DE2743367C2 - Vergaser für Brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Vergaser für Brennkraftmaschinen mit einer in einer zur Ansaugleitung parallel liegenden Nebenleitung liegenden Hilfsbrennkammer zum Verbrennen eines Brennstoff-Luftgemisches, die mit der Ansaugleitung des Vergasers stromab der Brennstoffeinspritzeinrichtung über eine Zuführleitung in Verbindung steht und einen Fühler für die Zusammensetzung der in der Hilfsbrennkammer erzeugten Verbrennungsgase aufweist, der eine Zumeßeinrichtung für die von der Brennstoffeinspritzvorrichtung abgegebene spezifische Brennstoffmenge im Sinne einer gewünschten Zusammensetzung der Abgase der Brennkraftmaschine steuert, wie er aus der JP-OS 50-22 933 bekannt ist.
Aus der DE-AS 23 65 255 ist ein weiterer Vergaser für Brennkraftmaschinen bekannt, der gleichfalls eine in einer zur Ansaugleitung parallel liegenden Nebenleitung liegenden Hilfsbrennkammer zum Verbrennen eines Brennstoff-Luftgemisches aufweist, wobei die Hilfsbrennkammer über eine Auslaßleitung für die Verbrennungsgase mit dem Ansaugstutzen der Brennkraftmaschine hinter dem Vergaser in Verbindung steht Zum Steuern der der Brennkraftmaschine zugeführten Brennstoffgemischzusammensetzung wird Brennstoff in der Hilfsbrennkammer verbrannt, wobei zur besonders wirksamen Verbrennung des Brennstoffes und Reinhaltung des Abgases dem Ansauggemisch die dabei entstehenden Verbrennungsgase zugeführt werden, die Zerfalls- und Oxydationsprodukte enthalten, die verschiedene chemische Verbindungen einschließen, um dadurch die Verbrennung günstig zu beeinflussen. Ein entsprechender Vergaser ist auch aus der FR-PS 22 11 979 bekannt. Bei diesem Vergaser ist eine Einrichtung zum Vorheizen des vom Hauptvergaser kommenden Verbrennungsgemisches vorgesehen, bei der in einem gesonderten Hilfsvergaser unabhängig vom Hauptvergaser erzeugtes Luft-Brennstoffgemisch in einer Reaktionskammer verbrannt wird, die von der Haupteinlaßleitung durch eine Wand getrennt ist, wobei das in der

Reaktionskammer erzeugte Verbrennungsgas in die Hauptansaugleitung geleitet wird, um die Verbrennungswärme vollständig zum Aufheizen des primären Luft-Brennstoffgemisches auszunutzen.

Bei diesen bekannten Vergasern wird somit in einem gesonderten Hilfsvergaser ein in den Hilfsbrennkammern zu verbrennendes Gemisch erzeugt, wobei die Zusammensetzung der in der Hilfsbrennkammer erzeugten Verbrennungsgase zur Beeinflussung der Verbrennungsvorgänge in der Brennkraftmaschine ausgenutzt wird.

Aus der DE-OS 24 35 205 ist es weiterhin bekannt, den Brennstoff für eine Brennkraftmaschine zur Zuführung eines fetten Lufi-Brennstoffgemisches dadurch zu reformieren, daß im Zuführungskanal für das fette Gemisch eine Zündkerze angeordnet ist deren Entladung eine unvollständige Verbrennung eines Teils des fetten Gemisches unter Reformieren und Verdampfen des im fetten Gemisch enthaltenen Brennstoffes herbeiführt

Zur Herabsetzung der Schadstoffe im Abgas einer Brennkraftmaschine ist es aus der US-PS 39 15 125 weiterhin bekannt, ein Gemisch sus primärer Luft und/oder Abgas in ein reformiertes rußfreies Gas in einem Gasreformierer mittels eines Katalysators umzuwandeln und das reformierte Gas und sekundäre Luft anschließend der Brennkraftmaschine zuzuführen.

Bei dem eingangs genannten, aus der JP-OS 50-22 933 bekannten Vergaser wird das in der Hilfsbrennkammer erzeugte Abgas in die Auspuffleitung zwischen dem Zylinder und dem Reduktionskatalysator eingeleitet. Dabei schlägt zwangsläufig der sich mit der Ventilbewegung ändernde hohe Druck in der Auspuffleitung auf die Hilfsbrennkammer zurück, so daß eine Pumpe vorgesehen sein muß, die einen sehr hohen Druck erzeugt. Dennoch sind gewisse Druckschwankungen und damit Änderungen der Verbrennungsbedingungen in der Hilfsbrennkammer bei diesem bekannten Vergaser unvermeidbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den gattungsgemäßen Vergaser so weiterzubilden, daß auch ohne Anordnung einer Pumpe oder bei einer relativ geringen Pumpenleistung in der Hilfsbrennkammer ein konstanter relativ niedriger Druck und gleichförmige Verbrennungsbedingungen bestehen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Hilfsbrennkammer über eine Auslaßleitung für die Verbrennungsgase mit dem Ansaugstutzen der Brennkraftmaschine hinter dem Vergaser in Verbindung steht.

Bei dem erfindungsgemäßen Vergaser werden somit die Abgase der Hilfsbrennkammer, deren Zusammensetzung analog der Zusammensetzung der aus dem Zylinder kommenden Abgase ist, und daher eine korrekte Steuergröße für die Brennstoffzufuhr geben kann, nicht in die Auspuffleitung der Brennkraftmaschine sondern in die Ansaugleitung selbst zurückgeleitet. Das basiert auf der Erkenntnis, daß die relativ geringfügigen Abgasmengen aus der Hilfsbrennkammer die Verbrennung des Hauptanteils des Gemisches im Zylinder nicht nachteilig beeinflussen.

Besonders bevorzugte Weiterbildungen und Ausgestaltungen des erfindungsgemäOen Vergasers sind Gegenstand der Patentansprüche 2 bis 15.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es ieigt

F i g. 1 eine schematische Ansicht einer ersten bevorzugten Ausführungsform einer Vorrichtung zum Steuern der Gemischantetle nach der Erfindung,

Fig.2 eine schematische Ansicht eines Ausschnitts einer zweiten bevorzugten Ausführungsform einer Vorrichtung zum Steuern der Gemischanteile nach der Erfindung,

F i g. 3 eine schematische Ansicht einer dritten bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung einer Vorrichtung zum Steuern der Gemischanteile,

F i g. 4 eine schematische Ansicht eines Ausschnittes einer vierten bevorzugten Ausführungsform einer Vorrichtung zum Steuern der Gemischanteile nach der Erfindung und

F i g. 5 eine schematische Ansicht eines Ausschnitts einer fünften bevorzugten Ausführungsform einer Vorrichtung zum Steuern der Gemischanteile nach der Erfindung.

Unter Bezugnahme auf F i g. 1 der Zeichnung ist eine erste bevorzugte Ausführungsform einer Vorrichtung zum Steuern der Gemischanteile nach der Erfindung gezeigt Die insgesamt mit 10 bezeichnete Einrichtung zum Steuern der Gemischanteile bzw. des Brennstoffanteils ist einer Brennkraftmaschine (nicht gezeigt) zugeordnet die eine Einrichtung 14 zur Bildung eines Gemisches, die bei der dargestellten Ausführungsform von einem Vergaser gebildet wird, und eine Ansaugleitung 16 umfaßt die den Vergaser 14 durchzieht. Die Ansaugleitung 16 besitzt eine darin ausgebildete Venturidüse 18 und eine Drosselklappe 20, die an einer Stelle stromabwärts von der Ventundüse 18 drehbar angeordnet ist. Der Vergaser besitzt einen Hauptbrennstoffeinlaß 22, der mit der Brennstoffquelle (nicht gezeigt) in Verbindung steht. Der Brennstoffeinlaß 22 umfaßt ein damit in Verbindung stehendes Emulgierrohr 24 sowie eine Hauptbrennstoffdüse 26, die mit dem Emulgierrohr 24 in Verbindung steht und in die Venturidüse 18 mündet. Die Brennstoffleitung 22 ist mit einem Hauptlufteinlaß 28 versehen, der mit der Umgebung und mit dem Emulgierrohr in Verbindung steht. Der im Vergaser 14 stromaufwärts liegende Abschnitt der Ansaugleitung bildet eine Einlaßleitung 30, die direkt mit den Brennkammern (nicht gezeigt) der Brennkraftmaschine 12 in Verbindung steht.

Die Vorrichtung 10 zum Steuern der Gemischanteile umfaßt eine Erzeugungseinrichtung 32 für Verbrennungsgase, die in der Nähe der Ansaugleitung 16 angeordnet ist und zum Erfassen der Gemischanteile eines Gemisches dient, das von dem Vergaser 14 gebildet wird. Die Erzeugungseinrichtung 32 für Verbrennungsgase weist ein Gehäuse 34 auf, das eine Brennkammer oder eine Reaktionskammer 36 begrenzt. Das Gehäuse 34 besitzt einen oberen oder stromaufwärtigen Abschnitt 38, der mit der Ansaugleitung 16 an einer Stelle stromabwärts von der Venturidüse 18 und stromaufwärts von der Drosselklappe 20 über einen Einlaß, einen Durchlaß oder eine Leitung 40 in Verbindung steht, die zum Einleiten eines Teils des für die Brennkraftmaschine erzeugten Gemisches in die Brennkammer 36 bestimmt ist sowie einen unteren oder stromabwärtigen Abschnitt 42 mit einem Auslaß oder einem Auslaßdurchlaß oder einer Auslaßleitung 43, die mit der Ansaugleitung 16 stromabwärts der Drosselklappe 20 oder mit der Einlaßleitung 30 in Verbindung steht Der Ein-Iaßdürchgang 40 umfaßt eine darin ausgebildete Drosselstelle oder ein darin angeordnetes Drosselorgan 44, um die Strömungsgeschwindigkeit bzw. die Durchflußleistung des in die Erzeugungseinrichtung 32 für Verbrennungsgase eingeleiteten Gemisches zu regeln.

Innerhalb der Reaktionskammer 36 ist ein Brenner 46 vorgesehen, der mit dem Einlaß 40 in Verbindung steht und zum Einspritzen oder Zerstäuben des von der Ansaugleitung 16 eingeleiteten Gemisches in die Reaktionskammer 36 dient. Als Brenner 46 kann vorzugsweise ein Brenner mit einer kugelförmigen, wie in der Zeichnung dargestellten Gestalt vorgesehen sein, welcher vorzugsweise aus porösem keramischem Material hergestellt ist, wenn das Gemisch aus Luft und Treibstoff oder Benzin besteht. Jedoch kann auch ein Brenner, wie zum Beispiel ein Gasbrenner, vorgesehen sein, der in den häufigsten Fällen verwendet wird.

In der Reaktionskammer 36 ist an einer Stelle in der Nähe des Brenners 46 eine Zündkerze 48 angeordnet, welche zum Zünden des von dem Brenner 46 in die Reaktionskammer 36 gerichteten Gemisches dient, um Verbrennungsgase in der Reaktionskammer zu erzeugen. Die Zündkerze 48 ist elektrisch mit einer Steuerschaltung 50 verbunden, die eine elektrische Stromquelle 52, einen Zündschalter 54 und eine Auslöseeinrichtung 56 für die Zündkerze umfaßt, die in Serie geschaltet sind. Obgleich eine ständige Verbrennung des Gemisches in der Reaktionskammer 36 aufrechterhalten bleibt, wenn das Gemisch durch die Auslösung der Zündkerze 48 zuerst einmal gezündet ist. Wenn die Zündkerze 48 synchron zu den Zündzeiten der Brennkraftmaschine ausgelöst oder zyklisch wiederholend mit Hilfe einer unabhängigen Auslöseeinrichtung ausgelöst wird, kann das Gemisch wiederum verbrannt werden, selbst wenn die Flamme des Brenners 46 zufällig einmal ausgeht, so daß man die Verbrennung in der Reaktionskammer 36 in erhöhtem Maße zuverlässig aufrechterhalten kann.

Eine Barriere bzw. eine Abrißeinrichtung 58 für die Flamme ist in der Auslaßleitung 43 vorgesehen, um zu verhindern, daß die in der Reaktionskammer 36 erzeugte Flamme zusammen mit den Abgasen der Brennkammer 36 in die Ansaugleitung 16 übertragen wird. Die Flammenbarriere 58 besteht aus einem geeigneten, Flammen dämmenden Material oder einem Element aus diesem Material.

Eine Heizplatte 60 ragt von dem Gehäuse 34 in die Ansaugleitung 16 und bildet den Auslaß 43. Die Heizplatte 60 wird durch die aus der Brennkammer 36 ausgestoßenen Abgase erwärmt und heizt das aus der Ansaugleitung 16 abgezogene Gemisch auf dem Weg zur Brennkraftmaschine auf, um die Zerstäubung des Brennstoffs zu unterstützen.

Eine Meßsteuerung der Einrichtung 10 umfaßt eine Nebenluftleitung 62, die mit der Umgebung und dem Emulgierrohr 24 in Verbindung steht und als Einlaß für unter atmosphärischem Druck stehende Luft dient. Ein elektromagnetisch betätigbares Steuerventil 64 dient zur Steuerung des Öffnungsgrades des Nebenlufteinlasses 62 zur Umgebung hin, um die in der Ansaugleitung 16 über den Nebenlufteinlaß 62 angesaugte Menge an, unter atmosphärischem Druck stehender. Luft zu steuern und um hiermit indirekt die in die Ansaugleitung 16 für den Brennstoffeinlaß 22 angesaugte Menge an Brennstoff zu steuern. Das Steuerventil 64 umfaßt eine Magnetspule 66 zur Betätigung des Ventiles. Das Steuerventil 64 kann in dem Brennstoffeinlaß 22 angeordnet sein, um die über den Einlaß in die Ansaugleitung 16 angesaugte Brennstoffmenge direkt zu steuern, wobei dies eine Alternative zu der Ausführungsform bildet, bei der dieses Ventil in dem Nebenlufteinlaß 62 vorgesehen ist. Das Steuerventil 64 kann ein Zweistellungsventii sein, bei dem die Öffnungszeit und die Schließzeit des Steuerventil 64 veränderlich sind, indem man die Impulsbreite eines von dem Magneten 66 gelieferten Impulses variiert, oder das Ventil kann auch in Form eines Proportionalventiles ausgebildet sein, bei dem sich der Öffnungsgrad des Steuerventiles 64 kontinuierlich in Abhängigkeit von einem Steuersignal verändert, das an der Spule 66 des Magneten anliegt.

In der Reaktionskammer 36 ist ein Sensor 68 angeordnet, welcher die Konzentration eines speziellen Be-Standteiles der in der Reaktionskammer erzeugten Verbrennungsgase erfaßt, wobei diese Konzentration in einem engen Verhältnis zu den Gemischanteilen des in die Reaktionskammer 36 eingeführten Gemisches steht. Der Sensor 68 erfaßt die Konzentration eines speziellen

is Bestandteiles, in dem eine Kenngröße, wie zum Beispiel der Partialdruck, eines speziellen Bestandteiles ermittelt wird, der in Form einer Funktion repräsentativ für die Konzentration des speziellen Bestandteiles ist. Zum Erfassen der Gemischanteile mit Hilfe der Ermittlung der Konzentration beispielsweise von Sauerstoff in den Verbrennungsgasen, kann eine Sauerstoffkonzentrationsmeßzelle, wie zum Beispiel ein Sauerstoffsensor aus Zirkon, als Sensor 68 beispielsweise verwendet werden. Der Sauerstoffsensor aus Zirkon ermittelt schnell und genau, ob die Sauerstoffkonzentration höher oder niedriger als der Bezugswert ist, der dem stöchiometrischen Luft-Brennstoffverhältnis entspricht, d.h. ob das von dem Vergaser 14 gelieferte Gemisch ärmer oder reicher als ein Gemisch ist, das Luft-Brennstoff in stöchiometrischem Verhältnis erhält, wenn sich die Temperatur des Sensors beispielsweise auf ungefähr 300 bis 800° C beläuft, und diese Ermittlung erfolgt auch dann genau, wenn die Menge an Verbrennungsgasen extrem gering ist. Als Sensor 68 kann ein Sensor verwendet werden, der nahezu lineare Ausgangscharakteristiken bezüglich der Gemischanteile eines Gemisches besitzt, und der Elektroden aus Platin oder Gold umfaßt. Als ein linear arbeitender Sensor kann auch ein Sensor verwendet werden, der aus Werkstoffen, wie zum Beispiel Titanoxid (TiOj), Kobaltmonoxid (CoO) und ähnlichem, hergestellt ist. Der zuvor genannte Sensor kann insbesondere zur Regelung der Gemischanteile in einem Bereich unterhalb des stöchiometrischen Mischverhältnisses verwendet werden, während der zuletzt genannte Sensor insbesondere zur Steuerung der Gemischanteile in einem Bereich oberhalb des stöchiometrischen Gemischverhältnisses Verwendung finden kann. Der Sensor arbeitet selbst bei nur geringen vorhandenen Gasmengen, wenn man eine entsprechende Temperaturbedingung erfüllt.

Der Sensor 63 ist elektrisch mit einer elektrischen Steuerschaltung 70 verbunden, die elektrisch mit der Spule 66 des Magneten verbunden ist. Die Steuerschaltung 70 erhält von dem Sensor 68 ein Ausgabesignal, das für die erfaßte Konzentration des speziellen Bestandteils der Verbrennungsgase repräsentativ ist und liefert ein Steuer- oder Befehlssignal, das an der Spule 66 des Magneten anliegt, um eine Steuerung des Öffnungsgrades des Steuerventils 64 nach Maßgabe der ermittelten Konzentration des Bestandteiles mit Hilfe der Spule 66 des Magneten zu bewirken.

Die zuvor beschriebene Vorrichtung 10 zur Steuerung der Gemischanteile arbeitet wie folgt:

Das in der Ansaugleitung 16 gebildete Gemisch wird über den Brenner 16 in die Reaktionskammer 36 über den Einlaß 40 eingeblasen, indem man die Druckdifferenz zwischen den Abschnitten stromaufwärts und stromabwärts von der Drosselklappe 20 ausnützt, der

sich aufgrund der Luftansaugung der Brennkraftmaschine ergibt. Das so ausgeblasene Gemisch wird mit Hilfe der Zündkerze 48 gezündet und verbrennt unter Bildung von Verbrennungsgasen in der Verbrennungskammer 36 kontinuierlich. Unter der Annahme, daß der Sensor 68 beispielsweise eine Sauerstoffkonzentrationsmeßzelle ist, liefert der Sensor 68 ein Ausgabesignal, das dafür kennzeichnend ist, ob die Sauerstoffkonzentration in den Verbrennungsgasen höher oder niedriger als ein Sollwert ist, der dem stöchiometrischen Gemischverhältnis entspricht, ob das verbrannte Gemisch ärmer oder reicher als ein Gemisch mit einem stöchiometrischen Luft-Brennstoffverhältnis ist. Die Steuerschaltung 70 erhält das Ausgabesignal des Sensors 68 und erzeugt ein Steuersignal, das an der Spule 66 des Magneten anliegt. Das Steuersignal bewirkt, daß die Spuie 66 des Magneten das Steuerventil 64 öffnet oder schließt, oder den Öffnungsgrad des Steuerventiles vergrößert oder verringert, so daß in die Ansaugleitung 16 über den Einlaß 62 angesaugte Menge an unter atmosphärischem Druck stehender Luft vermindert oder vergrößert wird. Da die über den Brennstoffeinlaß 22 in die Ansaugleitung 16 angesaugte Menge an Brennstoff entsprechend der verminderten oder vergrößerten, über den Nebenlufteinlaß 62 angesaugte Menge an unter atmosphärischem Druck stehender Luft vergrößert oder verringert wird, wird somit folglich das von dem Vergaser 14 gebildete Gemisch angereichert oder verarmt. Somit werden die Gemischanteile des Gemisches augenblicklich auf einen gewünschten Wert korrigiert.

Zur Aufrechterhaltung einer stabilen Verbrennung des Gemisches an dem Brenner 46 ist es von Vorteil, wenn sich die Durchflußleistung bzw. die Strömungsgeschwindigkeit des in die Reaktionskammer 36 eingeleiteten Gemisches nicht verändert. Wenn die Brennkraftmaschine in ein Kraftfahrzeug eingebaut ist, und ein offenes Ende 72 des Einlasses 40 in die Ansaugleitung 16 an einer Stelle stromabwärts der Drosselklappe 20, wie in F i g. 1 gezeigt, mündet, wird die Strömungsgeschwindigkeit des in die Brennkammer 36 abgezogenen Gemisches unter der Voraussetzung konstant, daß der Durchmesser des Drosselorganes 44 derart gewählt ist, daß die Druckdifferenz zwischen den von der Drosselklappe 20 stromaufwärtigen und stromabwärtigen Abschnitten einen kritischen Druckwert einnimmt, wenn das Kraftfahrzeug mit einer Geschwindigkeit von beispielsweise 100 km/h läuft, wobei bei dieser Geschwindigkeit dann die Strömungsgeschwindigkeit des in die Brennkammer 36 abgeleiteten Gemisches konstant ist. Die Durchflußleistung bzw. die Strömungsgeschwindigkeit beläuft sich auf 2 bis 6% der Durchflußleistung des in die Brennkraftmaschine angesaugten Gemisches, wenn das Kraftfahrzeug mit einer Geschwindigkeit von 50 km/h läuft und diese Durchflußleistung bzw. dieser Durchsatz reicht zur Ermittlung der Gemischanteile des Gemisches in der Erzeugungseinrichtung 32 für Verbrennungsgase aus.

Wenn das offene Ende 72 des Einlasses 40 in die Ansaugleitung 16 derart mündet, daß es dem stromabwärtigen Abschnitt, wie in der Zeichnung gezeigt, gegenüberliegt, kann ein ausreichendes Gemisch in der Erzeugungseinrichtung 32 für Verbrennungsgase unter Ausnutzung des dynamischen Druckes des Gemisches eingeleitet werden, das die Ansaugleitung 16 passiert, wobei dieses selbst dann sichergestellt ist, wenn der Öffnungsgrad der Drosselklappe 20 so zunimmt, daß die Druckdifferenz zwischen den stromaufwärtigen und stromabwärtigen Abschnitten der Drosselklappe 20 abnimmt. Im allgemeinen sind jedoch bei einer Einrichtung zum Bilden eines Gemisches, wie zum Beispiel bei einem Vergaser, Gemischschwankungen bei den hergestellten Erzeugnissen bei mit niedriger Belastung laufender Brennkraftmaschine in relativ großen Bereichen vorhanden, und dieser Bereich ist dann nicht sehr groß, wenn die Brennkraftmaschine bei mittlerer Belastung oder in höheren Bereichen arbeitet. Zur Reinigung der Abgase einer Brennkraftmaschine sind bei einem Arbeitsbereich der Brennkraftmaschine mit niederer Belastung Maßnahmen erforderlich, während hingegen die Gemischanteile bei einer Brennkraftmaschine, die im höheren Lastenbereich arbeitet, nicht immer gesteuert zu werden brauchen, bei denen die Druckdifferenz zwisehen den stromaufwärtigen und stromabwärtigen Abschnitten von der Drosselklappe 20 kiein werden, bei denen es schwierig oder gar unmöglich wird, ein Gemisch in die Erzeugungseinrichtung 32 für Verbrennungsgase abzuziehen.

Anhand der F i g. 2, 3, 4 und 5 der Zeichnung sind zweite, dritte, vierte und fünfte bevorzugte Ausführungsformen einer Vorrichtung zum Steuern der Gemischanteile nach der Erfindung gezeigt. Gleiche oder ähnliche Teile wie bei der in F i g. 1 gezeigten Vorrichtung zur Steuerung der Gemischanteile sind in den F i g. 2,3,4 und 5 mit denselben Bezugszeichen versehen und/oder einzelne Bauteile sind aus Übersichtlichkeitsgründen weggelassen, die bei den in den F i g. 2 bis 5 dargestellten Ausführungsformen identisch ist, und diese Bauteile werden nicht erläutert. Die insgesamt mit 74 in F i g. 2 bezeichnete Vorrichtung zum Steuern der Gemischanteile zeichnet sich durch eine Pumpe 76 aus, die zur Einleitung eines Teils des Gemisches von der Ansaugleitung zu der Erzeugungseinrichtung 32 für Verbrennungsgase dient. Die Pumpe 76 ist in einer Leitung 80 angeordnet, die eine Verbindung zwischen der Ansaugleitung 16 und der Brennkammer 36 der Erzeugungseinrichtung 32 für Verbrennungsgase herstellt, und dient zur Einleitung des Gemisches in die Brennkammer. Die Pumpe 76 wird von einem Motor 78 angetrieben, der in Kleinbauweise ausgeführt sein kann, und zieht das Gemisch von der Ansaugleitung 16 über den Durchlaß 80 ab und leitet das Gemisch in die Brennkammer 36 unter Druckbeaufschlagung ein. Bei dieser Ausführungsform mündet das offene Ende 82 des Durchlasses 80 in die Ansaugleitung 16 stromabwärts von der Drosselklappe 20. Der Vergaser 14 ist mit einem Leerlaufsystem 84 ausgerüstet, das mit der Brennstoffquelle (nicht gezeigt) in Verbindung steht, und über einen Einlaß 66 für das langsame Laufen der Brennkraftmaschine und einen Leerlaufeinlaß 88 in die Ansaugleitung 16 mündet. Ein LuftdurchiaB 90 für geringe Arbeitsgeschwindigkeiten oder Drehzahlen steht in Verbindung mit dem Brennstoffdurchlaß 84 des Hilfssystems und mit der Umgebung und eine Leerlaufstellschraube 92 ist üblicherweise vorgesehen. Die Heizplatte 60, die in die Ansaugleitung 16 ragt besteht aus einem Metall mit guten Wärmedurchgangseigenschaften. Das offene Ende 82 des Durchlasses 80 liegt in der Nähe der Heizplatte zur Vorwärmung des Gemisches mit Hilfe der Heizplatte 60, die von den Abgasen aus der Brennkammer 36 erwärmt wird und das vorerwärmte Gemisch wird in die Brennkammer 36 eingespeist, um gute Verbrennungsbedingungen für die Verbrennung des Gemisches in der Brennkammer 36 zu schaffen.

Falls die Einrichtung 14 zur Bildung eines Gemisches in Form einer Brennstoffeinspritzeinrichtung anstelle eines Vergasers ausgebildet ist, liegt das offene Ende 82

des Durchlasses 80 in einer Einlaßleitung stromabwärts von einer Stelle, an der Brennstoff über die Brennstoffeinspritzeinrichtung in die Einlaßleitung eingespritzt wird, so daß der Durchlaß 80 ein Gemisch aufnehmen kann. Bei einer derartigen Ausführungsform ist es von Vorteil, wenn die Heizplatte 60 in der Nähe des offenen Endes 82 des Durchlasses 80 angeordnet ist, so daß der Durchlaß 80 ein von der Heizplatte 60 erwärmtes Gemisch aufnehmen kann.

Die in Fig.3 insgesamt mit 94 bezeichnete Vorrichtung zur Steuerung der Gemischanteile zeichnet sich dadurch aus, daß eine elektrische Heizpinrichtung 96 und ein Katalysator 98 in der Brennkammer 36 eines Gehäuses 100 anstelle der Zündkerze 48 der in F i g. 1 gezeigten Vorrichtung 10 vorgesehen sind. Bei dieser Äusführungsförm ist das Gehäuse 100 mit einem Einlaß oder einer Öffnung 102 versehen, die mit der Ansaugleitung 16 stromabwärts der Drosselklappe 20 in Verbindung steht, sowie mit einem Auslaß und einer öffnung 104, die mit der Ansaugleitung 16 stromabwärts der Drosselklappe 20 in Verbindung steht. Die elektrische Heizeinrichtung 96 ist innerhalb des Katalysators 98 angeordnet und dient zur Erwärmung desselben auf seine Arbeitstemperatur. Der Katalysator 98 ist in einem Gehäuse derart untergebracht, daß ein von dem Einlaß 102 in das Gehäuse 100 angesaugte und abgezogene Gemisch durch den Katalysator 98 zu dem Auslaß 104 geht. Das in das Gehäuse 100 abgezogene Gemisch wird katalytisch oxidiert und zur Bildung von Verbrennungsgasen in der Reaktionskammer 36 vergast, wenn das Gemisch durch den mit Hilfe der elektrischen Heizeinrichtung 96 erwärmten Katalysator 98 geht und die Konzentration eines speziellen Bestandteils wird mit Hilfe des Sensors 68 auf ähnliche Art und Weise wie bei der in F i g. 1 gezeigten Vorrichtung 10 erfaßt. Der Katalysator 98 kann extrem klein bemessen sein. Obgleich häufig ein oxidierender Katalysator als Katalysator 98 verwendet wird, kann auch ein ternärer Katalysator verwendet werden.

Die in F i g. 4 gezeigte, insgesamt mit 106 bezeichnete. Vorrichtung zum Steuern der Gemischanteile zeichnet sich dadurch aus, daß der Impuls des Abgasstromes der Brennkraftmaschine, der in die Ansaugleitung 16 rezirkuliert wird, zum Entnehmen eines Gemisches aus der Ansaugleitung 16 und zur Einführung desselben in das Gehäuse 100 ausgenutzt wird. In Fig.4 sind gleiche oder ähnliche Teile mit denselben Bezugszeichen wie in F i g. 3 bezeichnet Das Gehäuse 100 ist bei dieser Ausführungsform derart angeordnet, daß die Brennkammer 36 einen Beipaß bildet, der mit zwei Abschnitten der Ansaugleitung 16 stromabwärts der Drosselklappe 20 über den Einlaß 102 und den Auslaß 504 in Verbindung steht.

Die Vorrichtung 106 zum Steuern der Gemischanteile ist betriebsverbunden mit einer Steuereinrichtung 100 für die Abgasrezirkulation, die eine Leitung 110 für die Abgasrezirkulation aufweist, die sich von dem Abgasdurchlaß (nicht gezeigt) der Brennkraftmaschine mit einem auslaßseitigen Endabschnitt 112 in den Auslaß 43 der Reaktionskammer 36 erstreckt. Der Auslaßabschnitt 112 ist konzentrisch in dem Auslaßdurchlaß 43 derart angeordnet, daß dieser von demselben umgeben wird und daß dieser in die Ansaugleitung 16 in derselben Richtung wie der Auslaßdurchlaß 43 mündet. Die so aufgebaute und ausgebildete Vorrichtung 106 zur Steuerung der Gemischanteile nimmt ein Gemisch auf. das von der Ansaugleitung 16 in die Reaktionskammer 36 über den Einlaß 102 eingeleitet wird und die bei der Verbrennung entstehenden Verbrennungsgase werden unter Druckausübung aus der Reaktionskammer in die Ansaugleitung 16 über den Auslaß 104 mit Hilfe eines Abstrahleffektes oder einer Saugkraft ausgeleitet, die von den Abgasen der Brennkraftmaschine erzeugt wird, die von dem Auslaßabschnitt 112 in die Ansaugleitung 16 abgezogen werden.

Die in F i g. 5 gezeigte und insgesamt mit 114 bezeichnete Vorrichtung zum Steuern der Gemischanteile

ίο zeichnet sich dadurch aus, daß der Auslaßabschnitt 112 der Leitung 110 zur Abgasrezirkulation durch den Katalysator 98 zum Erwärmen desselben auf seine Betriebstemperatur mit Hilfe der Wärme der Leitung 110 zur Abgasrezirkulation passie. t, die von den Abgasen der Brennkraftmaschine aufgewärmt wird, wobei diese gesamte Einrichtung anstelle der elektrischen Heizeinrichtung % vorgesehen ist. In F i g. 5 sind gleiche oder ähnliche Teile mit denselben Bezugszeichen wie in Fig.4 versehen.

Aus der zuvor gegebenen Beschreibung läßt sich entnehmen, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Steuerung der Gemischanteile so ausgebildet und aufgebaut ist, daß sie die Gemischanteile des Gemisches auf einen vorbestimmten Sollwert nach Maßgabe der Gemischanteile steuert, die durch Ableiten eines Teils des Gemisches in der Ansaugleitung in einen Raurr e< faßt wird, das zugeführte Gemisch unter Bildung von Verbrennungsgasen verbrannt wird und eine Kenngröße ermittelt wird, die in Form einer Funktion für die Konzentration eines speziellen Bestandteils in den Verbrennungsgasen repräsentativ ist Die Ansprechgenauigkeit oder die Regelgeschwindigkeit der Vorrichtung zum Steuern der Gemischanteile läßt sich beträchtlich steigern, oder anders ausgedrückt, es läßt sich die Zeit verringern, die man zum Steuern der Gemischanteile bei bisher bekannten Einrichtungen zur Steuerung derselben benötigt, bei der der Gemischanteil des Gemisches nach Maßgabe der Gemischanteile gesteuert wird, die in dem Abgassystem erfaßt werden. Ein Beispiel für die Verringerung der zur Steuerung der Gemischanteile erforderlichen Zeit wird im folgenden gegeben. Die Zeit, die man vom Beginn der Steuerung des Nebenlufteinlasses 62 undurch Betätigung des Steuerventiles 64 benötigt, um Kraftstoff von der Hauptkraftstoffdüse 26 in die Ansaugleitung 16 einzulassen, beläuft sich auf ungefähr 10 Millisekunden. Obgleich die für die Strömung des Gemisches von der Hauptdüse 2ό zu dem Sensor 68 in der Einrichtung 32 zum Erzeugen von Verbrennungsgasen von den Abmessungen der Erzeugungseinrichtung 32 für die Verbrennungsgase abhängig ist, beläuft sich diese auf ungefähr 10 Millisekunden bei einer Erzeugungseinrichtung 32 für Verbrennungsgase, die eine möglichst minimale Menge an Gemisch aufnimmt Die zum Ermitteln der Gemischameüe mit Hilfe des Sensors 68 erforderliche Zeit beläuft sich auf ungefähr 20 Millisekunden. Die insgesamt benötigte Zeit beläuft sich somit auf 40 Millisekunden und läßt sich auf diese Art und Weise ungefähr auf ein Fünftel der Zeit verringern, die bei einer bereits vorgeschlagenen Vorrichtung zur Steuerung der Gemischanteile erforderlich ist.

Die Vorrichtung zur Steuerung der Gemischanteile nach der Erfindung macht die hohe Überwachung der Präzisionsfertigung und die Kontrolle der Bauteile des Vergasers überflüssig, so daß sich die Herstellungskosten für Vergaser verringern lassen, und die Massenherstellung des Vergasers vereinfacht ist
Wenn ferner die Brennkraftmaschine in einem Ober-

gangszustand, wie zum Beispiel beim Anlassen, Beschleunigen oder dergleichen betrieben wird, bei der sich die Betriebsbedingungen stark ändern, lassen sich der Brennstoffverbrauch, die Abgasreinigung und die Abgabeleistung verbessern, da das Gemischverhältnis des der Brennkraftmaschine zugeführten Gemisches nach Maßgabe der ermittelten Gemischanteile mit einer minimalisierten Zeitverzögerung gesteuert wird.

Wenn die Vorrichiühg zum Steuern der Gemischanteile nach der Erfindung derart aufgebaut und ausgebildet ist, daß die aus der Einrichtung 32 zum Erzeugen von Verbrennungsgasen ausgestoßenen Abgase in die Ansaugleitung bzw. Einlaßleitung zurückgeführt werden, ergeben sich die folgenden Vorteile:

1. Maßnahmen, die eine Aufrechterhaltung des Drukkes der Verbrennungsgase in der Erzeugungseinrichtung für Verbrennungsgase bei bisher vorgeschlagenen Einrichtungen mit einem zur Durchführung einer Verbrennung des in der Erzeugungseinrichtung abgezogenen Gemisches ausreichen, sind bei der erfindungsgemäßen Steuerung überflüssig, da die in der Erzeugungseinrichtung für Verbrennungsgase erzeugten Abgase nicht in die Abgasleitung der Brennkraftmaschine eingeleitet werden. Ferner wird eine stabile Verbrennung aufrechterhalten, da kein Gegendruck in der Abgasleitung zu überwinden ist und die stabile Verbrennung des abgezogenen Gemisches bleibt unbeeinflußt von Druckschwankungen der Abgase infolge sich andernder Belastungen der Brennkraftmaschine.

2. Da das in die Brennkammer 36 der Einrichtung 32 zum Erzeugen von Verbrennungsgasen eingeleitete Gemisch nur zum Ermitteln einer Kenngröße bestimmt ist, die in Form einer Funktion für die Gemischanteile des Gemisches repräsentativ ist, braucht nur eine extrem geringe Menge an Gemisch durch die Brennkammer 36 durchgesetzt zu werden. Zum Ableiten des Gemisches in die Brennkammer 36 kann die Druckdifferenz zwischen den Abschnitten der Ansaugleitung 16 stromaufwärts und stromabwärts der Drosselklappe 20, wie zuvor unter Bezugnahme auf die F i g. 1 und 3 erläutert, ausgenutzt werden. Selbst wenn eine mit einem Elektromotor betriebene Pumpe zur Einleitung des Gemisches den Raum zur Erzeugung eines Vrbrennungsgases verwendet wird, reicht für diesen Zweck eine klein ausgelegte Pumpe aus.

3. Selbst wenn das in die Brennkammer der Einrichtung 32 zur Erzeugung von Verbrennungsgasen eingeleitete Gemisch infolge einer Störung oder dergleichen nicht verbrannt wird, verhindert die Vorrichtung zum Steuern der Gemischanteile nach der Erfindung eine negative Beeinflussung der Brennkraftmaschine und/oder der Umgebung, wie zum Beispiel durch abnormale Verbrennung des unverbrauchten Gemisches in der Abgasleitung und/oder eine Luftverschmutzung durch das unverbrannte Gemisch, da bei der Erfindung das aus der Einrichtung 32 zum Erzeugen von Verbrennungsgasen austretende unverbrannte Gemisch in die Brennkammer der Brennkraftmaschine abgezogen und dort verbrannt und verbraucht wird.

4. Da die Abgase aus der Einrichtung 32 zur Erzeugung von Verbrennungsgasen der Brennkraftmaschine zugeführt werden, ermöglicht die Vorrichtung zum Steuern der Gemischanteile eine Verringerung der Erzeugung von Stickoxiden (MOx) in der Brennkraftmaschine, obgleich das Ausmaß dieser Verringerung nur geringfügig ist,
5. Das in die Brennkraftmaschine eingesaugte Gemisch und die Einrichtung 32 zum Erzeugen von Verbrennungsgasen werden mit Hilfe der Abgase vorgewärmt, die aus der Einrichtung 32 zum Erzeugen von Verbrennungsofen austreten, wodurch die Verbrennungen der Gemische in der Brennkraftmaschine und der Einrichtung 32 zum Erzeugen von Verbrennungsgasen äußerst günstig beeinflußt werden.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   1. Vergaser für Brennkraftmaschinen, mit einer in einer zur Ansaugleitung parallel liegenden Neben-JeiUäng liegenden Hilfsbrennkammer zum Verbrennen eines Brennstoff-Luft-Gemisches, die mit der Ansaugleitung des Vergasers stromab der Brennstoffeinspritzeinrichtung über eine Zuführleitung in Verbindung steht und einen Fühler für die Zusammensetzung der in der Hilfsbrennkammer erzeugten Verbrennungsgase aufweist, der eine Zumeßeinrichtung für die von der Brennstoffeinspritzvorrichtung abgegebene spezifische Brennstoffmenge im Sinne einer gewünschten Zusammensetzung der Abgase der Brennkraftmaschine steuert, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsbrennkammer (36) über eine Auslaßleitung (43) für die Verbrennungsgase mit dem Ansaugstutzen (30) der Brennkraftmaschine hinter dem Vergaser in Verbindung steht

   2. Vergaser nach Anspruch 1, mit einer Drosselklappe zur Steuerung des Gemischdurchsatzes durch die Ansaugleitung, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßleitung (40) zur Hilfsbrennkammer (36) stromauf der Drosselklappe (20) und die Auslaßieitung (43) stromab der Drosselklappe (20) mit der Ansaugleitung (16) in Verbindung steht.

   3. Vergaser nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Einlaßleitung (40) eine Pumpe (76) angeordnet ist

   4. Vergaser nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßleitung (43) ein Doppelwandrohr ist, durch dessen Außenrohr (104) die Verbrennungsgase aus der Hilfsbrennkammer (36) abströmen und dessen Innenrohr (112) mit der Auspuffleitung der Brennkraftmaschine in Verbindung steht (F i g. 4 und 5).

   5. Vergaser nach einem d^r Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßleitung (40) über eine Brennerdüse (46) in die Hilfsbrennkammer (36) einmündet und die Hilfsbrennkammer (36) eine Einrichtung (48) zum Verbrennen des eingespritzen Brennstoffes unter Erzeugung einer von der Düse in die Hilfsbrennkammer (36) gerichteten Flamme aufweist.

   6. Vergaser nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (46) aus mit Öffnungen versehenem bzw. porösem kermischem Material besteht und eine kugelförmige Gestalt besitzt.

   7. Vergaser nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in der Hilfsbrennkammer (36) ein Katalysator (98) und eine Heizeinrichtung (96, 110) zum Erwärmen des Katalysators auf Arbeitstemperatur vorgesehen ist.

   8. Vergaser nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung eine elektrische Heizeinrichtung (96) ist.

   9. Vergaser nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung für den Katalysator (98) ein Abschnitt einer Leitung (110) zur Rückführung von Abgasen aus der Auspuffleitung der Brennkraftmaschine ist.

   10. Vergaser nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Heizplatte (60) vom Auslaß (43) der Reaktionskammer in die Ansaugleitung (16) ragt.

   11. Vergaser nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßleitung einen mit der Reak-

   tionskammer (36) in Verbindung stehenden Durchlaß (80) aufweist, dessen Einlaßende (82) in die Ansaugleitung (16) im Bereich der Heizplatte (60) einmündet (F i g. 2).

   IZ Vergaser nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß in der Auslaßleitung (43) eine Flammenbarriere (58) angeordnet ist

   13. Vergaser nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionskammer (36) ein Gehäuse (32) aus einem wärmeisolierenden Material aufweist.

   14. Vergaser nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß im Brennstoffzuführsystem des Vergasers ein Lufteinlaß (62) vorgesehen ist, der in die Brennstoffansaugleitung (22) mündet und ein Magnetventil (64, 66) enthält, welches die Menge von Zusatzluft in Abhängigkeit vom Meßergebnis des FüMers (68) in der Hilfsbrennkammer (36) steuert (F ig. 1).

   15. Vergaser nach einem der Ansprüche J bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß in der Brennstoffzuführleitung (22) zum Vergaser ein Magnetventil (64, 66) angeordnet ist, welches die dem Vergaser zugeführte Brennstoffmenge in Abhängigkeit vom Meßergebnis des Fühlers (68) steuert (F i g. 3).