DE2158119A1 - Abgasentgiftungsanlage - Google Patents
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Description
R. 492 Kh/Lrn
18.11.1971·
18.11.1971·
Anlage zur
Die Erfindung bezieht sich auf eine Abgasentgiftungsanlage
für mit kontinuierlicher Einspritzung in das Saugrohr arbeitende gemischverdichtende, fremdgezündete Brennkraftmaschinen, >
in deren Abgasleitung vor einen Katalysator ein Thermoreaktor
mit'einer Sekundärluftpumpe geschaltet ist.
Brennkraftmaschinen enthalten in ihrem Abgas u.a. Kohlenmonoxid,
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Stickoxide und unverbrannte oder teil verbrannte Kohlenwasserstoffe,
die zu einer beträchtlichen Verunreinigung der Luft führen. Um diese schädlichen Anteile des· Abgases in unschädliche
Verbindungen Kohlendioxid, Stickstoff und Wasser überführen zu können, wurde bereits vorgeschlagen, die Abgase
bei Temperaturen oberhalb der Reaktionstemperatur von etwa 4-000C über Katalysatoren zu leiten. Hierbei ist es jedoch
erforderlich, dass das Abgas eine Zusammensetzung aufweist, die eine praktisch vollständige Umsetzung zu den unschädli- chen
Verbindungen ermöglicht, d.h. das Verhältnis Luft zu Kraftstoff muss nahezu stöchiometrisch sein, was man bekanntlich
mit einem Luftverhältnis λ nahe 1 bezeichnet. Da die
zur Reaktion am Katalysator erforderliche Temperatur während des Varmlaufs der Brennkraftmaschine erst nach einiger Zeit
erreicht wird, die Brennkraftmaschine andererseits eine gewisse
Anreicherung für den einwandfreien Lauf im kalten Zustand benötigt, werden die zulässigen Grenzwerte der giftigen Abgasbestandteile
bereits während des Warmlaufs erheblich überschritten. Es wurde deshalb vorgeschlagen, vor den Katalysator
einen Thermoreaktor mit Sekundärluftpumpe vor zuschalten, da
die im Thermoreaktor ablaufende Reaktion rascher zu höheren Temperaturen führt. Aber auch hier werden die zulässigen Grenzwerte
nur sehr knapp eingehalten, da der Startvorgang selbst noch kaum erfasst wird und der Thermoreaktor während dieser
Zeit keine allzu guten Abgaswerte liefert. In den Vorschriften zur Abgasentgiftung ist deshalb eine Vorheizzeit von etwa
20 Sekunden für die Abgasentgiftungsanlage zugelassen, bevor
der eigentliche Start der Brennkraftmaschine beginnt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Abgasentgiftungsanlage
zu schaffen, die während des Warmlaufs der Brennkraftmaschine bereits optimale Abgaswerte liefert.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemass dadurch gelöst, dass oberhalb der Reaktionstemperatur des Katalysators während des Varm-
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lauf s der Brennkraftmaschine die dein Thermoreaktor züge führte
Sekundärkraftstoffmenge und im betriebswarmen Zustand der Brennkraftmaschine die in das Saugrohr eingespritzte Primärkraft
stoffmenge durch eine Säuerst off sonde in der Abgasleitung
regelbar ist.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist derart, dass abhängig vom Steuerstrom der Sauerstoffsonde durch ein elektromagnetisches
Druckregelventil der Druck eines Druckflüssigkeitskreislaufes änderbar ist, der auf einen den Kraftstoff zumessenden
Steuerschieber entgegen einer Rückstellkraft wirkt, + wobei der Druckflüssigkeitskreislauf zur Regelung der Sekundärkraft
st off menge zum Thermoreaktor und der Druckflüssigkeitskreislauf
zur Regelung der Primärkraft st off menge in das Saugrohr
durch einen Schieber voneinander trennbar sind.
Eine andere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass das Druckregelventil als Elachsitzventil mit einer
Membran als beweglichem Ventilteil ausgebildet ist.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.
Bei der in der !Figur dargestellten Abgasentgiftungsanlage strömt |
die Verbrennungsluft in Pfeilrichtung in ein Saugrohr 1 und weiter zu einem oder mehreren Zylindern 2 einer Brennkraftmaschine.
Die Verbrennungsgase gelangen aus den einzelnen Zylindern
2 in eine Abgasleitung 3 mit einem Thermoreaktor 4t dem eine
Sauerstoff sonde 5 und ein Katalysator 6 nachgeschaltet ist.
Dem Thermoreaktor 4 wird durch eine Sekundärluft pumpe 7 und
eine Leitung 8 Sekundärluft und durch eine Kraft stoff düse 9 Sekundärkraftstoff zugeführt. Die Zumessung der Sekundärkraftstoffmenge
erfolgt durch einen Steuerschieber 12, dessen Ringnut 15 einen Steuerschlitz 14 mehr oder weniger überdeckt.
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Der von einer nicht dargestellten Kraftstoffpumpe geförderte
Kraftstoff gelangt durch eine Bohrung 15 in die Ringnut 13
und von dort je nach Stellung des Steuerschiebers 12 über den Steuerschlitz 14 in eine Leitung 16, die in eine Kammer 17
mündet. Die Kammer 17 ist durch eine Membran 18 von einer Kammer 19. getrennt, die durch eine Leitung 20 mit der Ringnut
13 in Verbindung steht. Somit wirkt auf die Membran 18 einerseits der Druck vor dem Steuerschlitz 14- und andererseits·
der Druck nach dem Steuerschlitz 14. Zusammen mit dem festen Ventilsitz 21 bildet die Membran 18 ein Differenzdruckventil,
das seinen Durchströmquerschnitt zwischen Membran und festem Ventilsitz solange ändert, bis ein vorgesehenes Druckgefälle
erreicht ist. Auf die Membran 18 wirkt in Öffnungsrichtung des Dxfferenzdruckventxles eine Feder 22, die sich auf einem
Federteller 23 abstützt. Der Sekundärkraftstoff gelangt vom Differenzdruckventil 18, 21 durch eine Leitung 24 zur Kraftstoff
düse 9· Auf die Stirnseite 31 des Steuerschiebers 12 wirkt
entgegen einer Feder 27 der Druck eines durch eine Bohrung
29 mit einem Druckraum 30 in Verbindung stehenden Druckflüssigkeitskreislaufes
28 und ausserdem ein Betätigungsglied 32 einer Schaltvorrichtung 33·
Den Druck im Druckflüssigkeitskreislauf 28 steuert abhängig von der Sauerstoffkonzentration im Abgas der Brennkraftmaschine
eine Sauerstoffsonde 5 durch Änderung des Steuerstromes
eines elektromagnetischen Druckregelventiles 36· Der von der
nicht dargestellten Kraftstoffpumpe geförderte Kraftstoff gelangt
durch eine Leitung 37 iA einen Ringraum 38 eines Schiebers
39 und von dort durch eine Leitung 40 zum Druckregelventil
36, um dann über eine Rücklauf leitung 41 drucklos zu einem nicht dargestellten Kraftstoffbehälter zurückzufliessen. Das
Druckregelventil 36 ist als Flachsitzventil ausgebildet, bei
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dem eine Metallmembran 4-2 als bewegliches Ventilteil dient.
Die zwischen den Grundkörper 43 und das Gehäuse 44- gespannte
Membran 4-2 bestimmt zusammen mit einem im Grundkörper 4-3
angeordneten festen Ventilsitz 4-5 in Offenstellung den Durchströmquerschnitt
des Druckregelventils. Es genügt schon eine geringe Bewegung der Membran 4-2 um den vollen Ventilquerschnitt
als Ringquerschnitt zu öffnen, wodurch der überströmende
Kraftstoff durch die Rücklaufleitung 4-1 drucklos zum Kraftstoffbehälter
gelangen kann. Die Membran 4-2 trennt zwei Kammern 46 und 47 voneinander und ist durch eine Feder 48 be- a
lastet, deren Vorspannung willkürlich durch eine Stellschraube 49 änderbar ist und die in Schließstellung des Ventils wirkt.
Die Feder 48 ist in einer Bohrung 50 des Kernes 51 angeordnet
und wirkt über einen gleichzeitig als Federteller dienenden Anker 52 und ein Übertragungsglied 53 auf die Membran 42. Der
Kern 5I trägt eine Spule 54-. Der Anker 52 ist reibungsfrei an
einer Spinne 55 aufgehängt, die zwischen Spannkörpern 56 und
eingespannt ist. Der Steuerstrom wird der Spule 54- über einen
Stecker 58 zugeführt. Den magnetischen Kreis schliesst ein
Ring 59.
Hat die Brennkraftmaschine ihren betriebswarmen Zustand erreicht ,-•
so verschiebt eine Steuervorrichtung 61 den Schieber 39 in I
eine Stellung, in der er den Druckflüssigkeitskreislauf 28 von dem Ringraum 38 trennt und gleichzeitig die Verbindung vom
Ringraum 38 zum Druckflüssigkeitskreislauf 62 öffnet. Der Druckflüssigkeitskreislauf 62 steht über eine als Dämpfung
wirkende Drossel 63 mit einem Druckraum 64 eines Mengenteiler- und Zumessventiles 65 in Verbindung, in den die eine Stirnseite
66 eines Steuerschiebers 67 ragt. Entgegen der Kraft der Druckflüssigkeit wirkt in Öffnungsrichtung des Zuinessventils
in Pfeilrichtung eine Kraft, die ein Mass für die LuftdurCh-.
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satzmenge im Saugrohr Λ ist. Von der nicht dargestellten
Kraftstoffpumpe gelangt aus einer Leitung 70 Kraftstoff in
einen Kanal 71 im Gehäuse des Mengentexlerventils. Der Kanal
71 führt zu einer Ringnut 72 des Steuerschiebers 67 und weiterhin
über verschiedene Abzweigungen zu Kammern 73» so dass die eine Seite einer Membran 74- durch diesen Kraftstoffdruck
beaufschlagt wird. Je nach Stellung des Steuerschiebers 67 überdeckt die Ringnut 72 mehr oder weniger Steuerschlitze
75» die durch Kanäle 76 zu je einer Kammer 77 führen, die durch
die Membran 74- von der Kammer 73 getrennt ist. Aus den Kammern
77 gelangt der Kraftstoff über Kanäle 78 zu den einzelnen
Einspritzventilen 79» von denen nur eines dargestellt ist. Die
je aus einer Kammer 73 und 77 gebildeten Membrandosen bewirken, dass unabhängig von der zwischen der Ringnut 72 und den
Steuerschlitzen 75 bestehende Überdeckung/ also unabhängig von
der zu den Einspritzventilen strömenden Kraftstoffmenge, das
Druckgefälle an dem Zumessventil 72, 75 weitgehend konstant bleibt- Damit ist gewährleistet, dass der Verstellweg des
Steuerschiebers 67 und die am Zumessventil 65 zugemessene
■Primärkraftstoffmenge proportional sind.
Die Wirkungsweise der Abgasentgiftungsanlage ist folgende:
Um beim Kaltstart der Brennkraftmaschine einen bereits reaktionsfähigen
Katalysator 6 zu haben, ist dem Katalysator in der Abgasleitung 3 der Brennkraftmaschine ein Thermoreaktor 4-vorgeschaltet.
Dem Thermoreaktor 4- wird während einer Vorheizzeit von etwa 20 Sekunden durch die Sekundärluftpumpe 7 Sekundärluft
und durch eine nicht dargestellte Kraftstoffpumpe Sekundärkraftstoff zugeführt. Zunächst wird der Sekundärkraftstoff
dadurch konstant gehalten, dass die Schaltvorrichtung
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den Steuerschieber 12 in einer Stellung hält, in der sich für
die Verbrennung im Thermoreaktor ein hinreichend armes Gemisch zur Vermeidung schädlicher Abgase während des Vorheizens
ergibt. Der Thermoreaktor ist so dimensioniert, dass der Katalysator in der vorgeschriebenen Zeit seine zur Reaktion
erforderliche Temperatur erreicht. Ist die Reaktionstemperatur des Katalysators erreicht, so erfolgt der eigentliche Start
der Brennkraftmaschine von Hand oder automatisch. Dabei gibt ' die Schaltvorrichtung 33 den Steuerschieber 12 für die Regelung
der Sekundärkraftstoffmenge frei. Die Sauerstoffsonde 5 hat
während der Vorheizzeit ebenfalls ihre Betriebstemperatur erreicht und ist jetzt in der Lage, die λ = 1-Regelung für den
Katalysator zu übernehmen. Dies erfolgt dadurch, dass entsprechend der Änderung der Sauerstoffkonzentration intder
Abgasleitung der Steuerstrom und damit die magnetische Feldstärke
der Spule 54 geändert wird, so dass der Anker 52 mehr
oder weniger der Federvorspannung■48 entgegenwirkt. Da das Druckregelventil 36 zur Drucksteuerung nur einen minimalen
Weg benötigt, kann die Magnetkraft, d.h. der Steuerstrom unmittelbar in Druck umgesetzt werden. Durch die Aufhängung des
Ankers 52 an der Spinne 55 und die Ausgestaltung des Druckregelventils
als Flachsitzventil arbeitet das Druckregelventil mechanisch völlig reibungsfrei. Die magnetische Hysterese des
Werkstoffes wird in üblicher Weise durch Verwendung nickelhaltigen Eisens klein gehalten. Der durch das Druckregelventil
36 geregelte Flüssigkeitsdruck im Druckflüssigkeitskreislauf
28 wirkt entgegen der Feder 27 im Druckraum 30 auf die Stirnseite
31 cLes Steuerschiebers 12 und bestimmt somit die Stellung
des Steuerschiebers 12 und damit die Sekundärkraftstoffmenge, die zur Aufrechterhaltung eines Luftverhältnisses von λ annähernd
1 erforderlich ist. Nach erfolgtem Warmlauf, was z.B. durch einen Kühlwassertemperaturfühler festgestellt werden kann,
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wird die Sekundärluftpumpe 7 abgeschaltet und der Schieber durch eine Steuervorrichtung 61 in eine Stellung verschoben,
in der er die Verbindung zwischen dem Druckregelventil 36
und dem Druckflüssigkeitskreislauf 28 unterbricht und gleichzeitig die Verbindung vom Druckregelventil zum Druckflüssigkeitskreislauf
62 öffnet. Dadurch ist die Feder 27 in der Lage, den Steuerschieber 12 in Schließstellung zu verschieben, wodurch
die Zumessung von Sekundärkraftstoff unterbrochen wird. Im betriebswarmen Zustand der Brennkraftmaschine wirkt also der
vom Druckregelventil 36-geregelte Druck des Druckflüssigkeitskreislaufes
62 im Druckraum 64 des Zumessventiles 65 in.
Schliessrichtung auf den Steuerschieber 67» der somit in Abhängigkeit
von der Sauerstoffkonzentration im Abgas die Primärkraftstoffmenge
zumisst.
Die im Hinblick auf Startzeit und Wirksamkeit des Katalysators und den Kraftstoffverbrauch bestehende Forderung einer sehr
genauen Einhaltung des Luftverhältnisses von λ = 1 oder
knapp darunter wird durch die erfindungsgemässe Abgasentgiftungsanlage
erfüllt, die während des Warmlaufes und für den normalen Fahrbetrieb der Brennkraftmaschine optimal denkbare Abgaswerte
ergibt.
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Claims (4)
- Robert Bosch GmbH R. 4-92 Kh/LmStuttgartAnsprüche ■ . -(λΤ)Abgasentgiftungsanlage für mit kontinuierlicher Einspritzung in das Saugrohr arbeitende gemischverdichtende, fremdgezündete Brennkraftmaschinen, in deren Abgasleitung vor einen Katalysator ein Thermoreaktor mit einer Sekundärluftpumpe geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, dass oberhalb der Reaktionstemperatur des Katalysators (6) . a während des Warmlaufes der Brennkraftmaschine (2) die dem Thermoreaktor (4) zugeführte Sekundärkraftstoffmenge und im betriebswarmen Zustand der Brennkraftmaschine (2) die in das Saugrohr (1) eingespritzte Primärkraftstoffmenge durch eine Sauerstoffsonde (5) in der Abgasleitung (3) regelbar ist. ' · -
- 2. Abgasentgiftungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass abhängig vom Steuerstrom der Sauerstoffsonde (5) durch ein elektromagnetisches Druckregelventil (36) der Druck eines Druckflüssigkeitskreislaufes (28, 62) änderbar ist, der auf einen den Kraftstoff zumessenden Steuerschieber (12, 67) entgegen einer Rückstellkraft wirkt.
- 3. Abgasentgiftungsanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet > dass der Druckflüssigkeitskreislauf (28) zur Regelung- 10 309822/0522Robert Bosch. GmbH R. 492 Kh/LmStuttgartder Sekundärkraftstoffmenge zum Thermoreaktor (4) und der Druckflüssigkeitskreislauf (62) zur Regelung der Primärkraftstoff menge in das Saugrohr (1) durch einen Schieber (39) voneinander trennbar sind.
- 4. Ab gas ent giftungs anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckregelventil ('36) als Flachsitzventil mit einer Membran (4-2") als beweglichem Ventilteil ausgebildet ist. v309822/0522
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