DE1626014C3 - Einrichtung zur Nachverbrennung der Abgase von Brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

a) an jeweils eine Auspuffsammelleitung (11, 12) sind nur diejenigen Zylinder angeschlossen, deren Auslaßventilöffnungszeiten sich nicht oder nicht wesentlich überschneiden,

b) die Auspuffsammelleitungen sind so in das Mischrohr (13) des Injektors mündend zusammengefaßt, daß die Abgasströme alternierend als Treibstrahl für die Abgase der im Ladungswechsel befindlichen Zylinder wirken,

c) dem in das Mischrohr (13) eintretenden Abgasstrom ist zentral (Austrittsöffnung 18) nur die zur sicheren Selbstzündung der im Abgas enthaltenen brennbaren Schad- und Giftstoffe benötigte Zusatzluftmenge zugeführt,

d) die weitere Zufuhr von Zusatzluft, am Umfang des Abgasstromes, ist so weit stromabwärts angeordnet, daß die an der zentralen Zuführung eingeleitete Nachverbrennung nicht behindert wird.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die zentral zugeführte Zusatzluft eine Vorwärmung vorgesehen ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß für die zentrale Zusatzluft in der Anfahrphase des Motors Anreicherung mit einem die Zündtemperatur erniedrigenden Medium vorgesehen ist.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß selbsttätige Regelung der Zusatzluftzufuhr in Abhängigkeit von der Abgastemperatur vorgesehen ist.

auch keinen Diffusor. Dabei wird zwar die Sogwirkung mit zunehmender Motorleistung entsprechend dem zunehmenden Durchsatz stärker und die von der Injektorvorrichtung angesaugte Luftmenge größer, es erhöht sich aber auch der Abgasgegendruck wesentlich. Demgemäß wird auch die Ausschubarbeit größer, und es wird infolge der unvollständigen Entleerung der Zylinder Energie für die Restgasverdichtung verzehrt. Entsprechend dem Restgasvolumen

ίο wird auch das Volumen der einströmenden Frischluftmenge verringert. Die zurückbleibenden heißen Restgase erhöhen zudem die Gefahr einer klopfenden Verbrennung. Damit erreichen Motoren mit den bekannten Injektoren zur Nachverbrennung nicht mehr die ursprüngliche Leistung, so daß derartige Einrichtungen praktisch keine Verbreitung gefunden haben. Für Motoren mit Überschneidung der Öffnungszeiten des oder der Ein- und Auslaßventile eines jeden Zylinders, d. h. mit Spülung bei gleichzeitig offenem Ein- und Auslaßventil, sind die bekannten Einrichtungen noch weniger geeignet, da der von ihnen erzeugte hohe Abgasgegendruck nicht nur eine Spülung verhindert, sondern unter Umständen sogar Abgase in die Saugleitung drückt. Dieser Mangel ist auch bei der Anordnung nach der deutschen Auslegeschrift 12 51 083 nicht behoben, bei der bereits Sekundärluft teils zentral, teils am Umfang des Injektors in den Abgasstrom eingeführt wird.

Andererseits ist es bekannt, möglichst nahe am Auspuffventil Luft in den Abgasstrom zuzuführen, um dadurch die brennbaren Bestandteile der Abgase zu oxydieren und somit zu entgiften. Hierbei ist jedoch zusätzlich eine Luftpumpe und entsprechender Energieaufwand erforderlich.

Allen bekannten Nachbrenneinrichtungen haftet darüber hinaus der Mangel an, daß die Abgastemperatur infolge der frei werdenden Wärmemengen zu hoch wird, so daß die nachgeschalteten Vorrichtungen (z. B. Katalysatoren, Schalldämpfer u. dgl.) in Mitleidenschaft gezogen werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ohne Leistungseinbuße für die Brennkraftmaschine und ohne komplizierte zusätzliche Regelorgane, mit geringem Bauaufwand eine betriebssichere Nachverbrennungseinrichtung unter bestmöglicher Ausnutzung der Abgasenergie zu schaffen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Kombination folgender Merkmale gelöst:

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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Nachverbrennung der Abgase von insbesondere freisaugenden, Viertaktbrennkraftmaschinen, mit einem Injektor, dem die Motorabgase als Treibmittel zum Ansaugen von Zusatzluft auf der Umgebung zügeleitet sind, wobei diese Zusatzluft dem Abgasstrom teils zentral, teils am äußeren Umfang des Injektors zugeleitet und mit den Abgasen vermischt wird.

Es ist bereits bekannt, die Abgase einzelner Zylinder oder des ganzen Motors als Treibmittel eines Injektors zu verwenden (vgl. z. B. deutsche Patentschriften 1 87 613 und 2 33 888), um damit Luft anzusaugen, die entweder als Verbrennungsluft für die Nachverbrennung oder als Mischluft zum Konstanthalten der Abgastemperatur für ein nachgeschaltetes Filter dient (deutsche Auslegeschrift 10 71418). Diese bekannten Ausführungen weisen in der Regel nur eine einzige Treibdüse auf und haben vereinzelt

a) an jeweils eine Auspuffsammelleitung sind nur diejenigen Zylinder angeschlossen, deren Auslaßventilöffnungszeiten sich nicht oder nicht wesentlich überschneiden,

b) die Auspuffsammelleitungen sind so in das Mischrohr des Injektors mündend zusammengefaßt, daß die Abgasströme alternierend als Treibstrahl für die Abgase der im Ladungswechsel befindlichen Zylinder wirken,

c) dem in das Mischrohr eintretenden Abgasstrom ist zentral nur die zur sicheren Selbstzündung der im Abgas enthaltenen brennbaren Schad- und Giftstoffe benötigte Zusatzluftmenge zugeführt,

d) die weitere Zufuhr von Zusatzluft, am Umfang des Abgasstromes, ist so weit stromabwärts angeordnet, daß die an der zentralen Zuführung eingeleitete Nachverbrennung nicht behindert wird.

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Die Merkmale a) und b) sind dabei an sich be- 17 steht an seinen Enden in offener Verbindung mit

kannt als Maßnahmen zur Verbesserung des La- dem Hohlmantel 19, der durch die Einlaßöffnungen

dungswechsels einer mehrzylindrigen Brennkraft- 20 mit der Umgebungsluft verbunden ist. Weiter

maschine. Der Erfindung liegt demgegenüber die Er- stromabwärts ist der Hohlmantel 19 durch den

kenntnis zugrunde, daß mit den sich wechselseitig 5 Ringspalt 21 mit dem Inneren des Mischrohres 13

fördernden Abgasströmen im Mischrohr zusätzlich verbunden, an dessen Austrittsende noch weitere Ge-

ein solches Druckgefälle erzeugt werden kann, daß rate zur Behandlung der Abgase (z. B. Schalldämp-

so große Luftmengen aus der Umgebung angesaugt fer, Filter) oder zur Verwertung der Abgase (z. B.

werden können, die nicht nur zur vollständigen Ver- Abgasheizungen, Turbolader u. dgl.) angeordnet sein

brennung der Abgase, sondern auch zu deren Küh- io können,

lung auf erträgliche Temperaturen ausreichen. Die Arbeitsweise dieser Einrichtung ist wie folgt:

Im folgenden wird die Erfindung an einem Aus- Bei Beendigung des Expansionstaktes (etwa einige

führungsbeispiel erläutert. In der Zeichnung zeigen Grad Kurbelwinkel vor dem unteren Totpunkt) bei-

in schematischer Darstellung spielsweise des Zylinders 5 öffnet das Auslaßventil

F i g. 1 eine 6-Zylinder-Brennkraftmaschine mit 15 dieses Zylinders, wobei durch den Auslaßstoß eine

einer Nachbrenn-Einrichtung nach der Erfindung, die Auspuffsammelleitung 12 durcheilende Druck-

F i g. 2 einen Axialschnitt durch einen Injektor- welle ausgelöst wird, die beim Eintritt in das Misch-

Nachbrenner nach der Erfindung, rohr einen kräftigen Sogimpuls erzeugt. Dieser Sog-

F i g. 3 einen Schnitt längs Linie III-^III der impuls bewirkt nicht nur das Ansaugen von Um-

F i g. 2 und ₂₀ gebungsluft durch die Öffnungen 20, Hohlmantel 19,

F i g. 4 einen Schnitt längs Linie IV-^IV der Austrittsöffnung 18 und Ringspalt 21, er tritt auch

F i g. 2. in die Auspuffsammelleitung 11 über und eilt zu dem

In F i g. 1 sind mit 1, 2, 3, 4, 5, 6 die Zylinder des Zylinder, der kurz vor Beendigung des Ausschalt-

Motors 7 bezeichnet, dem die Verbrennungsluft durch taktes steht, in dieser Betriebsphase also zum Zylin-

das Luftsammeirohr 8 und die Saugleitungen 9, 10 25 der 1. Dadurch wird auch der Ladungswechsel dieses

zugeführt wird. Ebenso wie die Saugleitungen 9, 10 Zylinders gefördert.

sind auch die mit guter Wärmeisolierung versehenen Die angesaugte Umgebungsluft wird nun einerseits

Auspuffsammelleitungen 11,12 an je drei Zylinder 1, zentral in die im Mischrohr 13 zusammengeführten

2, 3 bzw. 4, 5, 6 angeschlossen. Bei der gewählten Abgasströme der Leitungen 11, 12 bzw. Düsen 15,

Zündfolge 1-5-3-6-2-4 sind dies also diejenigen Zy- 30 16 eingeführt, und zwar in einer solchen Menge, daß

linder, deren Auslaßventilöffnungszeiten sich nicht die Selbstzündung gesichert ist, d. h. es darf durch

oder nicht wesentlich überschneiden. die zentrale Zusatzluft keine Abkühlung des Ge-

Beide Auspuffsammelleitungen 11, 12 münden in misches unter die Zündtemperatur eintreten. Um undas Mischrohr 13 der nach dem Strahlpumpenprinzip nötige Abkühlung zu vermeiden, ist die Nachbrennarbeitenden Nachverbrennungsvorrichtung 14, die in 35 vorrichtung in diesem Bereich auch mit einer guten Fig. 2 im größeren Maßstabe wiedergegeben ist. Wärmedämmung versehen. Außerdem ist der Ring-Diese Vorrichtung weist am Eintrittsende die Treib- spalt 21 so weit stromabwärts angeordnet, daß die düsen 15,16 auf, von denen Düse 15 an die Auspuff- durch die zentrale Zusatzluft eingeleitete Nachversammelleitung 12 und Düse 16 an die Auspuffsammei- brennung nicht behindert, das Gemisch also nicht leitung 11 angeschlossen ist. An diese Düsen schlie- 40 unzulässig gekühlt oder seine Konzentration verrinßen sich das Mischrohr 13 und der Diffusor 22 an. gert wird.

Die Treibdüsen 15, 16 sind durch den hohlen Steg Um besonders bei Motoren mit mittlerer oder ge-17 voneinander getrennt, der von aus der Umgebung ringer Drehzahl die Abgase schnell auf die Zündangesaugter Zusatzluft durchströmt wird und dessen temperatur zu bringen, können noch bekannte Mit-Austrittsöffnung 18 düsenförmig verjüngt ist. Der 45 tel zur Erniedrigung der Zündtemperatur zur An-Austrittsquerschnitt der Öffnung 18 ist dabei so be- Wendung gelangen, mit denen vorzugsweise die zenmessen, daß bei dem im Betrieb sich einstellenden trale Zusatzluft angereichert wird. Um die Abküh-Druckgefälle dem in das Mischrohr eintretenden lung der Abgase beim Start und in der Anfahrphase Abgasstrom zentral nur die zur sicheren Selbstzün- zu vermeiden, kann ferner die Zusatzluftmenge in dung der im Abgas enthaltenen Schad- und Giftstoffe 50 Abhängigkeit von der Abgastemperatur, bzw. einer benötigte Luftmenge zugeführt wird. Der hohle Steg dieser proportionalen Temperatur, geregelt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Nachverbrennung der Abgase von Viertakt-Brennkraftmaschinen, mit einem Injektor, dem die Motorabgase als Treibmittel zum Ansaugen von Zusatzluft aus der Umgebung zugeleitet sind, wobei diese Zusatzluft dem Abgasstrom teils zentral, teils am äußeren Umfang des Injektors zugeleitet und mit den Abgasen vermischt wird, gekennzeichnet durch die Kombination folgender, teilweise bekannter Merkmale: