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Vorrichtung zur Abgasnachverbr ennung Die Erfindung betrifft eine
insbesondere für Kraftfahrzeuge vorgesehene Vorrichtung zur Nachverbrennung der
Abgase einer Brennkraftmaschine mit einer an eine Abgasleitung der Maschine angeschlossenen
thermischen und/oder katalytischen NachbrePkammer, einer in die Abgas leitung einmündenden
Sekundärluftweitung, in deren Verlauf eine Sekundärluftpl-pe liegt, sowie einer
mit Kraftstoff betriebenen Heizeinichtung.
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Mit einer Sekundärluftleitung versehene thermische oder katalytische
Nachbrennvorrichtungen sind aus einer Vielzahl von Literaturstellen bekannt. In
diesem Zusammenhang sei lediglich auf die Offenlegungsschriften 1.476.499, 1.476.554,
1.576.752, 1.576.779 und 1.601.451, sämtlich 14k - 3/10, hingewiesen.
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Wie insbesondere aus der bereits zitierten Offenlegungsschrift 1.476.499
hervorgeht, bieten diese bekannten Vorrichtungen Schwierigkeiten, wenn ihre Temperatur
unterhalb eines für die Nachverbrennung erforderlichen Nindestwertes der Temperatur
liegt. Das bedeutet, daß während eines Kaltstartes und noch eine gewisse Zeit danach,
die von der jeweiligen Außentemperatur abhängt, die dann in besonders hohem Maße
anfallenden unverbrannten Kohlenwasserstoffe und teilverbranntes Abgas in großen
Mengen ungereinigt in die Atmosphäre gelangt. Ähnliche Verhältnisse können sich
während längerer Schubbetriebsphasen einstellen, insbesondere in der kälteren Jahreszeit.
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Man hat daher diese Anorlnungen auch bereits mit zusätzlichen Heizvorrichtungen
versehen, die vor dem Kaltstart eingeschaltet werden müssen und dann eine relativ
schnelle Aufheizung der Nachverbrennungskammer auf die Betriebstemperatur gewährleisten.
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Insbesondere bei in Kraftfahrzeugen eingesetzten Brennkraftmaschinen
sind derartige zusätzliche Heizvorrichtungen jedoch schon im Hinblick auf die begrenzten
Platzverhältniss schwer in die Vorrichtung zur Nachverbrennung zu integrieren, da
sie als teure ZusatzDeräte außerhalb des Motorblocks lmtevgebracht werden müssen.
Hinzu kommt, daß sie einen recht großen Strombedarf haben, was bei tiefen Außentemperaturen
das Starten weiter erschwert.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs
genannten Art zu schaffen, die zwar ebenfalls mit einer Heizeinrichtung versehen
ist, jedoch
die ITachtcile einer zusätzlich ein- oder angebauten
Heizeinricitun, vermeidet. Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist dadurch
gekennzeichnet, daß in die Sekundärluftleitung eine mit Mitteln zur zeitweiligen
Einschaltung versehene Kraftstoffleitung einmündet und im Wege des Abgases eine
Zündeinrichtung für das aus der Sekundärluftleitung kommende zündfähige graftstoff-Luft-Gemisch
liegt.
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Ein wesentliche3 Merkmal der Erfindung ist also in der Ausnutzung
der ohnehin vorhandenen Sekundärluftleitung als Zuführungsleitung für ein zündfähiges
Kraftstoff-Luft-Gemisch zu sehen, das zur raschen Aufheizung der aktiven Teile der
Vorrichtung dient. Nach wie vor erfolgt aber über die Sekundärluftleitung gemäß
der in ihrer Bezeichnung enthaltenen Zwechbestimmung die Zuführung der zur Verbrennung
der Abgase erforderlichen zusätzlichen Luftmenge. Das bedeutet, daß zum Abschalten
der Heizwirkung die Sekundärluftleitung nicht unterbrochen werden darf; aus diesem
Grunde ist die in die Sekundärluftleitung einmündende Kraftstoffleitung mit Mitteln
zur zeitweiligen Einschaltung versehen. Diese Mittel enthalten zweckmäßigerweise
ein elektromagnetisch betriebenes Ventil. Dieses Ventil kann in einem beim Starten
der Brennfraftmaschine geschlossenen Stromkreis liegen, so daß autom<isch beim
Betätigen des Starters das Vorheizen der Vorrichtung zur Nachverbrennung der Abgase
erfolgt. Damit jedoch auch während des Betriebes der Brennkraftmaschine auftretende
Unterkühlungen der Vorrichtung zur Nachverbrennung der Abgase unter dem oben definierten
Mindestwert der Temperatur Berücksichtigung finden, wird man in der Regel das Ventil
in einen von einem Temperaturfühler gesteuerten Stromkreis legen. Dieser Temperaturfühler
kann an einer beliebigen Stelle der Vorrichtung zur Nachverbrennung angeordnet seit,
sofern dort die jeweilige Temperatur in der Nachbrennkammer
eindeutig
wiedergebende Temperaturverhältnisse vorliegen. Ein derartiger Temperaturfühler
bietet auch die vorteilhafte Möglichkeit, die jeweilige Außentemperatur automatisch
mit zu berücksichtigen.
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Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in der
Heranziehung der ohnehin vorhandenen Sekundärluftpumpe zur Erzielung einer Strömung
des durch den über die Kraftstoffleitung zugeführten Kraftstoff und die Luft gebildeten
zündfähigen Gemisches zu sehen. Streng genommen reduziert sich damit die eigentliche
Heizeinrichtung auf eine zusätzliche Kraftstoffleitung mit einem Ventil und eine
ZündinrIchtung, die vorzugsweise eine mit Dauerzündstrom über eine sogenannte Summerzündspule
gespeiste Zündkerze enthält.
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Die Einspeisung des durch die Kraftstoffleitung zugeführten Kraftstoffs
in die Sekundärluftleitung kann in Ströiungsrichtung vor oder hinter der Sekundärluftpumpe
erfolgen. Es sei darauf hjngewhesen, daß auch die Sekundärluftpumpe noch. zur l.uftversorgung
anderer Teile der Brennkraftmaschine nerangexogen werden kann.
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Unabhängig rOn dem jeweiligen Einmündungsort der Kraftstoffleitung
in die Sekundärluftleitung können verschiedene Einrichtungen zum Anschluß der Kraftstoffleitung
herangezogen werden. Bei einer mit Vergasern ausgerüsteten Brennkraftmaschine kann
die Kraftstoffleitung von einer Vergaserschwimmerkammer abgehen. Man kann die Kraftstoffleitung
aber auch in Strömungsrichtung hinter einer Kraftstoff-Förderpumpe der Brennkraftmaschine
abgehen
lassen, wo normalerweise ein erhöhter Druck herrscht.
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Auch im Bereich der Einmündungsstellen der Kraftstoffleitung in die
Sekundärluftleitung sind verschiedene konstruktive Ausführungen anwendbar. Beispielsweise
kann die Kraftstoffleitung über ein Einspritzventil in die Sekundärluftleitung einmünden.
Grundsätzlich ist es aber auch möglich, auf derartige, den Druck in der Kraftstoffleitung
im Bereich der Einmündungsstelle erhöhende Maßnahmen zu verzichten, da, wie gesagt,
die durch die Sekundärluftpumpe erzeugt Strömung in der Sekundärluftleitung mit
zur Gemischbildung herangezogen wird.
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Gegenüber der in der bereits geannten Offenlegungsschrift 1.476.499
beschriebenen Methode zur Verkürzung der Ansärmzeit der Vorrichtung zur Abgasnachverbrennung,
nämlich durch Verzögerung der Zuführung der Sekundärluft, bietet die Erfindung den
erheblichen Vorteil, das bei jetiter Unterkühlung der Nachverbrennungseinrichtung,
sei es beim Kaltstart oder während des Betriebes der Brennkraftmaschine, praktisch
vom ersten Moment an sowohl die erforderliche Sekundär luft als auch die für die
Betriebsweise der Anordnung erforderliche Mindestemperatur vorhanden ist.
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Damit Wärmeverluste vermieden und eine fühzeitie, gute Vermischung
mit den Abgasen der 3rennkrattm'chine erre-cht werden, wird man die Sekundärluftleitung
in die Abgasleitung in der Nähe eines Auslaßventils der Brennkraftmaschine einmünden
lassen. Pür diese Einmündung an sich gibt es, wie die obengenannten Offenlegungsschriften
zeigen, eine Vielzahl konstruktiver Möglichkeiten. Besonders zweckmäßig ist es,
wenn gemäß der Offenlegungsschrift 1.576.779 die Sekundärluftleitung mit Bohrungen
in der Sitzfläche des Auslaßventils einmündet. Da diese Bohrungen bei geschlossenem
Auslaßventil
abgedeckt sind, ergibt diese Konstruktionsvariante e einen intermittierenden Betrieb
der Abgasnachverbreiuiung, was günstige thermische Verhältnisse - keine unerwünschte
Kühlung durch einen Überschuß an Sekundärluft - schafft. Auf der anderen Seite wird
hierdurch die Luftpumpe entlastet,-da die geförderte Sekundärluftmenge auf den tatsächlichen
Bedarf reduziert wird. Auch erfolgt keine die angestrebte Verbrennung erschwerende
Verdünnung der Abgase.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt die Figur.
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Dort ist bei 1 die Brennkraftmaschine angedeutet, die, ohne daß dadurch
eine Beschränkung auf derartige Ausführungsformen oder auf Otto-Motoren ausgesprochen
sein soll, Zylinder 2 mit hin- und hergehendem Ko'ben aufweist. Es handelt sich
hier um eine mit einem Vergaser 3 ausgerüstete Maschine, dessen Schwimmerkammer
mit 4 beseichnet ist. Das die Drosselklappe 5 enthaltende Saugrohr 6 läuft hinter
der Zeichenebene in den 7,zylinder 2 über Einlaßventile ein.
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In der Zeichenebene, und zwar im Schnitt dargestellt, verläuft die
Abgasleitung 7, der das Au:Jaßventil 7a zugeordnet ist. Die Abgasleitung 7 enthält
in ihrem Verlauf die Vorrichtung 8 zur Abgasnachverbrennung, die in diesem Ausführungsbeispiel
den Katalysator 9 enthält.
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Die zur Abgasnachverbrennung in der Anlage 8 erforderliche Sekundärluft
wird über die Sekunithftleitung 10,
die mit einem Fortsatz bei 11
in die Abgasleitung 7 einmündet, in diese geliefert. Die Sekundärluft wird über
das Luftfilter 12 durch die Sekundärluftpumpe 13 angesaugt.
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Erfindungsgemäß ist diese Nachverbrennungseinrichtung mit einer Heizeinrichtung
versehen, die in die Nachverbrennungs einrichtung integriert ist. Zu diesem Zweck
ist in diesem Ausführungsbeispiel die mit dem Elektromagnetventil 14 versehene Kraftstoffleitung
15 vorgesehen, die von der Schwimmerkammer 4 abgeht und in diesem Ausführungsbei
spiel in Strömungsrichtung vor der Sekundärluftpumpe 13 in die Sekundärluftleitung
1 einmiindet. Diese ist ebenfalls mit einem Ventil 16 versehen.
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Zusätzliche Mittel zun, Ansaugen des EraftstofE durch die Leitung
15 sind nicht erforderlich, da hierzu die von der Sekundärluftpumpe 13 in der Sekundärluftleitung
10 erzeugte Strömung ausreicht.
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Das Elektromagnettentil kann, wie bereits eingangs bemerkt, in einem
Stromkreis liegen, der beim Starten der Brennkraftmaschine automatisch geschlossen
wird. Fs ist aber - gegebenenfalls geitzeitig - möglich, das Ventil 14 in einen
durch einen Temperaturfühler gesteuerten Stromkreis zu legen, der geschlossen wird,
sobald der Katalysator 9 eine für seine Betriebsweise nicht mehr ausreichende Temperatur
annimmt.
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Durch den bisher beschriebenen integrierten Teil der Reizeinrichtung
wird also erreicht, daß außer der zur Abgasverbrennung selbst erforderlichen Sekundärluft
auch ein zündfähiges Eraftstoff-Luft-Gemisch durch die Sekundärluftleitung
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in die Abgasleitung 7 transportiert wird. Damit auch bei niedrigen Temperaturen
dieses zündfähige Gemisch zündet und durch seine Verbrennung eine Vorheizung des
Katalysatorbettes 9 erzielt wird, ist in diesem Ausführungsbeispiel im Bereich der
Einmündung der Abgasleitung 7 in die Brennkammer 8 die Zündkerze 17 vorgesehen,
die über die Summerzündspule 18 mit Dauerzündspannung versehen wird.
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Wie bereits oben angedeutet, sind zahlreiche Abwandlungen des figürlich
dargestellten Ausführungsbei spiel möglich, ohne daß dadurch der Bereich der Erfindung
verlassen wird. Insbesondere ist dabei an unterschiedliche Ausgestaltungen der Brennkammer,
der Einmündung der Sekundärluftleitung in die Abgasleitung und der Einmündung der
Kraftstoffleitung in die Sekundärluftleitung gedacht.
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Nahe der Einmündung der Sekundärluftleitung wird man eine Flammenrückschlagsicherung
vorsehen, wie dies von Üblichen Heizeinrichtungen bekannt ist.