DE2201739A1

DE2201739A1 - Abgasentgiftungsanlage

Info

Publication number: DE2201739A1
Application number: DE19722201739
Authority: DE
Inventors: Konrad Dr Dipl-Ing Eckert
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1972-01-14
Filing date: 1972-01-14
Publication date: 1973-07-26
Also published as: GB1357311A; US3945802A; JPS4878315A

Description

R. 690 10.1.1972 Kh/Kf

Anlage zur Patent* und

Gebrauchsmusterhilfs-Anmeldung

ROBEHT BOSCH GMBH, 7 Stuttgart 1 Abgasentgiftungsanlage

Die Erfindung bezieht sich auf eine Abgasentgiftungsanlage für Brennkraftmaschinen mit mindestens einem Reaktor und einen Heizbrenner in der Abgasleitung.

Brennkraftmaschinen enthalten in ihrem Abgas unter anderem Kohlenmonoxid, Stickoxide und unverbrannte oder teilverbrannte Kohlenwasserstoffe, die zu einer beträchtlichen Verunreinigung der LuTt führen. Eine Abgasentgiftungsanlage dieser Art (siehe deutsche Patentschrift *»7o 389) bedient sich dreier Maßnahmen, nämlich erstens, daß die Gase mit einem Oxydationsmittel ge- nischt werden, zweitens, daß ihre Verbrennung durch eine äußere Wärmequelle eingeleitet wird, und drittens, daß diese Verbrennung durch Wärme fortgesetzt und aufrechterhalten wird, die aus den

309830/0644 - 2 -

Robert Bosch GmbH R. 69O Xh/Kf

Stuttgart

brennenden Gasen unter den Einfluß eines Katalysators entnommen wird. Diese Anlage besteht aus einer Verbrennungskammer, in die die Abgasleitung einmündet, und einer Luftkancaer, die die Verbrennungskammer umgibt. Stromaufwärts der Verbrennungskanmer befindet sich in der Abgasleitung ein Katalysator, vor dem eine Zündkerze und ein Injektor angeordnet ist, der je nach Stellung entsprechender Ventile wahlweise ein Kohlenstoff-Luftgemisch oder vorerhitzte Luft in die Abgasleitung einsaugt. Beim Start der Brennkraftmaschine wird der Katalysator über das gezündete Kohlenwasserstoff gemisch erhitzt, und nachdem die Verbrennungskammer eine gewisse Temperatur erreicht hat, die ausreicht, um die Luft in der Luftkamraer auf eine bestimmte Temperatur zu bringen, wird die Kohlenwasserstoffgemischzufuhr abgeschaltet und die vorerhitzte Luft dem Abgasstrom beigemischt, dessen schädliche Bestandteile dann unter 'Mitwirkung des Katalysators und Aufrechterhaltung der Katalysatortemperatur umgewandelt werden.

Die Verschärfung der Begrenzung giftiger Abgasbestandteile von Brennkraftmaschinen macht es erforderlich, die Aufheizung dahingehend zu verbessern, daß die Zeit zur Erreichung der erforderlichen Betriebstemperatur der Abgasentgiftungsanlage wesentlich verkürzt wird. Dies ist deshalb von großer Bedeutung, da nach den zukünftigen Testmethoden die Emissionen vom Start an gemessen werden und mit dem Durchfahren der Testzyklen schon kurz nach dem Start der Brennkraftmaschine begonnen wird. Während des Warmlaufes geht also auch die Emission giftiger Abgasbestandteile des Heizbrenners selbst in die Meßergebnisse mit ein.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Abgasentgiftungsanlage zu schaffen, die während des Warmlaufes der Brennkraftmaschine bereits optimale Abgaswerte liefert.

309830/0644

Robert Bosch GmbH R. 690 Kh/Kf

Stuttgart

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die dem Heizbrenner zugeführte Luftmen^e durch ein Luftregel- ventil unabhängig vom Gegendruck am Heizbrenner und der Förderleistung der Luftpumpe auf einen konstanten Wert einregelbar ist.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist derart, daß das bewegliche Ventilteil des Luftregelventils durch eine Membran betätigt wird, die auf ihrer einen Seite vom Luftdruck im engsten. Querschnitt einer in Strömungsrichtunc vor dem be weglichen Ventilteil in der Brennerluftleitung angeordneten Venturi-Düse und der Kraft einer Feder und auf der anderen Seite vom Luftdruck stromabwärts der Venturi-Düse und strom aufwärts des beweglichen Ventilteils beaufschlagbar ist und, daß als bewegliches Ventilteil des Luftregelventils eine Drosselklappe dient und die Menbran zusätzlich einen Schalter betätigt, der bei zu geringer Luftdurchströmnen^e in der Brennerluftleitung den Steuerstrom zu einem in der Brennerkraft stoffleitung angeordneten Magnetventil und damit den Kraftstoffstrom zum Heizbrenner unterbricht.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die dem Heizbrenner zügeführte Kraftstoffmenge durch ein Kraftstoffregelventil auf einen konstanten Wert einregelbar ist, wobei das Kraftstoffregelventil als Membran-Differenzdruckventil ausgebildet ist, dessen beide durch die Membran voneinander getrennte Kammern durch einen Kanal mit einer querschnittsänderbaren Drossel verbunden sind.

Eine andere Ausgestaltung der Erfindung ist, daß in der Brennerluftleitung ein durch einen Temperaturfühler gesteuer-

309830/06U

Robert Bosch GmbH R. 690 Kh/Xf

Stuttgart

tes Luftsteuerventil angeordnet ist, das nach Erreichen der Betriebstemperatur eines Reaktors die Brennerluftleitung unterbricht und eine Sekundärluftleitung zum Reaktor öffnet.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

Bei der in der Figur dargestellten Abgasentgiftungsanlage strömt das Abgas in Pfeilrichtung 1, von einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine herkommend, in einen Reaktor 2 der mit einem wärmespeichernden Material oder einem Xatalysatormaterial ausgekleidet sein kann und zum Beispiel der Stickoxid-Reduktion dient. Zur Aufheizung des Reaktors 2 auf die Betriebstemperatur dient ein Heizbrenner 3, dessen Kraftstoffdüse M mit einer Brennerkraftstoffleitung 5 verbunden ist, die während dem Stillstand der Brennkraftmaschine oder nach Beendigung der Warmlauf-?hase von einem Magnetventil 6 unterbrochen wird. Sine Kraftstoffpumpe 7 saugt aus einem Kraftstoffbehälter 8 Kraftstoff und fördert diesen in die Brennerkraftstoffleitung 5> wobei durch ein Kraftstoffregelventil 9 eine konstante Durchströmmenge zur Kraftstoffdüse Ί einregelbar ist. Das Kraftstoffregelventil 9 enthält eine Membran 10, die zwei Kammern 11 und 12 voneinander trennt. Die Kammern 11 und 12 verbindet ein Kanal 13, dessen Querschnitt durch eine Drossel 14 veränderbar ist. Das Kraftstoffregelventil 9 ist als Flachsitzventil mit einer Membran 10 als beweglichem Ventilteil und einem festen Ventilsitz 15 ausgebildet. Außer Betrieb des Heizbrenners 3 hält eine Feder 16 das Kraftstoffregelventil 9 in Offen-Stellung. Von der 3rennerkraftstoffleitung 5 zweigt eine Rücklaufleitung 17 ab, in die ein Druckbegrenzungsventil 18 geschaltet ist.

- 5 309830/0644

Robert Bosch GmbH R. 690 Kh/Xf

Stuttgart

Die Luftzufuhr zum Heizbrenner 3 erfolgt über eine Brennerluftleitung 20 durch eine Luftpumpe 21. Zur Zündung des Kraftstoff -Luft genisches am Heizbrenner 3 ist in der Nähe des Heizbrenners eine Zündkerze 19 angeordnet. Der Luftstrom in der Brerinerluftleitung wird durch ein Luftregelventil 22 konstant gehalten. Hierfür wirkt außer einer Federkraft 23 über einen Kanal 2Ί der Luftdruck im engsten Querschnitt einer Venturi-Düse 25 auf die eine Seite einer Hembran 26, und auf die andere Seite der Luftdruck in der Brennerluftleitung 20 stromabwärts der Venturi-Düse 25. Die Membran 26 betätigt über ein Gestänge 27 eine Drosselklappe 28 in der Brennluftleitung und gleichzeitig einen Schalter 29, der im Stromkreis des Magnetventiles 6 angeordnet ist.

Stromabwärts der Luftpumpe 21 ist ein elektromagnetisch gesteuertes Luftsteuerventil 30 angeordnet, das von einem nicht dargestellten Temperaturfühler gesteuert wird und während der V/armlauf-Phase bis zum Erreichen der Betriebstemperatur des Reaktors den Luftstrom von der Luftpumpe in die Brennerluftleitung freigibt. I3t die Betriebstemperatur des Reaktors erreicht, so unterbricht das Luftsteuerventil 30 den von der Luftpumpe 21 geförderten Luftstrom zur 3rennerluftleitung 20 und leitet gleichzeitig den Luftstrom in die bisher gesperrte SekundMr-Luftleitung 31. Die Sekundär-Luftleitung 31 mündet in ein Zwischenrohr 32 der Abgasleitung stromabwärts des Reaktors 2. An das Zwischenrohr schließt sich ein weiterer Reaktor 33 an, in dem sich zum 3eispiel die Oxydation des Kohlenmonoxids und der unverbrannten oder teilverbrannten Kohlenwasserstoffe anschließt.

Die Wirkungsweise der Abgasentgiftungsanlage ist folgende:

30 Π 830/0644

Robert Bosch GmbH R. 690 Kh/Kf

Stuttgart

Um zur Abgasentgiftung in möglichst kurzer Zeit nach dem Start der Brennkraftmaschine einen reaktionsfähigen Reaktor zu haben, ist dem Reaktor 2 ein Heizbrenner 3 vorgeschaltet, der den Reaktor 2 auf Betriebstemperatur erhitzt. Erfindunrrsgemäß wird im Keizbrenner 3 durch die Zündkerze 19 ein konstantes Kraftstoff-Luft-Gemisch gezündet. Die Verbrennungsluft für den Heizbrenner 3 strömt während der Aufheiz-Phase des Reaktors 2 über das Lüftsteuerventil 30, das von einem Temperaturfühler gesteuert während dieser Phase den Luftstrom zur Sekundär-Luftleitung 31 sperrt, in die Brennerluftleitung 20. Um unabhängig vom Gegendruck am Heizbrenner 3 und von der Förderleistung der Luftpumpe 21 eine konstante Luftrcenge zumessen zu können, ist in der Brennerluftleitung 20 eine Drosselklappe 28 angeordnet, die in Abhängigkeit von der Luftmenge bzw. der Druckdifferenz am Venturi-Rohr 25 durch die Membran 26 gesteuert wird. Ist die durchströmende Luftmenge geringer als die zur Verbrennung am Heizbrenner erforderliche Soll-Luftmenge, so wird die Drosselklappe 28 über ein Gestänge durch die Feder 23 in Offen-Stellung gehalten und gleichzeitig der Stromkreis des Magnetventils 6 durch den Schalter 29 unterbrochen. Unterschreitet die Luftnenge in der Brennerluftleitung 20 also eine bestimmte Luftmenge, so wird sofort der Kraftstoffstrom zum Heizbrenner gestoppt. Das Magnetventil 6 arbeitet vorzugsweise mit einer Einschaltverzögerung aber ohne Abschaltverzögerung.

Um gleichzeitig zur konstanten Luftmenge auch eine konstante Kraftstoffmenge zumessen zu können, ist in die Brennerkraftstoff leitung 5 ein Kraftstoffregelventil 9 eingeschaltet, das als Membran-Differenzdruck-Ventil arbeitet und an dem mit der Drosselschraube 14 eine gewünschte Kraftstoffmenge einstellbar ist. Somit läßt sich also entweder durch Verändern

309830/0644 - 7 -

Robert Bosch GmbH R. 69O Kh/Kf

Stuttgart

der Federvorspannung 23 am Luftregelventil 22 oder durch Verändern der Drosselstellung 1*1 an Kraftstoffregelventil 9 ein Kraftstoff-Luft-Gemisch einstellen, das bei Verbrennung durch den Heizbrenner 3 ein annähernd von schädlichen Bestandteilen freies Abgas ergibt.

Hat der Reaktor 2 seine Betriebstemperatur erreicht, so steuert ein nicht dargestellter Temperaturfühler das Luftsteuerventil 30 derart, daß es den Luftstrom in die Brennerluftleitung 20 sperrt und gleichzeitig den Luftstrom von der Luftpumpe 21 in die bis dahin gesperrte Sekundär-Luftleitung 31 leitet, um die weitere Oxydation des Kohlenmonoxids und der unverbrannten oder teilverbrannten Kohlenwasserstoffe in dem Reaktor 33 zu ermöglichen.

309830/0644

Claims

Robert Bosch GmbH R. 690 Kh/Kf

Stuttgart 10.1.1972

Ansprüche

Abgasentgiftungsanlage für Brennkraftmaschinen mit mindestens einem Reaktor und einem Heizbrenner in der Abgasleitung, dadurch gekennzeichnet, daß die den Heizbrenner (3) zugeführte Luftmenge durch ein Luftreselventil (22) unabhängig vom Gegendruck am Heizbrenner (3) und der Förderleistung der Luftpumpe (21) auf einen konstanten Wert einregelbar ist.

2. Abgasentgiftungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegliche Ventilteil (28) des Luftregelventils (22) durch eine Membran (26) betätigt wird, die auf ihrer einen Seite vom Luftdruck im engsten Querschnitt einer in Strömungsrichtung vor dem beweglichen Ventilteil (28) in der Brennerluftleitung (20) angeordneten Venturi-Düse (25) und der Kraft einer Feder (23) und auf der anderen Seite vom Luftdruck stromabwärts der Venturi-Düse (25) und stromaufwärts des beweglichen Ventilteils (28) beaufschlagbar ist.

3. Abgasentgiftungsanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als bewegliches Ventilteil (28) des Luftregelventiles (22) eine Drosselklappe (28) dient.

309830/0644 " ⁹ "

Robert Bosch GmbH R. 690 Kh/Kf

Stuttgart

*l. Abgasentsiftungsanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (26) des Luftregelventiles (22) zusätzlich einen Schalter (29) betätigt, der bei zu geringer Luftdurchströmmenge in der Brennerluftleitung; (20) den Strom kreis zu einem in der Brennkraftstoffleitung (5) angeordneten Magnetventil (6) und damit den Kraftstoffstrom zum Heizbrenner (3) unterbricht.

5. Abgasentgiftungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die den Heizbrenner (3) zugeführte Xraftstoffmenge durch ein Kraftstoffregelventil (9) auf einen konstanten Wert einregelbar ist.

6. Abgasentgiftungsanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Kraftstoffregelventil (9) als Membran-Differenzdruckventil ausgebildet ist, dessen beide durch die Membran (10) voneinander getrennte Kammern (11, 12) durch einen Kanal (13) mit einer querschnittsänderbaren Drossel (Ik) verbunden sind.

7· Abgasentgiftungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Brennerluftleitung ein durch einen Temperaturfühler gesteuertes Luftsteuerventil (30) ange-.ordnet ist, das nach Erreichen der Betriebstemperatur eines Reaktors die Brennerluftleitung (20) unterbricht und eine Sekundär-Luftleitung (3D zum Reaktor öffnet.

309830/0644

Leerseite