DE2037418B2 - Abgas Nachverbrennungsanlage fur Fahrzeug Brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

Und zwar werden die Abgase plötzlich entspannt, und zwar sowohl dann, wenn sie durch den begrenzten Querschnitt des Abgasstutzens in das innere Gehäuse strömen, als auch dann, wenn sie aus dem inneren Gehäuse in das äußere Gehäuse eintreten, so daß der akustische Druck gedämpft wird. Schließlich arbeitet das äußere Gehäuse als Wärmeisolierung für das innere Gehäuse, um die dort herrschende Abgastemperatur aufrechtzuerhalten.

Die gewählte Steuerung des Ventils mit Hilfe eines auf den Druck in der Ansaugleitung ansprechenden Schalters und einen auf die Fahrzeuggeschwindigkeit ansprechenden Schalters gewährleistet optimale und zuverlässige Steuerung des Ventils sowohl in Abhängigkeit von der Motorbelastung als auch in Abhängigkeit von der Motordrehzahl.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen näher erläutert.

F i g. 1 ist eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Abgas-Nachverbrennungsanlage;

F i g. 2 ist eine schematische Ansicht einer Steuereinrichtung für die Abgas-Nachvorbrennungsanlage nach Fig. 1;

F i g. 3 zeigt in graphischer Darstellung ein Beispiel für den Arbeitsbereich der erfindungsgemäßen Abgas-Nachverbrennungsanlage.

In der nachfolgenden Tabelle ist der Anteil an unverbrannten Kohlenwasserstoffen (CH) und Kohlenmonoxyden (CO) in den Abgasen von Kraftfahrzeugmotoren in Abhängigkeit vom Arbeitsbereich des Motors aufgezeigt, wobei die Angaben für die Bereiche A bis D den Flächen A bis D in F i g. 3 entsprechen.

Arbeitsbereich des Motors	CH (ppm)	CO (°/o)
Bereich A	80 bis 300 unter 100 ur^er 80 unter 80	0,1 bis 2 unter 0,2 unter 0,2 unter 0.1
Bereich B
Bereich C
Bereich D

Die Tabelle zeigt, daß der Anteil an unverbrannten Gasen während der Arbeitsbereiche B, C und D nicht so bedeutsam ist wie während des Arbeitsbereichs/i, bei dem das Kraftfahrzeug mit einer Geschwindigkeit ^.wischen 0 und 80 km/h gefahren wird und der Ansaugleitungsdruck des Motors zwischen — 550 bis —150 mm Hg liegt.

Aus der Fig. 3 wird also deutlich, daß unverbrannte Bestandteile in den Abgasen insbesondere dann vorhanden sind, wenn das Fahrzeug mit einer relativ niedrigen Geschwindigkeit fährt und/oder der Unterdruck in der Ansaugleitung relativ hoch ist, d. lh. die Vergaserdrosselklappe relativ weit geschlossen ist und sich dadurch hinter der Drosselklappe ein größerer Unterdruck aufbaut. Je weiter die Drosselklappe geöffnet wird, d.h. je mehr sich der Unterdruck dem atmosphärischen Druck nähert, je größer also die dem Motor zugeführte Kraftstoffmenge zur Erzielung hoher Leistung ist, desto mehr nimmt der Anteil an unverbrannten Bestandteilen in den Abgasen ab, wobei vernachlässigbare Verunreinigung der Abgase jedoch nur dann erreicht wird, wenn auch die Fahrzeuggeschwindigkeit relativ hoch ist. Es braucht daher eine Abgas-Nachverbrennungsanlage nur dann wirksam zu werden, wenn das Fahrzeug bei geringer Motorleistung und niedriger Geschwindigkeit betrieben wird (Bereich A), während in den außerhalb dieses Bereichs liegenden Bereichen B, C, D die Nachverbrennungsanlage nicht notwendig ist, so daß in diesen Bereichen die zwangläufig sich durch eine Nachverbrennungsanlage infolge des Staudrucks der Abgase ergebende Leistungsminderung vermieden werden kann.

In der F i g. 1 ist ein Beispiel für eine Abgas-Nachverbrennungsanlage nach der Erfindung bei einem

ίο gewöhnlichen Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotor 10 dargestellt; sie enthält eine Nachverbrennungseinrichtung 14, die durch Abgasstutzen 12 an die einzelnen Zylinder des Motors angeschlossen ist und ein inneres Gehäuse 16 und ein äußeres Gehäuse 18 aufweist. Im inneren Gehäuse 16 sind mehrere Öffnungen 20 vorgesehen, durch die die Abgase in das äußere Gehäuse 18 gelangen. An die Wand des äußeren Gehäuses 18 ist eine Hauptabgasleitung 22 angeschlossen, während ein? Nebenleitung 24 mit der Wand des inneren Gehäuses 16 verbunden ist. Die Abgasleitungen 22 und 24 sind am stromabwärtigen Ende miteinander verbunden und gemeinsam an einen Auspufftopf angeschlossen. In der Nebenleitung 24 ist ein Steuerventil 28 mit einem Stellhebel 30 vorgesehen, das durch eine im folgenden näher erläuterte Steuereinrichtung betätigbar ist.

Ein bevorzugtes Beispiel für diese Steuereinrichtung ist in F i g. 2 gezeigt. Sie weist eine Stellvorrichtung 32 auf, die einen Zylinder 34 mit einer Steuermittelkammer 36, eine in dieser untergebrachte Feder 38 und einen verschiebbaren Kolben 40 mit einer Kolbenstange 42 umfaßt, die an den Hebel 30 angeschlossen ist. Die Steuermittelkammer 36 steht über Leitungen 46 und 48 mit dem Vergaser 44 stromab der Vergaserdrosselklappe 44 a in Verbindung und dient dazu, den Kolben 40 in Abhängigkeit vom Unterdruck in der Ansaugleitung des Motors gegen die Wirkung der Feder 38 zu bewegen. Zwischen den Leitungen 46 und 48 ist ein Solenoidventil 50 eingeschaltet, das deren Verbindung steuert.

Das Solenoidventil 50 hat eine Solenoidspule 52, einen beweglichen Kern 54 und eine Ventilfeder 56. Der Kern 54 befindet sich normalerweise in einer Lage, in der er die Verbindung zwischen den Leitungen 46 und 48 unter der Wirkung der Ventilfeder 56 sperrt. Ein Ende der Solenoidspule 52 ist über die Leitung 60 und einen Zündschalter 58 mit einer Energiequelle 62 verbunden. Das andere Ende der Solenoidspule 52 ist durch eine Leitung 68 über einen parallelgeschalteten Unterdruckschalter 64 und parallel dazu über einen Geschwindigkeitsschalter 66 geerdet.

Der Unterdruckschalter 64 wird durch eine Membranvorrichtung 72 betätigt, die auf den Unterdruck in der Ansaugleitung des Motors anspricht. Die Memoranvorrichtung 72 hat eine über eine öffnung 76 zur Umgebung hin führende Kammer 74 sowie eine Unterdruckkammer 78, die über eine Leitung 80 mit der stromabwärts gelegenen Seite des Vergasers 44 in Verbindung steht. Die Unterdruckkammer 78 ist von der atmosphärischen Kammer 74 durch eine Membran 82 hermetisch getrennt, die mit Hilfe einer Verbindungsstange 84 fest mit dem Unterdruckschalter 64 verbunden ist. An der Membran 82 ist in der Unterdruckkammer 78 eine Druckfeder 86 befestigt, so daß die Membran und dementsprechend die Verbindungsstange 84 in Richtung auf eine Stellung gedrückt werden, in der der Unterdruckschalter 64 ge-

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schlossen ist. Die Kraft der Feder 86 ist so festgelegt, Durch die Abgasstutzen 12 werden die Abgase in

daß sie einen vorbestimmten Wert von 0 bis das innere Gehäuse 16 der Nachverbrennungsein-

—150 mm Hg überwindet, wie es beispielsweise für richtung 14 eingeführt. Die nachverbrannten Abgase

die Arbeitsbereiche B und C in F i g. 3 dargestellt ist. werden durch die Öffnungen 20 in das äußere Ge-

Der Unterdruckschalter 64 wird normalerweise in 5 häuse 18 der Nachverbrennungseinrichtung 14 und

Schließstellung gehalten; sobald jedoch der Unter- anschließend durch die Hauptabgasleitung 22 in den

druck an der stromabwärts gelegenen Seite des Ver- Auspufftopf 26 geschickt. Die für die Nachverbren-

gasers den vorbestimmten Wert überschreitet und die nung notwendige Zusatzluft wird von der Luftpumpe

Kraft der Feder 86 überwindet, wird der Schalter 64 durch das Einlaßrohr 98 und die Düse 96 in die

geöffnet. i° Nachverbrennungseinrichtung 14 eingeführt. Auf

Der Geschwindigkeitsschalter 66 ist über eine Lei- diese Weise können die unverbrannten Kohlenwastung 88 an einen Geschwindigkeitsgeber 90 ange- serstoffe und Kohlenmonoxyde in den Abgasen auf schlossen, der mit einem am Getriebe 94 sitzenden etwa ein Drittel bis ein Sechstel erniedrigt werden, Geschwindigkeitsfühler 92 verbunden ist. Der Ge- wenn der Motor unter den Bedingungen arbeitet, die schwindigkeitsfühler 92 wird durch ein Geschwindig- 15 in den Bereich A gemäß F i g. 3 fallen.
keits-Meßritzel (nicht gezeigt) betätigt, um die Fahr- Wird der Ansaugleitungsunterdruck niedriger als Zeuggeschwindigkeit zu erhalten, wobei eine entspre- der vorbestimmte Wert, z. B. niedriger als —150 mm chende Wechselspannung geliefert wird. Die vom Hg, nähert sich der Unterdruck in der Kammer 78 Geschwindigkeitsfühler 92 gelieferte Wechselspan- der Membranvorrichtung 72 dem Atmosphärennung wird an den Geschwindigkeitsgeber 90 ange- ao druck, so daß die Membran 82 durch die Kraft der legt, der den Geschwindigkeitsschalter 66 schließt. Feder 86 nach unten bewegt wird, wodurch sich der wenn die Spannung einen vorbestimmten Wert über- Schalter 64 schließt. Dann wird die Solenoidspule 52 schreitet. Zum Beispiel kann der Geschwindigkeits- erregt, so daß der Kern 54 nach unten bewegt und geber 90 so eingestellt werden, daß er den Geschwin- damit eine Verbindung zwischen den Leitungen 46 digkeitsschalter 66 schließt, wenn das Fahrzeug mit as und 48 hergestellt wird. Der Ansaugleitungsuntereiner Geschwindigkeit von über 80 km/h gefahren druck wird daher durch die Leitungen 46 und 48 zur wird, wie es in den Arbeitsbereichen C und D in Kammer 36 der Stellvorrichtung 32 geschickt, \vo-F i g. 3 angedeutet ist. durch der Kolben 40 in der Zeichnung nach links

Mittels einer Düse 96 wird Frischluft in die Nach- verschoben und dadurch das Steuerventil 28 geöffnet

Verbrennungseinrichtung 14 geliefert, um die Nach- 30 wird. Dann werden die durch die Abgasstutzen 12

verbrennung von unverbrannten Gasen zu fördern. geschickten Abgase vorwiegend durch die Nebenlei-

Die Düse 96 steht über ein Einlaßrohr 98 mit einer tung 24 zum Auspufftopf 26 geführt, so daß ein

Luftpumpe (nicht gezeigt) in Verbindung. Arbeitet Druckanstieg in der Nachverbrennungseinrichtung

der Motor unter Bedingungen, die dem Bereich A in verhindert wird. Somit kann der Motor mit hoher

F i g. 3 entsprechen, ist der Ansaugleitungsunter- 35 Leistung betrieben werden.

druck größer als 150 mm Hg. Dementsprechend wird Übersteigt die Kraftfahrzeuggeschwindigkeit einen

die Membran 82 der Membranvorrichtung 72 gegen vorbestimmten Wert, der beispielsweise 80 km/h sein

die Wirkung der Feder 86 nach außen bewegt, so kann, schließt der Geschwindigkeitsgeber 90 den

daß der Schalter 64 geöffnet wird. Da in diesem Fall Schalter 66. so daß die Solenoidspule 52 erregt wird,

die Fahrzeuggeschwindigkeit niedriger als 80 km/h 40 Dementsprechend wird das Steuerventil 28 in der

ist, befindet sich der Schalter 66 in Offenstellung. So- vorbeschriebenen Weise geöffnet. Die in das äußere

mit bleibt die Solenoidspule 52 entregt, so daß der Gehäuse 18 abgegebenen Abgase können dann größ-

Kern 54 unter der Kraft der Feder 56 in seiner zu- tenteils über die Nebenleitung 24 in den Auspufftopf

rückgezogenen Stellung verbleibt und die Verbin- 26 strömen, so daß ein unerwünschter Druckanstieg

dung zwischen den Leitungen 46 und 48 sperrt. Der 45 verhindert wird. In den Betriebsbereichen B, C

Kolben 40 wird diher unter der Kraft der Feder 38 und D, bei denen die Nachverbrennung ^er Abgase

in seiner rechten Stellung gehalten, wodurch das nicht so wichtig ist, kann jeweils einer oder beide der Steuerventil 20 sich in seiner SchiießsteUung befin- Schalter 64 und 66 geschlossen werden, um das Steu-

det erventil zu öffnen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

1 2 starker Erhitzung des Katalysators oder bei hoher Patentansprüche: Drehzahl geöffnet, so daß die Abgase ohne jegliche Oxydation unter Umgehen der katalytischen Um-

1. Abgas-Nachverbrennungsanlage für Fahr- wandler zur Atmosphäre abströmen.
zeug-Brennkraftmaschinen, deren Nachbrenn- 5 Schließlich ist eine Abgas-Nachverbrennungsankammer mit einer Nebenleitung versehen ist, in lage bekannt, bei der sich die Abgasleitung in zwei der sich ein in Abhängigkeit von Betriebskenn- Zweige gabelt, von denen einer einen Nachbrenner größen betätigbares Auf-Zu-Ventil befindet, da- enthält, wobei in Abhängigkeit von Betriebsbedindurch gekennzeichnet, daß die Nach- gungen mit Hilfe des Ventils eine Umschaltung des brennkammer (14) aus einem an die Motorabgas- io Abgasstroms von der einen Leitung zur anderen erstutzen (12) angeschlossenen zylindrischen inne- folgt. Auch in diesem Fall werden im Grenzfall die ren Gehäuse (16) und einem mit diesem in Strö- gesamten Abgase ohne jegliche Nachverbrennung in mungsverbindung stehenden umschließenden, ko- die Atmosphäre ausgestoßen.

axial-zylindrischen äußeren Gehäuse (18) be- Bei ,allen diesen btkannten Anlagen werden also

steht, daß das äußere Gehäuse über eine Haupt- ic lie Abgase unter bestimmten Bedingungen nahezu

abgasleitung (22) und das innere Gehäuse über vollständig an der Nachbrennkammer bzw. dem ka-

die Nebenleitung (24) mit einem Auspufftopf talytischen Umwandler vorbeigeführt, wenn die Mo-

(26) verbunden ist und daß das Ventil (28) in der torbelastung einen bestimmten Wert erreicht oder

Nebenleitune mit Hilfe einer Schaltung derart be- wenn das Fahrzeug schnell fährt. Es werden dadurch

tätigbar ist, daß es nur dann öffnet, wenn deren 20 erhebliche Mengen an unverbrannten Bestandteilen

Schalter (72) oberhalb eines bestimmten Drucks der Abgase an die Atmosphäre abgegeben. Darüber

in der Ansaugleitung des Motors und/oder deren hinaus ist keine exakte Erfassung gerade derjenigen

Schalter (66) oberhalb einer bestimmten Fahr- Motorbetriebsbereiche möglich, in denen die größten

Zeuggeschwindigkeit schließt. Mengen unverbrannter Bestandteile in den Abgasen

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekenn- 25 enthalten sind.

zeichnet, daß das Ventil (28) eine Stellvorrich- Aufgabe der Erfindung ist es, eine Abgas-Nachtung (32) aufweist, die mit der Ansaugleitung Verbrennungsanlage der eingangs beschriebenen Gatstromab der Drosselklappe (44 a) des Vergasers tung zu schaffen, die unter allen Betriebsbedingun-(44) über ein Solenoidventil (SO) in Verbindung gen die Beseitigung unverbrannter Bestandteile in steht, das du ^h den an der gleichen Stelle der 30 den Abgasen gewährleistet.

Ansaugleitung angeschlossenen Schalter (72) Diese Aufgabe ist dadurch gelöst, daß die Nach-

und/oder den an das Motorgetriebe (94) ange- brennkammer aus einem an die Motorabgasstutzen

schlossenen Schalter (66) betät'"_;bar ist. angeschlossenen zylindrischen inneren Gehäuse und

einem mit diesem in Strömungsverbindung stehenden

35 umschließenden, koaxial-zylindrischen äußeren Ge-

häuse besteht, daß das äußere Gehäuse über eine

Hauptabgasleitung und das innere Gehäuse über die Nebenleitung mit einem Auspuff topf verbunden ist

Die Erfindung bezieht sich auf eine Abgas-Nach- und daß das Ventil in der Nebenleitung mit Hilfe Verbrennungsanlage für Fahrzeug-Brennkraftmaschi- 40 einer Schaltung derart betätigbar ist, daß es nur dann nen, deren Nachbrennkammer mit einer Nebenlei- öffnet, wenn deren einer Schalter oberhalb eines betung versehen ist, in der sich ein in Abhängigkeit von stimmten Drucks in der Ansaugleitung des Motors Betriebskenngrößen betätigbares Auf-Zu-Ventil be- und/oder deren anderer Schalter oberhalb einer befindet, stimmten Fahrzeuggeschwindigkeit schließt.

Es ist eine Abgas-Nachverbrennungsanlage dieser 45 Bei dieser Ausgestaltung werden zunächst alle Ab-Art bekannt, bei der das Ventil bei Leerlauf oder gase in das innere Gehäuse geführt, so daß sie unter beim Bremsen schließt, so daß die gesamten Abgase allen Fahrbedingungen zu einem gewissen Grad oxydurch die Nachbrennkammer gehen, während bei diert werden. Wird das Ventil der Nebenleitung gevoll geöffnetem Ventil die Abgase an der Nach- schlossen, fließen die Abgase aus dem inneren Gebrennkammer vorbei ohne Oxydation zur Atmo- 50 häuse zur weiteren Oxydierung in das äußere Gesphäre abströmen. In diesem bekannten Fall dient häuse. Nach einer solchen Volloxydierung wandern die Nebenleitung im wesentlichen dazu, einen kleine- die Abgase durch den Auspufftopf nach außen. Dieren Anteil des Abgasstroms so zu leiten, daß die für ser Fall tritt ein, wenn das Fahrzeug unter Bedingundie Nachverbrennung notwendige Luftmenge in opti- gen gefahren wird, unter denen sich in den Abgasen maler Weise gesteuert wird. Bei offenem Ventil wan- 55 ein hoher Anteil an unverbrannten Bestandteilen bedern somit die Abgase ohne jegliche Beseitigung der findet, z. B. bei schwerer Belastung oder bei relativ darin enthaltenen giftigen Bestandteile ins Freie. langsamer Geschwindigkeit. Demgegenüber ist das Es ist eine andere Abgas-Nachverbrennungsanlage Ventil bei voller Belastung und hoher Geschwindigbekannt, bei der ein katalytischer Umwandler vorge- keit geöffnet, so daß die Abgase vom inneren Gesehen ist, der in zwei Einheiten unterteilt ist, um 60 häuse unmittelbar in die Nebenleitung strömen. Der einen zu großen Platzbedarf in der Nähe der Brenn- Oxydationsgrad ist hier auf ein Maß beschränkt, bei kammer zu vermeiden. Die beiden katalytischen Um- dem die Fahrleistung nicht verschlechtert wird. Eine wandler sind über je eine Nebenleitung umgehbar, in solche Anordnung und Ausgestaltung der Nachdenen jeweils ein Ventil vorgesehen ist, das in Ab- brennkammer führt zu einem nur begrenzten Platzhängigkeit von der Temperatur im katalytischen Um- 65 bedarf nahe der Hauptabgasleitung, da das innere wandler und von Motorbetriebsbedingungen geöffnet Gehäuse koaxial zum äußeren Gehäuse sitzt. Ferner wird. So werden die Ventile z. B. bei hoher Motorbe- wird erreicht, daß die bei der Nachverbrennung der lastune und sich dabei möglicherweise ergebender zu Abgase auftretenden Geräusche gedämpft werden.