DE7111725U - Verbrennungskraftmaschine - Google Patents

Description

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Gebrauchsmusteranmeldung

THE Γ.ΕΝ1ΤΗ CARBURETTOR UOMPAKY LIMITED

Honeypot Lane, Stanmore, Middlesex, England

Verb rennung skre.f tmaschine

Die Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine mit einem Auspuffverbrennumrsreaktor.

Es ist bekannt, daß der Auspuff solcher Maschinen erheb-' liehe Mengen von Gasen wie Kohlenmonoxyd und unverbrannten Kohlenwasserstoffen erzeugen kann, die unerwünschte '■ - und sogar gefährliche Verschmutzung der Atmosphäre ins-' besondere bei starkem Verkehr in Stadtgebieten hervor-. rufen können.

Es ist bekannt, daß die Anwesenheit dieser Gase in den '■ Auspuffgasen auf unvollständige Verbrennung des dem Motor zugeführte^i Kraftstoffes zurückzuführen ist, und es ist sahr schwierig, eine vollständige Verbrennung in den Brennkammern des Motors unter allen Betriebsbedingungen des Motors zu erzielen, während sich andererseits zu allen Zeiten gute Fahreigenschaften ergeben.

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Es ist deshalb vorgeschlagen worden, die Auspuffgase aus den Motorzylindern durch eine Eeaktionskamaer zu leiten, in welcher der restliche Kraftstoff und brennbare Gase wie Kohlenmonoxyd mit zusätzlicher Luft verbrannt werden, wobei die Verbrennung spontan erfolgt dadurch, daß innerhalb des Reaktors Temperatur und Druckbedingungen hergestellt werden, welche für eine solche Verbrennung geeignet sind.

Ein Problem, welches im Zusammenhang mit solchen Reaktoren auftritt, besteht darin, ständig eine Verbrennung darin aufrechtzuerhalten. Es hat sich gezeigt, daß unter bestimmten ttbergangsbedingungen des Motorbetriebs, beispielsweise wahrend der Beschleunigung, der Inhalt an brennbarem Material in den Gasen, die die Brennkammern des Motors verlassen, so gering ist, daß die Verbrennung in dem Reaktor nicht aufrechterhalten werden kann.

Bei einer Verbrennungskraftmaschine, die mit einem Auspuffverbrennungsreaktor versehen ist, ist es daher wünschenswert, sicherzustellen, daß der Kraftstoffgehalt dee dem Motor zugeführten Gemische stets ausreichend ist, in den von dem Motor ausgestoßenen Gasen genügend Kraftstoff übrig zu behalten, um eine Verbrennung in dem AuspuffVerbrennungsreaktor aufrechtzuerhalten. Andererseits ist es natürlich wünschenswert, den in dem Reaktor verbrannten Kraftstoff so weit wie möglich BU begrenzen, da solcher Kraftstoff nicht nur verschwendet ist und keinen Beitrag zum Antrieb des Fahrzeuge leistet, sondern auch deshalb, weil die Zufuhr τοπ überschüssigem Kraftstoff zu dem Reaktor eine Beeohädigung des Reaktors hervorrufen kann, nämlich dadaroh, daS sieh darin übermäßig hohe Temperaturen ausbilden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verbrennungs-

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vujT zu söhaf-

fen, bei welchem genügend Kraftstoff den Reaktor auch bei den ungünstigsten Motorbetriebsbedingungen erreicht, um eine ständige Verbrennung in diesem sicherzustellen, ohne daß andererseits eine unerwünscht hohe Menge von Kraftstoff in dem Reaktor bei anderen Motorbetriebsbedingungen verbraucht wird.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß dem Motor Kraftstoff-Luft-Gemisch über einen Luftventilvergaser zugeführt wird, der einen Ansaugkanal, eine Drosselklappe in dem Kanal und ein Luftsteuerventil in dem Kanal stromauf von der Drosselklappe aufweist und bei welchem eine Veränderung des OemisehanreieherungBgrades durch Aufrechterhaltung eines im wesentlichen konstanten Unterdrucke in dem Ansaugkanal zwischen der Drosselklappe und dem Luftsteuerventil geregelt wird, wobei der Unterdruck auf das Luftsteuerventil und ein Kraftstoffstauerventil eo wirkt» daß ein zusammenwirkendes Arbeiten beider Ventile and daher eine stetige Regelung der Kraftstoff-Luft-Verhältnisse in dem Gemisch während aller Betriebszustände des Motors erhalten wird.

Die Kraftstoff-Luft-Verhältnisse können somit eo eingestellt werden, daß sie unter ungünstigen Motorbetriebebedingungen genügend Kraftstoff zur Verbrennung in des Auspuffverbrennungsreaktor liefern, ohne daß ein starker Überschuß an Kraftstoff in dem Reaktor bei anderen Motorbetriebsbedingungen auftritt.

Die Steuerung der Gemischanreicherung ist, insbesondere unter Übergangsbedingungen, schwierig zu erreiohen und bei einem Festchoke-Vergaser sind spezielle, erheblich

komplizierte Anordnungen erforderlich, um den Verzögerungsbetrieb zu beherrschen, während bei Beschleunigungsbsdiaguagen, insbesondere von niedrigen Motcrdrehzahlen bei hoher Belastung es unmöglich ist, ideale Verhältnisse zu erreichen· Um die Schwächung des Gemische, die infolge der relativen Dichte von Kraftstoff und Luft auftritt, zu kompensieren» werden Beschleunigerpumpen und ähnliche Vorrichtungen verwendet, um zusätzlichen Kraftstoff zu liefern. Daa sich ergebende Gemisch, welches dem Motor zugeführt wird, führt zu Bedingungen, die zu großen Änderungen in den Verhältnissen unverbrannter Kohlenwasserstoffe und von Kohlenmonoxyd führen, welche in dem Auspuffgas enthalten sind« Das führt zu Problemen hinsichtlich der Aufrechterhaltung der Verbrennung in dem Reaktor_s Man kann versuchen, einen Luftventilvergaser zu verwenden, um diese Probleme zu vermeiden, da dieser so entwickelt werden kann, daß er ein im wesentlichen konstantes Gemischverhältnis während des Beschleunigungsbetriebs liefert oder es kann, gemäß einen Merkmal der vorliegenden Erfindung, das Kraftstoffsteuerventil des Vergasers so angeordnet werden, daß das Kraftstoff-Luft-Verhältnis in dem Kraftstoff-Luft-Gemisch bei schneller Beschleunigung vergrößert wird, wenn die Menge an unverbranntem Kraftstoff in den die Motorzylinder verlassenden Gasen sonst am stärksten dazu neigt, vermindert zu werden. Es hat sich gezeigt, daß eine solche Anordnung eine merkliche Verminderung der Auspuff-Verunreinigungspegel ergibt.

Um dieses Ergebnis zu erreichen steht bei einem Vergaser, bei welchem das Kraftstoffsteuerventil von einem in den Ansaugkanal des Vergasers mündenden Durchbruch gebildet wird, der von einer mit dem Luftventil beweglichen Profilnadel beherrscht ist, die Nadel unter

Vorspannung, so daß sie an der Wandung des Durchbruche auf der näher am Einlaßende des Ansaugkanals liegenden Seite anliegt.

Die Vorspannung der besagten Profilnadel, die die Kraftstoff zufuhröffnung des Vergasers beherrscht, und die Gegenstand des britischen Patents 1 144 405 ist, erzeugt ein örtliches Strömungsbild der Luft im Bereich der KraftstoffÖffnung, welches den Sog an der Kraftstoff Öffnung erhöht, wenn die Drosselklappe plötzlich geöffnet wird, und bewirkt so eine Anreicherung des Gemischs unter diesen Bedingungen, so daß auch wenn wirksame Verbrennung in den Motorzylindern unter diesen Bedingungen aufrechterhalten wird, genügend Brennstoff in Form von unverbrannten Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxyd übrig ist, um die Verbrennung in dem Reaktor zu unterstützen.

Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine wird nachstehend unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert:

Pig. 1 ist eine schematische Sehnlttansicht einer Verbrennungskraftmaschine mit dsm Vergaser und dem Auspuffverbrennungsreaktor.

Pig. 2 ist ein Schnitt eines Luftventilvergasers, der zur Verwendung bei der Erfindung geeignet ist, und

Pig. 3 und 4 sind Schnittdarstellung von

zwei Formen von Auspuffverbrennungsreaktoren, die bei der Erfindung anwendbar ?iH1 725 - 8. 7. 71

In Fig. 1 der Zeichnung enthält der Motor den üblichen Zylinderblock 10 und einen Zylinderkopf 11 und hat eine Mehi'zahl von Zylindern, von denen nur einer bei 12 dargestellt ist. Ein Einlaßverteiler ist bei 13 gezeigt und mit den Zylinder 12 verbunden. Dieser würde natürlich bei einem tatsächlichen Motor mit allen Zylindern verbunden werden. Der Einlaßverteiler erhält Kraftstoff-Luft-Gemisch von einem Vergaser H oder von einer Mehrzahl solcher Vergaser. Die Auspufföffnung 15 des Motorzylinders 12 ist über einen Kanal 16 mit einem Auspuffverbrennungsreaktor 17 verbunden, welcher seinerseits über eine Auspuffleitung 18 mit der Atmosphäre verbunden ist. Die Auspufföffnungen der anderen Motox .ylinder sind auch über Kanäle entsprechend dem Kanal 16 mit dem Reaktor 17 verbunden. Luft zur Unterstützung der Verbrennung in dem Auspuffreaktor 17 wird dem Kanal 16 und entsprechenden Kanälen durch eine Luftpumpe 19 und eine Leitung 21 zugeführt. In der Leitung 21 ist ein Ventil 20 angeordnet, welches die von der Pumpe 19 geförderte Luft unter bestimmten Bedingungen durch eine Leitung 30 statt in den Auspuffkanal 16 in den Einlaßverteiler 13 leitet.

Der Vergaser, der in Pig. 1 schematisch und im einzelnen in Pig. 2 dargestellt ist, ist ein Luftventilvergaser, in welchem ein Ansaugkanal 22, eine Drosselklappe 23 und stromauf von der Drosselklappe ein Luftsteuerventil 24· mit einem Schieber 25 vorgesehen sind, welcher letztere quer zu dem Ansaugkanal zusammenwirkt, um einen Drosselquerschnitt von veränderlicher Fläche zu begrenzen. Der Schieber 25 ist, wie

in Pig· 2 dargestellt ist, mit einer Membran 27 verbunden, die ein Gehäuse 31 in zwei Kammern 28 und 29 unterteilt. Das Gehäuse iat auf einer Seite des Ansaugkanale angeordnet. Der Schieber 25 ist durch eine Peder 32 in Richtung auf die Lage hin vorgespannt, in welcher er den Drosselquerschnitt auf ein Minimum vermindert. Auf die Membran wirkt in der Kammer 29 die Luft bei Atmosphärendruck und sucht den Schieber so zu bewegen, daß der Dresselquerschnitt vergrößert wird. In der Kammer 28 wirkt auf die Membran der Luftdruck in dem Ansaugkanal 22 zwischen der Drosselklappe 23 und dem Luftsteuerventil 24. Die Drosselung des Luftstroms in dem Drosselquerschnitt verursacht einffzUnterdruck in diesem Teil des Ansaugkanale, welcher, wenn er in der Kammer 28 wirkt, die Lage dea Luftsteuerventils so zu steuern sucht, daß dieser Unterdruck konstant gehalten wird.

Eine Kraftstoffzufuhröffnung 33, die in den Drosselquerschnitt des Vergasers durch die Brücke 26 itundet, ist mit einer Krafts toff kammer 34- verbunden, in welcher Kraftstoff durch ein (nicht dargestelltes) Ventil, welches von einem Schwimmer 35 gesteuert wird, &uf einem konstanten Niveau gehalten wird. Die wirksame Fläche der Öffnung 33 wird von einer Profilnadel 36 beherrscht, die von dem Luftventilschieber 25 getragen wird, derart, daß sie die wirksame Fläche der Öffnung vergrößert, wenn der Drosselquerschnitt vergrößert wird und eine progressive Steuerung der Bugeführten Kraftstoffmenge erhalten wird.

Die Profilnadel 36 ist relativ zu dem Luftventilschieber 25 geringfügig winkelmäßig bewegbar und vorzugsweise, wie in Pig. 2 dargestellt ist, so vorgespannt, daß sie eine Lage einnimmt, in welcher

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sie an der Wandung der öffnung auf der "eite der letzteren anliegt, die näher an dem Einlaßende des Ansaugkanals liegt. Die Nadel hat, wie in Pig. 2 dargestellt ist, einen Kopf 37 mit einer flachen Oberfläche 38, der von einer Feder 39 gegen eine versetzte Rippe 41 an einem Dichtring gedruckt wird, der in einer Ausnehmung 43 in dem Schieber gehaltert ist. Eine andere Möglichkeit besteht darin» daß die Profilnadel 36 so vorgespannt ist, daß sie eine Lage einnimmt, in welcher sie die Wandung der öffnung auf der Seite der letzteren berührt, die näher dem Auelaßende des Ansaugkanals liegt.

Die Bewegung des Luftventilschiebers wird in üblicher Weise durch einen Kolben 44 gedämpft, der in einem Ölgefüllten Zylinder 45 beweglich ist.

Der AuspuffVerbrennungsreaktor 17 enthält eine innere zylindrische Kammer 46 mit welcher die Kanäle 16 von den Motorzylindern verbunden sind und eine äußere umgebende Kammer 47, in welche die Auspuffgase aus der inneren Kammer treten und aus welcher die besagten Gase durch die Auspuffleitung 18 in die Atmosphäre gelangen. Die äußere umgebende Kammer 47 ist von einem Isoliermajitel 48 umgeben.

In den Figuren 3 und 4 sind zwei mögliche Aueführungsformen von AuspuffVerbrennungsreaktoren dargestellt. Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform wird die innere Kammer 46 von zwei Endrohren 49 und einem zentralen Rohr 51 von geringerem Durchmesser gebildet. Je einer der Kanäle 16 ist jeweils mit einem Rohr 49 verbunden, und die anderen beiden Kanäle sind mit dem Rohr 51 verbunden. Die Rohre 49 überlappen das Rohr und lassen Ringkanäle frei, durch welche die Auspuffgase

nach dem Brennen in der inneren Kammer 4-6 hindurchtreten. Sie gelangen dann durch ein an den finden offenes mittleres Rohr 52, welches die Rohre 4-9 und 51 umgibt, in die äußere Kammer 47.

Bei dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel eine· Reaktors wird die innere Kammer 46 von einem einzigen Rohr 53 gebildet, welches an beiden Enden geschlossen ist und an diesen Enden im Abstand von den Enden der äußeren Kammer 47 liegt. Löcher 54 in dem Rohr 53 führen in einen umgebenden Ringraum innerhalb eines an den Enden offenen Zwischenrohres 55, durch welches die Gase in die äußere Kammer 47 treten. In Fig. 4 sind nur drei Einlaßkanäle zu der Kammer 46 dargestellt. Ee ist angenommen, dafl zwei Zylinder eines Vierzylindermotors mit ihren Auepufföffnungen mit einem gemeinsamen zentralen Einlaßkanal 56 verbunden sind.

Der Isoliermantel 48 des Reaktors kann mit einem wärmeisolierenden Material gefüllt sein oder kann in den Luftzufuhrkanal 21 eingeschaltet sein, so daß die von der Pumpe 19 zugeführte Luft eine Kühlung des Reaktors bewirkt und vorgeheizt wird, bevor sie in die Kammer 46 geleitet wird.

Das schon erwähnte Ventil 20 ist ein Ventil bekannter Art, welches normalerweise offen ist und den Luftzutritt direkt zu der Reaktorkammer 46 durch den Kanal 16 und/oder Kanal 56 gestattet. Das Ventil ist aber ao von einem in dem Einlaßverteiler 13 herrschenden Unterdruck gesteuert, daß es betätigt wird, wenn dieser Unterdruck stark erhöht wird, und leitet dann dl« Luftzufuhr auf den Einlaßverteiler. Ein so stark erhöhter Unterdruck tritt während der Verzögerung des

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Motors auf und erzeugt eine Neigung zu übermäßiger Anreicherung dee Kraftetoff-Luft-öemischee, weiche Heigung durch die Betätigung des Ventile vermindert wird. Sas führt dazu, daß eine wirkungsvollere Verbrennung in den Motorzylindern stattfindet. Es besteht nicht mehr die Neigung, daß der Motor zurückschlägt und die Mengen an unverbrannten Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxyd in den Auspuffgasen werden vermindert.

Der oben erwähnte Zustand der Anreicherung ist vorübergehend und tritt unmittelbar nach Schließen der Motordrosselklappe auf. Ein Ventil, welches dae Ausstoßen von Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxyd während der hohen Spitzen von relativ kurzer Dauer, die unmittelbar auf das Schließen der Drosselklappe folgen, vermindert, vermindert nicht den dauernd erhöhten Ausstoß von Kohlenwasserstoffen, der sich ergibt, wenn der Motor weiterhin mit geschlossener Drosselklappe läuft. Das liegt insbesondere an der schlechten Verbrennung, die mit der Vermischung des den Zylindern zugeführten Gemisches bei hohem Vakuum im Verteiler mit Auspuffgasen verbunden ist.

Um diesen ständigen Ausstoß von luftverunreinigenden Gasen während der Verzögerung des Motors zu vermindern, kSnnen andere gemischeteuernde Vorrichtungen verwendet werden, die leicht bei Luftventilvergasern anwendbar sind. Beispielsweise kann die Verminderung des Verbrennungswirkungsgrades, die infolge der Zurüokführung von Auspuffgasen zu den Motorzylindern bei geöffneten Einlaß- und Auepuffventilen gering gehalten werden durch Verwendung eines Umgehungsventils, wie ee in der deutschen Patentanmeldung P 15 76 647·9 (britisch· Patentschrift 1 140 751) beschrieben ist.

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und in Fig. 2 bei 57 dargestellt ist. Das besagte Umgehungsventil uxfnel, wenn der Druck ixi dein EinlaSverteiler unter ein vorgegebenes Niveau fällt und gestattet, daß ein abgemessener Strom von Kraftstoff-Luft-Gemisch die Drosselklappe 2? umgeht und in die Motorzylinder eintritt. Dadurch wird der Grad von stattfindender Auspuffgaszumischung gesteuert und gleichzeitig ein zufriedenstellend brennbares Gemisch erzeugt. Es kann vorgesehen werden, daß eine weitere Anreicherung des Gemische in der Umgehungsleitung dadurch bewirkt wird, daß eine zusätzliche Kraftstoffzufuhr in die von dem Ventil 57 beherrschte Umgehungsleitung hinzugefügt wird.

Die Wirkungsweise von Auspuffverbrennongsreaktoren ist bekannt, und es erscheint nicht notwendig, diese Wirkungsweise hier im einzelnen zu beschreiben.

Claims (1)

1. Schutzansprüche

   Verbrennungskraftmaschine mir. einem Auapuffyerbrennungsreaktor, dr-durch gekennzeichnet, daß dem Motor Kraftstoff-Luft-Gemisch über einen Luftvantilvergaser (H) zugeführt wird, der einen Ansaugkanal (22), eine Drosselklappe (23) in dem Kanal (22) und ein Luftsteuerventil (24) in dem Kanal (22) stromauf von der Drosselklappe (23) aufweist und bei welchem eine Veränderung des Gemischanreicherungsgrades durch Aufrechterhaltung eines im wesentlichen konstanten Tlnterdruckes in dem Ansaugkanal (22) zwischen der Drosselklappe (23) und dem Luftsteuerventil (24) geregelt wird, wobei der Unterdruck auf das Luftsteuerventil (24) und ein Kraftstoffsteuerventil (33, 36) so wirkt, daß ein zusammenwirkendes Arbeiten beider Ventile und daher eine steitge Regelung der Kraftstoff-Luft-Verhältnisse in dem Gemisch während aller Betr bszustände des Motors erhalten wird.

   2. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kraftstoffsteuerventil des \ergasers (14) so angeordnet ist, daß das Kraftstoff-Luft-Verhältnis in dem Kraftstoff-Luft-Gemisch bei schneller Beschleunigung vergrößert wird.

   Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kraftstoffsteuerventil von einem in den Ansaugkanal des Vergasers mündenden Durchbruch (33) gebildet wird, der von einer mit dem Luftventil beweglichen Profilnadel (36) beherrscht ist, wobei die Nadel (36) unter Vorspannung

   steht, so daß sie an der Wandung des Durchbruchs (33) auf der näher am Einlaßende des Ansaugkanala (22) liegenden Seite anliegt.

   4. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergaser (H) mit einem Kanal versehen iat, der die Drosselklappe (23) uageht und von einem normalerweise geschlossenen Ventil (57) beherrscht ist, welches automatisch durch einen Druckabfall in dem Einlaßverteiler unter einen vorgegebenen Wert geöffnet wird.

   5. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Auspuffverbrennungereaktor Luft mittels einer luftpumpe (19) über ein Ventil (20) zugeführt wird, welches durch Druckabfall in dem Einlaßverteiler (13) unter einen vorgegebenen Wert betätigbar ist, um die Luftzufuhr wieder auf den Einlaßverteiler (13) zu leiten.