DE2147340A1

DE2147340A1 - Mit selbsttätiger Luftansaugung arbeitende Nachverbrennungsvorrichtung für Verbrennungsmotoren

Info

Publication number: DE2147340A1
Application number: DE19712147340
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Alfa Romeo SpA
Current assignee: Alfa Romeo SpA
Priority date: 1970-09-22
Filing date: 1971-09-22
Publication date: 1972-04-20
Also published as: GB1368286A; FR2108327A5

Description

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Alfa Romeo S.p.Α.,
Kailand / Italien

Mit selbsttätiger Luftansaugung arbeitende Nachverbrennungsvorrichtung für Verbrennungsmotoren

Ein Hauptproblem beim Betrieb von Verbrennungskolbenmotoren ist die Verringerung der in den Auspuffgasen vorhandenen und zur Luftverunreinigung beitragenden Substanzen.

Bei diesen Substanzen handelt es sich vor allem um Kohlenmonoxyd und unverbrannte Kohlenwasserstoffe. Die Menge derartiger Verun-

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reinigungen in den Auspuffgasen läßt sich bekanntlich durch spezielle Mittel verringern, die die Verbrennung in den Motorzylindern verbessern.

Weitaus zufriedenstellendere Resultate erhält man jedoch durch eine Oxydationsreaktiön nachdem die Auspuffgase den Motorzylinder bereits verlassen haben. Hierzu muß den. Auspuffgasen eine entsprechende Menge Luft zugesetzt und das Luftgasgemisch dann in einen solchen Zustand gebracht werden, daß die Oxydstionsrekation erfolgt.

Um eine solche Oxydation zu erreichen, ordnet man in der Regel auf dem Motor eine Pumpe an, die die Nachverbrennungsluft liefert. Die Auspuffanlage modifizert man durch Einbau vn für die Nachverbrennung geeigneten Auspufftopfen. Derartige Auspufftopfe können Katalysatoren für die Oxydationsreaktion enthalten und werden dann als katalytische Auspufftqfe bezeichnet. Außerdem werden auch thermische Reaktoren verwendet.

Die übertragung derartiger Versuche auf in Europa übliche Kraftfahrzeugmotoren hat vor allem den Nachteil erheblicher Leistungsverluste durch den Antrieb der Luftpunpe und durch den Umstand, daß ein ziemlich ^ hoher Auspuffgegendruck auftritt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung vermeidet diese bei der Reinhaltung der Luft auftretenden Nachteile dadurch, daß sie- ohne Luftpumpe arbeitet und daß ein Auspuffgegendruck bei voller Motorleistung nicht auftreten kann.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung vermeidet vor allem die mit der Zuführung der zur Nachverbrennung erforderlichen Luft in den Nachverbrennungsauspuff topf verbundenen Nachteile. Der Einbau einer Luftpumpe ist nicht erforderlich, so daß deren Kosten und ihr Leistungsbedarf entfallen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung macht hierbei

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von der an sich bekannten Erscheinung Gebrauch, daß sich der Druck in den Auspuffrohren periodisch ändert, wobei in bestimmten Zeitintervallen im Auspuffrohr Unterdrücke auftreten. Zum Einsaugen der Luft bei diesen Unterdrücken arbeitet die erfindungsgemäße Vorrichtung mit automatischen Ventilen, die bei Unterdruck im Auspuffrohr öffnen und bei Überdruck wieder schließen, so daß keine Auspuff gase" nach außen entweichen können.

Ferner berücksichtigt die Erfindung folgende Umstände:

a) Die fruftverschmutzung durch Kräftfahrzeugmotoren ist vor allem in Städten und bebauten Gebieten schädlich, während sie auf Autobahnen und Landstraßen im allgemeinen nicht problematisch ist.

b) In dem einen Fall wird in der Regel nur eine geringe Motorleistung benötigt, während im anderen Fall der Leistungsbedarf erheblich größer ist. Man kann deshalb neben der normalen Auspuffanlage (die für höhere Leistung benötigt wird) dazu parallel eine zweite Auspuffanlage vorsehen, eine "Zusatzauspuffanlage", die nur im niedrigeren Leistungsbereich zum Einsatz kommt, in dem ein spezielles Ventil den Abgasstrom in der Hauptauspuffanlage unterbricht.

Bei größerer Leistung öffnet das Ventil und der größte Teil der Abgase strömt durch das Hauptauspuffrohr. Das Öffnen und Schließen des Ventils erfolgt automatisch abhängig von tier Arbeitswseise des !ίοtors. Beispielsweise in Abhängigkeit vom absoluten Ansaugdruck des liotors, der über eine Membran oder einen Kolben auf das Ventil wirkt. Ebenso kann man die Arbeit des Ventils durch die Temperatur der Abgase beeinflussen* die aus dem Nachverbrennungsauspuff topf austreten, um Schaden an diesem durch unzulässig hohe Temperaturen zu vermeiden. Hierzu wird auf die vom gleichen Anmelder am 22. September .1971_: eingereichte Anmeldung ("Vorrichtung zur Nachverbrennung der

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in den Auspuffgasen eines Verbrennungsmotors enthaltenen, unverbrannten Substanzen") verwiesen.

Sieht man zur besseren Ausnutzung der Unterdrücke eine derartige Zusatzauspuffanlage vor, so wird für jedes Rohr, die der Zusatzauspuff anlage die Abgase der einzelnen Zylinder zuführen, je ein automatisches Ventil eingebaut.

Infolge der geringen Größe der Zusatzanlage läßt sie sich thermisch fe gut isolieren und besitzt nur eine geringe Wärmekapazität. Sie erreicht daher schneller die zur Arbeit der Nachverbrennungskammer erforderliche Mindesttemperatür.

Zur ausführlicheren Erläuterung der Erfindung wird auf die in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele Bezug genommen. Darin zeigt:

Fig. 1 eine Auspuffanlage eines Verbrennungsmotors der mit automatischen Ventilen zur Luftzufuhr in die Abgasströmung ausgerüstet ist,

Fig. 2 eine Ausführungsform einer Auspuffanlage mit den erwähnten

Ventilen, wobei parallel zum Hauptauspuffrohr ein Zusatz- * auspuffrohr vorgesehen ist,

Fig. 3 einen Querschnitt längs der Linie III-III in Fig. 4 durch ein von vier Ventilen eines Vierzylindermotors,

Fig. 4 einen Querschnitt längs der Linie IV-IV in Fig. 3,

Fig. 5 einen Querschnitt längs der Linie V-V eines Konstruktionsdetails in Fig. 4 und

Fig. 6 eine alternative Ausführungsform der automatischen Lufteinlaßventile.

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Fig. 1 zeigt einen Zylinderkopf 1, gestrichelt dargestellte Zylinder und Ansaugventile 3_f Auspuffventile 4, die Ansaugkanäle 5 im Zylinderkopf und die Auspuffkanäle 6, ebenfalls im Zylinderkopf.

Der Zylinderkopf 1 ist mit dem Ansaugrohranschluß 7 verbunden, in dem das Gemisch aus einem Vergaser 8 kommt, der über ein Luftfilter atmosphärische Luft erhält.

Über einzelne Auspuffrohre 10 ist der Zylinderkopf mit der Auspuffanlage verbunden, die das Rohr 20 und die Auspufftopfe 11 und 12 umfaßt. Das Luftzuführungssystem mit mindestens einem selbsttätigen Ventil in der Auspuffanlage in der Nähe des Zylinderkopfes weist in einer bevorzugten Ausführungsform die selbsttätigen Ventile 15 auf, einzelne Rohre 16, die zu den selbsttätigen Ventilen führen, wobei die atmosphärische Luft aus dem Anschlußrohr 17 kommt, und in die einzelnen Auspuffrohre 10 in der Nähe ihrer Verbindung mit dem Zylinderkopf eingesetzte Rohre 26, durch die Luft in den Abgasstrom gelangt.

Der Rohranschluß 17 saugt Luft durch die Leitung 46 hinter dem Filter 9 aus der Ansaugleitung an. Hierbei wird von der Schalldämpfung des Filters 9 Gebrauch gemacht, so daß Geräusche beim Ansaugen der Ventile 15 unterdrückt werden. Außerdem können bei defektem Sitz dieser Ventile keine Auspuffgase nach außen gelangen.

In bestimmten Fällen kann der Rohranschluß 17 auch direkt in die umgebende Luft münden.

In Fig. 2 zweigen in der Nähe der Verbindung mit dem Zylinderkopf von den Auspuffrohren 10 die Auspuffrohre 14 ab, die das Abgas über das Zusatzauspuffrohr 22 nach außen führen. In den Rohren 14 befinden sich gemäß einer Ausführungsform selbsttätige Ventile 15 abhängig von der zur Nachverbrennung erforderlichen Luftmenge kann

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auch ein einziges Ventil in den Anschluß 19 montiert werden. Von den einzelnen Rohren 14 hinter den selbsttätigen Ventilen 15 gelangen die Abgase und die ihnen beigemischte Luft dann zum Anschluß 19, zum Nachverbrennungsauspufftopf 21 und zum Rohr 22 für den Auslaß der Abgase aus der Zusatzanlage. Am Einlaß des Rohranschlusses 17 kann ein Ventil 18 die Luftströmung aus dem Rohr 46 zu den Ventilen 1 5 regulieren. Im Rohr 20 liegt das Ventil 13 zum Abschalten der Gasströmung durch die Hauptauspuffanlage. Das Ventil wird abhängig vom Motoransaugdruck hinter der Drosselklappe betätigt. Der Druck wird, gesteuert vom Ventil, über die kleine Leitung 25 weitergeleitet. Die Betätigung des Ventils kann ebenfalls über eine Leitung, ein Kabel oder ein Seil 24 erfolgen, wobei in Abhängigkeit der Temperatur die Auspuffgase in der Zusatzauspuffanlage hinter dem Nachverbrennungsauspufftopf 21 ein Signal übertragen wird.

Ein ähnliches Signal kann auch über das Kabel oder Seil 23 das Ventil 18 zum Einstellen der Strömung der atmosphärischen Luft zu den selbsttätigen Ventilen 15 steuern. Dies ist an sich bekannt und wird deshalb nicht weiter beschrieben.

^ Die automatischen Ventile 15 lassen sich selbstverständlich auch in einer anderen Auspuffanlage einsetzen, beispielsweise wenn ein Hilfsrohr die Abgase nach außen führt, wie dies in der am gleichen Tag eingereichten Patentanmeldung des gleichen Anmelders beschrieben ist.

In den Fig. 3, 4 und 5 sind die Ventile zur Zuführung der Luft in den Abgasstrom zu einer Einheit zusammengefaßt. Die Ventile können auch voneinander unabhängig sein. Die Bezugsziffer 29 bezeichnet das einheitliche Ventilgehäuse. Die Lufteinlaßöffnungen für jedes Ventil können direkt mit der Umgebungsluft verbunden sein oder gemäß Fig, 1 und 2 mit den Rohren 16 in Verbindung stehen,

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die in.den Anschluß.17 führen. Mit den Luftauslaßöffnungen 31 für jedes Ventil sind die Rohre 26 gemäß Fig. 1 oder die Rohre 14 gemäß Fig. 2 verbunden. Die öffnungen 30 und 31 führen durch die Wand 32 bzw. 33 des Gehäuses 29.

Die durch Schrauben 34 verbundenen Wände 32 und 33 bilden mit eiiB? zwischenliegenden Dichtung 35 einen Hohlraum 36, in dem die Metallzungen 37 der selbsttätigen Ventile angebracht sind. Stifte 38 und 39 verbinden die Wand 32 mit den* Enden jeder Zunge gegenüber der Lufteinlaßöffnung 30. Das elastische Teil 27 ist hier eine Blattfeder einer Zunge 37.

Das Zungenende an der Öffnung 30 ist frei. Das Anheben der Zunge durch den Unterdruck im Auspuffrohr wird begrenzt durch den Anschlag 28 in der Wand 33, beispielsweise zum Einstellen des Öffnungshubes mit Schraubengewinde versehen, zum Verändern der Breite der praktisch ringförmigen Strömungsfläche der ,Luft aus der Öffnung 30 zum Hohlraum 36.

Bei einem Ventil gemäß Fig. 6 liegt eine dünne Blattfeder 40 von annähernd kreisförmigem Umriss zusammen mit der Feder 41 im Hohlraum 42 des Gehäuses 43, so daß beim Abheben die Zunge im Hohlraum gleiten kann, von den Seitenwänden geführt, da die Ränder der Blattfeder zum Teil umgebogen sind, so daß Luftdurchlaßöffnungen entstehen. Im Hohlraum 42 begrenzt eine Schulter den Hub der Blattfeder 40.

In der unteren Wand des Gehäuses dienen öffnungen 44 und 45 zur Luftzufuhr in den Hohlraum 42 bzw. zur Luftabführung. Ähnlich wie oben beschrieben, kann auch ein anderer Block mit so vielen Ventilen bestückt werden wie der Motor Zylinder aufweist (vgl. Fig. 6).

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Bei Unterdruck in den Rohren 10 durch die selbsttätigen Ventile eintretende atmosphärische Luft bewirkt das Anheben der Blattfedern 37 und 40 und damit das öffnen der Ventile. Die Luft wird mit den Auspuffgasen vermischt und ermöglicht die Oxydationsrekati on der noch vorhandenen, nicht verbrannten Bestandteile. Diese Reaktion ist mehr oder weniger vollständig. Auch mit einem einzigen Auslaßrohr kann man weitere Geräte verwenden, die diese Reaktionen fördern, neben den oben erwähnten, der Luftzuführung dienenden, wie beispielsweise katalytische Auspufftopfe oder thermische Reaktoren. Ebenso kann die Anwendung weiterer Hilfsmittel vorteilhaft sein, etwa die Anwendung einer thermischen Isolation der Auspuffrohre, damit die Gase auch außerhalb des Zylinderkopfes zur leichteren Verbrennung ausreichend heiß bleiben.

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Claims

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Patentansprüche

\^y Mit selbsttätiger Luftansaugung in die Auspuffanlage arbeitende Nachverbrennungsvorrichtung für Verbrennungsmotoren, gekennzeichnet durch mindestens ein in der Nähe des Zylinderkopfes des Motors angeordnetes und während des Kotorbetriebes unter der Wirkung des in der Auspuffanlage zyklisch auftretenden Unterdrucks zyklisch öffnendes und schließendes Ventil zum Einlaß der zur Nachverbrennung erforderlichen Luft in die Auspuffanlage.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Ausstoßen der Auspuffgase des Verbrennungsmotors selbsttätige Ventile den Auspuffrohren zugeordnet sind, die während des Betriebs des Motors durch den Unterdruck zyklisch geöffnet und geschlossen werden, so daß atmosphärische Luft in die einzelnen Auspuffrohre hinter den Ventilen eindringen kann.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Unterbrechungsventil vom Unterdruck im Ansauganschluß des Motors betätigt wird.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein auf die Temperatur der Abgase aus dem NachVerbrennungsauspufftopf ansprechendes Element die Einstellung des Unterbrechungsventiles bestimmt.

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5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein auf die Temperatur der Abgase aus dem Nachverbrennungsauspufftopf

ansprechendes Element die Sinstellung eines Ventiles bestimmt, durch das die atmosphärische Luft für die selbsttätigen Ventile strömt.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ablenkventil hinter dem Nachverbrennungsauspufftopf die Abzweigung eines Teiles des aus dem Auspufftopf austretenden Abgas-

P Stromes ermöglicht, der zum Einlaß des Auspufftopfes zurückgeführt wird.
7. Vorrichtung nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß der Nachverbrennungsauspufftopf ein thermischer Reaktor ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Nachverbrennungsauspufftopf ein katalytischer Auspufftopf ist.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ansaugrohr für atmosphärische Luft für die selbsttätigen Ventile vom Motoransauganschluß hinter dem Luftfilter abgezweigt ist.

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