DE2303150B2 - Abgasreinigungssystem für eine Kolbenbrennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Abgasreinigungssystem für eine Kolbenbrennkraftmaschine mit einer durch ein Drosselventil gesteuerten Lufteinlaßanlage, einem Brennstoffeinführungssystem, welches Brennstoff proportional zur Verbrennungsluftmerige zuführt, mit einer Einrichtung zum Zuführen von Nachverbrennungs-Zusatzluft in das Abgassystem, die eine Luftpumpe aufweist mit eiiier Antriebsvorrichtung, welche die « Luftpumpe mit der Brennkraftmaschine in der Weise verbindet, daß die Luftpumpe mit einer Geschwindigkeit proportional zur Drehzahl der Brennkraftmaschine angetrieben wird und mit einem geschlossenen Zuführkanal, der eine Verbindung von der Lufteinlaßanlage zur Luftpumpe herstellt, sowie einer Zusatzluft-Förderleitung von der Luftpumpe zum Abgassystem.

Ein derartiges Abgasreinigungssystem ist aus der US-PS 34 91 533 bereits bekannt. Dabei wird jedoch die Luft von einer Stelle des Saugrohres der Maschine « abgegriffen, die stromaufwärts von der Drosselklappe gelegen ist. Dadurch wird mit zunehmender Drehzahl der Maschine immer mehr Luft bzw. zunehmend zu viel Luft in das Abgassystem eingeleitet, da der Abgriff der durch die Luftpumpe zu fördernden Luft in einem Bereich des Saugrohrs der Brennkraftmaschine gelegen ist, in welchem der jeweils herrschende Druck nicht die jeweilige Belastung der Maschine bzw. Drehzahl der Maschine wiedergibt.

Auch durch die US-PS 35 90 579 sind schon Abgasreinigungssysteme für Kolbenbrennkraftmaschinen bekannt. Bei einem dieser Systeme wird ein Teil der von der Maschine angesaugten, mit Brennstoff gemischten Luft in Form eines Zündhilfsgemisches über eine Luftpumpe in das Abgassystem eingeleitet. Gemäß einer anderen Ausführungsform dieses bekannten Systems wird auch reine Zusatzluft in das Abgassystem eingeführt. Dabei erfolgt jedoch die Zuführung der reinen Zusatzluft zur Zusatzluftpumpe von einer anderen Stelle als dem Saugrohr der Brennkraftmaschine aus, und zwar unmittelbar aus der Atmosphäre.

Wird bei diesem bekannten System in das Abgassystem ein Zündhilfsgemisch eingeleitet, so erfolgt der Abgriff des Luftanteiles des Zündhilfsgemisches über einen geschlossenen Einlaßkanal, der mit einer Einlaßöffnung verbunden ist, die in der Wand des Saugrohres der Brennkraftmaschine zwar stromabwärts von der Drosseleinrichtung ausgebildet ist, jedoch funktionsnotwendig auch stromabwärts von der Brennstoffeinführungsstelle in das Saugrohr.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, ausgehend von dem Abgasreinigungssystem der eingangs bezeichneten bekannten Art die Zusatzluft-Zuführeinrichtung derart auszubilden, daß die nötige Anpassung der Zusatzluftmenge an den jeweiligen Betriebszustand der Brennkraftmaschine mit besonders kleinem Aufwand erfolgt

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst daß der Zuführkanal vom Saugrohr an einer Stelle stromabwärts vom Drosselventil, jedoch stromaufwärts von der Brennstoff einführungssteile abzweigt.

Wird erfindungsgemäß die Zusatzluft nicht stromaufwärts von der Drosselklappe, sondern stromabwärts von der Drosselklappe im Saugrohr der Brennkraftmaschine abgegriffen, so ergibt sich dadurch ein linearisierender Effekt, d. h. in Kombination mit der Pumpleistung der Luftpumpe wird immer eine solche Luftmenge in das Abgassystem eingeleitet, daß zum einen eine annähernd vollständige Verbrennung der noch nicht verbrannten Abgasbestandteile sichergestellt wird, und zum anderen eine zu starke Abkühlung aufgrund des Einleitens einer zu großen Zusatzluftmenge verhindert wird, oder mit anderen Worten unabhängig von der jeweiligen Belastung oder Drehzahl der Brennkraftmaschine eine annähernd vollständige Verbrennung der Schadstoffe im Abgas der betreffenden Maschine erreicht wird.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Hinweis auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung der grundlegenden Elemente einer Kolbenbrennkraftmaschine mit ihrem Luftansaugsystem und Abgassystem und mit dem Abgasreinigungssystem mit den Merkmalen nach der Erfindung; und

F i g. 2 eine schematische Darstellung eines Abgasreinigungssystems ähnlich Fig. 1, jedoch mit einer Luftpumpe, welche elektrisch angetrieben ist.

In F i g. 1 sind die wesentlichen Elemente einer Brennkraftmaschine veranschaulicht, die für die Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform des Abgasreinigungssystems erforderlich sind. Die grundlegende Brennkraftmaschinenanordnung ist mit 10 bezeichnet und ein Saugrohr mit 11, ferner eine Abgassammelleitung 12. Luft auf atmosphärischem Druck gelangt durch das Filter 13 in das Saugrohr 11 hinter das Drosselventil 14, wo die Luft mit Brennstoff gemischt wird. Gemäß F i g. 1 wird der Brennstoff durch die Brennstoffeinführungsstelle 15 an das Saugrohr U abgegeben. Diese Mischung aus Brennstoff und Luft wird von der Brennkraftmaschine 10 aufgenommen und wird dort für eine Explosion entzündet, wodurch dann die hin- und hergehenden Teile bei einer Hubkolbenmaschine oder die Drehteile bei einer Wankel- oder ähnlichen Maschine angetrieben werden. Bei einigen Systemen wird der Brennstoff direkt in die Verbrennungskammer der Maschine abgegeben, also nicht in das Saugrohr.

Die nicht ganz vollständig ausgebrannten Abgase werden von der Brennkraftmaschine in die Abgassammelleituns' 12 und weiter in die Reaktionskammer 16

ausgestoßen, in welcher eine Nachverbrennung der Abgase vorgesehen ist Die nachverbrannten Abgase werden an die Atmosphäre abgegeben, nachdem sie die Verbindungs-Auspuffleitung 18 und den Auspufftopf 17 passiert haben.

Die Betriebsweise des Abgasreinigungssystems ist wie folgt Eine Luftpumpe 19, wie beispielsweise eine Verdrängerpumpe, wird mit einer Geschwindigkeit angetrieben, die proportional zur Drehzahl der Maschine is.- Dies kann mit Hilfe von verschiedenen ι ο Antriebsvorrichtungen verwirklicht werden, wie beispielsweise mit Hilfe eines Riemen-oder Kettenantriebs 20, der mechanisch die Luftpumpe 19 mit der Kurbelwelle 21 der Maschine verbindet, wie in F i g. 1 gezeigt ist Die Durchmesser der Antriebsräder an der Kurbelwelle und an der Luftpumpe, das sind jeweils die Räder 22 und 23, bestimmen die Umdrehungsgeschwindigkeit der Luftpumpe relativ zur Umdrehungsgeschwindigkeit der Kurbelwelle und sie scnaffen eine Steuerung erster Ordnung für die Nachverbrennungs-Zusatzluft Es sind auch andere Einrichtungen, mechanische, elektrische und weitere, für den Antrieb einer Luftpumpe mit einer Geschwindigkeit die proportional zur Drehzahl der Brennkraftmaschine ist bekannt und lassen sich auch bei der Verwirklichung des Gegenstandes der vorliegenden Erfindung anwenden. F i g. 2 zeigt ein äquivalentes Verfahren, bei dem Luftpumpe 19 durch einen Elektromotor 30 über eine Verbindungswelle 31 angetrieben wird. Der Elektromotor leitet sein Maschinengeschwindigkeitssignal und seine Stromvcrsorgung von einer elektrischen Stromversorgungsquelle 32 ab, wie beispielsweise einem Synchrongenerator, der mechanisch mit einer Geschwindigkeit angetrieben wird, die proportional zur Drehzahl der Brennkraftmaschine 10 ist und zwar mit Hilfe einer geeigneten Antriebseinrichtung, wie beispielsweise einem Riementrieb 33 und Riemenscheiben 34 und 35. Die elektrische Energie wird mit Hilfe von Kabeln 36 dem Elektromotor 30 zugeführt. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel besteht die elektrische Stromversorgungsquelle 32 ίο aus einem Synchrongenerator, der Wechselstrom erzeugt, und zwar mit einer Frequenz, die proportional zur Drehzahl der Brennkraftmaschine ist. Der Elektromotor 30, der die Luftpumpe 19 treibt, kann ein Synchronmotor sein, der auf einer Drehzahl dreht, die 4 proportional zur Frequenz des antreibenden Wechselstroms ist

Gemäß F i g. 1 erhält die Luftpumpe 19 die Luft vom Saug-ohr 11 über die Einlaßöffnung 24, die in einer Seitenwand des Saugrohres 11 zwischen dem Drosselventil 14 und der Brennstoffeinführungsstelle 15 gelegen ist Die Luft strömt vom Saugrohr 11 durch die Einlaßöffnung 24 und durch den geschlossenen Zuführkanal 25 zur Lufteinlaßöffnung 26 der Luftpumpe 19. Die Richtung der Luftströmung ist durch die Pfeile in F i g. 1 angezeigt Nach dem Durchtritt durch die Luftpumpe 19 strömt die Luft durch die Zusatzluft-Förderleitung 27 zur Injektionsöffnung 28, wo sie dann in die Abgassammelleitung 12 injiziert wird, und zwar so nahe als möglich bei den Eintrittsöffnungen der Abgase.

Die Luftmenge, die durch die Luftpumpe 19 gepumpt wird, ist proportional zur Drehzahl der Brennkraftmaschine 10 und zum absoluten Druck der Luft an der Pumpeneinlaßöffnung 26. Der geschlossene Zuführkanal 25 ist so ausgelegt, daß der Druck an der Pumpeneinlaßöffnung 26 nahezu gleich ist dem absoluten Druck im Saugrohr 11. Die durch die Brennkraftmaschine angesaugte Luftmenge ist ebenso proportional zur Brennkraftmaschinendrehzahl und zum absoluten Druck im Saugrohr. Da der Brennstoff proportional zur Luftmenge, die von der Maschine angesaugt wird eingeführt wird, ist die Gesamtmenge der Abgase proportional zum absoluten Druck im Saugrohr und zur Drehzahl der Brennkraftmaschine. Daher ist auch die in die Abgassammelleitung injizierte Zusatzluftmenge propotional zur Menge der von der Brennkraftmaschine abgegebenen Abgase. Durch die Verwendung des Abschnitts des Saugrohres stromabwärts vom Drosselventil als Luftquelle für die Zusatzluft wird die erforderliche Steuerung der zweiten Ordnung vorgesehen. Beim öffnen und Schließen des Drosselventils, was anzeigt, daß der Fahrer beschleunig! oder verzögert, und durch Änderung des absoluten Druckes im Saugrohr wird effektiv die an die Abgassammelleitung abgegebene Zusatzluftmenge geändert, bevor noch die Brennkraftmaschine ausreichend Zeit findet, auf den Steuerimpuls anzusprechen, so daß dadurch die Steuerung der zweiten Ordnung eine wirkungsvolle Verfeinerung der maschinengetriebenen Steuerung erster Ordnung darstellt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Abgasreinigungssystem für eine Kolbenbrennkraftmaschine mit einer durch ein Drosselventil 5 gesteuerten Lufteinlaßanlage, einem Brennstoffeinführungssystem, welches Brennstoff proportional zur Verbrennungsluftmenge zuführt, mit einer Einrichtung zum Zuführen von Nachverbrennungs-Zusätzluft in das Abgassystem, die eine Luftpumpe aufweist mit einer Antriebsvorrichtung, welche die Luftpumpe mit der Brennkraftmaschine in der Weise verbindet, daß die Luftpumpe mit einer Geschwindigkeit proportional zur Drehzahl der Brennkraftmaschine angetrieben wird und mit einem geschlossenen Zuführkaral, der eine Verbindung von der Lufteinlaßanlage zur Luftpumpe herstellt, sowie einer Zusatzluft-Förderleitung von der Luftpumpe zum Abgassystem, dadurch gekennzeichnet, daß der Zuführkanal (25) vom Saugrohr (11) an einer Stelle stromabwärts vom Drosselventil (14), jedoch stromaufwärts von der Brennstoffeinführungsstelle (15) abzweigt (Einlaßöffnung 24).

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