DE2541970B2 - Thermischer reaktor fuer die abgase mehrzylindriger brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen thermischen Reaktor für die Abgase mehrzylindriger Brennkraftmaschinen mit einem dickwandigen Außengehäuse, in welchem mit Abstand ein die Reaktionskammer bildendes dünnwandiges Innengehäuse aus hitzebeständigem Metall vorgesehen ist, wobei das Außengehäuse mehr als einen jeweils an eine Auslaßöffnung der Brennkraftmaschine angeschlossenen Abgaseinlaß aufweist.

Ein derartiger Reaktor ist z. B. durch die DT-OS 61621 bekannt und ermöglicht eine Verringerung der Anteile CO und HC in den Abgasen. Die AuslaQöffnung eines jeden Zylinders ist über einzelne Stutzen (66') mit dem Reaktor verbunden, der ein relativ großes Volumen hat. Hierbei wird die jeweilige Abgasleitung also nur durch die Abgase eines Zylinders aufgeheizt. Während der jeweilige Abgasinipuls bis zum nächsten Ausstoßtakt unterbrochen ist, sinkt die Temperatur der Abgase in der Abgasleitung, so daß dadurch die thermische Verbrcnnungsreaktion zur Verringerung der Anteile //(' und CO beeinträchtigt wird.

Es ist Aufgabe der Erfindung, gegenüber dem ^ft5 bekannten Reaktor die hohe Auslaßtemperatur der Abgase besser aufrechtzuerhalten, daß eine wirksamere thermische Reaktion erfolul.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein thermischer Reaktor der eingangs genannten Art erfindungsgemäß derart ausgebildet, daß durch die Reaktionskammer eine die Abgaseinlässe verbindende Abgas-Speiseleitung verläuft, die in ihrer Mitte eine in der Reaktionskammer angeordnete Speiseöffnung aufweist.

Auf diese Weise werden die durch die Speiseöffnung austretenden Abgase auf einer hohen Temperatur gehalten. Der dynamische Druck in einem Teil der zur Speiseöffnung führenden Leitung wirkt auf den geringeren Druck in einem anderen Teil dieser Leitung, wodurch die Abkühlung der Abgase begrenzt wird. Die hohe Temperatur der Abgase in der Kammeranordnung des thermischen Reaktors und die Verweilzeit der Abgase in dieser bewirken gemeinsam wesentliche Verringerungen der Anteile HCund COdes Abgases.

Es ist zwar durch die DT-AS 10 74 918 bereits bekannt, in einem Abgasreaktor eine zweiastige Abgas-Speiseleiiung vorzusehen, deren Speiseöffnungen in der Mitte des Reaktors münden. Der Reaktor hat aber nur einen Einlaß, so daß die Abgase mehrerer Zylinder einer Brennkraftmaschine vor ihm zusammengeführt werden müssen, wodurch die Zuführungsleitung verlängert ist und die Temperatur der Abgase vor dem Reaktor sinkt, so daß auch hier die eingangs aufgezeigten Probleme auftreten. Es ergibt sich zwar durch die besondere Anordnung der Speiseöffnungen wieder eine Temperaturerhöhung im Reaktor, die aber den vorherigen Temperaturabfall nicht kompensieren kann, so daß eine Anwendung dieses Prinzips auf den eingangs genannten bekannten Reaktor unzweckmäßig wäre.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 den Schnitt einer Brennkraftmaschine mit einem Reaktor nach der Erfindung,

Fig. 2 einen Horizontalschnitt der in Fig. 1 gezeigten Anordnung und

F i g. 3 den Schnitt 3-3 aus F i g. 1.

In den Figuren ist eine Brennkraftmaschine 10 mit vier Zylindern dargestellt, die jeweils eine Hauptbrennkammer 11 und eine Hilfsbrennkammer 12 aufweisen, welche über einen Flammkanal 13 verbunden sind. Eine Zündkerze 14 ist zur Zündung eines Kraftstoff-Luftgemisches in der Hilfsbrennkammer 12 vorgesehen. Vier Abgaskanäle 15, 16, 17 und 18, die jeweils einer der Hauptbrennkammern 11 zugeordnet sind, sind im Zylinderkopf 19 angeordnet. Auslaßventile 20, 21, 22 und 23 steuern den Austritt der Abgase durch die Abgaskanäle 15,16,17 und 18.

Die Abgaskanäle 15 und 16 sind paarweise zusammengefaßt und haben eine gemeinsame Auslaßöffnung 25. Ähnlich sind die Abgaskanäle 17 und 18 paarweise zusammengefaßt und haben eine gemeinsame Auslaßöffnung 26. Eine Auskleidung 27 füttert die Abgaskanäle 15 und 16 aus, eine ähnliche Auskleidung 28 besitzen die Abgaskanäle 17 und 18. Jede dieser hosenstückartigen Auskleidungen ist aus hitzbeständigem Metall wie z. B. Edelstahl gebildet und doppelwandig ausgeführt, wobei ein Luftraum 29 zwischen den Einzelwänden vorgesehen ist, der als Wärmedämmung wirkt und den Fluß von Abgaswärme zum wassergekühlten Zylinderkopt 19 der Maschine verringert.

Der Auspuffsammlcr-Tci! 30 des Reaktors enthält eine U-förinige Abgas-Speiseleitung 31, die von der Auslaßöffnung 25 zur Auslaßöffnung 26 verläuft. Eine Abgas-Speiseöffnung 32 ist durch eine öffnung in der Wandung der U-förmigen Speiseleitung .11 gebildet.

Diese öffnung hat von Auslaßöffnungen 25 und 26 übereinstimmenden Abstand und praktisch denselben effektiven Querschnitt wie die Speiseleitung 31.

Ein thermischer Reaktor 34, der eine Abgasreaktionskammeranordnung bildet, dient zur Aufnahme von Abgasen, die durch die Speiseöffnung 32 austreten. Wie aus den Figuren hervorgeht, hat dieser Reaktor 34 eine Innenkammer 35, die mit Wänden 36 gebildet ist, und eine Außenkammer 37, die mit Wänden 38 gebildet ist. Die Wände 36 der Innenkammer 35 sind mit Abstand innerhalb der Wände 38 der Außenkammer 37 angeordnet. Ein Leitblech 39 teilt die Innenkammer in eine vordere Teilkammer 40 und eine hintere Teilkammer 41. Durchbrüche 42 (Fig. 3) sind zwischen dem vorderen und dem hinteren Teil der Innenkammer 35 vorgesehen, und eine oder mehrere Abcas-Überströmöffnungen 43 verbinden die Innenkammer 35 mil der Außenkammer 37. Die Wände 36 und 38 der Kammeranordnung sind dünn und aus hitzebeständigem Metall wie z. B. Edelstahl gebildet. Der Reaktor 34 und die Speiseleitung 31 sind in einem dickwandigen Außengehäuse 44 angeordnet. Ein Abgasauslaß 45, der an den Wänden 38 der Außenkammer 37 befestigt ist, verläuft durch eine Dichtungsanordnung 46 des Außengehäuses 44, um eine thermische Ausdehnung zu ermöglichen.

Eine Vergaseranordnung 48 ist auf einem Anschluß 49 montiert, der einen Teil eines Saugleitungssystems 50 bildet. Die Vergaseranordnung 48 hat einen ersten Ansaugkanal 51 und einen zweiten Ansaugkanal 52 zur Zuführung eines mageren Kraftstoff-Luftgemisches in jede der Hauptbrennkammern 11. Der zweite Ansaugkanal 52 tritt nur während des Hochleistungsbetriebes der Brennkraftmaschine 10 in Funktion. Ein dritter Ansaugkanal 53 der Vergaseranordnung 48 liefert ein angereichertes Kraftstoff-Luftgemisch an die HiIFsbrennkammern 12. Wärmeübertragungsplatten 54 und 55 dienen zur Aufheizung des angereicherten Gemischs und des mageren Kraftstoff-Luftgemischs, welches durch den ersten Ansaugkanal 51 geliefert wird. Ein Loch 56 in den Wänden 38, die die Außenkammer 37 bilden, ermöglicht eine Aufheizung der Platten 54 und 55 durch die Abgase. Das abgemagerte Kraftstoff-Luftgemisch, welches über den zweiten Ansaugkar.al 52 geliefert wird, wird nicht aufgeheizt.

Beim Betrieb der Brennkraftmaschine werden Abgase in die Abgaskanäle 15,16,17 und 18 geleitet, wenn die Auslaßventile 20, 21, 22 und 23 in vorbestimmter und bekannter Weise betätigt werden. Die U-förmige Speiseleitung 31 wird schnell aufgeheizt und bleibt auf dieser Temperatur, während sie die Abgasimpulse nacheinander aufnimmt. Die Wände 36 haben Teile, die die Speiseleitung 31 berühren, jedoch sind diese Wände 36 und 38 zum größten Teil mit Abstand zu dem relativ kühlen Außengehäuse 44 angeordnet. Abgase werden durch die einzige Speiseöffnung 32 mit hoher Temperatur in die Kammeranordnung des Reaktors 34 eingeführt. Obwohl die durch eine der mit Abstand zueinander angeordneten Auslaßöffnungen 25 und 26 abgegebenen Abgase bei vorrübergehend unterbrochener Abgasströmung sich abzukühlen beginnen, wird das jeweils sieh abkühlende Abgas durch das aus der jeweils anderen öffnung austretende Abgas wieder aufgeheizt. Die sich abwechselnden Impulse der Abgase an den beiden Enden der Speiseleitung 31 bewirken also, daß die durch die Speiseöffnung 32 austretenden Abgase auf einer hohen Temperatur gehalten werden.

Die heißen Abgase laufen nacheinander von der Speiseöffr.ung 32 in die vordere Teilkammer 40 der Innenkammer 35 und danach über Durchbrüche 42 in die hintere Teilkammer 41. Die Abgase gelangen dann durch die Abgas-Überströmöffnung 43 in die Außenkammer 37, die die Innenkammer 35 umgibt. Die Wärme der Abgase in der Außenkammer 37 wird durch das Loch 56 übertragen und heizt die Kraftstoff-Luftgemische im ersten und dritten Ansaugkanal 51 und 53 über die Wärmeübertragungsplalten 54 und 55 auf. Die heißen Abgase in der Außenkammer 37 werden durch den Abgasauslaß 45 abgeführt. Die hohe Temperatur der Abgase und die lange Verweilzeit in der Kammeranordnung des thermischen Reaktors 34 bewirken eine Verringerung der Anteile COund HC, die sonst in die Atmosphäre abgegeben würden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Thermischer Reaktor für die Abgase mehrzylindriger Brennkraftmaschinen mit einem dickwandigen Außgengehäuse, in welchem mit Abstand ein die Reaktionskammer bildendes dünnwandiges Innengehäuse aus hitzebeständigem Metall vorgesehen ist, wobei das Außengehäuse mehr als einen jeweils an eine Auslaßöffnung der Brennkraftmaschine angeschlossenen Abgaseinlaß aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Reaktionskammer eine die Abgaseir.lässe verbindende Abgas-Speiseleitung (31) verläuft, die in ihrer Mitte eine in der Reaktionskammer angeordnete Speiseöffnung (32) aufweist.

2. Reaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Speiseleitung (31) U-förmig ausgebildet ist.

3. Reaktor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Speiseöffnung (32) im wesentlichen mit demjenigen der Speiseleitung (31) übereinstimmt.

4. Reaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionskammer aus einer Innenkammer (35) und einer diese umgebende Außenkammer (37) gebildet ist, wobei beide Kammern (35, 37) aus dünnwandigem, hitzebeständigem Metall bestehen, zwischen beiden Kammern (35, 37) mindestens eine Abgas-Überströmöffnung (43) vorgesehen ist und ein Abgasauslaß (45) an der Außenkammer (37) vorgesehen ist.

5. Reaktor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die lnnenkanimer (35) durch ein Leitblech (39) in zwei Teilkammern (40, 41) aufgeteilt ist, wobei in die eine Teilkammer die Speiseöffnung (32) mündet, während die Überströmöffnung (43) in der anderen Teilkammer vorgesehen ist.