DE3517808A1 - Verfahren und vorrichtung zum einleiten von zusaetzlichen gasstroemen in den ansaugkanal einer gemischverdichtenden brennkraftmaschine - Google Patents

Description

• Verfahren und Vorrichtung zum Einleiten von
• zusätzlichen Gasströmen in den Ansaugkanal einer gemischverdichtenden Brennkraftmaschine Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens zum Einleiten von zusätzlichen Gas strömen in den Ansaugkanal einer gemischverdichtenden Brennkraftmaschine mittels sich in der Ansaugkanalwandung stromab der Drosselklappe des Vergasers befindlichen Schlitze durch eine Vorrichtung, die so ausgeführt ist, daß verschiedene Aufgaben erfüllt werden, nämlich 1. Aufbereitung des Kraftstoffkondensats, welches sich an der Vergaserwand im Bereich der Drosselklappe bildet.
• 2. Senkung der NOx-Bildung bei der Verbrennung im Motor durch Zuführung von Abgas in das Kraftstoff-Luftgemisch.
• 3. Homogenisierung des Kraftstoff-Luftgemisches zur Verbesserung der Brennfähigkeit von Magergemischen bei gleichzeitiger Zuführung von zusätzlicher Brennluft, um eine Gemischzusammensetzung von mindestens Lambda 1 und darüber zu erreichen.
• Es sind Vorrichtungen bekannt, bei denen eine Gemischaufbereitung durch Vernebelung des Kraftstoffkondensats durch zwei gegenüberliegende Schlitze im Hauptbereich der Kondensatbildung an der Vergaserwand stromab der Vergaserdrosselklappe vorgenommen wird.
• Die besondere Wirkung dieser Vorrichtung wird zusätzlich dadurch erreicht, daß ab mittlerem Leistungsbereich der Meßquerschnitt auf die Durchgangsschlitze übergeht, wodurch die Gase mit sehr hoher bis Schaiigeschwindigkeit durch die Schlitze strömen. Damit wird das Kraftstoffkondensat mit starker dynamischer Kraft von der Vergaserwand abgehoben, feinstvernebelt und in das übrige Kraftstoff-Luftgemisch homogen eingeführt.
• Mit so ausgeführten Geräten wurden lt. amtlichen Tests der Verbrauch um 17%, CO um 76% und HC + NOx um 20% gesenkt.
• Mit Beginn des Waldsterbens sollten die NOx stärker gesenkt werden. Wenn nun durch diese Vorrichtung anstelle Luft Abgas zugeführt wurde, wurden wohl die NOx um 60 - 70% gesenkt, jedoch die HC stiegen stärker und der Verbrauch etwas an.
• Aufgabe der Erfindung ist es, ein neues Verfahren zu erfinden und eine Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens, mit dem es möglich ist, die Abgas-Emmission weiter zu senken und gleichzeitig den Verbrauch zu reduzieren, ohne daß Leistungseinbußen vorhanden sind.
• Die Lösung der Aufgabe nach der Erfindung besteht darin, daß ein neues Verfahren für die Zuführung von Abgas und Zusatzluft vorgeschlagen wird. Das neue Verfahren besteht darin, daß Schlitzen 4 und 5 über zwei getrennte Eingänge 6 und 9 Abgas und Zusatzluft zeitlich versetzt zugeführt wird. Diese zeitliche Versetzung ist wichtig, damit beginnend gleich nach Öffnung der Drosselklappe schon in diesem unteren Bereich eine Senkung der NOx-Anteile stattfindet und anhält bis Vollast.
• Würde man gleichzeitig die Zusatzluft zuführen, dann würde der Motor nicht mehr einwandfrei laufen.
• Es hat sich als zweckmässig erwiesen, daß zuerst das Abgas und anschließend die Zusatzluft zugeführt wird.
• Versuche haben ergeben, daß eine beste Senkung der NOx-Anteile dann erfolgt, wenn die Drosselklappe 8 für die Abgas zuführung mit nur kurzem Nachlauf mit der Drosselklappe 3 des Vergasers geöffnet und zusammen mit dieser geschlossen wirdf damit die Senkung der NOx bereits im untersten Teillastbereich beginnend bis Vollast stattfindet.
• Erfindungsgemäss ist es wesentlich, daß zwecks Kondensataufbereitung der Umfang der Schlitze 4 und 5 auf mindestens je 900 ausgebildet ist und auch die Durchgangshöhe soll 0,5 mm betragen.
• Da diese Schlitze Meßquerschnitt sein sollen, kommt zuviel Abgas hindurch, wenn man nur Abgas zur Kondensataufbereitung und Homogenisierung des Gemisches nimmt.
• Es muß auch Zusatzluft zugeführt werden, jedoch nicht absolut gleichzeitig mit dem Abgas.
• Das Abgas zum Zwecke der Senkung von NOx soll bereits im unteren Teillastbereich bis zu Vollast zugeführt werden, damit die Senkung der NOx in einem weiten Bereich stattfindet. Bei Leerlauf und bei Schubbetrieb soll jedoch die Abgaszuführung geschlossen sein, da sonst Aussetzer bei der Verbrennung und hohe HC vorkommen.
• Deshalb ist die Steuerung der Abgasdrosselklappe am besten mit einem kleinen Nachlauf mit der Vergaserdrosselklappe so verbunden, daß bei Leerlauf und etwas darüber die Abgasdrosselklappe geschlossen ist. So ist diese auch bei Schubbetrieb geschlossen.
• Die Einlaßsteuerung der Zusatzluft wird vorteilhaft über ein Elektromagnetventil vorgenommen. Diese öffnet erst, wenn der Motor aus den unteren Drehzahlen heraus ist und eine weitere Abmagerung verträgt. Diese umso mehr, weil nun mit der vollen Dynamik beider Gase ein sehr homogenes und kondensatfreies Gemisch erzeugt wird, was auch bei sehr magerem Betrieb einwandfrei zündet und durchbrennt.
• Bei Schubbetrieb soll die Zuführung von Luft nicht geschlossen werden, damit Kondensat, was sich im Ansaugkrümmer befindet und vom Motor angesaugt wird, mit Luft versehen wird und verbrennen kann. Dadurch werden die hohen HC-Anteile, die sonst bei Schub auftreten, vermieden.
• Diese Zuführung und Steuerung von Zusatzluft und Abgas hat noch weitere Vorteile.
• Wird im Auspuff ein Katalysator eingesetzt, so ist es wichtig, daß das Kraftstoff-Luftgemisch im Bereich von Lambda 1 zusammengesetzt ist. In diesem Falle werden durch den Katalysator CO, HC und NOx um ca. 90% reduziert.
• Zum einwandfreien Betrieb des Motors an allen Betriebsbereichen wird der Vergaser so eingestellt, daß das Gemisch etwas unter Lambda 1 zusammengesetzt ist.
• Mit der Zusatzluft nach der Erfindung läuft der Motor auch einwandfrei mit einer Zusammensetzung von Lambda 1 und darüber. Bei der Erfindung kann die Menge der Zusatzluft und die Steuerung der Zuführung so geregelt werden, daß der Motor im Bereich von Lambda 1 und etwas darüber läuft.
• NOx wird durch die Zuführung von Abgas um 60 - 70% gesenkt und zusätzlich etwas, wenn der Motor im Bereich von Lambda 1 läuft. CO und HC werden ebenfalls bei Lambda 1 oxidiert, aber auch, wenn das Gemisch magerer als Lambda 1 ist. Bei Teillast entsteht sowieso weniger NOx, so kann der Motor mit der Zusatzluft im Magerbereich fahren, verbraucht wenig und der Katalysator oxidiert CO und HC auf nahezu Null.
• Ein Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung dargestellt. Dabei gehen aus der Zeichnung und der Beschreibung weitere Erfindungsmerkmale hervor.
• Es zeigt: Figur 1 eine Vorrichtung zur Aufbereitung von flüssigen Brennstoffen für gemischverdichtende Brennkraftmaschinen mit Vergaser gemäss der Linie I-I in Figur 2 durch den vergaserunterteil.
• Figur 2 einen Längsschnitt durch die Vorrichtung mit dem Vergaserunterteil.
• Figur 3 eine schematische Darstellung des Motors mit einem Teil des Abgaskrümmers.
• Am Unterteil 2 des Vergasers ist die Vorrichtung 1 angebracht. Diese enthält Schlitze 4 und 5, die mittels eines Kanals 12 über Drosselorgane 8 und 10 mit den Gaseingängen 6 und 9 eine Verbindung haben. Im Eingang für Abgas 6 ist eine Düse 7 eingesetzt. Die Drosselklappe 8 steuert den Einlaß von Abgas. Diese ist vorzugsweise mit der Drosselklappe 3 des Vergasers so verbunden, daß die Klappe 8 bei Leerlauf und etwas oberhalb Leerlauf geschlossen ist. Darüber wird sie mit der Bewegung der Drosselklappe 3 geöffnet.
• Stromab der Drosselklappe 8 befinden sich die Öffnung 11 für die Zusatzluft. Diese wird geschlossen oder geöffnet durch ein Elektromagnetventil 10. Die Öffnung wird über die Motordrehzahl gesteuert. Beim Hinaufdrehen des Motors wird das Ventil ab etwa 1.600 - 2.200 1/min . geöffnet, beim Herunterdrehen des Motors wird das Ventil bei etwa 1.000 - 1.400 1/min geschlossen.
• Eine Abgasleitung 16 stellt die Verbindung her zwischen dem Abqaskrümmer 14, dessen Öffnung 15 zum Abgaseingang 6. Mit 13 ist der obere Teil des Motors dargestellt.
• Die Arbeitsweise in der Gemischbildung nach der Erfindung ist wie folgt: Bei Leerlauf sind beide Drosselorgane 8 für Abgas und 10 für Zusatzluft geschlossen. Wird Gas gegeben, so wird auch mit einem kurzen Nachlauf die Drosselklappe 8 geöffnet, und es strömt Abgas über die Düse 7 durch die Leitung 6, den Kanal 12 zu den Schlitzen 4 und 5. Schon bei geringer Last, etwa Straßenlast von 40 - 60 km/h, öffnet die Klappe mehr als die Düse 7 durchlässt.
• Diese ist so bemessen, daß bei Teillast etwa 8 - 12% Abgas , bezogen auf die Brennluftmenge, durchströmt.
• Daraus ergibt sich, daß bei Vollast nur noch etwa 2 - 3% Abgas zugeführt wird, was die NOx-Werte noch etwas verbessert, ohne die Leistung herabzusetzen.
• Mit dieser Anordnung erfolgt eine automatische Mengenreglung im gewünschten Sinn, ohne daß elektrische oder elektronische Regelungen notwendig sind.
• Die Schlitze 4 und 5 werden im Querschnitt so bemessen, daß dieser etwa doppelt so groß oder größer ist als der Durchgang der Düse 7.
• Wenn der Motor aus den untersten Drehzahlen heraus ist, etwa bei 1.800 - 2.200 1/min., wird über eine elektrische Drehzahlsteuerung das Ventil 10 geöffnet und Zusatzluft strömt durch die Öffnung 11 über den Kanal 12 zu den Schlitzen 4 und 5. Die Öffnung 11 ist zusammen mit der Düse 7 im Querschnitt größer als der Durchgang der Schlitze 4 und 5. So durchströmen Abgas und Zusatzluft die Schlitze mit sehr hoher Geschwindigkeit und großer dynamischer Kraft an den Stellen stromab der Drosselklappe 3 des Vergasers, an denen bei teilgeöffneter Drosselklappe 3 des Vergasers nahezu 100% des Benzinkondensats an der Vergaserinnenwand sich bildet. Diese Kondensataufbereitung und Homogenisierung des Gemisches bewirkt, daß der Motor auch mit magerem Gemisch einwandfrei betrieben werden kann, wenn er aus dem untersten Teillastgebiet heraus ist. Deshalb erst die Öffnung des Zusatzluftventils ab 1.800 - 2.200 1/min.
• Wird der Motor mit einem Katalysator im Abgas versehen, so wird nach der Erfindung der Vergaser so geregelt, daß die Gemischzusammensetzung etwas unter Lambda 1 ist, etwa bei Lambda 0,98/99. Mit der Zusatzluft wird auf Lambda 1 gesteuert, so daß eine hohe Senkung von CO, HC und NOx durch den Katalysator stattfindet.
• Die Menge der Zusatzluft kann auch so geregelt werden, daß bei Teillast mit höherem Unterdruck im Saugrohr der Motor sehr mager - über Lambda 1 - fährt, dabei wenig Verbrauch hat, CO und HC durch den Katalysator oxidiert werden und NOx wenig entsteht durch die Zuführung von Abgas.
• Mit der Wirkungsweise und Regelung nach dieser Erfindung ist der giftgasarme Motor mit wenig Verbrauch und preiswerter Technik geschaffen.

Claims (11)

1. Patentansprüche t1.oVerfahren zum Einleiten von zusätzlichen Gasströmen in den Ansaugkanal einer gemischverdichtenden Brennkraftmaschine mittels sich in der Ansaugkanalwandung stromab der Drosselklappe befindlichen Schlitze oder Bohrungen, d a d u r c h g e k e n n z e i ch n e t daß Schlitzen (4,5) über zwei getrennte Eingänge (6,9) Abgas und Zusatzluft zeitlich versetzt zugeführt wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß zuerst das Abgas und anschließend die Zusatzluft zugeführt wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 bis 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Drosselklappe (8) für die Abgas zuführung mit nur kurzem Nachlauf mit der Drosselklappe (3) des Vergasers geöffnet und zusammen mit dieser geschlossen wird.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Ventil (10) für die Luftzuführung erst an einer bestimmten Drehzahl des Motors geöffnet wird.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 1 und 4, d a d u r c h g ek e n n z e i c h n e t , daß das Ventil (10) etwa ab 1600 bis 2200 1/min. geöffnet und beim Heruntergehen der Motordrehzahl erst bei 200 - 400 1/min. oberhalb der Leerlaufdrehzahl des Motors geschlossen wird.
6. 6. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Summe der Öffnungen der Düse (7) für Abgas und der Durchgang (11) Luft im Querschnitt größer sind als der Durchgang der Schlitze (4 und 5).
7. 7. Verfahren nach Anspruch 1 und 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Durchgang der Schlitze (4 und 5) etwa doppelt so groß ist wie der Durchgang der Düse (7).
8. 8. Verfahren nach Anspruch 1, 6 und 7, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Düse (7) im Durchgang so bemessen ist, daß nur etwa 8 - 12% Abgas durchströmt, bezogen auf die Brennluftmenge im mittleren Teillastbereich des Motors.
9. 9. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß mit dem Vergaser ein Gemisch von Lambda etwas unter 1 gebildet wird und die Menge der Zusatzluft so bemessen ist, daß das Gesamtgemisch eine Zusammensetzung von ungefähr Lambda 1 hat.
10. 10. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß mit dem Vergaser ein Gemisch von ca. Lambda 1 gebildet wird und mit der Zusatzluft bei Teillast über Unterdrucksteuerung das Gemisch auf über Lambda 1 abgemagert wird.
11. 11. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß am Eingang (6) für Abgas stromauf der Drosselklappe (8) eine Düse (7) angeordnet ist.