DE3248780C2 - Brennkraftmaschine mit einem katalytischen Dreiwegumwandler - Google Patents

Abstract

Ein Motor umfaßt einen Gleichdruckvergaser bzw. Düsennadelvergaser, der an der inneren Wand seines Saugrohrs eine erhabene Wand aufweist. Der Saugkolben des Vergasers hat eine vorderste Fläche mit einem im Querschnitt V-förmigen stromauf gelegenen Abschnitt, der im Zusammenwirken mit der erhabenen Wand eine den Luftstrom beschränkende Öffnung in Form eines annähernd gleichschenkeligen Dreiecks abgrenzt, wenn der Luftmengenstrom innerhalb des Saugrohrs klein ist. Ein elektromagnetisches Ventil ist in einer Luftleitung des Vergasers angebracht und wird periodisch mit fester Frequenz von 1 bis 2 Hz so geöffnet, daß das Luft/Kraftstoffverhältnis bei einer festen Frequenz innerhalb des Bereichs von ±0,2 bis ±1,0 relativ zu einem annähernd stöchiometrischen Luft/Kraftstoffverhältnis schwankt.

Description

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das Saugrohr 7 ragt, beschleunigt die Strömung zwi- so bestimmt, daß, wenn der Ventilkörper 54 cies elektroschen der erhabenen Wand 29 und dem Stirnabschnitt magnetischen Auf-Zu-Ventils 50 periodisch den Durchdes Saugkolbens 8. Wenn die Brennkraftmaschine ange- gang 53 öffnet, der mittlere Wert des Luft/Kraftstofflassen wird, wird Luft über das Saugrohr 7 rom Motor Verhältnisses A/F des dem Zylinder zugeführten Kraftangesaugt Da der Luftstrom zwischen dem Saugkolben 5 Stoffgemisches ungefähr gleich dem stöchiometrischen 8 und der erhabenen Wand 29 gedrosselt wird, entsteht Luft-Kraftstoffverhältnis ist wobei die Amplitude der in der Mischkammer ein statischer Unterdruck. Durch Schwankungen des Luft-Kraftstoffverhältnisses innerdie Saugöffnung 23 wirkt dieser Unterdruck in der Un- halb eines Bereiches von ±0,2 bis ±1,0 schwanken, wie terdruckkammer 20 und bewegt den Saugkolben 8 der- dies F i g. 3 zeigt Da sich das Luft-Kraftstoff verhältnis art daß sich ein Gleichgewichtszustand zwischen der 10 des Kraftstoffgemisches mit einer Frequenz von 1 bis Unterdruckkammer 20 und der Atmosphärendruck- 2 Hz innerhalb eines Schwankungs-Bereichs von ±0,2 kammer 21 einstellt der durch die Federkraft der bis ±1,0 relativ zum stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Druckfeder 22 mitbestimmt ist; d. h. die Größe des in verhältnis unabhängig von der Motortemperatur und der Mischkammer 13 erzeugten Unterdrucks bleibt an- den Motorbetriebsbedingungen bewegt ist es mit dem nähernd konstant 15 Katalysator möglich, unter Ausnützung der Sauerstoffs-

Wenn die vom Motor angesaugte Luftmenge an- peichereigenschaft des Katalysators einen hohen Umsteigt kann sich der Saugkolben 8 leichtgängig in Ab- Wandlungswirkungsgrad zu erhalten. Dies ist aus F i g. 4 häufigkeit von diesem Anstieg bewegen, so daß die aus erkennbar, in der auf der Ordinate der Umwandlerwirder Düse 28 zugeführte Kraftstoffmenge ständig pro- kungsgrad R und auf der Abszisse die Frequenz F der portionai der dem Motor zugeführten Luftmenge ist 20 Schwankungen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses aufge-Folglich kann durch die Verwendung des in F i g. 2 dar- tragen sind. Dabei ist der Umwandlerwirkungsgrad für gestellten Vergasers 2 mit variablem Querschnitt das die Schadstoffe Kohlenmonoxid (CO), verbrannte Koh-Luft/Kraftstoffverhältnis des dem Zylinder zugeführten lenwasserstoffe (HC) und Stickoxide (NOx) wiederge-Kraftstoffgemisches ungefähr konstant gehalten wer- geben. Es ist erkennbar, daß bereits mit einer Frequenz den, entsprechend dem stöchiometrischen Wert 25 im Bereich von 1,0 bis 2,0 Hz ein Umwandlerwirkungs-

Wie F i g. 1 zeigt ist eine ringförmige Luftkammer 33 grad von mehr als 80% erreicht wird. Höhere Frequenum eine Dosierdüse 26 gebildet, wobei eine Vielzahl von zen, die zwangsläufig das Auf-Zu-Ventil stärker belamit der Luftkammer 33 verbundenen kleinen Luftboh- sten würden und demzufolge die Zuverlässigkeit beeinrungen 34 in der inneren Wand der Dosierdüse 26 aus- trächtigen könnten, führen allenfalls zu einer geringfügigebildet ist Die Luftkammer 33 ist einerseits über eine 30 gen Erhöhung des Umwandlerwirkungsgrades, sind jeerste Luftbohrung 35 mit dem stromauf der erhabenen doch nicht notwendig, um Umwandlerwirkunsgrade Wand 29 gelegenen Saugrohr 7 und andererseits über von 80% zu erreichen. Bei einer Frequenz von weniger eine zweite Luftbohrung 36 mit einem elektromagnet!- als 1,0 Hz fälllt der Umwandlerwirkungsgrad bald ab, sehen Auf-Zu-Ventil 50 verbunden. Eine erste Luftdüse und zwar insbesondere für die Stickoxide. 37 ist in die Luftbohrung 35 und eine zweite Luftdüse 38 35 Da bei der vorstehend beschriebenen Brennkraftmaist in die zweite Luftbohrung 36 eingesetzt Zusätzlich schine mittels einer einfachen elektronischen Steuereinist vom Abschnitt der Luftbohrung, der der ersten Luft- heit eine gute Abgasreinigung erreicht werden kann, ist bohrung 35 und der zweiten Luftbohrung 36 gemeinsam es möglich, die Herstellungskosten beträchtlich zu verist, eine zusätzliche Luftbohrung 39 abgezweigt Diese mindern.

Luftbohrung 39 ist zum stromab der Meßdüse 26 gele- 40

gene Kraftstoffrohr 25 offen. Durch die Luftbohrungen Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

39,34 wird der durch das Kraftstoffrohr 25 gebildeten

Kraftstoffzufuhrleitung Emulgierluft zugeführt

Das elektromagnetische Auf-Zu-Ventil 50 umfaßt eine Ventilkammer 52, die durch einen Luftfilter 51 mit 45
der Atmosphäre in Verbindung steht, einen mit der
zweiten Luftbohrung 36 verbundenen und zur Ventilkammer 52 offenen Durchgang 53, einen Veniilkörper
54, der die öffnung des Durchgangs 53 steuert einen mit
dem Ventilkörper 54 verbundenen beweglichen Kolben 50
55 sowie eine Magnetspule 56 zum Anziehen des Letzteren. Die Magnetspule 56 ist mit einer Steuereinheit in
Form eines Magnetspulenantriebskreises 60 verbunden,
der einen Impulserzeuger 61, der Rechteckimpulse mit
einer konstanten Frequenz von 1 bis 2 Hz wie in F i g. 2 55
gezeigt erzeugt, sowie einen mit dem Ausgang des Impulserzeugers verbundenen Leistungsverstärker 62 umfaßt Der Ausgang des Leistungsverstärkers 62 ist mit
der Magnetspule 56 verbunden. Der Ventilkörper 54
öffnet und schließt periodisch den Durchgang 53 mit eo
einer konstanten Frequenz von i bis 2 Hz. Wenn der
Ventilkörper 54 den Durchgang 53 öffnet, wird die über
die Luftbohrungen 34 und die Luftbohrung 39 dem
Kraftstoffrohr 25 zugeführte Emulgierluftmenge erhöht. Da dadurch die von der Düse 28 zugeführte Kraft- 65
stoffmenge verringert wird, wird folglich das dem Zylinder zugeführte Kraftstoffgemisch magerer. Die Größen
der ersten Luftdüse 37 und der zweiten Luftdüse 38 sind

Claims (1)

1 2

Umwandlerwirkunsgrad, verschlechtert wird. Schwan-Patentanspruch: kungen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses sind daher zulässig, wenn sie unter geeigneten Bedingungen erfolgen.

Brennkraftmaschine mit einem katalytischen Im Gegensatz zur bekannten Brennkraftmschine wer-Dreiwegumwandier und einem Gleichdruckverga- 5 den solche Schwankungen des Luft-Kraftstoff-Verhältser mit einer Vorrichtung zur Zufuhr von Emulgier- nisses bewußt hervorgerufen und zwar mit einer konluft in die Kraftstoffzufuhrleitung, wobei ein Teil der stanten, bestimmten Frequenz und solchen Amplituden, Emulgierluft Ober in Auf-Zu-Ventil dem Kraftstoff die allein durch die Beschaffenheit des Katalysators und zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, die Größe der Brennkraftmaschine bestimmt jedoch undaß das Auf-Zu-Ventil (50) mit einer konstanten Fre- 10 abhängig von Betriebsparametern und -zuständen der quenz von 1 bis 2 Hz und einem konstanten Verhält- Brennkraftmaschine sind, so daß die Steuereinheit insnis aus öffnungs- und Schließzeit betrieben wird, besondere ohne Verwendung eines Sauerstoffsensors wobei die Amplituden der periodischen Schwankun- auskommt Die durch die Erfindung bewirkte periodigen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses im Bereich sehe partielle Zufuhr eines konstanten Anteils der Emulvon ±0,2 bis ± 1,0 liegen. 15 gierluft in die Kraftstoffzufuhrleitung hat einen ähnlich

hohen Umwandlerwirkungsgrad zur Folge, wie er sonst

nur bei verhältnismäßig genauer Einhaltung des stö-

chiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses erreichtbarist

Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennkraftma- 20 Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den schine mit einem katalytischen Dreiwegumwandler und Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher einem Gleichdruckvergaser gemäß dem Oberbegriff erläutert Es zeigt

des Patentanspruchs. F i g. 1 sine ausschnittsweise Schnittdarstellung einer

Eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Brennkraftmaschine, und zwar insbesondere von deren Oberbegriffs des Patentanspruchs ist bekannt (DE-AS 25 Gleichdruckvergaser; 26 44613). Fig.2 ein Diagramm, das zur Steuerung dienende

Bei der Verwendung eines katalytischen Dreiwegum- Rechteckimpulse wiedergibt;

wandlers in einer Abgasleitung einer Brennkraftmaschi- F i g. 3 ein Diagramm, das das gesteuerte Luft-Kraft-

ne wird ein hoher Unwandlerwirkungsgrad erreicht, stoff-Verhältnis wiedergibt; und wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis möglichst nahe 30 F i g. 4 ein Diagramm, das den Umwandlerwirkungsdem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis liegt grad in Abhängigkeit von der Frequenz wiedergibt

Bereits bei geringen Abweichungen vom stöchiome- Fi g. 1 zeigt einen Einlaßkrümmer 1 einer Brennkraft-

trischen Wert verschlechtert sich der Wirkungsgrad der maschine, einen auf diesem angeordneten Vergaser 2 Abgasaufbereitung, d. h. der Umwandlerwirkungsgrad, mit variablem Querschnitt, d. h. einen Gleichdruckverim allgemeinen beträchtlich. Bei der bekannten Brenn- 35 gaser, einen Auslaßkrümmer 3 und einen katalytischen kraftmaschine ist daher angestrebt, das tatsächliche Dreiwegumwandler 4. Der Vergaser 2 umfaßt ein VerLuft-Kraftstoff-Verhältnis möglichst genau auf dessen gasergehäuse 6, einen im Saugrohr 7 quer beweglichen stöchiometrischen Wert zu steuern. Die bekannte Saugkolben 8, eine Nadel 9, die an der Stirnfläche des Brennkraftmaschine weist zu diesem Zweck eine Saugkolbens 8 befestigt ist, ein der Stirnfläche gegen-Steuereinheit auf, die mittels eines in der Abgasleitung 40 überliegendes und an der inneren Wandung des Saugangeordneten Sauerstoffsensors die Sauerstoffkonzen- rohrs befestigtes Abstandsstück 10, eine im Saugrohr 7 tration erfaßt und entsprechend dem gemessenen Wert an einer Stelle stromab des Saugkolbens 8 angeordnete ein Signal an das Auf-Zu-Ventil anlegt, das dementspre- Drosselklappe 11 sowie eine Schwimmerkammer 12. Eichend periodisch öffnet und schließt, wobei das Verhält- ne Mischkammer ist zwischen dem Saugkolben 8 und nis aus Öffnungszeit und Schließzeit in Abhängigkeit 45 der Drosselklappe U ausgebildet Im Vergasergehäuse von dem vom Sauerstoffsensor gemessenen Wert geän- 14 ist eine zylindrische Bohrung vorgesehen, in welche dert wird. Die Änderung erfolgt hierbei derart, daß das eine Führungsbuchse 15 angebracht ist die sich in Axial-Luft-Kraftstoff-Verhältnis dem stöchiometrischen Wert richtung erstreckt Der Saugkolben 8 kann über das stets möglichst nahe kommt Der Aufbau dieser bekann- Lager 17 im Gehäuse 14 leicht bewegt werden. Das ten Brennkraftmaschine ist aufgrund der Steuereinheit, 50 Innere des Gehäuse 14 wird durch den Saugkolben 8 in die einen Sauerstoffsensor erfordert, aufwendig und eine Unterdruckkammer 20 und in eine Atmosphärenkompliziert, druckkammer 21 unterteilt, wobei eine Druckfeder 22 Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die gat- den Saugkolben 8 in Schließrichtung vorspannt. Eine im tungsgemäße Brennkraftmaschine derart weiterzubil- Saugkolben 8 ausgebildete Saugöffnung 23 ist mit der den, daß ein für die Abgasreinigung mittels des Drei- 55 Unterdruckkammer 20 verbunden, und die Atmosphäwegumwandlers geeignetes Gemisch möglichst unab- rendruckkammer 21 ist durch eine im Vergasergehäuse hängig von Betriebsparametern der Brennkraftmaschi- 6 ausgebildete Luftöffnung 24 mit dem Saugrohr 7 ne aufberreitet wird. stromauf des Saugkolbens 8 verbunden. Ein Kraftstof f-Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die rohr 25 erstreckt sich in Achsrichtung der Nadel 9 der-Brennkraftmaschine gemäß dem einzigen Patentan- 60 art, daß diese in das Kraftstoffrohr 25, in dem eine Dospruch gelöst. sierdüse 25 angeordnet ist eintreten kann. Das stromauf Bei der Erfindung ist die Sauerstoffspeichereigen- der Dosierdüse 26 sitzende Kraftstoffrohr 25 ist über schaft des katalytischen Dreiwegumwandlers, der im das Kraftstoffrohr 27 mit der Schwimmerammer 12 verfolgenden auch lediglich als Katalysator bezeichnet bunden. Die Nadel 9 erstreckt sich durch die Dosierdüse wird, ausgenutzt. Der Katalysator ist nämlich in der La- 65 26, wodurch Kraftstoff über die Düse 28 dem Saugrohr ge, bei Luftüberschuß des Abgases Sauerstoff zu spei- 7 zugeführt, nachdem er durch einen ringförmigen Spalt, ehern und diesen bei Luftmangel wieder abzugeben, oh- der zwischen der Nadel 9 und der Dosierdüse 26 gebilne daß hierdurch zwangsläufig seine Funktion, d. h. sein det ist, gesaugt wurde. Eine erhabene Wand 29, die in