm duni» /wischen den Leitungen 46 iirul 48 spei rl Der Kolben 40 wird daher unter der Krafl der f<-dcr 3K in seiner rechten Stellung gehalten wodurch da-Steuerventil 20 sich in seiner Schließstellung Nfmdel

Durcli die Abgasslulzcn 12 werden die Abgase in das innere Gehäuse 16 der Nachvcrbrcnnungsein- i richtung 14 eingeführt. Die nachverbrannten Abgase werden durch die Öffnungen 20 in das äußere Gehiiusc 18 der Nachverbrennungseinrichtung 14 und anschließend durch die Hauptabgaslcitung 22 in den Auspuff topf 26 geschickt. Die für die Nachverbrennung notwendige Zusatzluft wird von der Luftpumpe durch das Birilaßrohr 98 und die Düse 96 in die

ίο Nachvcrbrennungseinrichtung J4 eingeführt. Auf diese Weise können die unverbrannten Kohlenwasserstoffe und Kühleiimonoxydc in den Abgasen auf etwii ein Drittel bis ein Sechstel erniedrigt werden, wenn der Motor unter den Bedingungen arbeitet, die

J5 in dun Bereich A gemäß F i g. 3 fallen.

Wird der Ansaugleilungsunterdruck niedriger als der vorbeslimmtc Wert, /.. ti. niedriger als 150 mm Hg. nähert sich der Unierdruck in der Kammer 78 der Mcmuranvorrichtung 72 dem Almosphärcn-

druck, so daß die Membran 82 durch die Kraft der Feder 86 nach unten bewegt wird, wodurch sich der Schalter 64 schließt Dann wird die Solcnoidspulc 52 erregt, so daß der Kern 54 nach unten bewegi und damit cmc Verbindung /wischen den Innungen 46

-35 und 48 hergestellt wird Der Ansaugleiliingsunlcr druck wird daher durch die Leitungen 46 und 48 zur Kammer 36 der Stellvorrichtung 32 geschickt, wo durch der Kolben 40 in der /cichnung nach links verschoben und dadurch das Steuerventil 28 geoffnei wird Dann werden die durch die Ablasstut/en 12 geschickten Abgase vorwiegend durch die Niebcnlci lung 24 /um Auspufflopf 26 «.'efiihrt. so daß cm Druckanstieg in der Vaclivcrbrcnnungseinriihiung verhindert wird Somit kann der Molor mn !■■ >ht τ 1 i-isiuitp beirii-beri werden

( hcrsiefgi «lic Krafffalu/c-uggcscliwindipki-ti ι ιπ· viirhtstimmten Wert, der beispielsweise- XD km Ii stm kann schließt <ler (leschwindigkciisgeber 90 (U Schalter 66 <o d.iß dir Solcnoidspulc 52 «-rrcgi wir Dcmenispr-iru-nd wird das Steuerventil 28 i' ■!■ vorhcsctirii-bcncn Weise geöffnet Die in das .iu ^l< Gch.ius. 18 jbgegebcncn Abgase können ti.«tir> f. ii-nieiis ui'i 1 tiic NcHcniciiurig 24 in den \u-|" \'·ι< 26 Aromen, so daß ein unerwünschlcr Druik.n tt verhindert wird In den Bctricbsbt-reielu'n Il until), bei denen die Nachverbrennung 'Ic; \'d,t ni< tu so wichtig ist. kann jeweils einer oder heuK <i Schalter 64 und 66 geschlossen werden um das Ktc· ervenfil /ti cffncn

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

starker Erhitzung des Katalysators oder bei hoher Patentansprüche: Drehzahl geöffnet, so daß die Abgase ohne jegliche Oxydation unter Umgehen der katalytischen Um-

1. Abgas-Nachverbrennungsanlage für Fahr- wandler zur Atmosphäre abströmen,
zeug-ßrennkraftmaschinen, deren Nachbrern- S Schließlich ist eine Abgas-Nachverbrcnnungsankammer mit einer Nebenleilung verschen ist. in luge bekannt, bei der sich die Abgasleitung in zwei der sich ein in Abhängigkeit von Betriebskenn- Zweige gabelt, von denen einer einen Nachbrenner größen betätigbares Auf-Zu-Ventil befindet, da- einhält, wobei in Abhängigkeit von Betricbsbcdindurch gekennzeichnet, daß die Nach- gungen mit Hilfe des Ventils eine Umschaltung des brennkammer (14) aus einem an die Motorabgas- io Abgasstroms von der einen Leitung zur anderen erstutzen (12) angeschlossenen zylindrischen inne- folgt. Auch in diesem Fall werden im Grenzfall die ren Gehäuse (16) und einem mit diesem in Strö- gesamten Abgase ohne jegliche Nachverbrennung in mungsverbindung stehenden umschließenden, ko- die Atmosphäre ausgestoßen.

axial-zylindrischen äußeren Gehäuse (18) be- Bei allen dieser ^Kannten Anlagen werden also

steht, daß das äußere Gehäuse über eine Haupt- 15 die Abgase unter . .iii. nten Bedingungen nahezu

abgasleitung (22) und das innere Gehäuse über vollstäiiuig an der Γ !brennkammer bzw. dem ka-

die Nebenlejtung (24) mit einem Auspufftopf lalytischen Umwandler vorbeigeführt, wenn die Mo-

(26) verbunden i" unu daß das Ventil (28) in der toi belastung einen bestimmten Wert erreicht oder

Nebenleitung mit Hilfe einer Schaltung derart be- wenn das Fahrzeug schnell fährt. Es werden dadurch

tätigbar ist. daß es nur dann öffnet, wenn deren zo erhebliche Mengen η unvcibiannten Bestandteilen

Schalter (72) oberhalb eines bestimmten Drucks der Abgase an die , ^mosphäre abgegeben. Darüber

in der Ansaugleitung des Motors und/oder deren hinaus ist keine exakte Erfassung gerade derjenigen

Schalter (66) oberhalb einer bestimmten Fahr- Iviotorbetriebsbereiche möglich, in denen die größten

Zeuggeschwindigkeit schließt. Mengen unverbrannter Bestandteile in den Abgasen

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekenn- 25 enthalten sind.

zeichnet, daß das Ventil (28) eine Stellvorrich- Aufgabe der Erfindu:),· ist es, eine Abgas-Nach-

iung (32) aufweist, die mit der Ansaugleitung verbiennuugsanlage der eingangs beschriebenen Gatstromab der Drosselklappe (44 a) des Vergasers tung zu schaffen, die unter allen Betriebsbedingun-(44) über ein Solenoidvt/itil (50) in Verbindung gen die Beseitigung unverbrannter Bestandteile in steht, das durch den an der gleichen Stelle der 30 den Abgasen gewahrleistet.

Ansaugleitung angeschlossenen Schalter (72) Diese Aufgabe ist dadurch gelöst, dal. die Nach-

und/oder den an das Motorgetriebe (94) ange- brennkammer aus einem an die Motorabgasslutzen schlossenen Schalter (66) betätigbar ist. angeschlossenen zylindrischen inneren Gehäuse und

einem mit diesem in Strömungsverbindung stehenden 35 umschließenden, koaxial-zylindrischen äußeren Ge-

häuse besteht, daß das äußere Gehäuse über eine