DE2448815B2 - Abgassystem für eine fremdgezündete Brennkraftmaschine mit Hauptbrennräumen und Hilfsbrennräumen und Abgasnachverbrennung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Abgnssystem für eine Brennkraftmaschine mit Fremdzündung und mehreren Zylindern, die jeweils einen Hiniptbrennraum so wie einen damit über einen Flammkanal verbundenen Hilfsbrcnnraum umfassen, mit ventilgesteuerten Hauptcinlaßkannlen für mageres Kraftsioff-Luftgemisch in die Hauptbrennräume, mit ventilgesteuerten ί Hilfseinlaßkanälen für fettes Kraftstoff-Luftgemisch in die Hitfsbrennräume und mit jeweils einem an den Hauptbrennraum angeschlossenen ventilgesteuerten Auslaßkanal, wobei die Auslaßkanäle letztlich in eine Auspuffleitung münden und

in, a) hiehrere Vorschaltreaktionskammern vorgesehen sind, welche die Abgase aus jedem Auslaßkanal aufnehmen und jeweils über eine Austrittsöffnung in eine gemeinsame, mit der Auspuffleitung verbundene längliche Hauptrcii aktionskammcr leiten, wobei die Austrittsöff nungen auf die gleiche Stirnseite der Hauptreaktionskammer ausgerichtet sind und an der entgegengesetzten Stirnseite der Hauptrcaktionskammer die Auspuffleitung anschließt, sowie .1) b) die Vorschaltreaktionskammern mit ihren Aus- - trittsnffnungcn an einander gegenüberliegenden Längsseiten der Hauptreaktionskammer angeordnet sind und in die Hauptreaktionskammcr hineinragen, nach Patentanmeldung P 2434393.9-13.

[iin derartiges Ahgassystem hat gegenüber bekannten, mit Reakti-iiiskamincrn arbeitenden Nachbrennvorrichtungen den wesentlichen Vorteil, daß es bei sehr kleiner Bauform eine zuverlässige Vcrmiiii schung der Abgase und damit eine wesentliche Verbesserung der Nachverbrennung in den Reaktionskammern gewährleistet. Dies macht sich in erster Linie dadurch bemerkbar, daß in der Startphase der Brennkraftmaschine die Verbrennungsreaktion der ι. Abgase schnell einsetzt und, bedingt durch eine lange Verwcilzeitder nachzuvcrbrenncndcn Abgase im Reaktionsbereich.einc gegenüber den bekannten Systemen außerordentlich verbesserte Verringerung von Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxid in den Ab-Mi gasen eintritt.

Bei Brennkraftmaschinen vorstehend genannter Art, die mit Hauptbrennräumen und Hilfsbrcnnrüume n arbeiten und beispielsweise durch die DE-OS 2259764 bekannt sind, befindet sich in den Abgasen ι > infolge des Betriebs der Brennkraftmaschine mit einem insgesamt mageren Kraftstoff-Luftgemisch heiße überschüssige Luft, die vorteilhaft zur Abgasreaktion ausgenutzt werden kann, so daß die Einführung von Zusatzluft in das Ahgassystem (siehe z. B. Motor-„, technische Zeitschrift 32, 1971, Heft II, Seite 441) nicht erforderlich ist.

Das eingangs genannte Ahgassystem arbeitet unter Ausnutzung dieses Vorteils mit Elementen, wie sie teilweise bereits durch die DE-OS 2020 154, OE-PS v, 253873 und die US-PS 34I3KO3 bekannt sind. Infolge der Zuordnung der Vorschaltrcaklionskammcrn zu der länglichen Hauptreaktionskammcr derart, daß die Austrittsölfnungen der Vorschaltreaktionskammern auf die gleiche Stirnseite der Hauptrcaktions-Mi kammer ausgerichtet sind und von einander gegenüberliegenden l.iingsscitcn her in die Hauplreaktions· kammer hineinragen, ergibt sieh jedoch gegenüber den bekannten Anordnungen eine wesentliche Verlängerung der Verweil/eit der Abgase im Rcaktionsh', bereich, eine Beibehaltung einer vergleichsweise hohen Abgastemperatur bis zur Hauptreaktionskammcr und eine intensive Vermischung der aus den verschiedenen Vorschaltreaktionskammern in die Hauptreak-

tionskammer eintretenden Abgase,

Die Erfindung betrifft nun eine weitere Verbesserung des eingangs genannten Abgassystems und löst die Aufgabe, auch die Abgase, die unter einem relativ geringen Abstand zur Austrittsöffnung der Hauptreaktionskammer in diese eintreten, zuverlässig zunächst durch die HaupiwMiiuwkamnier hindurchzuleiten und dann ti." ':»rcn Austritt aus der Hauptreaktionskammer zu ermöglichen.

Dies geschieht für ein Abgassystem eingangs genannter Art crfindungsgemäß dadurch, daß in der Hauprcaktionskammcr eine Leitvorrichtung angeordnet ist, die mit einer Austrittsöffnung versehen ist, welche auf das der Auspuffleitung abgewandte Ende der Hauptreaktionskammer ausgerichtet ist, und daß wenigstens eine Vorsr.haltrcaktionskammer, jedoch nicht alle jeweils vorhandenen, in die von der Leitvorrichtung gebildete Teilkammer einmündet.

Die Leitvorrichtung dient demnach dazu, die aus der der Auspuffleitung am nächsten liegenden Vorschaltrcaktionskammcr austretenden Abgase zunächst in Richtung auf das entgegengesetzte· Ende der HauptrcMl ^;> , rncr 7u leiten, so daß auch diese Abgase rel.itu ;.iugc in der Hauptreaktionskammer verbleiben und einer eingehenden Oxydalionsreaktion unterworfen werden. Eine Störung der angestrebten Abgasströnuing insgesamt zunächst in Richtung auf das der Auspuffleitung gegenüberliegende Ende der Hauptreaktionskammer durch die aus dieser austretende Strömung ist also insbesondere tür diejenigen Anteile der Abgase nicht mehr zu befürchten, die relativ nahe der Auspuffleitung in die Hauptreaktionskammer eingeführt werden.

Ein Ausführuiigsbeispiel der Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnungsfiguren beschrieben. Es zeigt

I-ig. I den Schnitt einer Brennkraftmaschine nach der Erfindung mit Abgassystem,

Fig. 2 eine teilweise gebrochene Draufsicht auf die in Fig. 1 gezeigte Anordnung, und

Fig. 3 den Schnitt 3-3 aus Fig. 2.

In den Figuren ist eine V-8-Hreniikraftmaschine 1 dargestellt, die aus zwei Zylinderreihen besteht, welche V-förmigzueinander angeordnet sind. Jede Zylinderreihe hat einen Zylinderkopf 2. Jeder Zylinder hat einen Haupthrcnnraum 3 und Minen Hilfsbrennraum 5, der mit dem Haupthrennraum 3 über einen Flammkanal 4 verbunden ist. Eine Zündkerze 6 ist dem Hilfshrcnnraum 5 zugeordnet. Ein Hauptcinlaßkanal 7 und ein Aus'aUkanal 8 münden in jeden Haiiptbrcnnraum 3. Kin llilfscinlaßkanal 9 mündet in den llilfshrcnnraum 5. D<:r llauptcinlaUkanal 7 wird durch ein I luuplcinlab* ventil 10 gesteuert, der Ausiaßkanal H wird durch ein Auslaßventil 11 gesteuert. Ein llilfseinlaUventil 12 steuert den Hilfseinlaßkanal 9. Alle Ventile werden mit üblichen Iklätigungsmecrianismen gesteuert.

Eine Nachverbrennungsvorrichtung 13 verläuft in Längsrichtung innerhalb des V-förmigen Raums, der mit den hei ilen Zylinderreihen gebildet ist. Diese bilde! eine Miitiplrciiktiomkiimmcr 15. ftin wärmcisolicrendes Gehäuse umgibt die Hauptreaktionskammer 15, und der Abstand /wischen ilen Doppelwandungen 17 kann mit einem Keramikrnaterial oder anderen wärmeisolierenden Stoffen 16 ausgefüllt sein. VorschaltrcaktionskarTKiicrn 18 sind durch jede Seitenwand der Hauptreaktionskammer 15 geführt, das äußere Ende einer jeden Vorschaltrcaktionskammer 18 ist mit zwei Auslaßkanälen einander benachbarter Zylinder verbunden, qeren Auslaßzeiten gegeneinander unterschiedlich sind. Das innere Ende einer jeden Vorschaltreaktionskammer 18 ist auf die hintere Sei-Ί tenwand ISa ausgerichtet, so daß die Abgase ihre Bewegungsrichtung an der Wand 15a umkehren müssen, bevor sie durch ein».· einzelne Auspuffleitung 19 am anderen Ende 15b austreten können. Eine Leitvorrichtung 30 ist in der Hauptreaktionskammer 15 an-

Hi geordnet und verläuft von einer Stelle nahe der Auspuffleitung 19 zu einer Austrittsöffnung 31, welche nahe zwei Vorschaltreaktionskammern 18 angeordnet ist. Die anderen beiden Vorschaltreaktionskammern 18 verlaufen in das Innere des mit der Leitvorrichtung

ii 30 gebildeten Raums. Die Leitvorrichtung 30 gewährleistet, daß die von den Vorschaltreaktionskammern 18 nahe der Auspuffleitung 19 abgegebenen Gase längs eines größeren Teils der Länge der Hauptreaktionskammer IS transportiert werden, bevor sie

.mi ihre Ströinungsrichtung zur Abgabe durch die Auspuffleitung 19 umkehren. Die «üvor beschriebene Konstruktion hat den Vorteil, daß dit Abgase für relativ lange Zeit auf einer relativ hohen Temperatur gehalten we.rden, bevor sie durch die Auspuffleitung

y< 19 einem nicht dargestellten Schalldämpfer zugeführt werde;..

Die Nachverbrennungsvorrichtung 13 und die Hauptreaktionskammer 15 sind nach oVn geöffnet, jedoch ist die Leitvorrichtung 30 an ihrer Oberseite

μι durch eine Abdeckung 30a verschlossen. Die oben offene Hauptreaktionskammer 15 und die oben geschlossene Leitvorrichtung 30 sind durch eine Zuführungskanalanordnung 14 abgedeckt. Diese Anordnung 14 hat Hauptzuführungskanäle 20, die an die

ι. Haupteinlaßkanäle 7 der Zylinderköpfe 2 angeschlossen sind. Die Zuführungskanalanordnung 14 hat ferner abgezweigte Hilfszufülirungskanüle 21, die mit den Hilfseinlaßkanälen 9 der Zylinderköpfe 2 verbunden sind. Die Kanäle 20 empfangen mageres

in Gemisch von einem Hauptvergaser 22, die Kanäle 21 empfangen fettes Gemisch von einem Hilfsvcrgascr 23 mit einem einzigen Kraftstoffkanal.

Die durch einen Luftfilter 24 /ugeführte Umgehungsluft wird beiden Vergasern 22 und 23 zugeleitet.

ι. Normale Kühlwasseranschlüsse 26 sind im Maschinenblock und in den Zylinderköpfen 2 vorgesehen. Die Kolben sind mit 27, das Kurbclwellcngthuuse mit 28 bezeichnet.

Heim Betrieb der Maschine wird ein in dem llaupt-

rfi vergaser 22 erzeugtes mageres Gemisch während der Ansaughübe der Maschine in den Hauptzuführungskanälen 20 verteilt und über die ZuführungskanaliMiordiiung 14 den Haupteinlaßkanälen 7 und über diese jrdci.i Haupthrennraum 3 zugeführt, wenn die

,, llaupteinlaßvenlile 10 geöffnet sind. Ein in dem Hilfsvergascr 23 erzeugtes fettes Gemisch wird durch die Hilfszuführungskanäle 21 jedem Hilfseinlaßkanal 9 und damit jedem Hilfsbrennraum 5 zugeführt, wenn die Hilfseinlaßvcntilc 12 geöffnet sind. Am

*i Ende des Kompressionshubes eines jeden Zylinders wird das in dem Hilfsbrennraum 5 vorhandene (ie· misch mittels einer Zündkerze 6 gczünd'M, und die dabei erzeugte Flamme wird durch den tlammkanal 4 in den Hauptbrennraum 3 geleitet, so daß dort das

,-, magere Gemisch pezündet wird. Die überschüssige Luft in dem mageren Gemisch des Hauptbrennraums 3 wird so weit erhitzt, daß sie zur Oxidationsreaktion und Verbrennung der nicht verbrannten

Kohlenwasserstoffe und /ur Umsetzung des Kohlenmonoxids in Kohlendioxid ausgenutzt werden kann.

Während der Aiislaßhübc werden die Abgase eines jeden /.ylinders durch ihren jeweiligen Auslaßkanal 8 einer der Vorschaltrcaktionskammcrn IH zugeführt und gelangen von dort aus in die Hauptrcaktionskammer 15. wo sie auf deren Wandiingscnde 15« gerichtet werden. Die von den beiden nahe der Auspuffleitung 19 angeordneten Vorschaltrcaktionskammcrn 18 ausgegebenen Gase gelangen in die Leitvorrichtung

30 und werden durch diese an ihrer Austrittsöffnung

31 abgegeben. Die Abgase expandieren in der Mauptrcaklionskammer 15, wodurch sie ihre Geschwindigkeit verringern. Nach Uewegungsumkchr am Wandungsende 15e strömen sie außerhalb der I.eilvorrichtung 30 durch die Auspuffleitung 19 ab.

t-s ist nunmehr zu verstellen, daß die Abgase aller Zylinder in die iiaupircakiionskammcr 15 eingeiühn werden, die zwischen den beiden Zylinderreihen angeordnet ist. Die Abgase werden dabei verzögert, fließen jedoch mit sehr geringem Tcmpcraturahfall durch die Hauptreaktionskammer 15, wobei sie ihre Richtung umkehren. Somit verbleiben sie möglichst lange in der Hauplrcaktinnskammcr 15. Auf diese Weise werden Zeit und Temperatur auf solchen Werten gehalten, daß die Oxidation verbessert und die giftigen Anteile minimal gehalten werden.

Die Zuführungskanalanordnung 14, die als obere Abdeckung der Hauptreaktionskammer 15 dient.

wird durch die Abgase aufgeheizt, so daß die Verdampfung des mageren und fetten zugeführten Gemischs auf dem Weg von den Vergasern 22 und 23 zur Maschine die Zahl vorhandener Kraftstofftröpfchen minimal h;ilt und die Verbrennung in den I laupt- und llilfshrcnnräumcn verbessert wird. Die Austrittsöffnung 31 der Leitvorrichtung 30 ist nach unten abgebogen, wie es in Tig. 3 dargestellt ist. Dadurch wird der größte Teil der an der Austrittsöffnung 31 abgegebenen Gase längs dem Wandungsende ISa der Hauptreaktionskammer 15 nach oben geleitet. Somit wird der Anteil der Abgase, der längs der Unterseite der Zuführungskanalanordnung 14 strömt, vergrößert und die Aufheizung der Zuführungskanalanordnung 14 verbessert.

Aus der vorstehenden Beschreibung wird ersichtlich, daß die (Erfindung eine Leitung der Abgase aller Zylinder einer V-Brennkraftmaschinc in eine Hauptrcaktionskammcr ermöglicht, die zwischen den Zyiindcrrcihcndcr Maschine angeordnet ist. Dabei tritt ein nur sehr geringer Tcmpcraturabfall der Abgase auf, und die Verweilzeit der Abgase in der Hauplrcaktionskammer wird im Sinne einer maximalen Oxidation verlängert. Die Hauptreaktionskammer wird unmittelbar nach dem Anlaufen der Maschine schnell aufgeheizt, so daß die Abgase gleichmäßig und wirksam der gewünschten Reaktion ausgesetzt werden. Somit wird ein,) wesentliche Verringerung des Anteils schädlicher Bestandteile der Abgase, die in die Atmosphäre abgegeben werden, erzielt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

1. Patentansprüche:

   I. Abgassystem für eine Brennkraftmaschine mit Fremdzündung und mehreren Zylindern, die jeweils einen Hauptbrennraum sowie einen damit über einen Flammkanal verbundenen Hilfsbrennraum umfassen, mit ventilgesteuerten Haupteinlaßkanälen für mageres Kraftstoff-Luftgemisch in die Hauptbrennräume, mit ventilgesteuerten Hilfscinlaßkanälcn für fettes Kraftstoff-Luftgemisch in die Hilfsbrcnnrüume und mit jeweils einem an den Hauptbrennraum angeschlossenen ventilgesteuerten Auslaßkanal, wobei die Auslaßkanälc letztlich in eine Auspuffleitung münden und

   a) mehrere Vorschaltrcaktionskammern vorgesehen sind, welche die Abgase aus jedem Ausfaßkanal aufnehmen und jeweils über eine Asistrittsöffnung in eine gemeinsame, mit der Auspuffleitung verbundene längliche

   .. Hauptreaktionskammer leiten, wobei die Austrittsöffnungen auf die gleiche Stirnseite der Hauptreaktionskammer ausgerichtet sind und an der entgegengesetzten Stirnseite der Hauptreaktionskammcr die Auspuffleitung anschließt, sowie

   b) die Viirschaltreaktionskammern mit ihren AusirittMiffnungcn an einander gegenüberliegenden Längsseiten der Hauptreaktionskammcr ungeordnet sind und in die Hauptrcaktionskammcr hineinragen, nach Patentanmeldung P 2434393.9-13 dadurch gekennzeichnet, daß in der Hauptrcaktionskiimmer (15) eine Leitvorrichtung (30) angeordnet ist, die mit einer Austrittsöffnung (31) versehen ist, welche auf das der Auspuffleitung (19) abgewandtc Ende (15a) der Hauptreaktionskammer (15) ausgerichtet ist, und daß wenigstens eine Vorschaltrcaktiorskammcr (18), jedoch nicht alle jeweils vorhandenen, in die von der Leitvorrichtung (30) gebildete Teilkammer einmündet.
2. 2. Abgassystem nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Achtzylinder-V-Brcnnkraftmaschinc mit zwei Zylinderreihen zu jeweils vier Zylindern jeweils eine Vorschaltreaklionskammcr (18)die Abgase zweier einander benachbarter Zylinder aufnimmt und daß zwei Vorschaltreaktionskammern (IM) in die Teilkammer einmünden.
3. 3. Abgassystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dali eine zwischen zwei Zylinderreihen angeordnete Zuführungskanalanordnung (14) eine obere Abdckktfig fur die Hauptreaktionskammcr (15) bildet.
4. 4. Abgassystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslrittsöffnung (31) der Leitvorrichtung (30) von der Zuführungskanalordnung (14) wegweisend abgebogen ist.