DE2434393A1

DE2434393A1 - Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2434393A1
Application number: DE2434393A
Authority: DE
Inventors: Takao Okura; Yoshitaoshi Sakurai; Minoru Tanaka
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1973-07-18
Filing date: 1974-07-17
Publication date: 1975-02-13
Also published as: BR7405892D0; SE409048B; JPS5035522A; ES428374A1; SU721012A3; NL162173B; FR2238042A1; CH576585A5; SE7409354L; DE2434393B2; BE817765A; AU7137974A; FR2238042B1; IT1016453B; SU915814A3; US3965881A; NL162173C; AU476840B2; CA1026180A; DD117104A5

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. EWeickmann,

Dipl.-Ing. H.Weickmann, Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke Dipl.-Ing. F. A.Weιckmann, Dipl.-Chem. B. Huber

8 MÜNCHEN 86, DEN 2434393

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KABUSHIKI KAISHA möhlstrasse 22, rufnummer 983921/22

5» 5-chome, Yaesu, Chuo-ku Tokyo 104 / Japan

Brennkraftmaschine

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern, die jeweils eine Hauptverbrennungskammer sowie eine damit über einen Flammkanal verbundene, eine Zündkerze enthaltende Hilfsverbrennungs« kammer umfassen, mit ventilgesteuerten Hauptzuführungskanälen für mageres Kraftstoff-Luftgemisch in die Hauptverbrennungskammern, mit ventilgesteuerten Hilfszuf ührungskanälen für fettes Kraftstoff-Luftgemisch in die Hilfsverbrennungskammern und mit einem an jede Hauptverbrennungskammer angeschlossenen ventilgesteuerten Abgaskanal.

Beim Betrieb einer derartigen Brennkraftmaschine zündet die in der Hllfsverbrennungskammer angeordnete Zündkerze ein relativ fettes Gemisch, wodurch eine Flamme strahlartig durch den Flammkanal in die Hauptverbrennungskammer geleitet wird und dort ein relativ mageres Gemisch zündet· Die Erfindung befasst sich nun mit der Verringerung schädlicher Bestandteile in den Abgasen einer derartigen Brennkraftmaschine.

Bisher Übliche Abgassteuvrungen arbeiten mit einer Luftpumpe, die Sekundärluft zuführt, um die Verbrennung von Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxyd in einer Ab-

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gasreaktionskammer vervollständigt. Die Luftpumpe ist kostspielig, und die Temperatur der Abgase wird durch die Sekundärluft verringert, wodurch eine beachtliche Zeitverzögerung beim Kaltstart entsteht, bevor die Temperatur innerhalb der Reaktionskammer einen ausreichend hohen Wert erreicht, um eine aktive chemische Reaktion zufeewährleisten. Wenn eine kleinere Abgasreaktionskammer vorgesehen wird, um diese Zeitverzögerung zu verkürzen, so hat die Kammer eine unzureichende Kapazität, die gewünschte Temperatur und Zeit beizubehalten, wenn die Haschine unter hoher Belastung gefahren wird.

Um dies zu vermeiden, ist eine Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art erfindungsgemäß der Art aufgebaut, daß eine Abgasanordnung mit einer Haupt-abgasreaktionskammer und mehreren Hilfsabgasreaktionskammern vorgesehen ist, die die Abgase aus jedem Abgaskanal aufnehmen, über eine Austritts&ffnung mit der Hauptabgasreaktionskammer in Verbindung stehen und jeweils ein gegenüber der Hauptabgasreaktionskammer wesentlich kleineres Volumen haben.

Vorzugsweise ist das Volumen der Hauptabgasreaktionskammer fünf- bis achtmal größer als das einer jeden Hilfsabgasreaktionskammer.

Die .Maschine kann mit einem insgesamt mageren Kraftstofi'-Luftgemisch betrieben werden, so daß heiße überschüssige Luft in den Abgasen eines $eden Zylinders zur Abgasreaktion in zwei separaten Reaktionskammern ausgenutzt werden kann. Eine der Kammern ist eine Hilfeabgasreaktlonskammer kleinen Volumens, die somit schnell durch eine geringe Abgasmenge aufgeheist werden kann. Die andere Kammer ist eine Hauptabgasreaktlons-

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kammer größeren Volumens, die eine Reaktion für große Abgasmengen gewährleistet. Auf diese Welse werden viele unverbrannte Kohlenwasserstoffe verbraucht, und ein großer Teil des Kohlenmonoxyds wird in Kohlendioxyd umgewandelt. Die Einrichtung macht es möglich, die geforderten Zeit- und Temperaturbedingungen innerhalb eines großen Betriebsbereiches zwischen Leerlauf und

ist
Vollast zu erfüllen. Es /nicht erforderlich, zusätzliche atmosphärische Luft zur Reaktion zuzuführen, so daß eine Luftpumpe überflüssig ist. Ferner erweist sich die Erfindung als besonders vorteilhaft in Verbindung mit V-Mascninen, die aus zwei Zylinderreihen aufgebaut sind.

Bin Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren beschrieben. Es zeigen:

Figur 1 einen Seitenschnitt einer Brennkraftmaschine

nach der Erfindung und
Figur 2 eine teilweise gebrochene Draufsicht auf die in Figur 1 gezeigte Maschine.

In den Figuren ist eine Brennkraftmaschine 1 mit acht Zylindern dargestellt, die V-förmig in zwei Reihen angeordnet sind. Jeder Zylinder hat eine Hauptverbrennungskammer 3 und eine damit über einen Flammkanal 4 verbundene Hilfsverbrennungskammer 5. Eine Zündkerze 6 im Zylinderkopf 2 ist jeder Hilfsverbrennungskammer 5 zugeordnet. Jede Hauptverbrennungskammer 3 hat einen Haupteintrittskanal 7_f der durch ein Haupteinlassventil 10 gesteuert wird. Jede Hilfsverbrennungskaramer 5 hat einen Hilfseintrittskanal 9» der durch ein Hilfseinlassventil 12 gesteuert wird. Jede Hauptverbrennungskainmer hat ein Auslassventil 11, das in einem Abgaskanal 8 angeordnet 1st. Ventile 10,

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11 und 12 werden durch nicht dargestellte Mechanismen üblicher Art betätigt.

Ein V-förmiger Raum zwischen den beiden Zylinderreihen ist für einen Abgasreaktionskammerkörper 13 mit offener Oberseite vorgesehen. Diese obere Öffnung ist durch die Unterseite einer ZufUhrungsleitungsanordnung 14 verschlossen. Der Körper 13 umfasst eine Hauptabgasreaktionskammer 15, die durch wärmeisolierende Wandungen 17 eingeschlossen ist. Die Abstände zwischen den Wandungen 17 können mit Keramikmaterial oder einem anderen wärmeisolierenden Material 16 gefüllt sein. Vier Hilfsabgasreaktionskamaern 18 ragen durch die isolierenden Seitenwände 17 hindurch in die Hauptabgasreaktionskammer 15. Jede dieser Hilfskasmern 18 ist wesentlich kleiner als die Hauptkaramer 15· vorzugsweise beträgt ihr Volumen ein Achtel bis ein Fünftel des Volumens der Hauptkammer 15. Jede Hilfskammer 16 hat eine Austritteöffnung, die auf den vorderen Teil der Hauptkammer 15 ausgerichtet ist. Ein Austrittsrohr 19 ist an den hinteren Teil der Hauptkammer 15 angeschlossen und führt zu einem nicht dargestellten Geräuschdämpfer. Jede Hilfskammer 18 besteht aus wärmebeständigem Material, beispielsweise aus Edelstahl und ist durch ein rohrf örmiges Element gebildet. Die Hilfskammem 18 führen Abgase von den Austritftsöffnungen zweier einander benachbarter Zylinder ab, so daß vier Kammern 18 für acht Zylinder vorgesehen sind. Die Abgassteuerung der einander benachbarten Zylinder ist unterschiedlich, so daß jeweils nur ein Zylinder zu einem Zeitpunkt Abgase in eine Kammer 18 abgibt«

Die ZufUhrungsleitungsanordnung 14 umfasst Hauptkanfile 20 und Hilf skanäle 21, die jeweils mit einem Haupteintrittskanal 7 beziehungsweise einem Hilf seintrittekanal 9 verbunden sind. Ein Hauptvergaser 22 mit zwei

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Kanälen bekannter Art ist mit der oberen Seitenöffnung der Kanalanordnung 20 verbunden. Ein Hilfsvergaser 23 mit einem Kanal ist mit der Kanalanordnung 21 verbunden. Der Hauptvergaser 22 ist so eingestellt, daß er ein mageres Kraftstoff-Luftgemisch mit einem großen Anteil überschüssiger Luft erzeugt, der Hilfsvergaser 23 ist so eingestellt, daß er ein feites Kraftstoff-Luftgemisch für die Hilfsverbrennungskammern 5 erzeugt.

Beim Betrieb wird atmosphärische Luft durch einen Luftfilter 24 und den Hauptvergaser 22 sowie den Hilfsvergaser 23 zugeführt. Ein im Hauptvergaser 22 erzeugtes mageres Gemisch wird zur Verdampfung in dem Kanalsystem 20 der Zuführungsleitungen 17 erhitzt und jedem Hauptzuführungskanal 7 sowie den Hauptverbrennungskammern 3 zugeführt, wenn die Haupteinlassventile 10 geöffnet sind. Das fette Kraftstoff-Luftgemisch des Hilfsvergasers 23 wird zur Verdampfung in dem Kanalsystem 21 erhitzt und jedem Hilfeintrittskanal 9 sowie der jeweiligen Hilfsverbrennungskammer 5 zugeführt, wenn die Hllfseinlassventile 12 geöffnet sind. Das fette Gemisch fließt in die Hilfsverbrennungskammern 5 und durch die Flammkanäle 4 in die Hauptverbrennungskamoern 3. Beim nachfolgenden Kompressionshub des Kolbens wird das durch das magere Gemisch in der Hauptverbrennungskammer bis zu einem gewissen Grade verdünnte fette Gemisch zurück in die Hilfsverbrennungskammer 5 durch den Flammkanal 4 hindurch gedrückt. Aa Ende des Kompressionshubee zündet die Zündkerze 6 das Gemisch in der Hilfsverbrennungskammer 5, wodurch eine strahlartige Flamme durch den Flammkanal 4 in die Hauptverbrennungekammer 3 geführt wird und dort das magere Gemisch zündet· Auf diese Weise wird die Maschine mit einem Gemisch gespeist, das ein insgesamt extrem mageres

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Kraftstoff-Luftverhältnis hat. Überschüssige Luft im mageren Gemisch, das den Hauptverbrennungskammern 3 zugeführt wird, wird auf die erforderliche Temperatur erhitzt.

WShrend des nachfolgenden Auspuffhubes eines Jeden Kolbens werden Abgase durch die Austrittskanäle 8 zunächst einer Hilfsreaktionskammer 18 kleinen "Volumens zugeführt, um diese Kammer zu erhitzen, wenn sich, die Abgase ausdehnen und ihre Geschwindigkeit verringern. Da die Zylinder eines jeden benachbarten Zylinderpaares hinsichtlich des Auspuffhubes unterschiedlich gesteuert werden, wird Abgas abwechselnd von den beiden Austrittskanälen 8 in die gemeinsame Hilfsabgasreaktionskammer geführt, wodurch sichergestellt wird, daß die Abgasstromungen sich verzögern und die Abgaskamaer 18 schnell aufheizen. Die Abgase werden dann in die Hauptreaktionskammer 15 geführt, die ein großes Volumen hat. Dadurch dehnen sie sich weiter aus und erwärmen die Kammer 15 mit der noch verbliebenen Wärme und verlängern ferner die Zeit, für die eine relativ hohe Temperatur in der Reaktionskammer vorherrscht. Die Abgase werden schließlich durch eine Abgasleitung 19 und einen nicht dargestellten Schalldämpfer in die Atmosphäre abgegeben. Die jeweilige Hilfsabgasreaktionskammer 18 kann schnell -auch durch eine geringe Abgasmenge aufgeheizt werden, obgleich die Hauptabgasreaktionskammer 15 später erwärmt werden kann, wenn eine Geschwindigkeitsverringerung für eine große Abgasmenge ermöglicht wird.

Wenn beide Reaktionskammern 15 und 18 eine chemische Aktivierungstemperatur erreichen, können sich schädliche Komponenten der Abgase gut miteinander vermischen, während die Abgase mit geringer Geschwindigkeit durch beide Reaktionskamraern strömen. Ferner erfolgt eine Vermischung mit überschüssiger Luft hoher Temperatur zur Verbrennung.

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Dadurch wird der Anteil schädlicher Komponenten in den Abgasen, die in die Atmosphäre abgegeben werden, wesentlich verringert.

Aus der vorstehenden Beschreibung geht hervor, daß die Erfindung nicht nur den Betrieb einer Brennkraftmaschine mit einem mageren Gemisch ermöglicht, das überschüssige Luft enthält, sondern auch die Ausnutzung dieser Luft zur Abgasreaktion vorsieht. Durch Anordnung einer Hilfsreaktionskammer in einem Abgaskanal, die schnell mit geringen Abgasmengen aufgeheizt werden kann, und einer Hauptreaktionskammer, die zwar später aufgeheizt wird, jedoch eine Reaktion für eine große Abgasmenge gewährleistet, wird es möglich, die gewünschte Reaktion für alle Betrlebszustände zu erreichen. Es ist keine Sekundärluft aus der Atmosphäre in % die Abgasleitung einzuführen, so daß eine besondere Pumpvorrichtung nicht erforderlich ist. Ferner kann bei einer Mehrzylindermaschine eine gemeinsame Hilfsreaktionskammer 18 jeweils zwei einander benachbarten Zylindern zugeordnet sein, die zeitlich unterschiedlich gesteuert werden, so daß die Hilfsverbrennungskammer 18 nicht nur eine Verringerung der Geschwindigkeit der Abgasströmung aus den Zylindern, sondern auch ein schnelles Aufheizen durch die Abgassteömungen gewährleistet, wodurch die Abgase eine wirksamere Reaktion erfahren.

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Claims

Patentansprüche

Λ.) Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern» die je^w' weils eine Hauptverbrennungskammer sowie eine damit über einen Flammkanal verbundene, eine Zündkerze enthaltende Hilfsverbrennungskammer umfassen, mit ventilgesteuerten Hauptzuführungskanälen für mageres Kraftstoff-Luftgemisch in die Hauptverbrennungskammern, mit ventilgesteuerten Hilfszuführungskanälen für fettes Kraftstoff-Luftgemisch in die Hilfsverbreiinungskammern und mit einen an Jede Hauptverbrennungskammer angeschlossenen ventilgesteuerten Abgaskanal, dadurch gekennzeichnet, daß eine Abgasanordnung mit einer Hauptabgasreaktionskammer (15) und mehreren Hilfsabgasreaktionskammern (18) vorgesehen ist, die die Abgase aus jedem Abgaskanal (8) aufnehmen, über eine Austrittsöffnung mit der Hauptabgasreaktionskammer (15) in Verbindung stehen und jeweils ein gegenüber der Hauptabgasreaktionskammer (15) wesentlich kleineres Volumen haben.
2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekenn-: zeichnet,daß die Hauptabgasreaktionskammer (15) ein fünf bis achtmal größeres Volumen als jede Hilfsabgasreaktionskammer (18) hat.
3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Hilfsabgasreaktionskammer (18) durch ein rohrförmiges Element aus wärmebeständigem Material gebildet 1st, das durch eine

wärmeisolierte Wandung (17) der Hauptabgasreaktionskammer (15) hindurchragt.
4. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnungen der Hllfs-

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abgasreaktdonskammern (18) auf eine Seite der Hauptabgasreaktionskammer (15) ausgerichtet sind und daß eine Abgasleitung (19) an die andere Seite der Hauptabgasreaktionskammer (15) angeschlossen ist.
5. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptabgasreaktionskammer (15) in Wärmetauschwechselvfirkung mit den das fette Kraftstoff-Luftgemisch zuführenden Zuführungskanälen (14) angeordnet ist.
6. Brennkraftmaschine nach .Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptabgasreaktionskammer (15) in Wäime-tauschwechselwirkung mit den das magere und das fette Kraftstoff-Luftgemisch zuführenden Kanälen (14) angeordnet ist.
7. Brennkraftmaschine nach einest der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinder in zwei Reihen V-förmig angeordnet sind und daß die Hauptabgasreaktionskammer (15) zwischen diesen Reihen angeordnet ist.
8. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede KiIfsabgasreaktlonskammer (18) jeweils mehreren Zylindern zugeordnet ist, die hinsichtlich der Abgabe ihrer Abgase zeitlich unterschiedlich gesteuert werden.
9. Brennkraftmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß jede Hilfsabgasreaktionskammer (18) mit zwei einander benachbarten Zylindern verbunden ist.

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