DE3413419A1

DE3413419A1 - Vorrichtung zum einleiten von zusaetzlichen gasstroemen in den ansaugkanal einer gemischverdichtenden brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3413419A1
Application number: DE3413419A
Authority: DE
Inventors: Paul Dipl.-Ing. Dr. h.c. Barcelona August
Original assignee: Doduco GmbH and Co KG Dr Eugen Duerrwaechter
Current assignee: Doduco Solutions GmbH
Priority date: 1983-04-11
Filing date: 1984-04-10
Publication date: 1984-10-11
Also published as: DE3413419C2

Description

Patentanwälte Dr. Ing. G. Riebling Dr.-Ing. P. Riebiing 8990 Lindau, Rennerle 10

Postf. 3160 -Tel. 08382/5025 C , Telex 054374

L 9. Apiii 1334

VORRICHTUNG ZUM EINLEITEN VON ZUSÄTZLICHEN GASSTRÖMEN IN DEN ANSAUGKANAL EINER GEMISCHVERDICHTENDEN BRENN-KRAFTMASCHINE

Beschreibung:

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung mit den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen. Eine solche Vorrichtung ist aus der DE-PS 24 02 970 als Zusatzgerät für gemischverdichtende Brennkraft- ._ maschinen mit Vergasern bekannt. Die bekannte Vorrichtung dient dazu, den Brennstoff, welcher sich im Ansaugkanal stromab der Drosselklappe an der Ansaugkanalwandung als Kondensat niederschlägt, von der Wandung des Ansaugkanals abzuheben, zu vernebeln und eine gute Durchmischung des Brennstoff-Luft-Gemisches zu erreichen. Aus diesem Grund sind stromab der Drosselklappe in der Wandung des Ansaugkanals zwei einander gegenüberliegende Schlitze angeordnet, durch die hindurch Zusatzluft in den Ansaugkanal einströmt. Die Schlitze sind so bemessen und die Menge der Zusatzluft, welche den Schlitzen zugeleitet wird, ist durch eine besondere, zweite Drosselklappe, deren Stellung von der Stellung der Drosselklappe des Vergasers abhängt, so gesteuert, daß die Zusatzluft den Schlitzen bereits im Übergangsbereich vom Leerlaufbetrieb zum Teillastbetrieb der Brennkraftmaschine mit sehr hoher ..Geschwindigkeit, und im Teillastbetrieb der Brennkraftmaschine sogar ungefähr mit Schallgeschwindigkeit ent-strömt.
Dies läßt sich dadurch erreichen, daß man den Querschnitt der Zuleitungen, welche die Zusatzluft zu den Schlitzen führen, mit einem Querschnitt versieht, welcher größer ist als der gemeinsame Öffnungsquerschnitt der Schlitze, sodaß die Schlitze von einem bestimmten Öffnungsgrad

der zweiten Drosselklappe an_als Meßquerschnitt wirken, d.h. von da an die einzige Begrenzung für den Durchsatz der Zusatzluft bilden.

Durch die bekannte Vorrichtung wird erreicht, daß sich die zweite Drosselklappe, welche die Menge der Zusatzluft steuert, bereits bei niedrigen Drehzahlen öffnet, sodaß der Durchsatz der Zusatzluft durch die Schlitze von niedrigen Drehzahlen an bis zu einer vorbestimmten Drehzahl im mittleren Drehzahlbereich stetig zunimmt. Von dieser mittleren Drehzahl an bleibt der Luftdurchsatz durch die Schlitze hindurch praktisch konstant. Dadurch wird über praktisch den gesamten Drehzahlbereich einer mit einer solchen Vorrichtung ausgerüsteten Brennkraftmaschine ein guter Wirkungsgrad und ein niedriger Anteil von Stickoxiden im Abgas erzielt. Dies liegt daran, daß praktisch über den gesamten Drehzahlbereich ein relativ mageres Gemisch verbrannt wird. Durch den Luftüberschuß in diesem Gemisch, der in der Größenordnung von etwa 20 % liegen kann, wird die Verringerung der Stickoxidanteile im Abgas erreicht, während gleichzeitig die Brennkraftmaschine mit verschleißfreundlichen, relativ niedrigen Temperaturen arbeiten kann.

Das Arbeiten mit Luftüberschuß wird dadurch ermöglicht, daß die mit hoher Geschwindigkeit aus den Schlitzen ausströmende Zusatzluft von der Ansaugkanalwand den dort kondensierten Brennstoff ablöst und zerstäubt und das

Brennstoff-Luft-Gemisch homogenisiert. Ferner hat die_ bekannte Vorrichtung einen günstigen Einfluß auf den Brennstoffverbrauch, weil wegen des Arbeitens mit Luftüberschuß der eingesetzte Brennstoff vollständiger verbrannt werden kann als ohne eine solche Vorrichtung.

Die vorstehenden Ausführungen zu der aus der DE-PS 24 02 970 bekannten Vorrichtung treffen in gleicher Weise auf die erfindungsgemäße Vorrichtung zu. Hierauf sei zur Vermeidung von Wiederholungen ausdrücklich hingewiesen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, daß der Wirkungsgrad einer damit ausgerüsteten Brennkraftmaschine weiter verbessert und der Anteil der giftigen Bestandteile im Abgas, insbesondere der Stickoxide, weiter gesenkt wird.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Anzahl der Schlitze sollte wenigstens zwei betragen; in diesem Fall liegt einer der Schlitze auf der einen Seite und der andere Schlitz auf der anderen Seite der gedachten Teilungsfläche des Abgaskanals. Es können auf jeder Seite der Teilungsfläche aber auch mehrere

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Schlitze vorgesehen sejn-rDie Schlitze können alle mit demselben Gas, z.B. mit Zusatzluft oder mit Abgas oder mit einer sonstigen Gasmischung versorgt werden. Es ist aber durchaus möglich,unterschiedliche Schlitze mit verschiedenen Gasströmen zu versorgen, z.B. einen Schlitz mit Abgas und einen weiteren Schlitz mit Zusatzluft.

Die Erfindung nutzt die Beobachtung, daß sich nahe der Drosselklappe im Ansaugkanal der Brennkraftmaschine der Brennstoff - soweit es sich um eine Brennkraftmaschine mit Vergaser handelt - vorwiegend in jenem Umfangsbereich des Ansaugkanals an der Ansaugkanalwandung niederschlägt, wo die Öffnungsweite des Spalts zwischen der Drosselklappe und der Ansaugkanalwandung am größten ist, also in der Mitte zwischen den Enden der Drosselklappenwelle. Da der Spalt zwischen der Drosselklappe und der Ansaugkanalwandung nahe den Enden der Drosselklappenwelle im unteren und mittleren Teillastbetrieb der Brennkraftmaschine relativ eng ist, kann dort nur eine relativ geringe Menge des Brennstoff-Luft-Gemisches hindurchtreten und deshalb auch ..nur eine relativ geringe Menge des Brennstoffes in dem entsprechenden Umfangsbereich der Ansaugkanalwandung im Nahbereich der Drosselklappe kondensieren. Schlitze für Zusatzluft, welche im selben Umfangsbereich wie die Enden der Drosselklappenwelle angeordnet sind, tragen deshalb zur Vernebelung des Brennstoffs und zur Homogenisierung des Brennstoff-Luft-

Gemisches nicht viel bei. Deshalb wird erfindungsgemäß vorgesehen, die—Schlitze so zu orientieren, daß sie in jenen beiden Umfangsbereichen der Ansaugkanalwandung liegen, wo die öffnungsweite der sichelförmigen Schlitze zwischen der Drosselklappe und der Ansaugkanalwandung am größten ist und sich am meisten Brennstoff an der Ansaugkanalwandung niederschlägt. Bei dieser Orientierung können die Schlitze ihre größte Wirksamkeit entfalten.
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Beim Stand der Technik hat man auf die Orientierung der Schlitze in bezug auf die Lage der Drosselklappenwelle im Ansaugkanal bislang keine Rücksicht genommen.

Die erfindungsgemäße Orientierung der Schlitze im Ansaugkanal führt zu einer spürbar besseren Gemischaufbereitung, welche eine vollständigere Verbrennung und niedrigere Giftgasanteile im Abgas zur Folge hat.

überraschenderweise wurde ferner herausgefunden, daß die Anordnung solcher Schlitze nicht nur vorteilhaft ist für die Gemischaufbereitung in Brennkraftmaschinen, welche mit einem Vergaser ausgerüstet sind, sondern auch bei Brennkraftmaschinen, die mit einer Einspritzung des Brennstoffes sowie mit einer Rückführung von Abgasen in den Ansaugkanal arbeiten. Bislang geschieht die Abgasrückführung bei Benzineinspritzmotoren und bei Dieselmotoren in der Weise, daß man den Abgasstrang

und den Ansaugkanal des Motors miteinander durch eine Verbindungsleitung.verbindet, welche seitlich in die Wandung des Ansaugkanals einmündet, und zwar stromab der Drosselklappe, sofern eine solche vorgesehen ,ist. Bislang hat man allerdings kein besonderes Augenmerk darauf gerichtet, die rückgeführten Abgase im Ansaugkanal möglichst homogen mit der frischen Verbrennungsluft zu vermischen. Es hat sich jedoch gezeigt, daß auch in diesem Fall der Abgasrückführung bei Brennkraftmaschinen, die mit einer Brennstoffeinspritzung arbeiten, eine homogene Vermischung der rückgeführten Abgase mit der Brennluft im Ansaugkanal stromab der Stelle, an welcher die Brennstoffeinspritzung erfolgt, sich sehr günstig auf den Verbrennungsvorgang auswirkt und ebenfalls zu einer vollständigeren Verbrennung und niedrigeren Giftgasanteilen im Abgas führt. In Weiterbildung der Erfindung wird deshalb vorgeschlagen, auch bei Brennkraftmaschinen, die mit einer Einspritzung des Brennstoffs arbeiten, im Ansaugkanal Schlitze für die Abgasrückführung vorzusehen, die - sofern eine Drosselklappe im Ansaugkanal vorhanden ist - angeordnet sind, wie im Anspruch 1 angegeben. Da jedoch in diesem Anwendungsfall die Einleitung der Abgase in den Ansaugkanal an einer Stelle stromauf der Brennstoffeinspritzdüse erfolgt und deshalb anders als bei der Anwendung der Erfindung auf Vergasermotoren die rück-

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geführten Abgase sich nur homogen mit der Verbrennungsluft -vermischen und diese anwärmen sollen, jedoch nahe ■ ihrer Eintrittstelle im Ansaugkanal kein Brennstoffkondensat von der Ansaugkanalwandung ablösen und vernebeln müssen, ist die Orientierung der Schlitze von geringerer Bedeutung; es soll jedoch durch Anordnung der Schlitze in Umfangsrichtung des Ansaugkanals und Sicherstellung hoher Ausströmgeschwi-ndigkeiten durch entsprechend eng bemessene Schlitze gewährleistet werden, daß die Abgase der Verbrennungsluft über den gesamten Querschnitt des Ansaugrohres möglichst gleichverteilt beigemischt werden. Hohe Ausströmgeschwindigkeiten erreicht man, wenn man den Öffnungsquerschnitt kleiner wählt als den Querschnitt der Zuleitung, welche die Abgase zu den Schlitzen führt, so daß ab einer gewissen Drehzahl der Brennkraftmaschine allein die Schlitze den Abgasdurchsatz begrenzen, also als Meßquerschnitt wirken.

Die Rückführung von Abgas in den Ansaugkanal einer Brennkraftmaschine ist nicht nur sinnvoll bei solchen Brennkraftmaschinen, die mit einer Einspritzung des Brennstoffs arbeiten, sie kann mit besonderem Vorteil auch angewendet werden bei Brennkraftmaschinen, welche mit Vergasern ausgerüstet sind. In Weiterbildung der Erfindung wird deshalb vorgeschlagen, die Zuleitung für das Gas, welches den Schlitzen zugeführt werden soll, vom Abgas-

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Strang der Brennkraftmaschine abzweigen zu lassen und in dieser Zuleitung einen beheizten Katalysator, z.B. auf Platin-Basis oder auf Nickel-Basis anzuordnen, welcher durch chemisch-katalytisehe Umsetzung des im rückgeführten Abgasstrom enthaltenen Wasserdampfes mit anderen reaktionsfähigen Bestandteilen des Abgases, z.B. mit noch nicht vollständig verbrannten Kohlenwasserstoffen unter Energiezufuhr Wasserstoff erzeugt. Es wird also nicht eine einfache Abgasrückführung vorgeschlagen, sondern eine Rückführung von katalytisch aus Abgas gewonnenem Spaltgas; der Wasserstoff, der im Spaltgas enthalten ist,verbessert die Zündfähigkeit des durch die Abgasrückführung abgemagerten Luft-Brennstoff -Gemisches und erlaubt so eine stärkere Abmagerung des Gemisches, als sie ohne die katalytische Behandlung des Abgases möglich wäre.

Eine solche katalytische Aufbereitung der rückgeführten Abgase ist nicht nur sinnvoll bei Brennkraftmaschinen, die mit Vergasern ausgerüstet sind, sondern auch bei solchen, die mit einer Brennstoffeinspritzung arbeiten, insbesondere bei Benzineinspritzmotoren.

Als Spalt-Katalysator eignet sich zum Beispiel ein mit Platin oder Nickel beschichteter keramischer Körper, insbesondere ein solcher aus einer Al^Og-Keramik. Die Beheizung des Spaltkatalysators kann direkt durch elektrischen Strom, z.B. aus der Autobatterie,

erfolgen, aber auch indirekt oder - bei Auswahl eines Katalysators mit hinreichend niedriger Arbeitstemperatur durch den Abgasstrom selbst.

Sollte sich durch katalytische Aufbereitung des Abgases allein zu wenig Wasserstoff für eine deutliche Verbesserung des Zündverhaltens des Luft-Abgas-Brennstoffgemisches gewinnen lassen, dann kann das Zündverhalten weiter dadurch verbessert werden, daß man dem rückgeführten Abgas vor dem Katalysator einen Brennstoff beimischt, welcher zur katalytischen Gewinnung von Wasserstoff mit dem im Abgas enthaltenen Wasserdampf chemisch umgesetzt wird. Zweckmäßigerweise führt man denselben Brennstoff zu, der in der Brennkraftmaschine ohnehin verbrannt werden soll. Es ist jedoch auch möglich, wenn auch mit größerem Aufwand verbunden, andere Brennstoffe wie z.B. Alkohol, Erdgas oder ähnliches zuzuführen.

Anstelle eines Spaltkatalysators oder in Kombination mit einem Spaltkatalysator kann man zur Gewinnung von Wasserstoff aus den Abgasen und ggfs. zugeführten Hilfsstoffen auch einen thermischen Reaktor vorsehen, dessen innenliegende Oberfläche man vorzugsweise wenigstens zum Teil aus katalytisch wirksamem Material herstellt oder mit einem solchen Material beschichtet. Ein solcher

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thermischer Reaktor kann nicht allein durch die Abgase erwärmt werden, sondern bedarf einer zusätzlichen Beheizung, vorzugsweise auf elektrischem Wege.

Wenn man den Katalysator und/oder den Reaktor elektrisch beheizt, hat man die Möglichkeit, durch eine verhältnismäßig einfache Steuerung der Heizleistung das Ausmaß der Spaltgasproduktion zu steuern und den wechselnden Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine schnell und optimal anzupassen.

Die Rückführung von Spaltgas hat den Vorteil, daß durch Aufheizung des Brennstoff-Luft-Gemisches im Teillastbetrieb der Brennstoffverbrauch wegen der verringerten Drossel Verluste gesenkt werden kann und daß man eine sichere Zündung und Durchbrennung des abgemagerten Brennstoff-Luft-Gemisches erzielt. Im Ergebnis erhält man deshalb einen verringerten Giftgasanteil in den Abgasen bei gleichzeitig gesenktem Brennstoffverbrauch.

Das Spaltgas bewirkt beim Durchströmen der Schlitze sowohl eine dynamische als auch thermische Aufbereitung des Brennstoffkondensats bei Brennkraftmaschinen mit Vergaser verbunden mit einer Homogenisierung des Gesamtgemisches, und durch den enthaltenen Wasserstoff

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eine sichere Zündung.

Bei Brennkraftmaschinen ohne Vergaser entfällt natürlich die Aufbereitung des Kraftstoffkondensats an der Ansaugkanalwand, doch führt auch dort die Homogenisierung des Abgas-Luft-Gemisches zu einer verbesserten Verbrennung. In allen Fällen wirken aber die Rückführung von Spaltgas und die Anordnung der Schlitze im Ansaugkanal im Sinne einer Kombination zusammen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich auch zum Nachrüsten von Brennkraftmaschinen. Bei Anwendung auf Brennkraftmaschinen mit Vergaser kann man an der Vergaserunterseite ein flaches Unterteil, insbesondere eine Platte anbringen, in welcher ein Loch vorgesehen ist, welches einen Teil des Ansaugkanals bildet und in welchem die Schlitze und ein Teil der Zuleitung zu diesen ausgebildet ist. Die Vorrichtung kann recht einfach und preiswert sein, wenn man die Schlitze und die Zuleitung in die Oberseite des Unterteils z.B. durch Fräsen einarbeitet und dieses Unterteil dann an der Unterseite des Vergasers befestigt, wodurch die Vergaserunterseite die durch das Fräsen o.a. gebildeten Ausnehmungen abdeckt und zu funktionsfähigen Schlitzen und zu einer funktionsfähigen Zuleitung ergänzt.

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Im folgenden wird die Erfindung anhand von zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Es zeigen:
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Figur 1 eine Vorrichtung zur Aufbereitung von flüssigen Brennstoffen für gemischverdichtende Brennkraftmaschinen mit Vergaser und zwar einem Schnitt gemäß der Linie I-I in Figur 2 durch das Vergaser-Unterteil,

Figur 2 den Längsschnitt H-II durch die in Figur dargestellte Vorrichtung,

Figur 3 die schematisiert gezeichnete Gewinnung von

Spaltgas aus dem Abgas der Brennkraftmaschine,

Figur 4 eine Vorrichtung zur Rückführung von Abgasen in den Ansaugkanal eines Ottomotors

mit Saugrohreinspritzung des Brennstoffs, teilweise im Schnitt,

Figur 5 den Querschnitt V-V durch die in Fig. 4 ' dargestellte Vorrichtung, und

Figur 6 den Querschnitt durch das die erfindungsgemäßen Schlitze tragende Einbauteil, und zwar entlang der Schnittlinie VI-VI gemäß Figur 5.

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Bei dem in Figur 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist an die Unterseite■des Vergasers 1 der Brennkraftmaschine 11 ein flaches Zusatzteil 3 angeflanscht, in welchem ein kreisförmiger Durchgang als Fortsetzung des Ansaugkanals 39 des Vergasers vorgesehen ist. Dieser kreisförmige Durchgang ist umgeben von zwei sich gegenüberliegenden und sich in Umfangsrichtung des Ansaugkanals 39 erstreckenden, kreissegmentförmigen Schlitzen 9 und 10, denen über eine Zuleitung ein Gas, z.B. Luft, Abgas oder ein Spaltgas zugeführt wird. Die Zuleitung besteht aus einem beide Schlitze 9,10 verbindenden, den Ansaugkanal weitgehend umschließenden Ringkanal 8 und einem daran anschließenden, flachen, im Zusatzteil 3 verlaufenden Kanal 7, welcher sich in einen am Zusatzteil 3 verlaufenden Kanal 7, welcher sich in einen am Zusatzteil 3 angebauten Anschlußstutzen 4 fortsetzt, in welchem eine Drosselklappe 5 angeordnet ist. An den Anschlußstutzen 4 schließen sich ein Rohr 6 und ggfs. weitere Zuleitungsabschnitte 14, 15, 19 und 20 an.

Diese Drosselklappe 5 ist bei Leerlaufbetrieb der Brennkraftmaschine geschlossen; ihre Stellung hängt vom Unterdruck im Ansaugkanal 39 ab und zu diesem Zweck kann die Drosselklappe 5 mit der Drosselklappe 2 des Vergasers 1 in der Weise in mechanischer Verbindung stehen, daß sie geöffnet wird, wenn die Drosselklappe 2 beim Übergang vom Leerlaufbetrieb zum Teillast- und Vollastbetrieb geöffnet wird.

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Man könnte die Drosselklappe 5 aber auch mittels einer Unterdruckdose steuern, welche auf den Unterdruck im Ansaugkanal 39 anspricht. Die Drosselklappe 2 des Vergasers findet sich stromauf der Schlitze 9,10 nahe bei diesen im Ansaugkanal 39.

Das über die geöffnete Drosselklappe 5 in der Richtung des Pfeils 22 eintretende Gas wird von der Brennkraftmaschine angesaugt und durchströmt den Kanal 7 und den Ringkanal 8. Im Bereich des Kanals 7 kommt es zu einer Aufteilung des Gasstromes, der zu einem Teil in Richtung des Pfeils 23 durch den Schlitz 9 in den Ansaugkanal 39 strömt, während der andere Gasstrom mit geringer Zeitverzögerung in Richtung des Pfeils 24 durch den gegenüberliegenden Schlitz 10 in den Ansaugkanal 39 einströmt.

Wie sich aus der Darstellung in Figur 1 hinsichtlich der eingezeichneten Pfeile 23 und 24 ergibt, sind die beiden kreissegmentartig ausgebildeten Schlitze 9,10 einander diametral gegenüberliegend angeordnet, und zwar symmetrisch zu der durch Verschiebung der Längsachse der Drosselklappenwelle 21 parallel zu sich ■ selbst entlang der Längsmittellinie des Ansaugkanals erzeugten.gedachtenTei lungsfläche des Ansaugkanals 39 (welche bei zylindrischem Ausgangskanal eine Ebene ist). Die Verbindungsgerade der beiden Mittelpunkte 40,41 der Schlitze 9 bzw. 10 scheidet diese gedachte Teilungsfläche unter einem rechten Winkel. Stromab der Drosselklappe 2 schlägt sich an jenen Bereichen der Wandung des Ansaugkanals 39,wo sich im Teillastbetrieb,

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also bei geringerer Öffnung bis ungefähr zu einer 3/4-Öffnung der Drosselklappe 2, die größte Weite der sichelförmigen Durchgänge für das Brennstoff-Luftgemisch befindet, der größte Anteil an Brennstoffkonden- · sat nieder,und gerade in diesen Bereichen sind erfin- .._. dungsgemäß die beiden Schlitze 9, 10 angeordnet.

Beidseits der Drosselklappenwelle 21 bilden sich nämlich beim Öffnen der Drosselklappe 2 zwischen dieser und der Wand des Ansaugkanals 39 zuerst enge und dann immer weiter werdende sichelförmige Öffnungen, durch die das Brennstoff-Luft-Gemisch strömt. Bei Teillastbetrieb sind diese Öffnungen so schmal, daß sich das Gemisch so nahe an der Ansaugkanalwand hindurchzwängen muß, daß der im Gemisch enthaltende Brennstoff zum Teil an der Ansaugkanalwand kondensiert.

Da bei- Teillastbetrieb die beiden sich zwischen der Drosselklappe 2 und der Ansaugkanalwand bildenden sichelförmigen Öffnungen nahe bei den Enden der Drosselklappenwelle 21 sehr eng sind, geht dort sehr wenig Gemisch und damit Brennstoff hindurch. Eine Kondensataufbereitung an jener Stelle des Ansaugkanalumfangs, z.B. durch einen umlaufenden Ringschlitz, würde nur ca. die Hälfte der Strömungsenergie im zugeführten Hilfsgas an den richtigen und notwendigen Stellen zur Wirkung bringen und den Aufbereitungseffekt im unteren Bereich des Tei1lastbetriebs (z.B. bei Stadtverkehr) auf ein Minimum bringen.

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Demnach ist die erfindungsgemäße Ausbildung und geometrische Anordnung der Schlitze 9, 10 in der Ansaugkanalwand in Abhängigkeit von der Orientierung der Drosselklappenwelle 21 und vom Ort der maximalen Kondensatbildung sehr wichtig.
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Die Schlitze 9 und 10 sind in ihrem Querschnitt so bemessen, daß schon ab einer geringen Drehzahl der Brennkraftmaschine 11 die Drosselklappe 5 einen größeren Durchgang freigibt und daher nicht mehr querschnittsbegrenzend für den Gasdurchsatz im A.nsch lußstutzen 4 wirkt.

Das Rohr 6, der Kanal 7 und der Ringkanal 8 haben einen größeren Durchgangsquerschnitt als die Schlitze 9 und 10 und deshalb wirken die letztgenannten als Meßquerschnitt (d.h. als einzige Begrenzung) für den Gasdurchsatz ab etwa einer Fahrgeschwindigkeit von 80-100 km/h, wodurch das aus den Schlitzen 9 und 10 austretende Gas Geschwindigkeiten von 100 m/s und mehr erreicht.

Ein besonders guter thermischer Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine, eine weitere Verringerung des Brennstoffbedarfs und eine weitere, Senkung der Giftgasanteile im Abgas werden erzielt, wenn man anstelle von Zusatzluft ein durch katalytische Aufbereitung eines Teils der Abgase erzeugtes Spaltgas über das Rohr 6 und den Anschlußstutzen 4 zu den Schlitzen 9 und 10 führt. Die in Figur 3 gezeigte Brennkraftmaschine 11 weist einen Abgaskrümmer 12 auf, der über einen Flansch 13 in nicht

näher dargestellter Weise in den Auspuff-Schalldämpfer übergeht. Von den im Abgaskrümmer 12 in Richtung des Pfeils 27 strömenden Abgasen wird im Bereich des Flansches 13 in Richtung des Pfeils 28 ein Teil abgezweigt, welcher dort in einen Kanal 14 einströmt, der den Eingang zu einem thermisch-katalytischen Reaktor 15 bildet der rückseitig auf dem Flansch 13 befestigt ist.

Im Reaktor 15 ist ein Heizdraht 16 aus einem katalytisch wirkenden Metall angebracht, der über elektrische Leitungen 17 und 18 mit elektrischer Energie z.B. von der Autobatterie versorgt wird. Durch die Energiezufuhr und die gleichzeitige Einwirkung des Katalysators auf die rückgeführten Abgase kommt es zu einer chemischkatalytischen Reaktion des in den Abgasen enthaltenen Wasserdampfs mit den in den Abgasen noch enthaltenen unverbrannten Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxidresten, wodurch Wasserstoff freigesetzt wird.

Der Ausgangsstutzen 19 des Reaktors 15 ist über eine Verbindungsleitung 20 mit dem Rohr 6 des Vergaserzusatzteils 3 verbunden. In der Verbindungsleitung 20 strömt das Spaltgas in der Richtung des Pfeils 29.

Die innenliegende Oberfläche des Reaktors 15 kann zur -besseren katalytischen Wirkung des Reaktors mit einem als Spaltkatalysator wirkendem Material wie z.B. Nickel versehen sein. Von Vorteil ist es ferner, wenn man dem Reaktor 15 nicht nur Abgase, sondern zusätzlich brennbare Hilfsstoffe wie Erdgas oder Alkohol, insbesondere jedoch Benzin zuführt; hierdurch erreicht man, daß ein größerer Anteil des in den Abgasen enthaltenen Wasserdampfs zur Gewinnung von Wasserstoff chemisch umgesetzt werden kann, wobei der Wasserstoff den Verbrennungsvorgang günstig beeinflußt.

Anstelle eines thermisch-kjrtalytischen Reaktors 15 könnte man auch einen Spaltkatalysator vorsehen, welchen man zweckmäßigerweise elektrisch beheizt und welcher aus einem gasdurchlässigen Körper aus einer mit katalytisch wirkendem Metall (z.B. Platin oder Nickel) beschichteten Keramik (z.B. aus Al₂O₃) bestehen könnte, welcher in einer von den Abgasen durchströmten Kammer untergebracht ist. Das in Richtung des Pfeils/ in den Kanal 7 einströmende Hilfsgas, insbesondere Spaltgas, entfaltet an den einander gegenüberliegenden Schlitzen 9, 10 eine starke kondensatabhebende Wirkung, das heißt, das an der Wandung des Ansaugkanals 39 entlangkriechende Brennstoffkondensat wird in Richtung der Pfeile 25 und 26 fein vernebelt und von der Wandung des Ansaugkanals 39 abgehoben. Dadurch wird eine dynamische und thermische Feinstvernebelung des Brennstoffes und eine Homogenisierung des Brennstoff-Luft-Gemisches erreicht; führt man als Hilfsgas ein Spaltgas zu, dann erreicht man obendrein wegen des Wasserstoffanteiles im Spaltgas eine gute Zündung eines so stark abgemagerten Gemisches, welches ohne das eingeführte Spaltgas kaum zündfähig wäre. Außerdem werden die Stickoxide NO im Abgas durch die Rückführung von nicht brennbarem Stickstoff aus dem Abgas in das Vergaser-Zusatzteil 3 drastisch gesenkt.

Nach durchgeführten Untersuchungen mit Wasserstoffbeigäbe im Teillastbetrieb eines Benzinmotors werden nur ca. 1 kg Wasserstoff zu 25 kg Benzin benötigt, um sehr niedrige Anteile von CO, Kohlenwasserstoffen und von NO im Abgas zu erreichen. Diese Menge lässt sich aus etwa 1/4 des Wasserdampfantei1s im Abgas durch katalytisch-chemisehe Umsetzung gewinnen.

Vorzugsweise begrenzt man die Abgasrückführung durchdie Schlitze 9,-10 so, daß der Bedarf an Wasserstoff im rückgeführten Abgas einer Menge entspricht, die bei einer Fahrgeschwindigkeit von 80-100km/h entsteht. 5

Als Beispiel: ein moderner Mittelklassewagen benotigt eine Leistung von ca. 18 KW bei einer Fahrgeschwindigkeit von 100 km/h. Mit der erfindungsgemäßen Gemischaufbereitung werden hierfür ca. 4 kg Benzin pro Stunde verbraucht. Die Schlitze 9,10 sind so bemessen, daß mit dem rückgeführten Abgas 0,04 kg Wasserstoff den Weg durch die Schlitze 9, 10 nehmen. Bei höherer Belastung (Motorleistung) nimmt dann der relative Wasserstoffanteil im Benzin ab, bei geringerer Leistung wird die Menge des zugeführten Abgases mittels der Drosselklappe 5 gesteuert. So ergibt sich im Hauptfahrbereich bei Teillastbetrieb eine hohe Austrittsgeschwindigkeit des rückgeführten Gases an den Schlitzen 9, 10 und damit eine gute Aufbereitung des an der Ansaugkanalwand kondensierten Benzins sowie eine homogene Durchmischung beider Gasströme im Ansaugkanal 39. Dies ist sehr wichtig, damit alle Zylinder der Brennkraftmaschine 11 ein gleichmäßig zusammengesetztes Brennstoff-Luft- Hilfsgas-Gemisch erhalten.

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Bei dem in den Fig. 4-6 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel sind Teile, die Teilen des ersten Aus-_N führungsbeispiels entsprechen, mit übereinstimmenden Bezugszahlen bezeichnet.

Bei der in Fig. 4 dargestellten Brennkraftmaschine 11 handelt es sich um einen Otto-Motor mit Saugrohreinspritzung des Brennstoffs.

ίο Man erkennt ein vom Zylinderkopf 50 des Motors 11 seitlich abgehendes Ansaugrohr 39a, welches von einem Sarnmel saugrohr 39b abzweigt, welches die Ansaugrohre 39a der verschiedenen Zylinder des Motors 11 miteinander verbindet. Am Sammelsaugrohr 39b befindet sich ein Doppel- Ansaugstutzen 39c, an welchen unter Zwischenfügung eines erfindungsgemäßen Zusatzteils 3 für die Abgasrückführung ein doppeltes Luftansaugrohr 39d mit zwei parallelen Luftansaugkanälen 39 und 39' angeflanscht ist. Stromauf des Zusatzteils 3 befindet sich in jedem der Ansaug kanäle 39 eine Drosselklappe 2. Das Zusatzteil besitzt nebeneinander zwei kreisförmige Durchgangsöffnungen,

diametral gegenüberliegend in einen der beiden Ansaugkanäle, nämlichen den Ansaugkanal 39 einmünden. Die beiden Schlitze 9 und 10 stehen über einen Ringkanal 8 und einen Kanal 7 in Verbindung mit einem Anschlußstutzen 4 des Zusatzteils 3; zum Eingang des Anschlußstutzens 4 führt eine Zuleitung 6, welche vom Abgasstrang 12 des Motors 11 abzweigt. Im Anschlußstutzen 4 befindet sich eine Drosselklappe 5, mit welcher sich in Abhängigkeit vom Unterdruck im Ansaugkanal 39 der Durchsatz des rückgeführten Abgases steuern läßt.

Wie anhand des ersten Ausführungsbeispieles beschrieben, treten bereits bei den verhältnismäßig niedrigen Motordrehzahlen im Übergangsbereich zwischen dem Leerlaufbetrieb und dem Teillastbetrieb die Abgase mit hoher Geschwindigkeit durch die Schlitze 9 und 10 in den Ansaugkanal 39 ein und vermischen sich infolge der hohen Einströmgeschwindigkeit sehr homogen mit der angesaugten Verbrennungsluft. Um eine hohe Einströmgeschwindigkeit der Abgase zu gewährleisten, ist der Querschnitt der Durchgangsöffnung im Zusatzteil 3 an jener Stelle, wo sich die Schlitze 9 und 10 befinden, gegenüber dem Querschnitt des davor liegenden Abschnitts des Ansaug-„ kanals verengt, wodurch sich die Wirkungsweise einer Venturidüse einstellt. Dies ist von besonderem Vorteil beim Vollastbetrieb des Motors, wenn der Unterdruck im Ansaugkanal 39 nicht mehr so stark ist, sowie bei Einspritzmotoren, die mit einem Turbolader ausgerüstet sind.

Beim gezeichneten-Ausführungsbeispiel werden die Abgase , nur in einen der beiden Ansaugkanäle 39 und 39' zurückgeführt, es ist jedoch im Rahmen der Erfindung
ohne weiteres möglich, die rückgeführten Abgase in beide Ansaugkanäle 39 und 39' einzuspeisen; man muss dann lediglich in. beiden Ansaugkanälen Schlitze vorsehen, denen die Abgase entströmen können.

Anhand der Fig. 4 und 5 erkennt man, daß die Schlitze 9 und 10 die/Patentanspruch 1 als erfindungsgemäß beanspruchte Orientierung relativ zur Lage der Längsachse der Drosselklappenwelle 21 aufweisen.

Die Abgasrückführung durch die Schlitze 9 und 10 bewirkt eine homogene Vermischung der rückgeführten Abgase mit der Verbrennungsluft, und in dieses homogene Gemisch wird am Ende des Ansaugrohrs 39a aus der dort angeordneten Einspritzdüse 51 der Brennstoff eingespritzt .
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In entsprechender Weise, wie es im Zusammenhang mit dem ersten AusführungsbeispLel beschrieben wurde, kann man auch im zweiten Ausführungsbeispiel die rückgeführten Abgase auf dem Weg vom Abgasstrang 12 zum Anschlußstutzen 4 über einen Spaltkatalysator oder über einen thermischen Reaktor oder über eine Kombination von beiden führen,

um der Verbrennungsluft anstelle von Abgas ein wasserstoff haltiges Spaltgas beizumischen; dabei kann - wie weiter vorne beschrieben - die Wasserstoffgewinnung begünstigt werden, indem man dem Katalysator und/oder dem Reaktor ausser dem Abgas auch noch einen Brennstoff zuführt.

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Claims

Patentansprüche:

Vorrichtung zum Einleiten von zusätzlichen Gasströmen in den Ansaugkanal einer gemischverdichtenden Brennkraftmaschine mittels sich in der Ansaugkanalwandung stromab der Drosselklappe gegenüberl iegender,sich in Umfangsrichtung des Ansaugkanals über einen Umfangswinkel von weniger als 180° erstreckender Schlitze, welchen das zusätzliche .Gas durch eine oder mehrere Zuleitungen zugeführt wird, wobei zur Steuerung des Durchsatzes des zusätzlichen Gases durch diese Zuleitungen in Abhängigkeit von dem im Ansaugkanal herrschenden Unterdruck in jeder Zuleitung ein Steuerorgan, insbesondere eine weitere Drosselklappe oder ein Ventil vorgesehen ist,
dadurch gekennzeichnet, daß jene Teilungsfläche, welehe den Ansaugkanal (39) teilt und durch Verschiebung der Längsachse der Drosselklappenwelle (21) parallel zu sich selbst entlang der Längsmittellinie des Ansaugkanals (39) erzeugt wird,keinen der Schlitze (9, 10) durchsetzt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze (9, 10) bei vorgegebenen Abmessungen der Schlitze (9,10) und des Ansaugkanals (39) einen möglichst großen Abstand von der Teilungsfläche aufweisen.

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3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 mit zwei Schlitzen (9, 10) im Ansaugkanal (39), dadurch

gekennzeichnet, daß die Verbindungsgerade der beiden Mittelpunkte (40,41) der Schlitze (9,10) die Teilungsfläche unter einen rechten Winkel schneidet.
4. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkraftmaschine (11) ein Dieselmotor oder ein Ottomotor mit Saugrohreinspritzung des Brennstoffs ist und die zum Ansaugkanal (39) führende Zuleitung (6,7,8,14,15,19,20) vom Abgasstrang (12) der Brennkraftmaschine (11) abzweigt.
5. Vorrichtung zum Rückführen von Abgasen in den

Ansaugkanal einer gemischverdichtenden, mit Brennstoffeinspritzung arbeitenden Brennkraftmaschine durch eine vom Abgasstrang der Brennkraftmaschine abzweigende und zum Ansaugkanal führende Zuleitung, in welcher ggfs. zur Steuerung des Durchsatzes der zurückgeführten Abgase in Abhängigkeit von dem im Ansaugkanal herrschenden Unterdruck ein Steuerorgan, insbesondere eine Drosselklappe oder ein Ventil vorgesehen ist,

dadurch gekennzeichnet, daß die Zuleitung (6,7) in einen oder mehrere, sich in Umfangsrichtung des Ansaugkanals (39) erstreckende Schlitze (9,10) einmündet,

welche bei vorgegebenem Querschnitt der Zuleitung (6, 7) so eng bemessen sind, daß ihnen die Abgase schon im Übergangsbereich zwischen Leerlauf- und Teillastbetrieb mit sehr hoher Geschwindigkeit bis Schallgeschwindigkeit entströmen.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze (9,10) einander gegenüberliegend angeordnet sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 4, 5 oder 6, dadurch

gekennzeichnet, daß der Ansaugkanal (39) im Be-. reich der Schlitze (9,10) eine Querschnittsverengung nach Art einer Venturidüse aufweist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der stromab der Schlitze (9,10) liegende Abschnitt des Ansaugkanals (39) als Diffusor ausgebildet ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3

oder 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuleitung (1) vom Abgasstrang (12) der Brennkraftmaschine (11) abzweigt und daß in der Zuleitung (6,7,8, 14,15,19,20) zur Erzeugung von Spaltgas aus Abgas ein thermischer Reaktor (15) und/oder ein beheizter Spaltkatalysator (16),z.B. auf Platin-Basis oder auf Nickel-Basis ,angeordnet ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9", dadurch gekennzeichnet, daß in die Zuleitung stromauf von

dem Reaktor (154—bzw. dem Spaltkatalysator (16) ein

Brennstoff eingespeist wird.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die innenliegende Oberfläche des Reaktors (15) wenigstens teilweise aus katalytisch wirksamem Material besteht oder mi-t einem katalytisch wirksamen Material beschichtet ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß zur Beheizung des Spaltkatalysators (16) und der rückgeführten Abgase in der die Abgase zurückführenden Leitung stromauf vom Spaltkatalysator (16) ein Heizelement, insbesondere eine Heizspirale angebracht ist.
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13. Vorrichtung nach Anspruch 1 für Brennkraftmaschinen (11), die mit einem Vergaser (1) ausgerüstet sind, an dessen Unterseite ein als Vergaserzusatzgerät ausgebildetes, flaches Unterteil (3) angebracht ist, in welchem ein Loch als Teil des Ansaugkanals (39) sowie die Öffnungen der Schlitze (9,10) samt einem Teil der zu den Schlitzen (9,10) führenden Zuleitung (7,8) ausgebildet sind,

dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung der Schlitze (9,10) und eines Teils der Zuleitung (7,8) das flache Unterteil (3) auf seiner Oberseite mit nach oben offenen Ausnehmungen versehen ist, welche durch die Vergaserunterseite abgedeckt werden.