DE2537102C2

DE2537102C2 - Mehrzylinder-Brennkraftmaschine mit wärmeisoliertem Abgasleitungsweg und Einlaßleitungen für Zusatzluft

Info

Publication number: DE2537102C2
Application number: DE2537102A
Authority: DE
Inventors: Haruo Tokyo Mori; Hiroyuki Higashiyamato Tokyo Nakamura
Original assignee: Fuji Heavy Industries Ltd
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 1974-11-26
Filing date: 1975-08-20
Publication date: 1984-03-22
Also published as: DE2537102A1; JPS5172824A; SE437183B; US4069666A; FR2292859A1; JPS5335213B2; GB1519467A; FR2292859B1; AU8392875A; SE7508471L; IT1041029B

Description

Die Erfindung betrifft eine Mehrzylinder-Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

Der Erfindung liegen Versuche zu Grunde, um eine Abgastemperatur zu finden, bei der eine thermische Nachverbrennung erzeugt werden kann, und um eine Zeitspanne zu finden, während der diese Abgastemperatur aufrechterhalten werden soll. Die für derartige Versuche verwendete Brennkraftmaschine war mit einem wärmeisoiierten Abgasrohr zur Aufrechterhaltung einer hohen Temperatur ausgestattet, und dieses war in solcher Weise ausgebildet, daß die Abgase ohne besonderen Strömungswiderstand lbgeführt wurden, d. h. es besaß eine einfache Konstruktion ohne ein vergrößertes Volumen im Abgasleitungsweg. Das Luft-Kraftstoff-Verhältnis lag im Bereich von 13,5 bis 16.

Fig. I dient zur Erläuterung der erwähnten Versuchsergebnisse, indem die Beziehung zwischen dem Volumen des wärmeisolierten Abgasleitungswegs und der Temperatur der dort befindlichen Abgase, bei der eine thermische Nachverbrennung hervorgerufen werden kann, aufgezeigt wird. Auf der senkrechten Achse ist die Temperatur der Abgase und auf der horizontalen Achse das Verhältnis von Vex zu Vd aufgetragen. Hier bedeutet Vex das Volumen des wärmeisolierten Abgasleitungswegs, während Vd den Hubraum der Brennkraftmaschine angibt. Die in Fig. 1 dargestellte Kurve zeigt die Minimaltemperatur an, bei der die Abgase zur Eigenreaktion, d. h. zur thermischen Nachverbrennung, gebracht werden können, und das gestrichelte Gebiet zeigt den Bereich, der für die HC-Reduktion unter 10 ppm und CO unter 0,05 ppm oder 0,1 % in Betracht kommt.

Die Abgastemperatur entsprechend der Kurve in Fig.2 sei hier mit »Eigenreaktionstemperatur« bezeichnet.

Die Eigenreaktionstemperatur (T) ist in Fig.2 zur Unterscheidung von der Auslösetemperatur (Tr) gezeigt, die eine niedrige Begrenzung der Abgaseinlaßtemperatur darstellt und die Reaktion in einer gegebenenfalls vorhandenen vergrößerten Kammer (Nachverbrennungskammer) einleitet. Die Eigenreaktionstemperatur (T) und die Auslösetemperatur (Tr) begrenzen als zwei gebogene Linien eine gestrichelte Zone, wobei die obere Zone gemessen ist, wenn das Volumen des Abgasleitungswegs gleich dem Hubraum bemessen ist, während die niedrigere gemessen wurde für den Fall, daß das Volumen des wärmeisolierten Abgasleitungswegs das Vierfache des Hubvolumens beträgt

Nachstehend wird behandelt, wie eine Eigenreaktionstemperatur oberhalb der Auslösetemperatur zu erhalten ist.

Die Abgastemperatur, wie sie in F i g. 6 darge-teilt ist

ίο (Stand der Technik), liegt oberhalb von 100O⁰C, bevor das Auslaßventil öffnet, und wird auf etwa 800° C herabgesetzt, wenn die Abgase durch das Auslaßventil in den Abgasleitungsweg entlassen werden. Nach diesem Vorgang wird die Abgastemperatur schnell durch die Wände des Abgasleitungswegs herabgesetzt, wobei diese bis zu einer niedrigen Temperatur (allgemein 350 bis 500° C) abfällt, was für eine Reinigung von HC und/oder CO nicht geeignet ist

Der Erfindung liegen schließlich Untersuchungen zu Grunde, inwieweit die Menge der über ein Rückschlagventil angesaugten Zusatzluft in Abhängigkeit vom Volumen und dem Querschnitt des Abgasleitungswegs zwischen Auslaßventil und Eingang in die vergrößerte Kammer (im vorliegenden Fall ein Schalldämpfer) sich ändert

In F i g. 3 ist auf der vertikalen Achse die Menge der zugeführten Zusatzluft und auf der horizontalen Achse das Verhältnis des Volumens (nachstehend mit V'ex bezeichnet) des Abgasleitungswegs bezeichnet, der sich

ίο vom Auslaßventil bis zum Eingang in die vergrößerte Kammer oder bis zur öffnung in die Atmosphäre erstreckt, gegenüber dem Hubvolumen (nachstehend mit Vdbezeichnet). Die in Fig.3 dargestellten Kurven geben das Ergebnis von Versuchen bei 2000 und 4000

r> Umdrehungen pro Minute der Brennkraftmaschine wieder, und zwar jeweils für den Fall, wenn der Querschnitt (nachstehend mit a bezeichnet) des Abgasleitungswegs doppelt so groß wie die summierten Bereiche (nachstehend mit 2^av bezeichnet) der

■'" maximalen Ventilöffnungen (nachstehend mit av bezeichnet) der mit dem Abgasleitungiweg in Verbindung stehenden Auslaßventile ist.

In Fig.4 ist auf der vertikalen Achse die Eintrittsmenge der Zusatzluft und auf der horizontalen Achse

■•5 das Verhältnis von Querschnitt (a) des Abgasleitungswegs gegenüber den summierten Flächen C£av), wie oben definiert, aufgetragen. Die in Fig.4 dargestellten Kurven stellen die Ergebnisse von Messungen bei 2000 und 4000 Umdrehungen pro Minute der Maschine dar,

vi wobei das Volumen (V'ex) doppelt so groß wie das Hubvolumen (Vollst.

Aus Fig.3 und 4 ist ersichtlich, daß, um die gewünschten Zusatzluftmengen zu erhalten, das Verhältnis von V'ex und Vd innerhalb eines Bereichs zwischen 1 und 4 und das Verhältnis von a zu J^avunter 3 gewählt werden soll. F i g. 5 zeigt ein Gesamtergebnis der Messungen, wenn a/^av und V'ex/Vd unterhalb 4000 Umdrehungen pro Minute geändert werden. Es ist ersichtlich, daß das Volumen und der Querschnitt des

t>o Abgasleitungswegs so gewählt werden müssen, daß sie in der schraffierten Zone liegen, um eine genügende Menge von Zusatzluft zu erhalten. Wenn der Abgasleitungsweg wie beschrieben bemessen wird, so enistehi ein genügender Zusatzluft-Ansaugeffekt und die Brenn-

f>5 kraftmaschine ist frei von Leistungsverlusl.

Eine weitete Erscheinung bei einer Brennkraftmaschine besteht in einer Überhitzung des Abgassystems, die auftritt, wenn ständige Fehlzündungen in mehr ills

einem Zylinder entstehen und unverbranntes Gasgemisch in den Abgasleitußgsweg gelangt.

Bekannt ist eine Mehrzylinder-Brennkraftmaschine mit einem von den Auslaßventilen bis zu einer vergrößerten Kammer oder bis zum Auslaß in die Atmosphäre reichenden, teilweise wärmeisolierten Abgasleitungsweg, in den nahe den Auslaßventilen Einlaßleitungen für Zusatzluft mit Rückschlagventilen münden und dessen Querschnitt weniger als das Dreifache dar gesamten maximalen Öffnungsfläche der damit in Verbindung stehenden Auslaßventile beträgt (DE-OS 19 26 041). Bei dieser bekannten Auspuffanlage ist das Volumen des Abgasleitungswegs bis zum Reaktor kleiner als das Hubvolumen der Zylinder.

Es ist auch eine Abgasentgiftungsanlage für Brennkraftmaschinen bekannt, bei welcher der gesamte Abgasleitungsweg wärnieisoJiert ist (DE-OS 21 39 786).

Kühlrippen bzw. Kühlumhüllungen sind bei Auspuffrohren auch bekannt (DE-PS 8 26 800, US-PS 34 57 724).

Der Erfindung Hegt die Aufgabe zugrunde, eine Mehrzylinder-Brennkraftmaschine zu schaffen, die bei niedrigen Anteilen unerwünschter Ab-vasschadstoffe eine Überhitzung des Abgassystems vermeidet Gelöst wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs.

Durch die Volumenbemessung des Abgasleitungswegs wird einmal erreicht, daß der Abgasstrom in diesem kontinuierlich und reibungslos ohne Mischung verläuft. Durch die Kühleinrichtung im stromabwärtigen Tei! des Abgasleitungswegs wird die Abgastemperatur auf einen solchen Wert erniedrigt, daß sich unverbranntes Gasgemisch infolge von Fehlzündungen nicht iiti vermischten Zustand entzünden kann. Dabei dient die Wärmeisolierung des stromaufwärtigen Teils des Abgasleitungswegs dazu, die Anteile an Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxid niedrig zu halten.

Ausführungsformen der Erfindung sind nachstehend anhand der Zeichnung erläutert

' Gemäß Fig.7 ist der stromaufwärtige Teil 8 des Abgasleitungswegs mittels einer Doppelwand oder wärmeisolierenden Wand 7 wärmeisoliert, um die Abgase oberhalb der Eigenreaktionsteraperatur zu halten, was durch die gestrichelte Zone der F i g. 1 angedeutet ist Der Abgasleitungsweg enthält einen stromabwärtigen Teil 14, der auf den wärmeisolierten Teil 8 folgend keine Wärmeisolierung besitzt, sondern mit einer Kühleinrichtung versehen ist. Der Teil 14 ist mit dem Eingang einer vergrößerter. Kammer bzw. eines Schalldämpfers 17 verbunden. Eine äußere Umhüllung 18 umgibt den strompbwärtigen Teil 14. Die äußere Umhüllung besitzt an einem Ende eine trichterförmige Öffnung 19, die das einführen von Luft von außen her erleichtert, und an dem anderen Ende einen Luftauslaß 20. Fig.8 erläutert ein- andere Kühlmethode, die am gleichen Teil wie in Fig. 7 stattfindet. Diese verwendet Kühlflächen 21, die an den Teil 14 in der Weise angeschweißt sind, wie das in dem Schnittbild ö-ßdargestellt ist.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Mehrzylinder-Brennkraftmaschine mit einem von den Auslaßventilen bis zu einer vergrößerten Kammer oder bis zum Auslaß in die Atmosphäre reichenden, teilweise wärmeisolierten Abgasleitungsweg, in den nahe den Auslaßventilen Einlaßleitungen für Zusatzluft mit Rückschlagventilen münden und dessen Querschnitt weniger als das Dreifache der gesamten maximalen öffnungsfläche der damit in Verbindung stehenden Auslaßventile beträgt, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen (Vex) des gesamten Abgasleitungsweges das 1 - bis 4fache des Volumens (Vd) der damit in Verbindung stehenden Zylinder beträgt und daß der Abgasleitungsweg die Wärmeisolierung (7) über den stromaufwärtigen Teil (8) aufweist und im stromabwärtigen Teil (14) mit einer Kühleinrichtung (18,19, 20) versehen ist.