DE2262408A1 - Abgasreinigungssystem fuer kraftfahrzeug-brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

PATENTANWALTSBURO TlEDTKE - BüHLING - KlNNE

TEL. (0S11) 539653-56 TELEX: 524845 tipat CABLE ADDRESS: Germaniapatent Müncnen

80 00 München 2

Bavariaring 4 Poetfach 202403 ²⁰' ^Dez/ ¹⁹⁷²

Nissan Motor Company, Limited Yokohama City, Japan

Abgasreinigungssystem für Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschinen

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschinen und insbesondere auf Luft-Brennstoffzufuhreinheiten wie Vergaser von Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschinen. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein Abgasreinigungssystem zur Anwendung bei der Gemischzufuhreinheit der Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschine. Das Abgasreinigungssystem, wie es hier beschrieben wird, ist von der Art, bei der das Luft-Brennstoffgemisch Zusatzwärme empfängt, wenn es durch einen Gemischkanal der Luft-Brennstoff gemischzuf unreinheit strömt , so daß verbesserte Verdampfung des Gemisches gewährleistet und dementsprechend die Menge an giftigen unverbrannten Bestandteilen in den Abgasen vermindert wird. Das Abgasreinigungssystem kann daher

309828/0334

Bank (Manchen) Kto. S1/61070 Dresdner Bank (München) Kto. »39 844 Postscheck (München) Kto. 87043-804

eine brauchbare Lösung für die heutigen Verunreinigungsprobleme durch Kraftfahrzeuge liefern.

Es ist bekannt, daß die Konzentration an giftigen unverbrannten oder teilweise verbrannten Bestandteilen wie Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxyd in den Abgasen der Maschine um so höher ist, je reiche* das Luft-Brennstoffgemisch ist, das der Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschine zugeführt wird. Ein angereichertes Luft-Brennstoffgemisch wird insbesondere dann gefordert, wenn die Maschine kalt betrieben wird, d.h. sich aufwärmt, da dann das Luft-Erennstoffgenisch kalt bleibt und demnach nicht die notwendige Brennwirksamkeit erreichen kann. Bei Betreiben einer Maschine im kalten Zustand ist es darüber hinaus notwendig, Zusatzbrennstoff oder Kohlenwasserstoffe der Maschine zuzuführen, um die verschlechterte Verdampfbarkeit des Luft-Brennstoffgenisches zu kompensieren, so daß das der Maschine zugeführte Gemisch weiter angereichert wird. Der Zusatzbrennstoff oder die zusätzlichen Kohlenwasserstoffe werden unverbrannt oder nur teilweise verbrannt aus dem Abpassystem der Maschine ausgestoßen und bedeuten die Hauptquelle für die Verunreinigung der Luft. Die verschlechterte Verdampfbarkeit des Luft-Brennstoffgemisches führt ferner dazu, daß Brennstoffteilchen mit relativ großer Tropfengröße an den Innenwänden der Gemischzufuhreinheit haften bleiben. Die Brennstoffteilchen, die an den Innenwänden der Einheit haften bleiben, werden während Kaltfahrens des Motors aufgewärmt und dementsprechend mit dem Aufwärmen der

309828/0334

— ■? —

Maschine auf~Betriebstemperatur verdampft, so daß eine weitere Anreicherung des Luft-Brennstoffgemisches erreicht wird, das dem Motor zugeführt wird, wodurch die Konzentration an giftigen verbrennbaren Bestandteilen in den Abgasen weiterhin erhöht wird.

Um die Abgase zu reinigen, ist es vorgeschlagen und in die Praxis umgesetzt worden, die verbrennbaren Bestandteile in den Abgasen in harmlose Gase zu'reoxydieren, und zwar durch Verwendung von speziellen Nachverbrennen! oder katalytischen Wandlern, die in oder neben dem Abgassysten installiert sindj ferner hat man die Luft-Brennstoffgemische vorerhitzt, um die Verdampfung des Gemisches zu¹ beschleunigen, und zwar dadurch, daß man vom Motorkühlwasser Wärme zuführt oder daß man Abgase zu der Gemischzufuhreinheit rückführt, z.B. in die Ansaugleitung des Vergasers. Alle diese Abgasreinigungseinrichtungen werden jedoch erst wirksam, wenn die Maschine mit Betriebstemperaturen gefahren wird, d.h. wenn die Maschine genügend aufgewärmt ist, so daß diese Maßnahmen nicfft dem Zweck der Minderung der Konzentration an giftigen Bestandteilen in den Abgasen dann dienen können, wenn die Maschine im kalten Zustand betrieben wird; und zwar können diese Maßnahmen gerade dann nicht wirksam werden, wenn in erhöhter Menge giftige Bestandteile unter diesen besonderen Bedingungen erzeugt Werden.

Erfindungsgemäß wird ein Abgasreinigungssystem für eine Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschine vorgeschlagen, die einen

309 8 28/03 34 : '■

Luft-Brennstoffgemischzufuhrkanal für- die Lieferung eines verdampften Luft-Brennstoffgemisches zu den Maschinenzylindern aufweist, wobei dieses System gekennzeichnet ist durch eine Verbrennungskammer, die sich in direkter Berührung mit dem Inneren wenigstens eines Teils des Luft-Brennstoffgerischzufuhrkanals der Maschine befindet, und zwar über wenigstens eine V/ärmeübertragungstrennwand, durch eine Luft-Brennstoffgemischzufuhreinheit für die Lieferung eines Gemisches aus Luft und Brennstoff zu dieser Verbrennungskammer bei Betätigung, durch eine Zündeinrichtung für das Entzünden des Luft-Brennstoffgemisches, das aus der Gemischzufuhreinheit bei Betätigung in die Verbrennungskammer gesaugt wird, und durch eine auf Temperatur ansprechende Betätigungseinrichtung, die auf eine Änderung in der Temperatur des Motors anspricht und tätig wird, un sowohl die Gemischzufuhreinheit als auch die Zündeinrichtung in Abhängigkeit von einer Temperatur der Maschine zu betätigen, die niedriger als ein vorbestimmter relativ niedriger V/ert ist.

Die Erfindung w,ird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 ist eine schenatische Ansicht, die teilweise im Schnitt den Gesamtaufbau des erfindungsgemäßen Abgasreinigungssystems verdeutlicht;

Fig. 2 ist eine Schnittansicht, die in vergrößertem MaPstab die Verbrennungskammer des Abrasrei-

nigungssystems nach Fig. 1 verdeutlicht. 30 9828/ 0 33 4

Das erfindungsgemäße Abgasreinigungssystem ist nur als Beispiel gezeigt und in Anwendung bei einer Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschine verdeutlicht, die einen Fallstromvergaser verwendet. Es ist jedoch zu beachten, daß die wesentlichen Merkmale des erfindungsgemäßen Abgasreinigungssystems auch bei Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschinen anderer Bauart anwendbar sind, u.a. auch bei solchen, die Flachstromvergaser oder Einspritzeinrichtungen verwenden.

Der in der Fig. 1 insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 versehene Fallstromvergaser besitzt wie gewöhnlich einen Luftfilter 11, der sich am Kopfende eines Lufttrichters 12 befindet. In der Innenseite des Lufttrichters 12 befindet sich ein Venturiabschnitt 13, in dem eine Brennstoffdüse l*i vorsteht, die mit einem Schwimmergehäuse 15 verbunden ist. Stromab des Venturiabschnitts 13 befindet sich eine Drosselklappe l6, die die Durchflußrate des Luft-Brennstoffgemisches steuert, das vom Vergaser 10 zu liefern ist. Die Drosselklappe 16 ist um eine Welle (nicht bezeichnet) drehbar, und zwar mit Hilfe eines DrosselklappeVihebels 17, der vom Gaspedal 18 über eine Verbindungsstange 19 betätigt wird. Der Vergaser 10 ist an seinem unteren Ende an eine Ansaugleitung 20 der Maschine angeschlossen. Die Ansaugleitung 20 besitzt ein Ansaugleitungssteigrohr 21, das sich unmittelbar stromab des Vergasers 10 befindet, sowie mehrere Zweigleitungen 22, die vom Steigrohr 21 ausgehen und an die jeweiligen Zylinder (nicht gezeigt) in der Maschine angeschlossen sind. Das Steigrohr 21 und die Zweigrohre oder Zweigleitungen 22

309828/0334

bilden den Gemischkanal für den Vergaser 10. Aufbau und Arbeitsweise des vorbeschriebenen Vergasers 10 sind bekannt, so daß keine weitere ins einzelne gehende Erläuterung notwendig ist.

Das an den in dieser Weise aufgebauten Vergaser 10 angebaute Abgasreinigungssystem 'besitzt eine Luft-Brennstoffgenischzufuhreinheit, die bei dieser gezeigten Ausführungsform die Form eines Vergasers 23 hat_f der parallel zun Hauptvergaser 10 der Maschine liegt, jedoch von diesem unabhängig ist. Gleich dem Hauptvergaser 10 steht der Zusatzvergaser 23 an seinem Kopfende mit dem Luftfilter 11 in Verbindung, und zwar über eine kalibrierte Verengung oder Drosselstelle 24, wobei in Vergaser selbst gemäß Darstellunr eine Verengung oder ein Venturabschnitt 25 ausgebildet ist. Eine von dem Schwimmerpehäuse 15 des Vergasers 10 könnende Zusatzbrennstoffdüse 26 ragt in diesen Venturiabschnitt 25, so daß der aus der Schwimmerkammer 19 angesaugte Brennstoff zerstäubt und mit Frischluft gemischt wird, die über den Luftfilter mit begrenzter· Rate durch die Drosselstelle 2¹I angesaugt wird. Stromab des Venturiabschnitts 25 befindet sich ein Gemischdurchflußsteuerventil oder eine Drosselklappe 27 für die Steuerung des Durchflusses an Luft-Brennstoffgemisch, das am Venturiabschnitt 25 gebildet wird. Der Zusatzvergaser 23 ist über einen flemischkanal 28 an eine Verbrennungseinheit angeschlossen, die als ganzes mit dem Bezugszeichen 29 in Fig. 1 bezeichnet ist.

309828/0334

Wie man besser aus Pig. 2 ersieht, besitzt die Verbrennungseinheit 29 eine Verbrennungskammer 30 mit einem Einlaß, der an das Vorderende des Oerrischkanals 28 angeschlossen ist und sich in direkter Berührung mit dem Inneren des Bodenabschnitts des Steigrohrs 21 befindet, und zwar über eine V.'ärmeübertragungstrennwand 31. Diese Trennwand 31 ist vorzugsweise eine blatte aus Kupfer, Messing, Aluminium oder Stahl, wie z.B. rostfreier Stahl einer Dicke im Bereich zwischen 0,5 bis 3,0 mm. Es versteht sich von selbst, daß die VJärmeübertragung um so größer und die V'ärmeansprechbarkeit der Trennwand um so besser ist, je dünner die Trennwand 31 ist. V/ird die Dicke der Trennwand 31 auf einen .praktisch noch zulässigen Grenzwert reduziert, wird das Abgasreinigungssystem nach der Erfindung in der V.'eise wirksam, daß es im wesentlichen gleichzeitig mit dem Starten der kalten Maschine das Luft-Brennstoffgemisch in der Ansaugleitung 20 erwärmt. Mit Rücksicht jedoch auf die hotvrendige Lebensdauer der Trennwand für praktischen Gebrauch ist es wichtig, die Dicke der Trennwand im Sinne eines Kompromisses zwischen dies'en sich gegenseitig ausschließenden Anforderungen für V/ärmeansprechbarkeit und Lebensdauer zu wählen. Versuche haben gezeigt, daß eine Trennwand aus Kupfer mit einer Dicke von 1,0 mm bis 2,0 mm einen akzeptablen Kompromiss zwischen diesen Anforderungen bildet. VIo es erwünscht ist, eine vergrößerte V.'ärmeaustauschfläche der Trennwand 31 verfügbar zu haben, und zwar ohne Rücksicht auf und gegebenenfalls zu Lasten der thermischen Ansprechbarkeit kann die Trennwand 31 mit Rippen auf einer oder

309 8 2 87 0 3 3 A

beiden Seiten versehen werden, die in den Zeichnungen nicht gezeigt sind.

Am Einlaß der Verbrennungskammer 30 befindet sich ein Flammenhalter 32 aus einem Drahtgitter, das verhindert, daß die Flammen in der Verbrennungskammer nach hinten in den Gemischkanal 2b durchschlagen. Die Verbrennungskammer 30 hat einen.Auslaß, der unmittelbar zur offenen Luft offen sein kann - nicht gezeigt - oder der sich in ständiger Verbindung mit einem stromauf gelegenen Abschnitt des Steigrohrs 21 befindet, und zwar über einen Heißgasrückführungskanal 33, wie dies dargestellt ist. Am Ausgang des Heißgasrückführungskanals 33 befindet sich eine Flammensperre 3** aus Drahtgitter, das verhindert, daß die Flammen aus dem Kanal 33 in das Steigrohr 21 eintreten. Im Bedarfsfall kann der Heißgasrückführungskanal 33 auf der Außenseite wenigstens teilweise von einer Vielzahl von Rippen 35 ummantelt oder umgeben sein, um Wärme in erhöhter Wirksamkeit zur Außenseite des Kanals 33 abzustrahlen.

Es ist eine geeignete Zündeinrichtung vorgesehen, die eine Zündkerze 36 aufweist, welche in die Verbrennungskammer 30 ragt, wobei ferner eine Zündeinheit 37 vorgesehen ist, die über eine Leitung 38 an die Zündkerze 36 angeschlossen ist. Die Zündeinheit 37 und die Zündkerze 36 können kontinuierlich das in die Verbrennungskammer 30 gelieferte Luft-Brennstoff gemisch entzünden, sobald sie energiert werden. Die Zündeinheit 37 hat eine Eingangsklemme, die an eine

30982 8 /0334

Energiequelle 39 angeschlossen ist, und zwar über eine Leitung 40 unter Zwischenschaltung eines üblichen Zündschalters 31 und eines Relaisschalter 42, der normalerweise offene Kontakte 42a sowie eine Relaisspule 42b aufweist. Die Relaisspule 42b ist über eine Leitung 43 an einen thermostatisch gesteuerten Temperaturschalter 44 angeschlossen, der an ein geeignetes Maschinenkühlmittel angeschlossen oder in dieses eingebettet ist, z.B. an einen Wassermantel 45 für das Kühlen der Brennkraftmaschine (nicht gezeigt). Dieser Temperaturschalter 44 öffnet, wenn die Maschine oder - genauer - das Maschinenkühlwasser genügend aufgewärmt ist, und der in Abhängigkeit von einer Temperatur schließt, die niedriger als ein vorbestimmter Viert, z.B. 60⁰C ist.

Zur Steuerung des Durchflusses an Luft-Brennstoffgemisch zur Verbrennungseinheit29 ist eine sogbetätigte Drosselklappenantriebs'einheit vorgesehen, die als ganzes mit dem Bezugszeichen 46 in Fig. 1 bezeichnet ist. Diese Drosselklappenantriebseinheit 46 besitzt eine MembranvorricK'tung mit einer SaugkaWmer und einer atmosphärischen Kammer 47 bzw. 48, die hermetisch gegeneinander durch eine Membran 49 abgedichtet sind. Die Saugkammer 47 besitzt eine Vorspannfeder 50, die sich an einem Ende einer Endwand der Saugkammer 47 und'am anderen Ende auf der Membran 49 abstützt. Die Vorspannfeder drückt die Membran 49 in Richtung auf das Komprimieren der atmosphärischen Kammer 48. Damit die Luft der atmosphärischen Kammer 48 entweichen kann, wenn diese Kammer durch Verschiebung der Membran

30 9 828/0334

zusammengedrückt oder komprimiert wird, ist die Kammer 48 normalerweise mit einer Luftöffnung 51 versehen, die zur Atmosphäre offen ist. Die Vorspannfeder 50 ist im vorliegenden Fall eine Schraubenfeder, kann jedoch durch irgendeine andere federnd nachgiebige Vorspanneinrichtung ersetzt werden.

Die Sauckammer 47 befindet sich in Verbindung mit der Ansaugleitung 20 der Maschine oder, wie dies bei der dargestellten Ausführungsform der Fall ist, mit dem Steigrohr 21 der Ansaugleitung, und zwar über einen Saugkanal 52. Dieser Saugkanal 52 besitzt ein solenoidbetätigtes Dreiwegeventil 53, das elektrisch über eine Leitung 54 an die Leitung 40 angeschlossen ist. Diese Dreiwegeventil 53 kann zwei Stellungen einnehmen. Wird das Dreiwegeventil 53 durch die Energiequelle 39 über die Leitungen 40 und 54 energiert, nimmt es eine Stellung ein, bei der eine Verbindung zwischen der Saugkammer 47 und dem Steigrohr 21 über das Ventil hergestellt ist. Unter dieser Bedingung wirkt der in der Ansaugleitung 20 der Maschine oder allgemein in dem Gemischkanal stromab der Vergaserdrosselklappe 16 herrschende Unterdruck über den Saugkanal 52 in die Saugkammer 47. Wenn im Gegensatz hierzu das Dreiwegeventil 53 im unerregten Zustand bleibt, befindet sich das Ventil in der anderen Stellung, in der die Verbindung zwischen der Saugkammer 47 und der Ansaugleitung 20 blockiert ist, so daß die Saugkammer 47 über eine Einlaßöffnung 55 zur offenen Luft belüftet ist; die Einlaßöffnung 55 ist im Ventil 53 oder im Saugkanal 52 ausgebildet.

309828/0334

Eine Betätigungsstange 56 ist an einem Ende an die zur Vorspannfeder 50 entgegengesetzte Stirnfläche der Membran 49 und am anderen Ende an die Drosselklappe 27 des Zusatzvergasers 23 über einen Hebel 57 angeschlossen» Dieser Drosselklappenhebel 57 ist mit der Drosselklappe 27 um die Welle der Drosselklappe drehbar und ist an seinem Vorderende gelenkig an die Betätigungsstange 56 angeschlossen_s so daß eine durch Verschiebung der Membran 49 bedingte Bewegung der Betätigungsstange 56 in die eine oder andere Richtung eine Drehbewegung oder Winkelverstellung der Drosselklappe 27 hervor-? ruft, wodurch die wirksame Arbeitsfläche für den Durchfluß des Luft-Brennstoffgemisches an der Drosselklappe 27 vorbei geändert wird. Aus einem später noch zn besehreibenden Grund wird es bevorzugt, daß diese Betätigungsstange 56 eine Verlängerung 58 aufweist₉ die in unmittelbarer Nähe der Drosselklappe 16 des Hauptvergasers 10 der Maschine endete In diesem Fall ist die Verlängerung 58 der Betätigungsstange 56 über den Drosselklappensteuerhebel 1? an die Drosselklappe 16 in der V/eise angeschlossen, daß die Drosselklappe bei Hin- und 'Herbewegung der Betätigungsstange 56 mit Hilfe der Membran 59 der Antriebseinheit ¹Io um ihre Welle gedreht wird.

Bei der Ausführungsform nach den Fig. 1 und 2 wurde angenommen, daß die Drosselklappe 27 des Zusatzvergasers 23 in Offenstellung und gleichzeitig die Drosselklappe 16 des Hauptvergasers um einen vorbestimmten Winkel in Richtung auf die Offenstellung aus ihrer normalen Drosselstellung yerschwenkt wird, wenn die Betätigungsstange 56 in der Zeich-

3098287033A

nung nach rechts bewegt wird, d.h. wenn der Sog der Ansaugleitung 20 in die Saugkammer 47 der Drosselklappenantriebseinheit 46 wirkt.

Die Arbeitsweise des so aufgebauten und ausgestalteten Abgasreinigungssystems wird nunmehr erörtert.

V/ird die Brennkraftmaschine durch Schließen des Zündschalters 1 mit Hilfe eines Zündschlüssels gestartet, wird die aus dem Luftfilter 11 angesaugte Luft mit dem aus dem Schwimmergehäuse 15 durch die Brennstoffdüse 14 des Hauptvergasers 10 in den Venturiabschnitt 13 gesaugten Brennstoff vermischt. Das sich ergebende Luft-Brennstoffgemisch geht Über die Ansaugleitung 20, d.h. das Steigrohr 21 und die Zweigrohre 22 zu den einzelnen Maschinenzylindern. Die Rate, mit der das Luft-Brennstoffgemisch der Maschine zugeführt wird, wird durch die Winkelstellung der Drosselklappe 16 und dementsprechend in Abhängigkeit vom Niedertreten des Gaspedals 18 gesteuert.

Ist die Maschine beim Anlassen kalt und ist dementsprechend die Temperatur des Maschinenkühlwassers, das in dem Wassermantel 45 zirkuliert, niedriger als ein vorbestimmter Wert, z.B. niedriger als bO°C, dann ist der thermostatisch gesteuerte Temperaturschalter 44 geschlossen, so daß die Spule 42b des normalerweise offenen Relaisschalters 42 über die Leitung 4 3 energiert wird, rer Relaisschalter 42 schließt somit, so daß ein elektrischer Stromkreis von der Energiequelle

309828/0 334'

39 zur Zündeinheit 37 über die Leitung 40 bei geschlossenem Zündschalter 41 geschlossen ist.Die Zündeinheit 37 wird dadurch energiert oder erregt, so daß die Zündkerze 36 über die Leitung 38 betätigt wird. Gleichzeitig wird das solenoidbetätigte Dreiwegeventil 53, das einen Teil der die Gemischzufuhrrate steuernden Einrichtung ist, von der Energiequelle 39 über die Leitungen 40 und 54 erregt und in eine Stellung gebracht, in der eine Verbindung zwischen dem Steigrohr 21 der Ansaugleitung 20 und der Saugkammer 47 der Sogbetätigten Drosselklappenantriebseinheit 46 hergestellt wird, die ebenfalls einen Teil der die Geirischzufuhrrate steuernden Einrichtung des Reinigungssystems nach der Erfindung bildet.

Der in der Ansaugleitung 20 herrschende Unterdruck gelangt somit über den Saugkanal 52 des Dreiwegeventils 53 ^ur Saugkärr.mer 47 der Antriebseinheit 46. Dieser Unterdruck wirkt auf die Membran 49, die dadurch gegen die Wirkung der Vorspannfeder 50 in eine Lage bewegt wird, in der ¹Me atmosphärische Kammer 4b ausgedehnt wird, was durch die über die Luftöffnung 51 eintretende Luft möglich wird. Hierdurch wird die Betätigungsstange 46 in der Zeichnung nach Fig. 1 nach rechts bewegt, so daß die Drosselklappe des Zusatzvergasers 23 in die Offenstellunp bewegt wird, die dargestellt ist. Dadurch wird aus dem Luftfilter 11 Luft in den Zusatzvergaser 23 mit einer Rate gesaugt, die durch die Drosselstelle 24 begrenzt ist, während gleichzeitig Brennstoff aus dem Schwimmergehäuse 15 über die zusätzliche

309 8 28/0334

Brennstoffdüse 26 in den Venturiabschnitt 25 gesogen wird. Die Luft und der Brennstoff werden im Venturiabschnitt 25 gemischt und es wird das sich ergebende Luft-Brennstoffgemisch zur Verbrennungskammer 30 der VerbrennunRseinheit 29 geliefert, und zwar über den Gemischkanal 28 und den Flammenhalter 32, der sich am Einlaß der Verbrennungskammer 30 befindet. Da unter dieser Bedingung die Zündkerze 36 durch die Zündeinheit 37 gemäß Vorbeschreibung im Einsatz ist, wird das in die Verbrennungskammer 30 gesaugte Luft-Brennstoffgemisch entzündet und erzeugt Heißgase, deren V?ärme durch die Trennwand 31 übertragen wird, die sich mit dem Luft-Brennstoffgemisch in Berührung befindet, das durch das Steigrohr 21 des Ilauptvergasers 10 wandert. Die Heißgase verlassen dann die Verbrennungskammer 30 und werden in den stromauf gelegenen Abschnitt des Steigrohrs 21 gesogen, und zwar durch den Heißgasrückführungskanal 33 und die Flammensperre 3^. Es werden daher die heißen Abgase dem Luft-Brennstoffgemisch zugemischt, das durch das Steigrohr 21 strömt, wobei Wärmeaustausch mit dem Gemisch erfolgt. In dies"em Falle sorgt der am-'Einlaß des Kanals 33 zur Verbrennungskammer 30 sitzende Flammenhalter 32 für das Zerstäuben des in die Verbrennungskammer 30 zu schickenden Luft-Brennstoffgemisches, wobei diese Zerstäubung durch die feinen Maschen hervorgerufen wird. Ein solcher Gemischzerstäubunfrseffekt des Flammenhalters 32 wird verbessert, wenn das Luft-Brennstoffgemisch gezündet und dementsprechend das Drahtgitter des Flammenhalters erhitzt wird, wodurch insgesamt eier Verbrennungswirkungsgrad des Gemisches in der Verbrennungskammer

309828/0334

30 erhöht wird. Die zum Steigrohr 21 rückgeführten heißen Abgase werden beim Durchgang durch den Heißgasrückführungskanal auf einen geeigneten Wert abgekühlt,und swar durch die Wirkung der Rippen 35» die sich auf diesem Rückführungskanal 33 befinden, während die Flammensperre 3** am Auslaß des Kanals 33 dafür sorgt, daß das Entzünden des Luft-Brennstoffgemisches im Steigrohr 21 verhindert wird, da sonst die heißen Abgase des Kanals 33 die Entzündung bewirken könnten.

Beim Durchfluß des Luft-Brennstoffgemisches vom Steigrohr 21^ in Richtung auf die Zweigrohre 22 der Maschinenansaugleitung 20, die an den Fallstromvergaser 10 angeschlossen ist, sammeln sich die relativ große Abmessung habenden Brennstoffteilchen oder Brennstofftröpfchen sowie der entlang den Innenflächen des Steigrohrs 21 abwärts wandernde Brennstoff am untersten Teil des Steigrohrs 21 an, der sich neben den Zweigrohren 22 befindet. Bei den Brennkraftmaschinen der bekannten Bauart wird der sich auf diese Weise am Boden des Steigrohrs 21 ansammelnde Brennstoff'entlang den Innenflächen der Zweigrohre 22 in flüssigem Zustand in die Maschinenzylinder gesaugt, so daß verstärkte Ursache für unvollständige Verbrennung des Gemisches in den Verbrennungskammern der Maschine gegeben wird. Durch Anordnung der '.Verbrennungskammer 30, die den Bodenabschnitt des Steigrohrs 21 bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform berührt, wird der Brennstoff, der sich auf der Oberfläche der Trennwand 31 abgesetzt hat oder sich dort absetzen will, durch"die von der Trennwand abgestrahlte Wärme erwärmt und dadurch zwangsläufig verdampft,

3098 287 0334:

bevor er in die Zweigrohre 22 geht. Es wird daher das Luft-Brennstoffgemisch, das von der Ansaugleitung 20 geliefert wird, gleichförmig verteilt und in ausreichendem Maß verdampft in die einzelnen Maschinenzylinder geliefert und darin ohne Schwierigkeit verbrannt, wobei sich ein erheblich verbesserter Verbrennungswirkungsgrad ergibt. Aus diesen Grunde besteht keine Notwendigkeit, bei Kaltstart der Maschine dieser ein angereichertes Luft-Brennstoffgemisch zuzuführen.

Die aus der Verbrennungskammer 30 in das Steigrohr 21 rückgeführten heißen Abgase fördern das Erwärmen des Luft-Brennstoffgemisches, das der Maschine zuzuführen ist. Das die Zusatzwärme von der Trennwand erhaltende Gemisch ist frei von Brennstoffteilchen relativ großer Tropfengröße, so daß das Gemisch beim Eintritt in die Maschinenzylinder im wesentlichen vollständig vergast vierden kann. Im Bedarfsfall kann der Auslaß der Verbrennungskammer 30 unmittelbar zur offnen Luft belüftet sein, so daß die heißen Abgase zur Außenseite der Maschine abgegeben oder für andere Zwecke genutzt werden. ^{'

Wo die heißen Abgase der Verbrennungskammer 30 in die Ansaugleitung 20 gelangen und mit dem Luft-Brennstoffgemisch vom Hauptvergaser 10 vermischt werden, könnte die Gefahr bestehen, daß die Maschinenleistung beeinträchtigt oder der Maschinenbetrieb zu einem gewissen Grad unstabil wird, insbesondere dann, wenn die Hauptdrosselklappe 16 nur teilweise geöffnet ist, wie dies beim Leerlauf der Fall ist,

309828/0334

so daß es erwünscht sein kann, die Drosselklappe 16 weiter zu öffnen als normal. Dies wird bei der beschriebenen Ausführungsform mit Hilfe der Verlängerung 58 der Betätigungsstange 56 bewirkt, die antriebsmäßig mit der Drosselklappe 16 über den Drosselklappensteuerhebel 17 verbunden ist. Wird durch den in die Saugkammer 47 wirkenden. Unterdruck die Membran 49 der Drosselklappenantriebseinheit· 46 in der Zeichnung nach rechts bewegt, wird die Drosselklappe 16 des Hauptvergasers 10 um einen vorbestimmten Winkel in die Offenstellung geschwenkt, und zwar durch die Axialbewegung der Betätigungsstange 56, wobei gleichzeitig die Drosselklappe 27 des Zusatzvergasers 23 in die Offenstellung geschwenkt wird. Die wirksame Arbeitsfläche an der Drosselklappe l6 des Hauptvergasers 10 wird dadurch mit entsprechender Vergrößerung der Zufuhrrate an Luft-Brennstoffgomisch für die Maschine vergrößert, wodurch befriedigender Leistungsviirkungsgrad bei Leerlauf erreicht wird. .

Hat sich die Maschine auf Betriebstemperatur erwärmt und erreicht der Wassermantel eine Temperatur oberhalb eines vorbestimmten Werts, öffnet der Temperaturschalter 44,.so daß die Spule 12b des Relaisschalters 42 entregt wird. Die Zündeinheit 37 und das solenoidbetätigto Dreiwegeventil 53 werden dann gleichzeitig von der Energiequelle 39 bei· geöffnetem Relaisschalter 42 getrennt, so da£ die ^"lndkerze 36 der Verbrennungskammer 30 abgeschaltet und die Verbindung zwischen dem Steigrohr 21 und der Saugkammer 47 der Antriebseinheit unterbrochen wird. Die Saugkammer 47 ist nunmehr über die

3 09828/0334

Luftöffnung 45 zur Atmosphäre geöffnet, so daß die Membran 49 unter der Wirkung der Vorspannfeder 50 in eine Stellung bewegt wird, in der die Sauckammer 47 wieder ausgedehnt wird. Hierdurch wird durch die Betätigungsstange 46 die Drosselklappe 27 in die Schließstellung bewegt, wodurch die Zufuhr an Luft-Brennstoffgemisch zur Verbrennungskanner 30 über den Zusatzvergaser 23 unterbrochen wird. Die Verbrennungseinheit 29 bleibt somit außer Einsatz, so daß der Hauptverga3er 10 unabhängig vom Abgasreinigungssystem arbeitet.

Die zwischen dem Luftfilter 11 und dem Zusatzvergaser .23 vorgesehene Drosselstelle 24 sollte so kalibriert sein, daß Luft dem Zusatzvergaser 23 mit einer solchen Rate zugeführt wird, daß das dc-r Maschine zuzuführende Luft-Brennstoffgemisch nicht wirksam abgemagert wird, wenn dieses Gemisch mit den heißen Abgasen aus der Verbrennungskammer vermischt wird. Die Zufuhr eines Luft-Brennstoffgemisches, das einen Überschuß an Luft enthält, führt manchmal zu kurzzeitigen Unterbrechungen des Maschinenbetriebs. Solche Betrachtungen sind jedoch dann überflüssig, wenn die Verbrennungskammer 30 einen unmittelbar zur Atmosphäre offenen Ausgang hat.

Zur Vereinfachung der Einstellung der sogbetätigten Drosselklappenantriebseinheit 46 bei der Herstellung, wird es bevorzugt, daß die Vorspannfeder 50 eine relativ geringe Pederkonstante hat und daß gleichzeitig die Membran 49 relativ

309828/033/»

große Abmessung hat, so daß sie in .Abhängigkeit von dem in die Saugkammer ¹J7 einwirkenden Unterdruck eine Schnappwirkung ausüben kann. In der Beschreibung wurde der Relaisschalter 42 als normalerweise offener Schalter beschriebene Statt dessen kann auch ein normalerweise geschlossener Relaisschalter im Bedarfsfall verwendet v/erden» Wo der .normalerweise gesehlos* sene Relaisschalter bevorzugt vfird_s sollte der Temperaturschalter 44 zur Steuerung des Relaisschalters so ausgestaltet sein, daß er offen ist und den Relaisschalter geschlossen hält, wenn die Maschine im Kaltzustand betrieben wird,, während er schließt und" den Relaisschalter öffnet, wenn die Maschine die Betriebstemperatur erreicht hat»

- ., Die Verbrennungskammer 30 ist dort am wirksamsten für das Erwärmen und gleichförmige Verdampfen des der Faschine zuzuführenden Luft-Brennstoffgemisehes_s wo sie sich in direkter Berührung mit dem Gemisch am Boden des Ansaugleitungssteigrohrs 21 befindet. Der Erwärmungs- und Verdampfungseffekt wird ferner dadurch verbessert, xfenn die Verbrennungskammer 30 sich wenigstens teilweise in Berührung mit einem weiteren Teil des Gemischkanals stromab der Drosselklappe 16 des Hauptvergasers 10 befindet,2.B.mit den Ansaugleitungszweigrohren 22 hinter dem Steigrohr.

Die Vorbeschreibung bezog sich auf die Anwendung der Luft-Brennstoffgemischzufuhreinheit des erfindungsgemäßen Abgasreinigungssystems ir, Verbindung mit einem Vergaser üblicher Bauart. Dies hat jedoch nur beispielhafte Bedeutung;

309828/0334

die Gemischzufuhreinheit kann eine bekannte Brennstoffeinspritzeinheit sein, die übliche Brennstoffeinspritzdüsen aufweist, die elektromagnetisch betätigt werden,, um Brennstoff in die Maschinenzylinder einzuspritzen, wenn der thermostatisch gesteuerte Temperaturschalter M auf eine Maschinentemperatur anspricht, die niedriger als ein vorbestimmter Wert ist. Auch kann im Bedarfsfall die Gemischzufuhreinheit des Abgasreinigungssystems mit Luft und/oder Brennstoff von Quellen beliefert werden, die unabhängig vom Luftfilter 11 und /oder dem Schwimmergehäuse 15 sind, wie sie dem Hauptvergaser der Maschine zugeordnet sind.

Aus der Vorbeschreibung ergibt sich, daß das zuvor beschriebene Abgasreinigungssystem in sofern wirksam ist, als es unter Betriebsbedingungen mit kalter Maschine das Luft-Brennstoffgemisch, das durch den zu den Maschinenzylindern führenden Gemischzufuhrkanal geht, vorerviärmt, so daß die Verbrennung des Gemisches in den Maschinenzylindern mit erhöhtem Wirkungsgrad erfolgt, ohne daß ein angereichertes Luftv-Brennstoffgercisch be<i Kaltstart notwendig ist. Das erfindungsgemäße Abgasreinigungssysterr kann dadurch den Gehalt an unverbrannten oder teilweise verbrannten giftigen Bestandteilen in den Abgasen vermindern, die von der Maschine ausgestoßen werden, während diese sich aus dem kalten Zustand erwärmt, so daß die Erfindung eine brauchbare Lösung für das Problem der Luftverunreinigung durch Kraftfahrzeuge liefert. Die vollständige Verbrennung des Gemisches in der Maschine wird in wirkungsvollerer Weise erreicht, wo die heißen Abgase, die die wärmeübertragende Trennwand erwärmt

309828/0334

haben, zur stromauf gelegenen Seite des Gemischkanals rückgeführt werden und in das Gemisch eingespritzt werden, um dessen Verdampfung zu verbessern.

30 9.8 28/0334

Claims (5)

1. Patentansprüche

   Abgasreinigungssystem für Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschinen mit einem Luft-Brennstoffgemischzufuhrkanal für die Zufuhr von verdampftem Luft-Brennstoffgemisch zu den Maschinenzylindern, gekennzeichnet durch eine Verbrennungskammer (30), die sich durch wenigstens eine wärmeübertragende Trennwand (3D mit dem Inneren wenigstens eines Teils des zu der Maschine führenden Luft-Brennstoffgemischzufuhrkanals (21) in Berührung befindet, durch eine Luft-Brennstoffgemischzufuhreinheit (23) für die Lieferung eines Gemisches aus Luft und Brennstoff zu der Verbrennungskammer (30) bei ihrer Betätigung, durch eine Zündeinrichtung (37) für das Entzünden des in die Verbrennungskammer aus der Gemischzufuhreinheit bei Betätigung angesaugten Luft-Brennstoffgemisches, und durch eine auf Temperatur ansprechende Betätigungseinrichtung (M, ^5), die auf eine Änderung in der Maschinentemperatur anspricht und sowohl die Gemischzufuhreinheit (23, ^6) sowie die Zündeinrichtung (37) in Abhängigkeit von einer Temperatur der Maschine betätigt, die niedriger als ein vorbestimmter relativ niedriger Wert ist.
2. 2. System nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine die Gemischzufuhrrate steuernde Einrichtung, die der Luft-Prennstoffnemischzufuhreinheit (23) zugeordnet ist und eine gesteuerte Verbindung zwischen dem Gemischzufuhrkanal (28) und der Verbrennungskammer (30) bei Betätigung durch die

   309828/0334

   auf die Temperatur ansprechende Betätigungseinrichtung herstellt,
3. 3. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die die Gemischzufuhrrate steuernde Einrichtung [Mb₁ 56, 58) ferner mit dem Luft-Brennstoffgemischzufuhrkanal (21) der Maschine verbunden ist und auf einen"Leerlaufzustand der Maschine anspricht, um in geeigneter Weise die Durchflußrate an Luft-Brennstoffgemisch durch den Gemischzufuhrkanal zu erhöhen,wenn sie durch die auf Temperatur ansprechende Betätigungseinrichtung bei Leerlauf der Maschine betätigt wird.
4. 4. System nach Anspruch 1 bis 3j dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungskammer (30) einen Auslaß (33) hat, der sich in ständiger Verbindung mit dem Luft-Erennstoffgemischzufuhrkanal (21) der Maschine befindet, und zwar über einen Heißgasrückführungskanal (33)»

   *"
5. 5. System, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Heißgasrückführungskanal (33) auf der Außenseite mit einer Vielzahl von Rippen (35) versehen ist.

   6. System nach Anspruch 1 bis_5, dadurch gekennzeichnet > daß die wärmeübertragende Trennwand (31) auf wenigstens einer ihrer Seiten eine Vielzahl von Rippen aufweist.

   309828/0334

   - 2*1 -

   7. System nach Anspruch ^l\ bis 6, gekennzeichnet durch einen Flammenhalter (3Ό, der sich am Auslaß des Heißgasrückführungskanals (33) zum Luft-Brennstoffgemischkanal (21) der Maschine befindet.

   8. System nach Anspruch 1 bis 7» gekennzeichnet durch einen Flammenhalter (32), der·von der Luft-Brennstoffgemischzufuhreinheit des Reinigungssystems aus am Einlaß der Verbrennungskammer (30) vorgesehen ist.'

   9. System na'ch Anspruch 1 bis H, dadurch gekennzeichnet, daß die auf Temperatur ansprechende Betätigungseinrichtung einen thermostatisch gesteuerten, auf Temperatur ansprechenden Schalter (¹I¹J, ^5) aufweist, der sich in direkter Berührung mit einem Kühlmedium befindet und auf eine unterhalb des vorbestimmten Werts liegende Temperatur der Maschine anspricht, sowie einen Relaissschalter (^2), der zwischen der Zündeinrichtung (37) und dem Tenperaturschalter angeordnet ist und geschlossen ist, wenn der Temperaturschalter jiuf die Temperatur anspricht.

   10. System nach Anspruch 1 bis 9 , dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkraftmaschine mit einem Vergaser stromauf des Luft-Brennstoffgemischzufuhrkanals.verbunden ist.

   11. System nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergaser (10) ein Fallstromvergaser ist.

   3 0 9 8 2 8 / 0 3 3 U

   12_ System nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Luft-Brennstoffgemischzufuhrkanal einen Vertikalabschnitt hat, der an das unterste Ende des Vergasers angeschlossen ist , wobei sich die Trennwand (3D am Boden dieses Vertikalabschnitts (21) befindet.

   13. System nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergaser ein Flachstromvergaser ist.

   14. System nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Maschine eine Brennstoffeinspritzmaschine ist.

   15. System nach Anspruch 1 bis 10, gekennzeichnet durch die Anwendung bei einer Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschine mit einem Vergaser (10), der über eine Ansaugleitung an die Maschinenzylinder angeschlossen ist, die ein Steigrohr (21) und 2weigrohre (22) aufweist, wobei sich die Verbrennungskammer (30) in Berührung mit dem Inneren wenigstens eines
   Teile des Steigrohrs (21)ibefindet.

   16. System nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet,daß sich die Verbrennungskammer mit dem Inneren wenigstens eines Teils der Zweigrohre (22) in Berührung befind^t,

   17. System nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung für die Genischzufuhrrate eine sogbetätigte Ventilantriebseinheit (46) aufweist, die

   309828/Q334

   eine Saugkammer (^7) und eine atmosphärische Kammer aufweist, die hermetisch durch eine Membran (39) voneinander getrennt sind, die durch eine Vorspanneinrichtung (50) in eine Lage vorgespannt ist, in der die atmosphärische Kammer zusammengedrückt wird, wobei sich die Saugkammer in gesteuerten Verbindung mit der Ansaugleitung der Maschine über einen Saugkanal (52) befindet, in den ein solenoidbetätigtes Dreiwegeventil (53) eingegliedert ist, das elektrisch an die auf Temperatur ansprechende Betätigungseinrichtung (ΊΊ) angeschlossen ist, wobei das Dreiwegeventil eine Stellung einnehmen kann, in der es eine Verbindung zwischen der Saugkammer und der Ansaugleitung der Maschine bei Betätigung durch die auf Temperatur ansprechende Betätigungseinrichtung herstellt, sowie eine Stellung, in der es die Verbindung unterbricht und die Saugkammer zur offenen Luft verbindet, wenn es außer Einsatz ist, ferner durch ein Durchflußsteuerventil (27), das mit der Membran verbunden ist und gleichzeitig mit der Verschiebung der Membran innerhalb der Ventilantriebßeinheit verschwenkt wird, wobei das DurcTiflußsteuerventil bei*'außer Einsatz befindlichem Dreiwegeventil so verschwenkt wird, daß es im wesentlichen die Gemischzufuhreinheit (23) sperrt, während dementsprechend die Membran in eine Stellung bewegt ist, in der sie die atmosphärische Kammer unter der Wirkung der federn ι nachgiebigen Einrichtung komprimiert, während das Durchfluß^ steuerventil in eine die Gemischzufuhreinheit im wesentlichen öffnende Stellung verschwenkt wird, wenn das Dreiwegeventil über den Saugkanal eine Verbindung herstellt und die Membran

   309828/0334

   gegen die Winkung der federnd nachgiebigen Einrichtung aus der die atmosphärische Kammer komprimierenden Lage wegbewegt wird.

   19. System nach Anspruch l8, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (19) über eine Betätigungsstange (56) an das Durchflußsteuerventil (2 7) angeschlossen ist, wobei sich die Betätigungsstange in die Gemischzufuhreinheit (10) erstreckt.

   20. System nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungsstange (56) eine Verlängerung (58) hat, die betrieblich an ein Drosselventil (16) des Vergasers (10) angeschlossen ist, um das Drosselventil aus einem Teilschließzustand in eine weiter geöffnete Stellung zu bewegen, wenn das Dreiwegeventil durch die auf Temperatur ansprechende Betätigungseinrichtung während Leerlauf der faschine betätigt wird.

   21. System nach,Anspruch 15 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Luft-Brennstoffgemischzufuhreinheit (23) einen Vergaser bildet, der unabhängig von dem Vergaser (10) der Maschine ist.

   22. System nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergaser (23) der Luft-Brennstoffgemischzufuhreinheit einen Einlaß hat, der über eine Drosselstelle (2¹I) zur Atmosphäre offen ist.

   309828/0334

   23^ System nach Anspruch 15 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungskammer (30) einen Auslaß besitzt, der sich in ständiger Verbindung mit einem stromauf gelegenen Abschnitt der Ansaugleitung über einen Heißgasrückführungskanal (33) befindet.

   2k. System nach Anspruch 15 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungskammer (30) einen Auslaß hat, der direkt zur Atmosphäre geöffnet ist.

   25. System nach Anspruch 15 bis 2k, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand (31) eine Stärke von 0,5 bis 3,0 mm hat.

   26. System nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand aus einen Material wie Kupfer, Messing, Aluminium oder Stahl besteht.

   27. System nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet," daß die Trennwand (31) aus Kupfer besteht und eine Dicke im Bereich von 1,0 bis 2,0 mm hat.

   28. System nach Anspruch 15 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergaser (10) ein Fallstromvergaser ist.

   29. System nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Trennwand am Boden des Steigrohrs (21) befindet.

   309828/0334

   Le

   erseite