DE1298534B - Vorrichtung zur Regulierung der Menge der zuzumischenden Luft zu den noch nachzuverbrennenden Abgasen von Brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung baren Bestandteile der Abgase ansprechenden Mittel

zur Regulierung der Menge der zuzumischenden Luft im Laufe der Zeit und werden dadurch unbrauchbar,

zu den noch nachzuverbrennenden Abgasen von Der Erfindung liegt nun folgende Aufgabenstellung

Brennkraftmaschinen mit einer in Abhängigkeit vom zugrunde: Dem Nachbrenner eines Verbrenmmgs-Gemischdurchsatz angetriebenen Pumpe zur Förde- 5 motors soll vollkommen selbsttätig jeweils die Luft-

rung der zuzumischenden Luft und einer in die menge zusätzlich zugeführt werden, die bei den

Abgasleitung mündenden Luftzuleitung. gerade herrschenden Betriebsbedingungen erforder-

Nachbrenner, die sich für die Luftzufuhr eines lieh ist, um die überschüssigen Brennstoffe des

Gebläses bedienen, welches durch die von der Abgases vollkommen zu verbrennen. Insbesondere

Bedienungsperson der Maschine bestimmte Stellung io soll die zugeführte Luftmenge auch an sich ändernde

der Drosselklappe für die Kraftstoffzufuhr eingeregelt Betriebsbedingungen des Motors selbsttätig anpaßbar

wird, sind bekannt. Die Einregelung der Luftzufuhr sein. Die dazu dienende Vorrichtung soll betriebs-

für die Nachverbrennung erfolgt also durch eine rein sicher sein und in ihrer Wirkungsweise durch etwa im

mechanische Kopplung mit der von dem Führer des Betrieb auftretende Verschmutzung nicht beeinflußt

Fahrzeuges bedienten Drosselklappe für die Kraft- 15 werden. Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfin-

stoffzufuhr. Die Luftzufuhr für die Nachverbrennung dung von Überlegungen über den Motordurchsatz

hängt so vollkommen von der durch die Wünsche des und den Brennstoffgehalt des Abgases bei verschie-

Fahrers bedingten Stellung der Drosselklappe ab und denen Betriebsbedingungen aus.

kann daher kaum dem durch den Betriebszustand der Der Gehalt an unverbranntem, überschüssigem

Maschine bestimmten tatsächlichen Bedarf für die ao Brennstoff im Abgas schwankt stark. Wenn bei der

vollständige Verbrennung der den Nachverbrenner Verlangsamung mit dem Motor gebremst wird, ist das

erreichenden Abgase entsprechen. Während der Abgas im Verhältnis zum freien Sauerstoff sehr reich

Maschinenverlangsamung, beispielsweise, enthalten an Brennstoffen. Bei der üblichen Reisegeschwindig-

die Abgase viel brennbare Bestandteile, trotzdem keit ist nur verhältnismäßig wenig überschüssiger

wird aber bei der durch mechanische Kopplung mit 25 Brennstoff im Abgas vorhanden. Die Frischluft-

der Drosselklappe erfolgenden Einregelung der Luft- menge, die zur vollständigen Oxydation einer be-

zufuhr zum Nachbrenner auch noch die Luftzufuhr stimmten Abgasmenge erforderlich ist, kann zwischen

gedrosselt. Obwohl also der Anteil der brennbaren 35 und 1 schwanken. Der Motordurchsatz selbst

Bestandteile im Abgas angestiegen ist, wird dem schwankt je nach Leerlauf- oder Vollgasbetrieb um

Nachbrenner weniger Luft zugeführt, so daß die 30 einen Faktor 1 bis 20.

Nachverbrennung nicht in der wünschenswerten Diese starken Schwankungen, die die dem Abgas

Weise ablaufen kann, zur Nachverbrennung zuzumischende Luftmenge be-

Bekannt sind auch schon Nachverbrennungsanlagen, stimmen, spiegeln sich weitgehend in den Arbeitsbei denen ein Venturirohr diejenige zusätzliche Luft- zuständen des Vergasersystems wieder,
menge zuführen soll, die für eine vollständige Nach- 35 Im allgemeinen besteht der Vergaser aus einer verbrennung der Abgase erforderlich ist. Es ist jedoch Anlaßklappe, einer Drosselklappe, einer oder mehmit einem einzigen Venturirohr nicht möglich, für reren Leerlaufkraftstoffdüsen, einer Hauptkraftstoffalle Arbeitsbedingungen des Nachbrenners die rieh- düse und einer Zusatzkraftstoffdüse für den erhöhten tige Luftmenge zur Verfügung zu stellen, weil nämlich Kraftstoffbedarf bei Vollgasbetrieb,
ein Venturirohr eine solche Charakteristik hat, daß 40 Die Anlaßklappe und die Drosselklappe regeln den es sich dann, wenn es für die maximale Luftzufuhr hydraulischen Widerstand des Vergasersystems gegen bei Vollgasbetrieb ausgelegt ist, nicht für den Leer- den Frischluftstrom zum Motor. Die Anlaßklappe laufbetrieb bei niedriger Geschwindigkeit eignet. dient dazu, das einströmende Luft-Kraftstoff-Gemisch Wenn andererseits das Venturirohr für Leerlauf- beim Anlassen arm an Luft und somit fett zu halten, betrieb ausgelegt ist, dann kann auf Grund der 45 Die Drosselklappe dient dazu, die durchgesetzte Sättigung des Venturirohrs nicht die maximale Luft- Gemischmenge zu regeln, indem sie die Arbeitsweise menge für Vollgasbetrieb zur Verfügung gestellt der verschiedenen Kraftstoffdüsen beeinflußt,
werden. Beim Schließen der Drosselklappe entsteht in der

Schließlich kennt man auch schon Nachbrenner, Einlaßsammelleitung ein hohes Vakuum von beispielsbei denen in der Abgasleitung impulsgebende Mittel 50 weise 483 mm Quecksilbersäule und läßt die Leervorgesehen sind, die auf die noch brennbaren laufkraftstoffdüse arbeiten. Um ein Abwürgen des Bestandteile der Abgase ansprechen und durch den Motors bei geschlossener oder fest geschlossener dadurch hervorgerufenen Impuls die Zufuhr von Drosselklappe zu verhindern, wird ein verhältnis-Frischluft und/oder Brennstoff zum Motor selbsttätig mäßig fettes Gemisch geliefert,
regeln. Dadurch soll also die Luftzufuhr zum Nach- 55 Wird die Drosselklappe weiter geöffnet, arbeitet brenner in Übereinstimmung mit dem Gehalt des die mit einer Venturi-Anordnung ausgestattete Haupt-Nachbrennerausstoßes an brennbaren Bestandteilen kraftstoffdüse und liefert ein Gemisch mit übergesteuert werden. Dieses Prinzip berücksichtigt nicht, wiegend gleichmäßigen und verhältnismäßig hohem daß im Ausstoß des Nachbrenners brennbare Bestand- Luft-Kraftstoff-Verhältnis. Das Gemisch ist verteile sowohl bei zu starker als auch bei zu geringer 60 hältnismäßig mager.

Luftzufuhr zum Nachbrenner auftreten können. Die Bei Vollgasbetrieb wird der Druckabfall an der auf die noch brennbaren Bestandteile der Abgabe vollständig geöffneten Drosselklappe verringert auf ansprechenden, impulsgebenden Mittel können näm- beispielsweise 254 mm Quecksilbersäule. Dabei lieh nicht feststellen, ob der Gehalt an brennbaren arbeitet die Zusatzkraftstoffdüse und führt dem Bestandteilen auf zu starke oder auf zu geringe Luft- 65 Motor ein stark angereichertes Luft-Kraftstoffzufuhr zurückzuführen ist. Auf Grund dieser Tat- Gemisch zu.

sache können sich unerwünschte Unstabilitäten Manche Vergaser sehen auch noch Beschleuni-

ergeben. Auch verschmutzen die auf die noch brenn- gungspumpen vor, die dem Motor bei Überführung

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der Drosselklappe in die Vollgasstellung schneller misches ein größerer Zusatzluftbedarf vorhanden ist,

Brennstoff zuführt als die übrigen Düsen. das verhältnismäßig hohe Vakuum in der Einlaß-

Der Gehalt des Abgases an unverbranntem Kraft- Sammelleitung aber danach trachten würde, die von

stoff hängt wesentlich von dem sogenannten Gleich- der Pumpe geförderte Zusatzluft durch das Ventil in

gewichtsverhältnis des Vergasergemisches in der 5 die Atmosphäre auszustoßen, kennzeichnet sich eine

Einlaßsammelleitung des Motors ab. Dieses Gleich- vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung durch ein

gewichtsverhältnis ist definiert als das stöchiometrisch zwischen die Einlaßsammelleitung und die mit der

richtige Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu dem tatsäch- Einlaßsammelleitung verbundene und auf der einen

liehen Luft-Kraftstoff-Verhältnis. Bei einem Gleich- Seite der Membran mündende Leitung geschaltetes

gewichtsverhältnis »Eins« ist genügend Sauerstoff zur io zweites Ventil, welches mechanisch mit der automa-

vollständigen Reaktion des gesamten Kraftstoffes tischen Startklappe der Brennkraftmaschine verbun-

vorhanden. Bei einem Gleichgewichtsverhältnis größer den ist. Dieses zweite Ventil sorgt dafür, daß das

als »Eins« ist das Gemisch zu fett, so daß also dem erstgenannte Ventil beim Anlassen trotz des dann

Abgas zusätzliche Luft beigemischt werden muß. wegen der Betätigung der Anlaßklappe herrschenden

Den verschiedenen Betriebszuständen des Motors 15 hohen Vakuums ganz geschlossen ist, so daß die

sind jeweils verschiedene Gleichgewichtsverhältnisse gesamte Zusatzluftmenge für die Nachverbrennung

zugeordnet: zur Verfügung steht.

1. Beim Anlassen mit geöffneter Anlaßklappe hat _ ?^e™^äß ?*<* bevorzugten Ausführungsform der das fette Luft-Kraftstoff-Gemisch ein Gleich- Erfindung ist dem durch die Membran betätigten gewichtsverhältnis von 1,5; ^ao dentil em Ausstoßwiderstand aus emem Bündel von

2. bei Vollgas wird ein angereichertes Gemisch mit *^ohren _ß nachgeschaltet. Dadurch wird bei geringen einem Gleichgewichtsverhältnis von 1,2 geliefert; Ausstoßmengen eine Laminarstromung und bei gro-

3. bei Bergfahrt oder Beschleunigung, wenn die ^ßen Ausstoßmengen eine turbulente Strömung gehe-Drosselklappe weiter geöffnet ist, ist der Motor- ^fert· ^Auf diese Weise wird es möglich zur Anpassung durchsatz erhöht, und es tritt je Zeiteinheit zu- ^a5 an den verschiedenen Luftbedarf bei Verlangsmung sätzlicher Kraftstoff im Abgas auf; und Reisegeschwindigkeit trotz vollständiger öffnung

4. bei Reisegeschwindigkeit liefert die Hauptdüse ^ Ventils m Abhängigkeit von dem in beiden Fallen ein Gemisch mit einem verhältnismäßig konstan- vorliegenden hohen Vakuum den Luftausstoß zu ten Gleichgewichtsverhältnis von 1,0; variieren. Es liegt somit auch bei geringem Luftbedarf

5. im Leerlauf, wenn die Luftzufuhr durch die Stel- 3< > jeweils immer genau die nchtige Zusatzluftmenge vor. lung der Drosselklappe wesentlich verringert ist _u ^Es. *^o]& die Beschreibung eines Ausfuhrungsund die Leerlaufdüsen ausreichend Kraftstoff beispiels der Erfindung an Hand von Zeichnungen, liefern, erhöht sich das Gleichgewichtsverhältnis _ ^Fl6- ^{1 ζ}ψ schematisch eine Vorrichtung zur

j <,, Regulierung der Menge der zuzumischenden Luft zu

6. bei Verlangsamung liefert die Leerlaufdüse im 35 den noch nachzuverbrennenden Abgasen von Brenn-Verhältnis zum Durchsatz so viel Brennstoff, Kraftmaschinen;

daß das Gleichgewichtsverhältnis bis auf 2 oder ,.^{F 1} 8· ²Jf ^unJ 2b sind grafische Darstellungen die

mehr ansteigt erforderliche Luftzufuhr bzw. den Luftdurchsatz

im Motor bei gewöhnlichem Betrieb in Abhängigkeit

Die Erfindung nutzt die Erkenntnis, daß sich alle 40 von der Motorgeschwindigkeit angeben;

diese für die Bemessung der dem Abgas beizu- F i g. 3 zeigt Kurven für den Druckabfall beim

mischenden Luftmenge ausschlaggebenden Gleich- Luftausstoß;

gewichtsverhältnisse bei den verschiedenen Betriebs- Fig. 4a und 4b zeigen Luftausstoßwiderstände mit

zuständen im wesentlichen in der Höhe des Vakuums schematischer Andeutung der Strömung;

in der Einlaßsammelleitung des Motors wieder- 45 Fig. 5a, 5b und 5c zeigen die Klappe eines

spiegeln. Bei geschlossener Drosselklappe ist bei- Ventils in verschiedenen Stellungen;

spielsweise das Vakuum in der Einlaßsammelleitung F i g. 6 zeigt eine andere Ausführungsmöglichkeit

groß und zeigt die Betriebszustände Leerlauf oder für die Klappe eines Ventils in der Vorrichtung nach

Verlangsamung (5 oder 6) an. Ein Vakuum von Fig. 1.

weniger als 254 mm Quecksilbersäule läßt beispiels- 50 In F i g. 1 ist schematisch ein Motor 10 in Form weise auf Vollgasbetrieb (2) schließen. Auch zur einer Brennkraftmaschine angedeutet. Der Motor 10 Unterscheidung zwischen Bergfahrt und Reise- ist durch eine Abgasleitung 11 mit einem Nachgeschwindigkeit (3 oder 4) lassen sich die Unter- brenner 12 verbunden. Der Nachbrenner 12 dient zur schiede im Vakuum in der Einlaßsammelleitung Nachverbrennung unverbrannter Kraftstoffanteile in heranziehen. 55 dem Abgas. Wieviel Kraftstoff nachverbrannt werden

Auf Grund der vorstehenden Überlegungen wird muß, richtet sich nach dem Gleichgewichtsverhältnis

zur Lösung der herausgestellten Aufgabe, ausgehend des Motordurchsatzes, das ist das Verhältnis zwischen

von einer Vorrichtung der eingangs als bekannt vor- den stöchiometrisch richtigen Luft-Kraftstoff-Ver-

ausgesetzten Art, erfindungsgemäß die Anordnung so hältnis in dem Verbrennungsgemisch zu dem tatsäch-

getroffen, daß die Regelungsvorrichtung mit der Luft- 60 liehen Luft-Kraftstoff-Verhältnis,

zuleitung über ein Rohr und mit der Atmosphäre Die beschiebene Vorrichtung zur Regulierung der

über ein durch eine Membran bewegtes Ventil ver- Menge der zuzumischenden Luft zu den noch nach-

bunden ist, wobei auf der einen Seite der Membran zuverbrennenden Abgasen soll so arbeiten, daß das

des Ventils eine Leitung zur Einlaßsammelleitung der Gleichgewichtsverhältnis im Nachbrenner 12 ständig

Brennkraftmaschine und auf deren anderen Seite eine 65 etwas kleiner als »Eins« gehalten wird. Wenn der

öffnung zur Atmosphäre mündet. Motor ein Luft-Kraftstoff-Gemisch mit einem Gleich-

Zur Berücksichtigung des Umstandes, daß bei gewichtsverhältnis »Eins« zugeführt bekommt, sollte

betätigter Anlaßklappe zwar wegen des fetten Ge- die im Nachverbrenner zugemischte Luft etwa 5,3 %

des Luftstromes im Motor entsprechen. Dann ist das Gleichgewichtsverhältnis im Nachbrenner 12 annähernd 0,95.

Bei einem Gleichgewichtsverhältnis im Nachbrenner von weniger als »Eins« ist das durch die Auspuffleitung 13 in die Atmosphäre entlassene Abgas überwiegend frei von ungesunden Bestandteilen.

Bei der dargestellten Vorrichtung ist der Motor 10 mittels eines Antriebsriemens 15 mit einem Pumpe 16 gekoppelt, die im Betrieb Frischluft in eine Luftzufuhrleitung 18 pumpt. Die Luftzufuhrleitung 18 mündet stromaufwärts von dem Nachbrenner 12 an der Abgasleitung 11. Sie hat auch Anschluß an ein Rohr 20, über welches unter bestimmten Betriebsbedingungen ein Teil der durch die Pumpe 16 gelieferten Luft entweichen kann. Diesem Zwecke dient eine Regelungsvorrichtung 22 mit einem Ventil 24, über welches die überschüssige Luft einem Ausstoßwiderstand 26 und der freien Atmosphäre zugeleitet wird.

Die Regelungsvorrichtung 22 steht über eine Leitung 30 und ein Ventil 32 auch in Verbindung mit der Einlaßsammelleitung 34 des Motors. Das Ventil 32 ist ein Dreiwegeventil, das entweder die Einlaß- as Sammelleitung 34 oder aber eine an die freie Atmosphäre angeschlossene Leitung 37 an die zur Regelungsvorrichtung 22 führende Leitung 30 anschließen kann. Zur Steuerung des Dreiwegeventils 32 ist eine Antriebsverbindung 36 mit der selbsttätigen Anlaßklappe 35 des Motors vorgesehen.

Auf Grund des Anschlusses an die Einlaßsammelleitung 34 kann die Regelungsvorrichtung 22 in noch im einzelnen zu beschreibender Weise in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Motors 10 jeweils einen Teil der durch die Luftzuleitung 18 geförderten Luft, die den Abgasen im Nachbrenner zugemischt werden soll, ungenutzt ausstoßen. Beim gewöhnlichen Betrieb öffnet das Ventil 24 in der Regelvorrichtung 22 mit zunehmendem Vakuum in der Einlaßsammelleitung und ist bei mäßigem oder hohem Vakuum vollständig geöffnet.
Die Regelvorrichtung 22 besitzt ein das Ventil 24 aufnehmendes Gehäuse 40 mit einer atmosphärischen Druckkammer 41, einer Vakuumkammer 42, einer Lufteintrittskammer 43 und einer Luftaustrittskammer 44. Das Ventil 24 ist zwischen der Lufteintrittskammer 43 und der Luftaustrittskammer 44 angeordnet. Die atmosphärische Druckkammer 41 hat über eine Öffnung 50 ungehinderten Anschluß an die freie Atmosphäre. Die Vakuumkammer 42 ist über eine Öffnung 51 an die bereits erwähnte Leitung 30 angeschlossen, die in Verbindung mit dem Vakuum in der Einlaßsammelleitung 24 steht. Die Luftemtrittskammer 43 hat über eine Öffnung 52 Anschluß an das Rohr 20, durch welches die den Abgasen beizumischende Luft zugeführt wird. Die Luftaustrittskammer 44 schließlich hat über eine Öffnung 53 Anschluß an den Luftausstoßwiderstand 26. Die Klappe des Ventils 24 steht unter der Wirkung einer Vorspannvorrichtung. Zu dieser gehören eine Lagerbuchse 55, die an dem Gehäuse 40 befestigt ist, und ein verstellbarer Bolzen 56 mit einer Platte 57. Zwischen dieser Platte 57 und der Klappe des Ventils 24 befindet sich eine Vorspannfeder 58.

Die atmosphärische Druckkammer 41 und die Vakuumkammer 42 werden durch eine Membran 60 voneinander getrennt. Die Membran 60 verstellt mittels einer Schubstange 62 das Ventil 24, wenn das über das Rohr 30 auf sie einwirkende Vakuum in der Einlaßsammelleitung 34 des Motors sich ändert. Um unerwünschte Verstellungen des Ventils 24 bei Änderungen des Motordurchsatzes auszuschalten, ist ein Ausgleichskolben 63 vorgesehen. Dessen auf das Druckgefälle zwischen der Atmosphäre und der Lufteintrittskammer 43 ansprechende Wirkfläche ist die gleiche wie an dem auf das Druckgefälle zwischen der Luftemtrittskammer 43 und der Luftaustrittskammer 44 ansprechenden Ventil 24.

Damit keine heißen Abgase in die Regelvorrichtung 22 und den Ausstoßwiderstand 26 gelangen können, ist in die Luftzuleitung 18 ein Rückschlagventil 65 eingeschaltet.

Die Arbeitsweise der Regelvorrichtung unter den verschiedenen Betriebzuständen läßt sich wie folgt zusammenfassen:

Vakuum	Betriebszustand	Stellung des Ventils 24
Unwirksam 0 bis 254 mm Hg 254 bis 356 mm Hg 356 bis 508 mm Hg 508 bis 610 mm Hg	Anlassen (automatische Anlaßkappe in Tätigkeit) Vollgas (Zusatzdüse für Vollgaseinspritzung in Tätigkeit) Beschleunigung oder Bergfahrt Reisegeschwindigkeit und Leerlauf (Leerlaufdüse in Tätigkeit oder nicht) Verlangsamung (Drosselklappe geschlossen)	geschlossen (kein Ausstoß) geschlossen (kein Ausstoß) (Fig. 5c) teilweise geöffnet (Fig. 5b) voll geöffnet (Fig. 5a) voll geöffnet

Diese Vakuumwerte mißt die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung und regelt in Abhängigkeit davon den Ausstoß eines Teiles der von der Pumpe 16 nach Maßgabe der Motordrehzahl geförderten Zusatzluft für den Nachbrenner.

Die Fig. 2a zeigt in einer grafischen Darstellung Kurven A, B, D und E für die bei den verschiedenen Betriebszuständen erforderliche Frischluft. Die Abszisse gibt die Motordrehzahl je Minute und die Ordinate die je Minute zusätzlich erforderliche Luftmenge an. Für ein und denselben Betriebszustand steigt die zusätzlich erforderliche Luftmenge mit der Motordrehzahl an. Die Kurvet gibt die beim Anlassen mit betätigter Anlaßklappe zusätzlich erforderliche Luftmenge an. Die Kurve B zeigt die zusätzlich erforderliche Luftmenge bei Vollgasbetrieb an. Der zusätzliche Luftbedarf bei Bergfahrt oder Beschleunigung ist durch die Schraffierung zwischen den Kurven B und D angedeutet. Die Kurve D stellt die zusätzlich erforderliche Luftmenge für Leerlauf und

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Reisegeschwindigkeit dar. Die Kurve D nähert sich verhältnis im Abgas stark schwankt, die richtige Zunicht dem Nullpunkt, da die Leerlaufdüsen moderner satzluftmenge zum Nachbrenner zu leiten bzw. ausVergaser bei geringer Geschwindigkeit eine Erhöhung zustoßen, ist der Ausstoßwiderstand 26 vorgesehen, des Gleichgewichtsverhältnisses des Motordurch- Die Kurven der F i g. 3 sind Kennlinien für den beim satzes bewirken. Die Kurve E gibt die zusätzlich er- 5 Ausstoß in der gesamten Ausstoßanordnung aufforderliche Luftmenge bei Verlangsamung an, wenn tretenden Widerstand. Die Abszisse zeigt die Ausdie Drosselklappe des Vergasers fast geschlossen ist. Stoßströmung in Raumeinheiten, und der über die

Die Kurve M (gestrichelt) zeigt die Leistung der gesamte Anordnung und deren Bestandteile gePumpe 16 in Abhängigkeit von der Motordrehzahl messene Druckabfall ist als Ordinate aufgetragen, an. Sie fällt beinahe mit der Kurve B für Vollgas- io Die Kurve / gibt die Kennlinien für den gewünschten betrieb zusammen. Das Ende des schraffierten Be- Gesamtströmungswiderstand der Ausstoßanordnung reiches zwischen den Kurven B und D (bei etwa (Reguliervorrichtung 22 und Ausstoßwiderstand 26) 110 km/h) gibt die Geschwindigkeit an, bei der bei an. Diese Kennlinie für den Strömungswiderstand Reisegeschwindigkeit die Zusatzdüse für Vollgasfahrt liefert in Verbindung mit der Kennlinie für die Pumin Tätigkeit tritt. i₅ penleitung M (F i g. 2 a) die für jede gegebene Motor-

Fig. 2b zeigt in einer grafischen Darstellung das drehzahl auszustoßende Luftmenge (Kurve N in Verhältnis zwischen Motordrehzahl und Motordurch- F i g. 2 a). Die Kurve K in F i g. 3 gibt den Drucksatz bei verschiedenen Betriebsbedingungen. Die abfall in der Reguliervorrichtung 22 an. Die Kurve L Abszisse zeigt die Motordrehzahl an und die Ordinate stellt das Druckgefälle zwischen den Kurven / und K den Motordurchsatz. Es soll angenommen werden, ao dar. Die Kurve L ist also die optimale Widerstandsdaß der Motor 10 mit 2500 Umdrehungen je Minute kennlinie für den Widerstand 26.
läuft. Gemäß Kurve M aus F i g. 2 a kann die Pumpe Als Ausstoßwiderstand 26 eignet sich beispiels-

16 bei dieser Drehzahl 25 Raumeinheiten liefern. weise ein Bündel Röhren, bei dem in einer etwa Die PunkteF', G' und H' in der Fig. 2b zeigen den 45 mm starken Röhre 66 (Fig. 1) eine Anzahl (bei-Motordurchsatz bei verschiedenen Betriebsbedingun- 25 spielsweise 368) Röhrchen 68 angeordnet sind, die gen mit 2500 Umdrehungen je Minute an. Aus F i g. 2 eine geradlinige öffnung mit einem Durchmesser von entnimmt man, daß die zusätzlich erforderliche Luft- 1,1 mm besitzen und einen Teil der Röhre 66 (beimenge bei Reisegeschwindigkeit und 2500 Um- spielsweise 190 mm) ausfüllen. Bei dieser Anordnung drehungen je Minute vier Einheiten beträgt, während tritt in dem Ausstoßwiderstand 26 bei geringem Aussie bei Vollgas 26 und bei Verlangsamung 10 Ein- 30 stoß Laminarströmung auf, und es besteht eine heiten beträgt. Der aus Kurve la zu entnehmende lineare Beziehung zwischen dem Volumen der Aus-Unterschied zwischen der Pumpenleitung (Kurve M) Stoßströmung und dem Druckabfall. Bei großen Aus- und dem zusätzlichen Luftbedarf für Leerlauf und stoßmengen tritt im Widerstand 26 turbulente Strö-Reisegeschwindigkeit gemäß Kurve D stellt diejenige mung auf, so daß zwischen dem Volumen der Aus-Luftmenge dar, die durch das Ventil 24 ausgestoßen 35 Stoßströmung und dem Druckabfall im Widerstand werden soll. Diese Menge ist durch die Kurve N in 26 eine quadratische Beziehung herrscht. Bei dem F i g. 2 a angezeigt. besprochenen Widerstand erfolgt der Übergang von

Der Bolzen 56 der Regelungsvorrichtung 22 läßt der laminaren in eine turbulente Strömung bei einer sich so einstellen, daß die Klappe des Ventils 24 mittleren Ausstoßmenge. Auf diese Weise kann man durch die Feder 58 bei einem Vakuum von etwa 40 dem Ausstoßwiderstand das gewünschte Verhalten 254 mm Quecksilbersäule oder weniger, wie es bei gemäß der Widerstandskennlinie L aus F i g. 3 geben. Vollgas vorliegt, vollständig geschlossen ist. Dann Die Wirkungsweise des Ausstoßwiderstandes 26

wird keine Luft nach außen abgeführt, und die ge- wird jetzt noch an Hand der Fig. 4a und 4b ersamte Leistung der Pumpe wird dem Nachbrenner läutert, welche die Geschwindigkeitsänderungen in 12 zuströmen. Wenn die Pumpe 16 so geeicht ist, 45 Längsrichtung bei laminarer bzw. turbulenter Strödaß sie genau diejenige Frischluftmenge liefert, die mung in einer Röhre 68 veranschaulichen. Der bei Vollgasbetrieb zusätzlich erforderlich ist, also Druckabfall nimmt mit der Geschwindigkeit (oder beispielsweise ein Sechstel des Motordurchsatzes, Strömungsmenge) so lange linear zu, wie die Ströwird eine vollständige Verbrennung des Abgases ge- mung laminar ist, also die Reynoldsche Zahl unter währleistet. Die Feder 58 ist so gewählt, daß sie das 50 dem kritischen Wert von etwa 2000 bleibt. Bei ÜberVentil 24 allmählich aufgehen läßt, wenn das Vakuum schreitung dieses Wertes wird die Strömung turbumm Quecksilbersäule übersteigt, und bei einem lent. Die Vektoren 70 in Fig. 4a zeigen die GeVakuum von 356 mm Quecksilbersäule öffnet das schwindigkeitsverteilung bei linearem Widerstand Ventil 24 dann ganz. Bei Reisegeschwindigkeit, Leer- (Laminarströmung), während die Vektoren 70' in dauf und Verlangsamung ist also das Ventil 24 jeweils 55 Fig. 4b die turbulente Strömung veranschaulichen, ganz offen. Hier erfolgt am Innenrand der Röhre 68 ein

Im allgemeinen haben Verbrennungsmotoren bei größeres Geschwindigkeitsgefälle.
Reisegeschwindigkeit einen wesentlich größeren F i g. 6 zeigt eine andere Ausführungsmöglichkeit

Motordurchsatz als bei Verlangsamung. Dieser für das Ventil in der Regulierungsvorrichtung 22. größere Motordurchsatz, der in Fig. 2b gezeigt ist, 60 Dieses andere Ausführungsbeispiel ist ein Schmetterverursacht einen größeren Durchsatz im Nachbrenner lings- oder Flügelventil 74, das mit Hilfe einer Feder 12 und läßt daher den Gegendruck im Nachbrenner 58' drehbar um eine Achse 75 angeordnet ist und steigen. Die den Ausstoßwiderstand 26 durch- mittels einer Schubstange 62 angetrieben wird. Da strömende Luftmenge ist daher für jede gegebene der Druck, der auf die gegenüberliegenden Flügel Geschwindigkeit bei Reisegeschwindigkeit größer als 65 ausgeübt wird, bei geöffnetem oder geschlossenem bei Verlangsamung. Um nun auch bei diesen Be- Ventil 74 im wesentlichen gleich ist, braucht man triebszuständen, bei denen die Klappe des Ventils 24 hier keinen Ausgleichskolben 63 wie in F i g. 1.
an sich ganz geöffnet ist, aber das Gleichgewichts- Die Arbeitsweise der beschriebenen Vorrichtung

läßt sich dahingehend zusammenfassen, daß dem Nachbrenner zusätzliche Luft nach Maßgabe des Motordurchsatzes und des Gleichgewichtsverhältnisses des Luft-Kraftstoff-Gemisches zugeführt wird. Die Pumpe 16 liefert die bei jeder Motordrehzahl 5 erforderliche Maximalmenge an Zusatzluft, .und die Reguliervorrichtung 22 stößt einen Teil der von der Pumpe gelieferten Luft in Abhängigkeit von Bestimmungsgrößen für die verschiedenen Betriebsarten aus. Dabei berücksichtigt sie das Gleichgewichtsverhältnis des Luft-Kraftstoff-Gemisches und den Motordurchsatz. Es ist auch möglich, mit einer nicht unmittelbar angetriebenen Pumpe zu arbeiten, die selbst bereits die jeweils erforderliche Luftmenge liefert.

So ist es möglich, zwischen dem Motor 10 und der Pumpe 16 eine verstellbare Schlupfkupplung anzuordnen, die in Übereinstimmung mit dem Gleichgewichtsverhältnis des Motordurchsatzes geregelt wird. Hierfür eignet sich eine Wirbelstromkupplung oder auch ein Riemenantrieb mit stetig veränderlichem Übersetzungsverhältnis. Man kann auch eine verstellbare hydrostatische Pumpe verwenden. In allen diesen Fällen wird die Geschwindigkeit bzw. Verdrängung der Pumpe zur Anpassung an den jeweiligen Luftbedarf variiert.

Andere Möglichkeiten bestehen darin, den Pumpendurchsatz in Übereinstimmung mit dem Gleichgewichtsverhältnis zu drosseln oder mit einer Pumpe für die minimale Luftmenge und einer in Überein-Stimmung mit dem Gleichgewichtsverhältnis geregelten Zusatzpumpe zu arbeiten. Man kann auch eine durch die Lichtmaschine eines Automobils angetriebene Pumpe mit Elektromotor verwenden. Die Geschwindigkeit des Elektromotors kann leicht in Übereinstimmung mit dem Motordurchsatz und dem Gleichgewichtsverhältnis geregelt werden.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Regulierung der Menge der zuzumischenden Luft zu den noch nachzuverbrennenden Abgasen von Brennkraftmaschinen mit einer in Abhängigkeit vom Gemischdurchsatz angetriebenen Pumpe zur Förderung der zuzumischenden Luft und einer in die Abgasleitung mündenden Luftzuleitung, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelungsvorrichtung (22) mit der Luftzuleitung (18) über ein Rohr (20) und mit der Atmosphäre über ein durch eine Membran (60) bewegtes Ventil (24) verbunden ist, wobei auf der einen Seite der Membran (60) des Ventils (24) eine Leitung (30) zur Einlaßsammelleitung (34) der Brennkraftmaschine und auf deren anderen Seite eine Öffnung (50) zur Atmosphäre mündet.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein zwischen die Einlaßsammelleitung (34) und die mit der Einlaßsammelleitung (34) verbundene und auf der einen Seite der Membran mündende Leitung (30) geschaltetes zweites Ventil (32), welches mechanisch mit der automatischen Startklappe (35) der Brennkraftmaschine verbunden ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem durch die Membran (60) betätigten Ventil (24) der Regelungsvorrichtung (22) ein Ausstoßwiderstand (26) aus einem Bündel von Röhren (68) nachgeschaltet ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen