DE2245885A1 - Vorrichtung zur steuerung motortemperaturabhaengiger vorgaenge bei einer fahrzeugbrennkraftmaschine - Google Patents

Vorrichtung zur steuerung motortemperaturabhaengiger vorgaenge bei einer fahrzeugbrennkraftmaschine

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DE2245885A1 DE2245885A DE2245885A DE2245885A1 DE 2245885 A1 DE2245885 A1 DE 2245885A1 DE 2245885 A DE2245885 A DE 2245885A DE 2245885 A DE2245885 A DE 2245885A DE 2245885 A1 DE2245885 A1 DE 2245885A1
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Description

AUDI }iSM AJJTQ.. UNl ON AKTIENGESELLSCHAFT, Neekarsulm/Württ.
Vorrichtlang zur Steuerung motortemperaturabhängiger Vorgänge bei einer Fahraeug-Brennkraftmascbine
Bei Fahrzeug-Brennkraftmaschinen gibt es eine Anzahl, vor Vorgängen, die in Abhängigkeit von der Motorteniperatur gesteuert und insbesondere nach Erreichen einer bestimmten Temperatur abgebrochen werden müssen. Auf dem Gebiet der Abgasentgiftung beispielsweise ist es erforderlich, den nachgeschalteten thermischen oder katalytischen Reaktor nach dem Starten der Brennkraftmaschine, möglichst schnell auf' die Tür die Nachverbrennung erforderliche hohe Temperatur zu bringen. Dies wird beispielsweise durch sogenannte Flammenhalter erreicht, die im Stromungspfad der Abgase liegen und sich auf Grund ihrer meist siebartigen Ausbildung sehr schnell aufheizen. Derartige Plammenhalter bilden einen erheblichen Strömungswiderstand, der die Leistung der Brennkraftmaschine herabsetzt. Daher erscheint es wünschenswert, diesen Strömungswiderstand möglichst weitgehen zu verringern, sobald-der Reaktor seine Arbeitstemperatur erreicht hat. Die Einschaltung von katalytischer! Reaktoren, die ebenfalls einen erheblichen Strömungswiderstand besitzen, ist wiederum nur während einer relativ kurzen Zeit nach dem Starten der kalten Brennkraftmaschine erforderlich, so daß es auch in diesem Fall wünschenswert ist, den katalytischen Reaktor nach Erreichen einer bestimmten Temperatur des Auspuffsystems aus dem Strömungspfad der Abgase zu entfernen.
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Es ist bei der Nachverbrennung in einem thermischen Reaktor auch bekannt, eine eigene Brennkammer vorzusehen, die mit einem Kraftstoffgemisch versorgt wird und mit einer Zündkerze versehen ist, um eine Nachverbrennung unmittelbar nach dem Starten der Brennkraftmaschine zu erreichen, solange die Wände des thermischen Reaktors noch nicht die für die Nachverbrennungsreaktion erforderliche Temperatur erreicht haben. Wenn diese Temperatur erreicht ist, kann äiese Brennkammer außer Funktion gesetzt werden.
Ein Beitrag zur Abgasentgiftung besteht auch darin, bei •kalter Brennkraftmaschine ein vorgewärmtes Kraftstoff-Luftgemisch zu liefern, um die bei kalter Maschine unvollständige Verbrennung zu verbessern! Diese Maßnahme verringert Jedoch den volumetrischen Wirkungsgrad der Maschine, so daß es zweckmäßig ist, die Erwärmung einzustellen, sobald die
Maschine ihre.Betriebstemperatur erreicht hat.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Vorgänge der vorgenannten Art, die nach einer bestimmten Zeit nach dem Starten einer Brennkraftmaschine und damit in Abhängigkeit von der Motortemperatur abgebrochen werden sollen, mit einfachen Mitteln zu steuern.
1I
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Fahrzeug-Brennkraftmaschine, deren A'uspuffsystem zwei relativ zueinander längs verschiebliche Rohre aufweist, durch ein Steuerorgan gelöst, das zwei relativ zueinander bewegliche Teile aufweist, von denen das eine Teil mit dem einen Rohr und das andere Teil mit dem anderen Rohr verbunden ist. Die Erfindung nutzt dabei den Umstand aus, daß sich diese Rohre bei einer Erwärmung durch die Abgase vom kalten Zustand bis zum Erreichen der Betriebstemperatur auf Grund der Wärmedehnung um Beträge von bis zu mehreren Zentimetern zueinander- verschieben. Diese Verschiebung, Wird erfindungsgemäß dazu benutzt, Vorgänge der eingangs genannten Art
zu steuern.
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Die beiden Rohre können Teile eines thermischen Reaktors sein und bei Erwärmung ineinander verschoben werden. Die beiden Rohre können an den voneinander abgewendeten Enden ortsfest sein, während das Steuerorgan im Bereich der beiden einander zugekehrten Enden der Rohre angeordnet ist. Da sich hierbei die Rohre in entgegengesetzter Richtung ausdehnen, ist der Verschiebeweg so groß wie möglich.
Der eine Teil des Steuerorgans wird von einem Abschnitt des inneren Rohres gebildet und er begrenzt mit einem den anderen Teil des Steuerorgans darstellenden, mit dem äusseren Rohr verbundenen Bauteil eine Drosselstelle für die Abgase, deren Querschnitt' sieh mit steigender Temperatur und dadurch bedingten Relativverschiebung der Rohre vergrößert. Dabei kann am Snde des inneren Rohres ein Flammenhalter angeordnet werden, während der das eine Teil,des Stejuerorgans bildende Abschnitt dieses Rohres mir Durchtritt«Öffnungen für die Abgase versehen ist, die von dem das andere Teil des Steuerorgans bildenden, mit dem äusseren Rohr verbundenen Bauteil bis zum Erreichen einer bestimmten Temperatur der-Rohre abgedeckt sind. Bei dieser Temperatur hat-sich die Drosselstelle auf Grund der Längung der Rohre soweit vergrößert, daß der StrömungswiHderstand erheblich verringert ist.
Der thermische Reaktor kann 'auch mit einer katalytischen Nachverbrennungseinrichtung kombiniert v/erden, wobei das Steuerorgan diese katalytische Nachverbrennungseinrichtung nach. Erreichen einer bestimmten Temperatur ausschaltet. Zu diesem Zweck zweigt in Strömungsrichtung der Abgase vor der Drosselstelle mindestens eine By-Pass-Leitung mit einer katalytischen Kaehverbrennungseinrichtung ab. Solange die Rohre noch nicht ihre Arbeitstemperatur erreicht haben, ist der Querschnitt der Drosselstelle klein, so daß die Abgase zum überwiegenden Teil durch die katalytische Nachverbrennungseinrichtung strömen. Bei Betriebstemperatur hat
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eich der Querschnitt der Drosselstelle so weit vergrößert, daß der Strömungswiderstand der katalytisehen Nachverbrennungseinrichtung erheblich grö3er ist als derjenige der Drosselstelle, so daß die Abgase nun nicht mehr durch den Katalysator strömen. Neben einer Verringerung des Auspuffgegendrucks wird damit eine erhöhte Lebensdauer des Katalysators erreicht. Die relative Verschiebung der beiden Rohre kann auch dazu benutzt werden, den Katalysator bei Erreichen einer bestimmten Temperatur vollständig abzuschalten. Zu diesem Zweck ist die By-Pass-Leitung an das äussere Rohr angeschlossen und mit dem inneren, die Abgase führenden Rohr über öffnungen in der Wand des inneren Rohres in Verbindung, wobei diese Verbindung mit steigender Temperatur der Rohre auf Grund der Relativverschiebung dieser Rohre in zunehmendem Maße gedrosselt wird.
Wenn die Brennkraftmaschine eine Heizeinrichtung für das Ansaugsystem aufweist, kann das Steuerorgan mit der Heizeinrichtung derart verbunden werden, daß es diese bei Erreichen einer bestimmten Relativverschiebung der beiden Rohre abschaltet. Diese Heizeinrichtung kann einen die beiden Rohre umgebenden Ringraun» aufweisen, der einerseits mit der Atmosphäre und andererseits über das Steuerorgan mit dem Ansaug-Luftfilter in Verbindung steht. Während der Warmlaufperiode saugt die Brennkraftmaschine sowohl Kaltluft aus der Atmosphäre als auch vorgewärmte Luft durch den Ringraum an, bis das Steuerorgan die Verbindung zwischen dem Ansaug-Luftfilter und dem Ringraum unterbricht.
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen, in denen einige Ausfuhrungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind.
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Es zeigen:
Pig. 1 einen Längsschnitt durch die Eintrittsseite eines thermischen Abgasreaktors mit einer temperaturabhängigen Steuervorrichtung für den Abgasstrom im kalten Zustand,
Fig. 2 dieselbe Anordnung im betriebswarmen Zustand,
Fig. 3 einen Längsschnitt durch einen thermischen Abgasreaktor, der mit einer Einrichtung zur katalytisehen Nachverbrennung kombiniert ist und eine temperaturabhängige Steuervorrichtung aufweist, die den Abgasstrom im kalten Zustand des Reaktors durch den Katalysator leitet,
Fig. 4 die Anordnung der Fig. 3 im betriebswarmen Zustand, wobei der Katalysator abgeschaltet ist,
Fig. 5 eine Heizeinrichtung für die Ansaugluft mit · einer Steuervorrichtung im kalten Zustand, und
Fig. 6 die Anordnung von Fig. 5 im warmen Zustand.
Es sei zunächst auf Fig. 1 Bezug genommen, die einen Teil eines thermischen Abgasreaktors. 1 zeigt, der durch einen !Flansch 2 am Gehäuse der Brennkraftmaschine befestigt ist. Der Abgasreaktor 1 weist· ein Innenrohr j5 auf, das mit dem Auslaßkanal der Brennkraftmaschine in Verbindung steht und von einem Außenrohr 4 umgeben ist. Zwischen dem Innenrohr und dem Außenrohr 4 ist eine Wärmeisolierung 4a angeordnet. Die Rohre j5 und 4 sind an ihrem in der Zeichnung linken
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Ende fest mit dem Flansch 2 verbunden. Nahe seinem anderen Ende ist das Innenrohr 3 in einem zylindrischen Portsatz 5 eines am AuBenrohr 4 befestigten trichterförmigen Bauteils verschiebbar geführt. Das Innenrohr 3 ist nahe seinem rechten Ende mit öffnungen 7 versehen, die bei kaltem Reaktor (Fig. 1) im Bereich des zylindrischen Fortsatzes 5 liegen und von diesem abgedeckt »erden. Am Ende des Innenrohres 3 ist ein birnenförmiger Flammenhalter 8 befestigt, der eine Anzahl von Durchtrittsöffnungen 9 für das Abgas aufweist.
Solange das Innenrohr 3 noch nicht seine Betriebstemperatur erreicht hat, sind die öffnungen 7 von dem zylindrischen Fortsatz 5 abgedeckt und das Abgas kann nur durch die Löcher im Flammenhalter 8 strömen. Dadurch wird eine sehr schnelle Erhitzung des Flammenhalters 8 erreicht, die das Einsetzen der Nachverbrennung bereits kurz nach dem Start ermöglicht. Andererseits bildet der Flammenhalter 8 einen erheblichen Strömungswiderstand.
Das Innenrohr 3 wird durch die heißen Abgase fortschreitend erwärmt und es dehnt sich dabei in der Zeichnung nach rechts aus. Wenn das Innenrohr 3 seine Betriebstemperatur erreicht hat, bei der eine Nachverbrennung stattfinden kann, hat sich das Innenrohr 3 soweit verschoben, daß die öffnungen 7 von dem zylindrischen Fortsatz 5 freikommen, so daß die Abgase nun durch diese öffnungen 7 ohne wesentlichen Strömungswiderstand in das anschließende Auspuffsystem 10 strömen können.
In einer Abwandlung des in Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiels könnte das trichterförmige Bauteil 6 mit dem Auspuffrohr 10 verbunden werden, wobei diese Einheit verschiebbar im AuOenrohr 4 gelagert und nur an seinem in der Zeichnung rechten Ende fest mit dem Außenrohr verbunden
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wird. In diesem Fall würde sich das Innenrohr 3 und -die aus dem trichterförmigen Bauteil 6 und dem Auspuffrohr 10 bestehende Einheit auf Grund der Wärmedehnung gegensinnig verschieben, so daß irä Bereich der öffnungen 7 und des zylindrischen Fortsatzes 5 eine größere Relativverschiebung eintreten Würde.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 und 4 ist der thermische Abgasreaktor 1 mit einer kataIytisehen Nachverbrennungseinrichtung 11 kombiniert. Das Eintrittsrohr des Katalysators 11 steht im kalten Zustand des Reaktors über eine öffnung 13 in der Wand des Innenrohres j5 mit dem Innenrohr in Verbindung, während die öffnungen 7 von dem zylindrischen Fortsatz 5 abgedeckt sind.
Das in der Zeichnung rechte Ende des Innenrohrs 3 ist hierbei durch einen Flansch 14 abgeschlossen. Das Austritts-. · rohr 15 des Katalysators 11 ist mit dem Auspuffrohr 10 ■ verbunden. Im kalten Zuätand des Abgasreaktors 1 strömt das gesamte Abgas durch das Innenrohr 3 und das Eintrittsrohr zum Katalysator 11 und von dort durch das Austrittsrohr zum Auspuffrohr 10. Wenn das Innenrohr 3 durch die Abgase so stark aufgeheizt ist, daß eine thermische Nachverbrennung stattfinden kann, hat sich das Innenrohr 3 so weit nach rechts gelängt, daß die öffnungen 7 von dem zylindrischen Fortsatz 5 freikommen" und das Abgas nun durch diese öffnungen 7 zum Auspuffrohr 10 strömen kann. Gleichzeitig wird die Mündung des Eintrittsrohrs 12 von dem Innenrohr abgedeckt. Dadurch ist der Katalysator 11 vollständig abgeschaltet, wodurch .seine Lebensdauer verlängert ύηφ der Strömungswiderstand der Anlage verringert wird.
Fig. 5 und 6 zeigen eine Anordnung zur Anwärmung der Ansaugluft der Brennkraftmaschine, die mit dem Auspuffsystem kombiniert ist. Das Auspuffsystem weist ähnlich wie bei den ,vorangegangenen Beispielen ein Innenrohr 3' und ein dieses umgebendes Mantelrohr ^1 auf, die an ihren motor-
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eeitigen Enden fest mit einem am Gehäuse der Brennkraftmaschine befestigten Flansch 21 verbunden sind. Das Innenrohr y begrenzt zusammen mit dem Außenrohr V eine ringförmige Vorwärmkammer 16, die durch einen Anschluß 17 mit der Atmosphäre und durch einen Anschluß 18 mit dem nicht gezeigten Ansaug-Luftfilter der Brennkraftmaschine verbunden ist.
Die Mündungsöffnung 19 des Anschlusses 18 wird von einem Schieber 20 gesteuert, der mit dem Innenrohr J' verbunden ist. Solange das Innenrohr jj1 noch nicht seine Betriebstemperatur erreicht hat, (Fig. 5)# gibt der Schieber 20 die Mündungsöffnung 19 frei, so daß die Luft durch den Ringraum 16 hindurch von der Brennkraftmaschine angesaugt wird und sich an dem bereits warmen Innenrohr 51 erwärmt. Wenn das Innenrohr 3' eine bestimmte Temperatur erreicht hat, hat es^sich so weit in der Zeichnung nach links gelängt, daß der Schieber in die in Fig. 6 gezeigte Stellung gelangt, in welcher die Mündungsöffnung 19 abgesperrt ist. Die Brennkraftmaschine sauge dann nur noch in üblicher Weise Luft direkt aus der Atmosphäre an.
Um ein übertreten von Abgas in den Ringraum 16 möglichst zu vermeiden, ist das linke Ende des Innenrohres 2' mit Schiebesitz in einem fest mit dem Außenrohr 4' verbundenen Auspuff-
at
rohr 21 geführt. Zwischen dem Außenrohr 4' und dem Innenrohr JJ1 ist wie bei den vorhergesehenen Beispielen eine Isolierung 4a vorgesehen, die an ihrem linken Ende durch eine Wand 22 begrenzt ist, welche am Außenrohr 4' befestigt ist und eine Führung für das Innenrohr 3! bildet.
In Abwandlung der in Fig. 5 und 6 gezeigten Ausführungen kann der Schieber 20 auch zur Steuerung des Einströmanschlusses 17 verwendet werden, d.h., die Anschlüsse I7 und 18 können vertauscht werden, ohne die Wirkungsweise der Vorrichtung zu verändern.
- Patentansprüche -
409813/0 6-2 4

Claims (1)

  1. PATENTANSPRÜCHE
    X, Vorrichtung zur Steuerung motortemperaturabhängiger Vorgänge bei einer Fahrzeug-Brennkraft-Maschine> deren Auspuffsystem zwei relativ zueinander längsverschiebliehe Rohre aufweist, gekennzeichnet durch ein Steuerorgan mit zwei relativ zueinander beweglichen Teilen, von denen das eine Teil mit dem einen Rohr und das andere Teil mit dem anderen Rohr verbunden ist.
    2· Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Rohre an ihren voneinander abgewandten Enden ortsfest sind und daß das Steuerorgan im Bereich der beiden einander zugewandten Enden der Rohre angeordnet ist.
    3. Vorrichtung.nach Anspruch 1 oder 2, wobei die beiden Rohre Teile eines thermischen Reaktors sind und bei Erwärmung ineinander verschoben werden, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Teil des Steuerorgans von einem Abschnitte des inneren Rohres (3) gebildet ist und mit einem den anderen Teil des Steuerorgans darstellenden, mit dem äußeren Rohr (4) verbundenen Bauteil (5) eine Drosselstelle für die Abgase bildet, deren Querschnitt sich mit s.teigender Temperatur und dadurch bedingter Relativverschiebung der Rohre (j3, 4) vergrößert.
    4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
    am inneren Ende des inneren Rohres (3) ein Flammenhalter (8) angeordnet i,st und daß der das eine Teil des Steuerorgans bildende Abschnitt dieses Rohres (jj) mit Durchtrittsöffnungen (7) versehen ist, die von dem das andere.Teil des Steuerorgans bildenden, mit dem äußeren Rohr (4) verbundenen Bauteil (5) bis zum Erreichen einer bestimmten Temperatur abgedeckt sind.
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    40981 8/06-2-4
    22Λ5885
    5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß in Strömungsrichtung der Abgase vor der Drosselstelle (5, 7) mindestens eine By-Pass-Leitung (12. 15) mit einer katalytisehen Nachverbrennungseinrichtung/abzweigt.
    6. Vorrichtung nach Anspruch 5# dadurch gekennzeichnet, daß die By-Pass-Leitung (12, 15) mit dem äußeren Rohr (4) verbunden ist und mit dem inneren, die Abgase führenden Rohr (3)
    • über Öffnungen (13) in der Wand des inneren Rohres (3) in Verbindung steht, wobei diese Verbindung mit steigender Temperatur der Rohre (3» 4) in zunehmendem MaB gedrosselt wird.
    7. Vorrichtung nach Anspruch,1, wobei eine Heizeinrichtung für das Ansaugsystem der Brennkraftmaschine vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerorgan (20) mit der Heizeinrichtung (l6) derart verbunden ist, daß es diese bei Erreichen einer bestimmten Relat^vverschiebung der beiden, Rohre ( 31, 4') abschaltet. , *
    18. 9. 1972
    Sp/bä
    409813/0624
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