DE2949152A1

DE2949152A1 - Anlasshilfevorrichtung fuer einen dieselmotor

Info

Publication number: DE2949152A1
Application number: DE19792949152
Authority: DE
Inventors: Kenji Masaki; Kohki Sone
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1978-12-08
Filing date: 1979-12-06
Publication date: 1980-06-26
Also published as: GB2036176A; FR2443589A1; JPS5578156A; FR2443589B1

Description

-A- Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Anlasshilfevorrichtung für einen Dieselmotor zum Herabsetzen der NOx-Gasabgabe.

Ein Dieselmotor zeigt bei niedrigen Temperaturen ein wesentlich verschlechtertes Anlassverhalten. Insbesondere bei niedrigen Temperaturen von weniger als -20° oder noch tieferen Temperaturen ist es oftmals unmöglich, die Maschine anzulassen oder wird sogar die Batterie durch eine übermässige Entladung erschöpft.

Dieses in kalten Gegenden grosse Problem muss bei Dieselmotoren gelöst werden.

Um die oben beschriebenen Unzulänglichkeiten zu beseitigen und das Anlassen eines Dieselmotors bei tiefen Temperaturen zu verbessern, sind bisher die folgenden Möglichkeiten in Betracht gezogen worden, nämlich

1. die Vorglühkerze mit höherer Energie zu versorgen,

2. die Batterkapazität zu erhöhen,

3. einen Anlassermotor mit einem Untersetzungsgetriebe zu verwenden,

4. das Kühlwasser zu erwärmen,

5. den Motor von aussen mittels eines elektrischen Heizgerätes oder eines Holzkohlenheizgerätes zu erwärmen,

6. das Ansaugsystem des Motors von aussen beispielsweise mit einem Brenner zu erwärmen, und

7. die angesaugte Luft zu erwärmen, indem die Flamme eines Brenners in das Ansaugsystem des Motors geblasen wird.

Die oben angeführten Möglichkeiten sind jedoch nicht ausreichend, vielmehr besteht die Gefahr, dass ein Feuer aus-

03002B/0678

- 5 bricht und der Motor beschädigt oder zerstört wird.

Was weiterhin die Reinigung des Abgases eines Dieselmotors anbetrifft, so ist zur Herabsetzung des NOx-Gehaltes bereits ein Abgas-Rezirkulationssystem vorgeschlagen worden, bei dem das Abgas vom Motor zum Ansaugsystem zurückgeführt wird. Ein derartiges Abgas-Rezirkulationssystem wird in seinem Aufbau jedoch sehr kompliziert. Bei einem Dieselmotor ist es nämlich erforderlich, einen Unterdruck für die Arbeit der Bauelemente zur Durchführung der Abgas-Rezirkulation zu erzeugen. Dazu muss ein Drosselventil im Ansaugsystem vorgesehen sein, das bei einem herkömmlichen System sonst nicht erforderlich wäre. Das hat den Nachteil einer Verschlechterung des Kraftstoffverbrauches zur Folge, dessen günstige Werte sonst der grösste Vorteil eines Dieselmotors sind. Dadurch dass ein Luftüberschuss vorhanden ist, hat das Abgas eines Dieselmotors keinen hohen Kohlendioxid-(CO₂) Gehalt, so dass eine sehr grosse Menge an rezirkuliertem Abgas verglichen mit Benzinmotoren beispielsweise mehr als 50 % erforderlich ist, um die NOx-Bestandteile wirksam herabzusetzen. Ein Dieselmotor mit einem derartigen Abgas-Rezirkulationssystem hat daher den wesentlichen Nachteil, dass es dazu führt, dass sich das Steuerventil im Abgas-Rezirkulationssystem durch den Russ im Abgas und das auf hohe Temperatur befindliche Gas festsetzt oder festfrißt und dass ein Verschmutzen des Ansaugsystems und ein abnormer Verschleiss der Kolben und Zylinder die Folge sind.

Ziel der Erfindung ist eine Anlasshilfevorrichtung für einen Dieselmotor zur Herabsetzung der NOx-Gasabgabe, bei der der oben beschriebene Nachteil beseitigt ist.

Die erfindungsgemässe Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass ein Katalysatorelement,das über eine elektrische Heizung aktiviert wird, im Ansaugsystem des Dieselmotors vorgesehen ist und dem Katalysatorelement eine kleine gesteuerte Kraftstoff menge zugeführt wird, um eine Gasoxidationsreaktion zu bewirken, wobei das sich dadurch ergebende Gas dem Motor zuge-

030026/0678

führt wird, um sein Anlassverhalten insbesondere bei tiefen Temperaturen dadurch zu verbessern, dass die Temperatur der angesaugten Luft erhöht wird. Die erfindungsgemässe Vorrichtung bewirkt weiterhin eine Abnahme des NOx-Gasgehaltes im Abgas durch eine Unterdrückung der Erzeugung von NOx in der Verbrennungskammer des Motors durch die Einführung des Reaktionsgases und Luft in die Verbrennungskammer .

Das Katalysatorelement kann mit Hilfe einer elektrischen Heizung oder einer ähnlichen Einrichtung erwärmt werden, so daß es in einfacher Weise aktiviert werden kann. Ein aus Luft und Kohlenwasserstoffen gemischtes Gas wird dem Katalysator zugeführt oder es wird Kraftstoff separat dem Katalysator zusammen mit der zugeführten Luft geliefert, so daß die Oxydationsreaktion sehr leicht bewirkt wird. Im Falle eines Dieselmotors wird der Kraftstoff in die Kammer eingespritzt und wird nur die Luft vom Ansaugsystem eingeführt, so daß für die Katalysatorreaktion im Ansaugsystem der Kraftstoff über einen separaten Weg zugeführt werden muß. Es ist sehr wichtig, wie der Kraftstoff gesteuert und dem Katalysator effektiv und in einfacher Weise zugeführt wird. Das läßt sich erfindungsgemäß sehr leicht verwirklichen. Das als Kraftstoff für den Motor verwandte Leichtöl wird nämlich teilweise von der Kraftstoffpumpe abgezweigt, wobei eine kleine gesteuerte Menge des Kraftstoffes dem Katalysatorelement über eine klein dimensionierte Öffnung und ein elektromagnetisches Ventil zugeführt werden kann. Es kann auch ein kleiner Kraftstofftank separat vorgesehen sein, in dem Leichtöl, Benzin, Alkohol oder ein anderer reaktiver flüssiger Kraftstoff enthalten ist, wobei der Kraftstoff über die Schwerkraft, d.h. sein Eigengewicht zugeführt werden kann. Weiterhin kann eine kleine Gasbombe, die einen gasförmigen Kraftstoff, beispielsweise Propan enthält, vorgesehen sein und kann der gasförmige Kraftstoff in einer kleine Menge zugeführt werden.

030026/0678

Der Begriff der Kraftstoffversorgung des Katalysatorelementes ist nicht streng auszulegen.

Im folgenden werden anhand der zugehörigen Zeichnung bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert:

Figur 1 zeigt ein vereinfachtes Schaltbild eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Figur 2 zeigt ein abgewandeltes Schaltbild der in Figur 1 dargestellten Vorrichtung.

Figur 3 zeigt ein vereinfachtes Schaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung mit einem Kraftstofftank.

Figur 4 zeigt ein vereinfachtes Schaltbild einer äquivalenten Vorrichtung mit einer Gasbombe.

Figur 5 zeigt in einer Querschnittsansicht ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel der Kraftstoffversorgungseinrichtung für den Katalysator.

Figur 6 zeigt in einem vereinfachten Diagramm ein Beispiel der Anordnung und Ausbildung des Katalysatorelementes gemäß der Erfindung.

Wie es in Figur 1 dargestellt ist, ist ein Katalysatorelement 4 mit einer elektrischen Heizung 3 im Ansaugkrümmer 2 eines Dieselmotors 1 angeordnet, der weiterhin ein elektromagnetisches Kraftstoffventil 5 zur Kraftstoffversorgung des Katalysatorelementes 4 aufweist.

Der Motor 1 umfaßt eine Kraftstoffpumpe 6 zur Kraftstoffversorgung der nicht dargestellten Kraftstoffeinspritzpumpe im Kraftstoffversorgungssystem. Die Kraftstoffpumpe 6 steht mit einer

- 8 030026/0678

nicht dargestellten KraftstoffVersorgung in Verbindung. Die Kraftstoffpumpe 6 ist weiterhin mit einem Rückführungsrohr 7 verbunden, um einen KraftstoffÜberschuß von der Pumpe 6 zurückzuleiten. Ein Druckregler 8 ist im Rückführungsrohr 7 vorgesehen und regelt den Kraftstoffdruck. Ein Abzweigungsrohr 9 vom Kraftstoffrückführungsrohr 7 steht mit dem elektromagnetischen Kraftstoffventil 5 über eine Öffnung 10 zum Begrenzen und zum Zuführen einer sehr kleinen Kraftstoffmenge in Verbindung. Durch die Arbeit des elektromagnetischen Kraftstoffventils 5 wird eine sehr kleine Kraftstoffmenge dem Katalysatorelement 4 zugeführt. Während des Betriebes der Vorrichtung wird der Katalysator 4 durch die Heizung 3 bis auf seine aktive Temperatur von über 300⁰C erwärmt,, so daß er mit der Oxydation und der Vergasung des Kraftstoffes beginnt.

Durch das Anwerfen oder Anlassen des Motors wird die angesaugte Luft durch den auf hoher Temperatur befindlichen oxydierten und vergasten Kraftstoff erwärmt und wird das Gasgemisch dem Motor zugeführt.

Das Katalysatorelement bewirkt/ daß das oxydierte Reaktionsgas mit der angesaugten Luft gemischt wird und das gemischte Gas unter bestimmten Arbeitsverhältnissen der Brennkammer zugeführt wird. Bei einer Beschleunigung erzeugt das Katalysatorelement das oxydierte Reaktionsgas und Inertgasanteile wie beispielsweise CO₂ im Reaktionsgas tragen zu einer Verminderung des NOx Gases auf einen annehmbaren Wert bei.

In der Zeichnung ist das Katalysatorelement in Form eines Granulates dargestellt/ das in einem Drahtgitterbehälter enthalten ist, es kann aber auch honigwabenförmig ausgebildet sein oder aus einem porösen Material bestehen.

Wie es in Figur 1 dargestellt ist, steht eine KraftstoffSteuereinrichtung 11/ die über ein Signal der Ausgangslast des Motors,

030026/0678 - 9 -

das den Arbeitsverhältnissen entspricht, gesteuert wird, mit dem elektromagnetischen Kraftstoffventil 5 in Verbindung und steuert die Kraftstoffsteuereinrichtung die dem Katalysatorelement zugeführte Kraftstoffmenge derart, daß sie zur Last des Motors paßt.

Die Arbeitsverhältnisse des Motors werden elektronisch durch einen Arbeitsvorgang in der Kraftstoffsteuereinrichtung 11 unter Ausnutzung von Informationen wie beispielsweise der Temperatur der angesaugten Luft, der Temperatur des Kühlwassers oder des Motors selbst, der Drehzahl des Motors und dem Öffnungsgrad der Kraftstoffeinspritzpumpe, d.h. dem Betätigungsgrad des Gaspedals und anderer Faktoren erhalten. Den Erfordernissen entsprechend werden das Anlassen und das Beschleunigen des Motors erkannt und werden Steuersignale mit verschiedener Impulsbreite für beide Fälle dem elektromagnetischen Kraftstoffventil zugeführt, so daß die Kraftstoffmenge so gesteuert wird, daß sie zu den Arbeitsverhältnissen des Motors paßt.

In Figur 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des Kraftstoffversorgungssystems für das Katalysatorelement dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist ein Abzweigungsrohr 7' von der Kraftstoffpumpe 6 vorgesehen. Das elektromagnetische Kraftstoffventil 5 ist im Abzweigungsrohr 7* vorgesehen. Der Kraftstoff wird durch eine öffnung 10 und ein Abzweigungsrohr 9 dem Katalysatorelement 4 von oben oder seitlich zugeführt.Der Kraftstoff kann dem Katalysatorelement so zugeführt werden, daß er das Katalysatorelement durchtränkt.

Figur 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel,bei dem ein separater Kraftstofftank 12 zum Zuführen von Kraftstoff, wie beispielsweise Leichtöl, Benzin oder einem ähnlichen Kraftstoff zum Katalysatorelement 4 vorgesehen ist und der Kraftstoff über die Schwerkraft zugeführt wird. Der Kraftstoff vom Kraftstofftank 12 wird über die Schwerkraft dem elektromagnetischen Ventil 5 und dem

- 10 030026/0678

Katalysatorelement 4 über eine öffnung 10 zugeführt.

Figur 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem ein gasförmiger Kraftstoff dem Katalysatorelement 4 zugeführt wird. In diesem Fall wird der gasförmige Kraftstoff von einer Kraftstoff gasbombe 13 dem Katalysatorelement 4 über ein elektromagnetisches Ventil 5 und eine öffnung 10 zugeführt.

Figur 5 zeigt ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel des Katalysatorelementes 4, bei dem das Katalysatorelement 4 in einem kerzen- oder steckerförmigen Kraftstoffversorgungselement angebracht ist und dieses Element im Ansaugsystem so vorgesehen ist, daß es davon vorragt.

Figur 6 zeigt die Anordnung des Katalysatorelementes 4 im Ansaugkrümmer 14. Bei einem Vierzylindermotor kann das Katalysatorelement 4 in der Nähe des jeweiligen Ansaugeinlasses,und zwar entweder ein Katalysatorelement für zwei Zylinder, wie es durch eine ausgezogene Linie in der Figur dargestellt ist, oder jeweils ein Katalysator für jeden Zylinder, wie es durch eine unterbrochene Linie dargestellt ist, vorgesehen sein. Bei einem Sechszylindermotor kann ein Katalysatorelement für jeden Zylinder vorgesehen sein oder kann ein Katalysatorelement für jeweils zwei oder drei Zylinder vorgesehen sein.

Erfindungsgemäß erfolgt die Beschleunigung eines Dieselmotors beim Anlassen und die Verringerung des NOx-Gases in einfacher Weise und damit unter geringen Kosten. Das herkömmliche komplizierte Abgasrezirkulationssystem ist nicht erforderlich, vielmehr wird derselbe Effekt, der mit der Abgasrezirkulation erreicht werden kann, in einer sehr einfachen Weise erhalten.

Der Katalysator kann leicht durch eine kleine Kraftstoffmenge rotglühend werden und die in seiner Nähe strömende angesaugte Luft erwärmen, so daß einerseits der Motor leicht angelassen werden kann und andererseits die Erzeugung von NOx-Gas durch das vom Katalysator oxydierte inerte Gas herabgesetzt werden

030026/0678 - 11 -

kann. Das Katalysatorelement wird über eine elektrische Quelle erhitzt und das Katalysatormaterial in der Nähe der Heizung wird aktiviert, so daß der Kohlenwasserstoffgehalt im Kraftstoff eine Oxydationsreaktion mit dem Sauerstoff in der angesaugten Luft an der Oberfläche des Katalysators bewirkt. Bei der Verwendung eines Katalysatorelementes gemäß der Erfindung kann daher die Rußbildung, die zum Festfressen des Steuerventils und zum Ausfall des Ventils durch die hohe Temperatur führt, vermieden werden. Gleichfalls kann eine Verschmutzung des Ansaugsystems und eine Beschädigung,beispielsweise ein abnormer Verschleiß der Kolben und Zylinder vermieden werden.

Erfindungsgemäß steht ausreichende Luft für eine vollständige Oxydation des Kraftstoffes zur Verfügung. Die Luft wird eine ausreichende Sauerstoffmenge für die erfindungsgemäße Vorrichtung liefern, die den Katalysator verwendet, während die zugeführte Luft auch die Funktion der Kühlung der Vorrichtung hat. Die erfindungsgemäße Vorrichtung erhöht nämlich die Temperatur der angesaugten Luft für den Motor zum Anlassen, während gleichzeitig ein Wärmegleichgewicht zwischen der durch den Katalysator erzeugten Wärme und der angesaugten Kaltluft erreicht wird, so daß die Vorrichtung nicht durch eine überhitzung in kurzer Verwendungszeit beschädigt wird.

Erfindungsgemäß wird der Kraftstoff über einen separaten Weg zugeführt, so daß der Kraftstoffverbrauch verglichen mit dem herkömmlichen Motor etwas ansteigen kann. Es kann jedoch das Verhältnis des oxydierten Reaktionsgases gegenüber der angesaugten Luftmenge herabgesetzt werden, da eine geringe zugeführte Kraftstoffmenge dem Verhältnis genügt. Weiterhin kann das Verdichtungsverhältnis auf etwa 16 herabgesetzt werden, ein Wert, der für Dieselmotoren als günstigster Wert angesehen wird, indem die Temperatur der angesaugten Luft erhöht wird. Bei einem herkömmlichen Dieselmotor wird ein Verdichtungsverhältnis von etwa 22 dazu verwandt, für ein zufriedenstellendes Anlaßverhalten des Motors zu sorgen.

- 12 030026/0678

Erfindungsgemäß ergibt sich somit ein großer Vorteil, der den oben erwähnten Nachteil einer leichten Zunahme des Kraftstoffverbrauches erheblich übersteigt.

030026/0678

Claims

PATENTANWÄLTE A. GRÜNECKER

H. KINKELDEY

OR-NO

W. STOCKMAIR

CHWG ■ At IOU.TKM

K. SCHUMANN

Oft MCK NAT O*!.-PHY&

P. H. JAKOB

G. BEZOLD

8 MÜNCHEN 22

MAXIMILIANSTRASS· «3

NISSAN MOTOR CO., LTD. 6. Dezember 1979

2, Takara-Cho, Kanagawa-Ku,

Yokohama City, Japan P 14 512 P/ht.

Anlasshilfevorrichtung für einen Dieselmotor

PATENTANSPRÜCHE

1J Anlasshilfevorrichtung für einen Dieselmotor zum Herabsetzen der NOx-Gasabgabe, gekennzeichnet durch ein Katalysatorelement (4), das im Ansaugsystem des Dieselmotors (1) vorgesehen ist, durch ein Kraftstoffventil (5) zum Zuführen von Kraftstoff zum Katalysatorelement (4), durch eine öffnung (10) zum Zumessen und Regulieren der Menge an zugeführtem Kraftstoff und durch eine Kraftstoffsteuereinrichtung (11), zum Steuern der Menge an durch das Kraftstoffventil (5) zugeführter Kraftstoffmenge nach Massgabe eines Signals, das die

030026/0678

(o··) aaaaea tblbx os-assao teleqrammk monapat

ORIGINAL INSPECTED

- 2 Arbeitsverhältnisse des Motors (1) angibt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstoff dem Katalysatorelement (4) über eine Abzweigleitung (9) von einer Kraftstoffpumpe (6) zugeführt wird, die den Motor (1) mit Kraftstoff versorgt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kraftstoffrückführungsrohr (7) zum Rückführen eines Kraftstoffüberschusses von der Kraftstoff pumpe(6)zur KraftstoffVersorgungsquelle und ein Druckregler (8) im Rückführungsrohr (7) vorgesehen sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kraftstofftank vorgesehen ist und der Kraftstoff dem Katalysatorelement (4) über die Schwerkraft zugeführt wird.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass eine Gasbombe (13) zum Zuführen von Kraftstoffgas zum Katalysatorelement (4) vorgesehen ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , dass der Kraftstoff dem Katalysatorelement (4) seitlich derart zugeführt wird, dass er das Katalysatorelement (4) durchtränkt.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , dass ein Katalysatorelement

(4) für jeden Zylinder im Ansaugkrümmer des Motors vorgesehen ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , dass ein Katalysatorelement (4) für jeweils zwei Zylinder im Ansaugkrümmer des Motors vorgesehen ist.

030026/0678
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , dass ein Katalysatorelement (4) für jeweils drei Zylinder im Ansaugkrümmer des Motors vorgesehen ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet , dass das Katalysatorelement (4) honigwabenförmig ausgebildet ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet , dass das Katalysatorelement (4) aus Granulatteilchen besteht, die in einem Drahtgitterbehälter gehalten sind.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet , dass das Katalysatorelement

(4) steckerförmig und in einem Stück mit einem Versorgungsrohr zum Zuführen des Kraftstoffes zum Katalysatorelement (4) ausgebildet ist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet , dass das Katalysatorelement

(4) über eine elektrische Heizung aktiviert wird.

030026/0678