DE2135206A1

DE2135206A1 - Auspuffeinnchtung fur Brennkraft motor

Info

Publication number: DE2135206A1
Application number: DE19712135206
Authority: DE
Inventors: auf Nichtnennung P Antrag
Original assignee: Automobiles Peugeot, Paris, Regie Nationale des Usines Renault, Billan court, (Frankreich)
Priority date: 1970-08-04
Filing date: 1971-07-14
Publication date: 1972-02-17
Also published as: FR2102452A5; DE2135206C3; DE2135206B2; GB1292255A

Description

Potentanwfttte DIpJ. in ^. Π. Ώ H EvT Z ββη.

DIpWn-. '-<■■ AMP.^cHT 62-17.29ΟΡ 14.1.1971

Dr.-5ng. ί<. Ξ E E T Z Jr,
M ü η cha η 22, Stoinsdorfetr. 10 L I O 0 C U U

AUTOMOBILES PEUGEOT, Paris, (Frankreich)

und

REGIE NATIONALE DES USINES RENAULT, Billancourt

(Frankreich)

Auspuffeinrichtung für Brennkraftmotor

Die Erfindung bezieht sich auf eine Auspuffeinrichtung für einen Brennkraftmotor, die eine Auspuffleitung und eine Verdrängerpumpe umfaßt, welche mit einer der Motordrehzahl proportionalen Drehzahl angetrieben ist und Zusatz-Verbrennungsluft in die Auspuffleitung einspeist.

Das Einspeisen von zusätzlicher Verbrennungsluft in die Auspuffleitung von Brennkraftmotoren hat den Zweck, eine Nachverbrennung bestimmter Schadstoffe zu bewirken, wie Kohlenmonoxyd und unverbrannte Kohlenwasserstoffe.

Es ist bekannt, daß eine der Maßnahmen zur Verringerung des Anteile gewisser schädlicher Gase, die von den Brennkraftmotoren ausgestoßen werden, darin besteht, diese Gase zu oxydieren; das bedingt das Einführen einer zusätzlichen Luftmenge in die Auspuffleitung, mit der der notwendige Sauerstoff zugeführt wird. Bei bestimmten bekannten

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Auspuffeinrichtungen wird die Luft von einer Kreisel- oder anderen Pumpe geliefert, die ihrerseits entweder unmittelbar von dem Motor oder unter Ausnutzung der Wirkung der Druckdifferenz zwischen der äußeren Atmosphäre und den Gasen innerhalb der Ansaug- oder Einlaßleitung angetrieben wird. Im ersten Fall ist die eingespeiste Luftmenge proportional zur Drehzahl des Motors, aber die Einspeisung trägt nicht der Drehmomentbelastung, die auf den Motor einwirkt, Rechnung und berücksichtigt deshalb nicht die Änderung der gesamten Abgasmenge des Motors und xn dem ähnlichen Maße W auch der Schadstoffe, die in den Abgasen enthalten sind. Daraus folgt, daß jeweils in unterschiedlichen Betriebsfällen die Luftmenge ungenügend sein kann, um die Schadstoffe zu oxydieren oder daß zuviel Luft eingespeist wird, was zu einer Verringerung der Temperatur der Mischung bis unter die Entflammbarkeitsgrenze führen kann, bei der die Nachverbrennung gerade noch ohne zusätzliche künstliche Maßnahmen, wie Zündkerzen oder Katalysatoren, möglich ist.

Xm zweiten Fall hängt die Menge der eingespeisten Luft von dem Unterdruck ab, so daß sie bei voller Last und weit geöffneter Drosselklappe des Motors praktisch Null ist, fc während gerade bei diesem Betrieb in absoluten Werten die größte Schadstoff menge mit den Auspuffgasen ausgestoßen wird.

Bei anderen Auspuffeinrichtungen dringt die Luft in die Auspuffleitung unter der Wirkung eines Unterdruckes ein, der durch eine Venturidüse geschaffen wxrd. Damit in diesem Fall die Auspuff-Pulsationen genügend gedämpft sind, Muß man die Luft verhältnismäßig weit entfernt von den Auslaßventilen einführen, so daß sich die dabei erhaltene Mischung

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auf einer niedrigen Temperatur befindet, die keine selbsttätige Nachverbrennung ermöglicht. Man muß dann zusätzlich Zündkerzen oder Katalysatoren vorsehen. Außerdem bleibt die eingespeiste Luftmenge unter sämtlichen Betriebsbedingungen des Motors proportional zur Menge der Auspuffgase, während der Anteil der Schadstoffe sich recht: erheblich in Abhängigkeit von der Belastung ändert.

Man weiß nun, daß einerseits der Durchsatz an Auspuff-

gasen im wesentlichen proportional zur Drehzahl des Motors und zum absoluten Druck in der Motoransaug- oder Einlaßleitung ist und daß außerdem der Anteil an Kohlenoxyd und unverbranntem Kohlenwasserstoffen in den Auspuffgasen um so größer wird, je größer der Unterdruck in der Einlaßleitung ist, oder mit anderen V/orten gesagt; je kleiner dort der absolute Druck ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die oben geschilderten Nachteile zumindest weitgehend zu beseitigen und eine Auspuffeinrichtung zu schaffen, dxe es gestattet, in die Auspuffleitung die jeweils notwendige und ausreichende Luftmenge einzuspeisen, entsprechend der jeweiligen Drehzahl und Belastung des Motors, damit in allen Fällen eine Mischung erhalten wird, welche die günstigsten oder idealen Bedingungen für eine Oxydation durch spontane Verbrennung ohne Mangel oder Überschuß an Sauerstoff ergibt.

Gegenstand der Erfindung ist demnach eine Auspuffeinrichtung für einen Brennkraftmotor, die eine Auspuffleitung und eine Verdrängerpumpe umfaßt, welche mit einer der Motordrehzahl proportionalen Drehzahl angetrieben ist und Zusatz-Verbrennungsluft in die Auspuffleitung einspeist;

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die erfindungsgemäße Einrichtung ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß der Verdrängerpumpe (S) eine Umlaufleitung (12, 13) parallel geschaltet und j 11 diese ein steuerbares Abschlußorgan (26; 50) eingebaut ist., das in Abhängigkeit von dem in der Mo toreml aßLei rung (5) herrschenden Unterdruck gesteuert wird.

Eine derartige Auslegung macht es möglich, selbsttätig in Abhängigkeit von der Drehzahl und der Belastung des Motors die zusätzliche Luftmenge, die in die Auspuffleitung eingespeist wird, automatisch zu regeln, wie sich dies aus der folgenden Beschreibung einiger in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele ergeben wird; in der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine schematische Gesamtdarstellung eines Motors mit einer erfindungsgemaßen Auspuffeinrichtung ;

Fig» 2 eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines Ausi'ührungsbeispiels des Liif tmerigenreglers, der in die erfindungsgemäße Einrichtung eingebaut ist;

Fig. 3 und h Darstellungn analog zur Darstellung nach Fig. 2 von Ausführungsvarianten des Reglers.

Die Gesamtdarstellung nach Fig. 1 zeigt einen Motor, der über einen Luftfilter 2, einen Vergaser 3, mit einer Drosselklappe 4 und eine Ansaug- oder Einlaßleitung 5 mit Luft gespeist wird. Der Austritt der Abgase erfolgt über

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_ 5 —

eine Auspuffleitung 6 und eine Nachverbrennungsvorric.htung 7 eines bekannten Typs, die diu Aufgabe hat, eine Oxydation der Schadstoffe, wie Kohlenoxyd und unverbt'annte Kohlenwasserstoffe, durch spontane Verbrennung zu bewirken,

Eine volumetrische oder Verdränger-Punipe 8 wird mechanisch von der Kurbelwelle 9 des Motors angetrieben; diese Pumpe 8 saugt Luft über das Luftfilier 2 und eine Leitung 10 an und drückt die Luft über eine Förderleitung 11 in die Auspuffleitung 6 vor dem Nachverbrennungsgerät 7, möglichst dicht hinter den Auslaßventilen, die nicht dargestellt sind.

Zu der Pumpe ist ο ine UmJ auf .1 ei tu ng aus den Rohren 12,

13 vorgesehen, die parallel zu der Pumpe 8 die Ansaugleitung 10 und die Förderleitmig 11 miteinander verbinden. In dieser Umlaufleitung ist eine Abschluß- und Regelvorrichtung

14 eingebaut, die es möglich macht, den Durohtrittsquerschnitt der Verbindung zwischen den Rohren 12 und 13 in Abhängigkeit von dem Unterdruck in der Motoreinlaßleitung zu ändern; dieser Unter- oder Steuerdruck wird über eine Leitung 15 kurz hinter der Vergaser-Drosselklappe k entnommen, Der Unterdruck an dieser Stelle i->t ein Maß fur die Belastung des Motors.

In der Fig. 2 ist ein erstes Ausführungsbeispiel der Regelvorrichtung i4 dargestellt. Es umfaßt im wesentlichen , zwei Zylinder 16 und 17» die miteinander über Flansche i6a, 17a verbunden sind und starr an einen im Durchmesser vergrößerten Abschnitt 18 eines die Umlauf1 eitungsteile 12 und 13 verbindenden Gehäuses angeschlossen sind.

Eine einstülpbare Membran 19, die auch "Stülpmembran¹¹

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genannt wird, ist in ihrer MLtte mittels einer Schraube zwischen einem glockenförmigen Bauteil 21 und einer Hai teplatte 22 festgelegt; an ihrem Umfang ist diese Membran zwischen die Flansche der beiden Zylinder 16 und 17 eingespannt. Der Zylinder 16 begrenzt zusammen mit der Membran 19 eine abgeschlossene Kammer 23» diR über einen Anschlußstutzen 2k mit der Leitung 15 für die Entnahme des Unterdruckes aus der Motor-Einlaßleitung verbunden ist. Der Zylinder I7 hat eine weite Öffnung 25, so daß die der geschlossenen Kammer 23 gegenüberliegende Fläche der Membran 19 dauernd dem atmosphärischen Außendruck ausgesetzt ist.

In dem erweiterten Abschnitt 18 der Leitung 13 ist eine Regelklappe 26 angeordnet, die fest mit einer Kurbel bzw. einem Arm 27 verbunden ist, der in den Zylinder 17 durch dessen Öffnung 25 hineinragt. Dieser Arm 27 endet in einem Auge 28, in das ein Haken 29 der Schraube 20 und auch das umgebogene Ende einer Feder 'J>0 eingreifen, die ihrerseits über ihr anderes Ende an einem Gewindebolzen 31 befestigt ist. Dieser Bolzen geht durch den Boden des Zylinders 17 hindurch und wird an diesem Boden durch eine Einstellmutter 32 gegen die Kraft der Zugfeder 30 abgestützt. Die Membran 19 und die Feder 30 üben einander entgegengesetzte Zugkräfte auf den Arm 27 aus, was zu einer Gleichgewichtseinstellung führt und auch jede andere zusätzliche Führung der Membran unnötxg macht. Wenn in der Kammer 23 kein Unterdruck vorhanden ist, herrscht die ¥ir- kung der Feder 30 vor, die Regelklappe 2o wird im Anschlag in ihre Schließstellung gehalten.

Die Wirkungsweise ergibt sich wie folgt;

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Die Verdrängerpumpe 8, die von der Kurbelwelle 9 des Motors aus angetrieben wird, fördert Luft mit einer Fördermenge oder einem Durchsatz, der proportional zur Drehzahl des Motors ist. Ein Teil dieser Luft wird über die Förderleitung 11 in die Auspuffleitung 6 eingespeist, um zur Nachverbrennung der Abgase bzw. der Schadstoffe in ihnen zu dienen. Ein anderer Teil der Luft wird über die Umlaufleitungen 12 und 13 zurück in die Ansaugleitung 10 der Pumpe 8 geführt. Das Verhältnis zwischen diesen beiden Luftmengen bzw. Luftdurchsätzen hängt von der Stellung der Regelklappe 16 ab.

Wenn die Motordrosselklappe h ganz offen ist, d. h. bei voller Last des Motors, Lst der Unterdruck in der Motoreinlaßleitung 5 sehr gering, und infolgedessen befindet sich die Regelklappe 26 in ihrer Schließstellung. Die gesamte Luftförderung der Pumpe 8 wird dann in dxe Auspuffleitung 6 eingespeist.

Wenn der Unterdruck in der Motoreinlaßleitung 5 wegen eines teilweisen Schließens der Motor-Drosselklappe h zunimmt, wird die Membran 19 gegen die Wirkung der Feder 30 in die Kammer 23 hineingezogen. Dann öffnet sich die Regelklappe 26, und ein Teil der von der Pumpe 8 geförderten Luft wird zurück in die Ansaugleitung 10 geführt, wodurch sich die Menge der in die Auspuffleitung eingespeisten Luft verringert. Diese Verringerung ist vorzugsweise wesentlich geringer als diejenige, die einer Proportionalität der Durchsätze an Luft und Auspuffgasen entspricht, um der Zunahme der Anteile an Kohlenoxyd und unverbrannten Kohlenwasserstoffen Rechnung zu tragen, die bei einem Drosseln des Motors anteilmäßig zunehmen.

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Im Grenzfalle, bei sehr starken Verzögerungen des Kraftfahrzeugs, wenn der Anteil unverbrannter Kohlenwas- * serstoffe in den Auspuffgasen groß wird, darf man die Menge der eingespeisten Luft nicht mehr verringern, und das Öffnen der Regelklappe 26 wird durch das Anschlagen oder Anlegen der Glocke 21 an den Boden des Zylinders 16 begrenzt.

Da andererseits die sehr hohen Drehmomentbelastungen praktisch nicht im Stadtverkehr erreicht werden, kann man das Schließen der Regelklappe 26 bereits bei einem absoluten Druck in der Einlaßleitung 5 vornehmen, der ein wenig unterhalb desjenigen Druckes liegt, der der maximalen Drehmomentbelastung entspricht. Die in dxe Auspuffleitung eingespeiste Luftmenge bleibt dann ein wenig zu gering, solange der Steuerdruck über dem absoluten Druck bleibt, bei dem sich die Regelklappe 26 zu öffnen beginnt; diese aus praktischen Überlegungen vorgesehene Maßnahme macht es außerdem möglich, die Pumpe 8 mit einer kleineren Drehzahl umlaufen zu lassen und infolgedessen die Abnutzung und die Leistungsaufnahme zu verringern.

Es sei darauf aufmerksam gemacht, daß das Wiedereinführen der nicht benutzten Luft in die Ansaugleitung der Pumpe das Geräusch vermeidet, das bei einem freien Ausbla sen auftreten würde.

Zusätzlich kann die erfindungsgernäße Einrichtung durch die folgenden Bauelemente vervollständigt werden, die an sich bekannt sind und keiner besonderen Beschreibung bedürfen:

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- ein Rückschlagventil 33 > ^um die Lufteinspeisevorrichtung gegenüber einem abnormalen Überdxuck in der Auspuffleitung 6 zu schützen;

- ein Elektroventil Jh, das dazu bestimmt ist, die Lufteinspeisung vollständig zu unterbinden, beispielsweise dann, wenn die Temperatur in dem Nachverbrennungsgerät 7 so hoch ansteigt, daß die Gefahr einer Zerstörung dieses Gerätes besteht; dieses Elektroventil könnte überdies auch durch eine ebenfalls bekannte Vorrichtung zum elektromagnetischen Abkuppeln der Pumpe 8 ersetzt werden;

- ein Überdruck-Ablaßventil 35 zum Vermeiden eines Überdruckes hinter der Pumpe 8, beispielsweise im Fall des Schließens des Elektroventils 3^·

Die Vorrichtung gemäß Fig. 3 ist ähnlich der Vorrichtung nach Fig. 2, mit dem Unterschied, daß der Ax'm 27 durch eine Nocke j6 ersetzt ist, an der bei 37 und 38 jeweils eines der Enden biegsamer Seile 39a und 39b befestigt sind, die mit ihren anderen Enden einerseits an der Feder JO und andererseits an einer Einstellschraube befestigt sind. Die Wirkungsweise ist die gleiche wie bei dem vorher beschriebenen Beispiel nach Fig. 2.

Als Variante könnte die einzige Nocke 36 durch getrennte, aber untereinander fest verbundene Nocken ersetzt werden, wobei jedes der Seile 39a und 39b sich um eine dieser Nocken schlingt. Wenn man für diese Nocken im geometrischen Sinne voneinander abweichende Profile verwendet, wird es möglich, in Abhängigkeit von der Größe des steuernden Unterdruckes das Verhältnis zwischen der Wirkung der Feder

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und der Wirkung der Membran auf die Regelklappe 2o zu andern. Man kann auf diese Weise mit guter Genauigkext den korrekten bzw. günstigsten Wert der Menge der einzuspeisenden Nachverbrennungaluft bei allen Betriebsbedingungen erzielen.

Die Vorrichtung nach Fig. 4 ist von einem abweichenden Prinzip. Sie umfaßt zwei Zylinder 40 und 41, die durch Flansche 4Oa, 4ia verbunden sind, zwischen denen eine StüLp membran 42 eingespannt ist. Der Zylinder 40 bildet zusammen ψ mit der Membran 42 eine abgeschlossene Kammer 431 die mit der Einlaßleitung 5 des Motors verbunden ist. Der Zylinder

41 ist durch eine einen Ventilsitz bildende Zwischenwand h'l in zwei geschlossene Räume 45 und 46 unterteilt, Der Raum 45 hat einen Anschlußstutzen 47, an den das Umlauf1 eitungsrchr 13 angeschlossen ist, der Raum 46 hat einen Stutzen UB, an den das Leitungsrohr 12 angeschlossen ist»

Eine zum Festspannen des zentralen Teils der Membran

42 dienende Schraube 49 ist durch eine Stange 49a verlängert, die ein spitzbogig geformtes Ventilglied 50 trägt. Dieses Ventilglied wirkt mit der den Ventilsitz bildenden Öffnung 51 in der Trennwand 44 zusammen. Das Ende der Stange 49a jenseits des Ventilgliedes 50 ist mit einer Feder verbunden, deren anderes Ende an einem mit Gewinde verse henen Zapfen 53 befestigt ist, der seinerseits einen Dich tungsring 54 trägt und mittels einer Mutter 55 eingestellt und festgelegt werden kann, wie dies bei den oben bereits beschriebenen Ausführungsformen erläutert wurde.

Die Wirkungsweise ist die gleiche wie bei den vorher beschriebenen Beispielen, aber hier ist es das beliebig zu

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wählende Spitzbogenprofil des Ventilgliedes 15» das es möglich macht, für jeden Unterdruckwert den in der Motoreinlaßleitung erwünschten Durchsatz im Umluftkreis und damit die jeweils gewünschte Einspeisemenge an Luft in die Auspuffleitung zu erzielen=

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Claims

Patentansprüche

1. Auspuff einx-ichtung für einen Brennkraftmotor, eine Auspuffleitung und eine Verdrängerpumpe umfaßt, wel-' ehe mit einer der Motordrehzalil proportionalen Drehzahl angetrieben ist und Zusatz-Verbrenmmgsluft in die Auspuffleitung einspeist, dadurch gekennzeichnet,-daß der Verdrängerpumpe (8) eine Umlaufleitung (i2, 13) parallel geschaltet und in diese ein steuerbares Regelorgan (26; 50) eingebaut ist, das iji Abhängigkeit von dem in der Motor-Einlaßleituiiß (5) herrschenden Unterdruck gesteuert/ wird. ·

2. Auspuffeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Regelorgan (26; 50) mit einem als Kolben , (i9i hz) wirkenden Bauelement verbunden ist, das einerseits dem Unterdruck in der Einlaßieitung (5) und andererseits : dem äußeren Luftdruck und der Wirkung eines -elastischen - Baugliedes (3O; 52) ausgesetzt ist. . ,

3» Auspuff einrichtung nach Anspruch 2,. dadurch' gekeiin«··;' " zeichnet, daß das Regelorgan eine schwenkbar iri der Umlauf-· '· leitung (12, I3) angeordnete Regclklappe (z6) ist.^die über. , ein Verbindungsorgan (27) mit dem Kolben (19) in Verbindung ,. steht, der in ein dicht an der Leitung ( 12, 13) anliegendes _;.^Λ Gehäuse (16, 17) eingebaut ist, mit dein er eine mit der'Einlaßleitung (5) verbundene Kammer (23) begrenztt _t - . ■ .... · '..-"

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k. Auspuff einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn-*-'· '. .'.,·· zeichnet, daß das Verbindungs organ eine Kurbel Oder ein Arm'-.. · ;·

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5. Einrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungsorgan eine Nocke (36) ist, auf die sich zwei mit der Nocke verbundene biegsame Seile (39a» 39*0 gegensinnig aufwinden, von denen das eine mit dem den Kolben (19) bildenden Element und das andere mit dem elastischen Bauelement (30) verbunden ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungsorgan zwei Nocken mit unterschiedlicher Profilform umfaßt, die miteinander fest verbunden sind und an denen je ein biegsames Seil befestigt ist, die Seile sich auf je einer der Nocken jegensinnig aufwinden und von ihnen das eine mit dem den Kolben bildenden Bauelement, das andere mit dem elastischen Bauelement verbunden ist.

7. Einrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 2-6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Anschlag (21) zur Begrenzung der Bewegung des den Kolben (19) bildenden Organs vorgesehen ist.

8. Einrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 2-7» dadurch gekennzeichnet, daß das den Kolben bildende Organ eine Stülp-Membran (19) ist, deren äußerer Rand an dem Gehäuse (16, 17) befestigt ist.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (19) fest mit einem glockenförmigen Bauteil (21) verbunden ist, der als Anschlagteil dient.

10. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Regelorgan ein Ventilglied (50) ist, das fesfc mit

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dem den Kolben bildenden Bauteil verbunden ist und sich axial relativ zu einem Ventilsitz (51) bewegen kann, der durch eine Trennwand (44) begrenzt wird, die ihrerseits zwei Räume (46, 47) trennt, in denen jeweils eine der beiden Teile der UmlaufIeitung (12, 13) mündet,

11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilglied (50) derart profiliert ist, daß in seinen Regelstellungen der gewünschte Durchsatz an Luft in die Auspuffleitung und Luft in die UmlaufIeitung erzielt wird.

12. Eini'chtung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (31, 32; 53, 55) zur Einstellung des elastischen Bauelements (30, 52) vorgesehen sind.

13· Brennkraftmotor mit einer Einlaßleitung, einer Auspuffleitung und Mitteln zum Einspeisen zusätzlicher Verbrennungsluft in die Auspuffleitung, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Lufteinspeisung den in irgendeinem der Ansprüche 1 bis 12 definierten Mitteln entsprechen.

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