DE2802279A1 - Abgas-rezirkulationsvorrichtung fuer einen verbrennungsmotor mit zusatzverbrennungskammern - Google Patents

Abgas-rezirkulationsvorrichtung fuer einen verbrennungsmotor mit zusatzverbrennungskammern

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DE2802279A1 DE19782802279 DE2802279A DE2802279A1 DE 2802279 A1 DE2802279 A1 DE 2802279A1 DE 19782802279 DE19782802279 DE 19782802279 DE 2802279 A DE2802279 A DE 2802279A DE 2802279 A1 DE2802279 A1 DE 2802279A1
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Description

PATENTANWÄLTE A. GRÜNECKER
DRING
~3~* W. STOCKMAIR
K. SCHUMANN
OR RER NAT. · DIPL-PHYS
P. H. JAKOB
G.BEZOLD
DR PER MST- DPL-CHEM.
8 MÜNCHEN
MAXlMlLlANSTFiASSE
19. Jan. 1978 P 12 351
ISÜZU HOTORS LIMITED
No. 25-1, Tonο-machi, 3-chome, Kawasaki-ku, Kawasaki-shi, Kanagav/a, Japan
Abgas-Rezirkulationsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor mit Zusatzverbrennungskammern
Die Erfindung betrifft eine Abgas-Rezirkulations- oder -Reinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor mit Eigenzündung und Zusatzverbrennungskammern.
Die meisten konventionellen Abgas-Reinigungsvorrichtungen unter Verwendung eines Abgas-Rezirkulationssystems an einem Verbrennungsmotor mit Eigenzündung stellen Vorrichtungen auf Basis externer Rezirkulation dar, bei denen ein Teil des Abgases von der AuslasSammelleitung oder dem Auslassleitungssystem in die Einlassammelleitung oder das Einlassleitungssystem zurückge-
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TELEFON (O8S) 00 28 62 TELEX O6-O9 38O TELEGRAMME MONAPAT TELEKOP1ERER
führt wird. Solche konventionellen Vorrichtungen beeinflussen jedoch nachteilig das Motorbetriebsverhalten,und ferner ist die Rauchentwicklung aufgrund des geringen Verhältnisses an überschüssiger Luft erheblich. Des weiteren verschmutzen die Abgas-Rückführleitung, die EinlasSammelleitung und dgl. aufgrund von Rauchablagerungen und werden im schlimmsten Fall sogar blockiert.
In Anbetracht der mit konventionellen Vorrichtungen verbundenen Nachteile ist es ein Ziel der Erfindung, die Abgaszirkulation mittels eines Steuerventils während des Hochlastbetriebes des Motors zu steuern.
Bei der Erfindung steht jede Zusatzverbrennungskammer über einen Abgas-Expansionsverteiler und nockenbetätigte Ventile mit den anderen Zusatzverbrennungskammern in Verbindung. Die nockenbetätigten Ventile werden von Hydraulikstösseln beaufschlagt, die durch ein Solenoid betätigtes Steuerventil gesteuert werden. Das Solenoid betätigte Steuerventil wird unter Hochlastbetriebsbedingung des Motors beaufschlagt, um einen hydraulischen Weg freizugeben, der den Stösseln zugeführtes öl in einen Sumpf zurückführt. Unter dieser Bedingung öffnen sich die nockenbetätigten Ventile nicht.
Zusammengefasst wird durch die Erfindung ein Abgas-Reinigungssystem, das mit Abgasrückführung und" erneuter Verbrennung arbeiten, für einen Motor mit Eigenzündung geschaffen, welches einen Expansionsverteiler aufweist, der über separate Passage in Verbindung mit den Zusatzverbrennungskammern der einzelnen Zylinder steht. In jeder separaten Passage ist ein nockenbetätigtes Ventil angeordnet. Das Abgas in einer Zusatzverbrennungskammer gelangt in den Verteiler über eines der nockenbetätigten Ventile und wird dann über ein weiteres offenes nockenbetätigtes Ventil in die Zusatzverbrennungskammer von einem anderen Zylinder eingesaugt, dessen Kolben sich nahe der unteren Totpunktlage bei seinem Einlass oder Ansaughub befindet. Die nockenbetätigten
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Ventile werden von Hydraulikstösseln beaufschlagt, die durch ein Solenoid betätigtes Steuerventil gesteuert werden. Das Solenoid betätigte Steuerventil ist unter Hochlastbetriebsbedingungen des Motors beaufschlagt, so dass ein Hydraulikweg freigegeben wird, der den Stösseln zugeführtes Öl zu einem Sumpf zurückführt.
Eine Äusführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig^ 1 eine vertikal geschnittene Ansicht von einem Motor- ;
zylinder mit einer Ausführungsform einer erfindungsge- :■ mäss aufgebauten Vorrichtung,
Fig. 2 eine schematische Draufsicht auf die Zylinderanordnung und den Abgas-Expansionsverteiler nach der Erfindung, und
Fig. 3 eine teilweise geschnittene Ansicht bezüglich Details ■""ν- der erfindungsgemässen Steuervorrichtung für die Abgas- , zirkulation. .
Fig. 1 der Zeichnung zeigt einen Zylinderblock 1 mit z.B. vier Zylindern 1 - 4 von einem Verbrennungsmotor mit Selbstzündung und Zusatzverbrennungskammern. Ein Kolben 3 befindet sich auf-, und abbeweglich in jedem Zylinder 2. Ein Zylinderkopf 4 ist mit; einer Zusatzverbrennungskammer 7 versehen, die über einen Durchgang 6 mit einer Hauptverbrennungskammer 5 in Verbindung steht. Ferner ist eine Einspritzdüse 8 zum Einspritzen von Brennstoff von einer nicht gezeigten Vorratsquelle in die Zusatzverbrennungskammer 7 im Zylinderkopf angeordnet.
Eine Abgaspassage 9 steht mit der Hauptverbrennungskammer 5 über ein Auslassventil 10 in Verbindung, das durch einen konventionellen Nockenmechanismus in Verbindung mit einem nicht gezeigten Einlassventil in eine Öffnungsstellung gebracht werden kann. -.."-." ■
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Ein Abgas-Expansionsverteiler 11 ist an der Wand 4a des Zylinderkopfes 4 vorgesehen. Der Abgas-Expansionsverteiler steht über separate Passagen 12 mit den Zusatzverbrennungskamitiern 7 an den einzelnen Zylindern 1-4 gemäss Fig. 1 und 2 in Verbindung. Ein Ventil 13 ist in der Mitte der Passage 12 vorgesehen und wird gewöhnlich durch die Kraft von einer Rückzugfeder 14 geschlossen bzw. durch die anhebende Bewegung von einem. Stangenmechanismus 15 geöffnet. Eine Nockenwelle 16 dreht sich entsprechend der nicht gezeigten Kurbelwelle und ist mit einer Vielzahl von nicht gezeigten Nocken versehen, die die Mechanismen für die Ein- und Auslassventile betätigen. Von der gleichen Nockenwelle wird der Stangenmechanismus 15 durch Nocken 17 und 18 nahe dem Ende des Expansionshubes in jedem Zylinder 1 -4, d.h. im Expansionshubbereich von 90° - 50° (Kurbelwinkel) vor der unteren Totpunktlage von jedem Kolben 3;und in der letzten Hälfte des Ansaughubes, d.h. im Ansaughubbereich von 60° - 20° (Kurbelwinkel) vor der unteren Totpunktlage von jedem Kolben 3.nach oben bewegt.Bis der gezeigten Anordnung ist es weiter möglich, den Abgas-Expansionsverteiler 11 über eine Bypassleitung mit einem Drucksteuerventil an einer geeigneten Stelle der Äuslasspassage 9 zu verbinden, um zu verhindern, dass der Innendruck in dem Abgas-Expansionsverteiler 11 übermässig ansteigt. - '
Nach Fig. 3 ist in dem Stangenmechanismus 15 vom oberen Ende eines die Nocken 17 und 18 berührenden und durch diese bewegten Stössels 19 aus ein zylindrischer Hohlraum 20 ausgebildet. Eine Schubstange 21 ist vom oberen Teil des Stössels 19 aus in den zylindrischen Hohlraum eingesetzt, so dass unterhalb der Schubstange 21 eine ölkammer 22 gebildet wird. Ein Ventilsitz 23 ist am unteren Teil der ölkammer 22 ausgebildet. Eine Kugel 25 wird durch eine Schraubenfeder 24 auf den Ventilsitz 23 in der ölkammer gedrückt, so dass öl nur von der Unterseite des Ventilsitzes 23 in die Kammer 22 einströmen kann. Ferner
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steht eine kleine, unterhalb des Ventilsitzes 23 vorliegende Kammer 22a über eine Querbohrung 26 mit einer äusseren Ringnut 27 in Verbindung. Nur wenn der Stössel 19 nicht durch die Nocken 17 oder 18 angehoben wird, besteht eine Verbindung zwischen der äusseren Ringnut 27 und einer Öl zuführenden Passage 29, die in dem Zylinderblock 1 ausgebildet ist und über ein Rohr 28 mit einer nicht gezeigten ölpumpe in Verbindung steht.
Andererseits ist die unterhalb des Ventilsitzes 23 angeordnete Ölkammer 22 stets über wenigstens eine Ölbohrung 30 mit einer äusseren Ringnut 31 unabhängig von der Stellung des Stössels 19 verbunden. Die Ölbohrung 3o ist über ein Rohr 32 und eine im Zylinderblock ausgebildete ölauslasspassage 34 mit einer ölsteuervorrichtung 33 verbunden. Das Rohr 32 ist an eine Ölkammer 22 angeschlossen.
Die Ölsteuervorrichtung 33 besteht aus einer Arbeitskammer 36, in der Steuerventil 35 angeordnet ist. Ein Solenoid 37 (Fig. 1) steuert die Bewegung des Steuerventils 35. Die Arbeitskammer 36 befindet sich zwischen dem Rohr 32, das sich von der ölauslasspassage 34 erstreckt, und einem Rohr 38, das eine Verbindung mit einem nicht gezeigten ölbecken oder Sumpf herstellt, so dass das Steuerventil 35 zwischen diesen Teilen eine öffnende oder schliessende Funktion vornehmen kann. Das Solenoid 37 steht mit einem Brennstoffsteuerhebel oder dgl. von einer Einspritzpumpe zur Erfassung des Motorbelastungszustandes in Verbindung. Eine Erfassungsvorrichtung 39 vermag einen in Fig. 1 gezeigten Schalter 40 zu schliessen und damit das Solenoid 37 zu beaufschlagen, so dass das Steuerventil 35 in die öffnende Richtung bewegt wird.
— 6 —
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Die Arbeitsweise der erfindungsgemässen Abgas-Zirkulationsvorrichtung wird nachfolgend beschrieben. Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung handelt es sich hei dem Motor
um einen Viertakt-Verbrennungsmotor mit Selbstzündung und
vier Zylindern 1-4. Die Zündfolge ist 1r 3, 4 und 2. Bei
einem solchen Viertakt-Verbrennungsmotor wird, wenn sich z.B. der Kolben im Zylinder 3 nahe dem Ende von seinem Expansionshub befindet, ein Teil des verbleibenden Abgases in der zugehörigen Zusatzverbrennungskammer in den Abgasexpansionsverteiler 11 über die Passage 12 ausgestossen, da das Ventil 13
gegen die Kraft der Rückzugfeder 14 über die anhebende Bewegung des Nockens 18 und des Stangenmechanismus 15 nach oben bewegt wird. Die Öffnung des Ventils 13 erfolgt im Bereich von 90° 50° (Kurbelwinkel), bevor der Kolben den unteren Totpunkt erreicht. Das in den Expansionsverteiler 11 eingeführte Abgas
wird durch die Expansion, das in dem Wassermantel umlaufende
Wasser und durch die Aussenluft auf eine geeignete Temperatur abgekühlt und gleichzeitig wird, wenn sich ein weiterer Kolben, z.B. der Kolben im Zylinder 2,in der unteren Hälfte seines
Ansaughubes befindet, das Ventil 13 durch die hebende Wirkung des Nockens 17 und Stangenmechanismus 15 geöffnet, so dass
das Abgas im Expansionsverteiler 11 in die Zusatzverbrennungskammer des Zylinders 2 über die Passage12 gelangt. Die Öffnung des Ventiles 13 im Zylinder 2 erfolgt im Bereich von 60° (Kurbelwinkel), bevor der Kolben den unteren Totpunkt erreicht.
Bei der beschriebenen Ausführungsform erfolgt bei einer Zündfolge von 1, 3, 4 und 2 die Abgas-Zirkulation wiederholt in
nachstehender Reihenfolge
Abgas von Zylinder 1 in Zylinder 4
Abgas von Zylinder 3 in Zylinder 2
Abgas von Zylinder 4 in Zylinder 1, und
Abgas von Zylinder 2 in Zylinder 3.
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Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist somit so ausgelegt., dass die Abgaszirkulation von der Zusatzverbrennungskammer eines Zylinders in die von einem anderen Zylinder erfolgt. Im Vergleich zu einem konventionellen Abgas-Zirkulationssystem wird daher, bei einem Verbrennungsmotor mit einer erfindungsgemässen Vorrichtung eine verbesserte volumetrische Wirksamkeit in jedem Zylinder erzielt. Wenn sich das Steuerventil 13 schliesst, wird das Abgas in der Zusatzverbrennungskammer 7 durch die Aufwärtsbewegung des Kolbens 3 eingeschlossen. Daher wird ein verbesserter Abgas-Zirkulationseffekt erhalten und kann die Abgas-Zirkulationsrate in Bezug auf das Volumen der Zusatzverbrennungskammer 7 extrem hoch sein.
Wenn weiter die Motorbelastung einen Lastwert von mehr als 3/4 erreicht, schliesst die Erfassungsvorrichtung 39 entsprechend der Lasterfassungsvorrichtung an dem Brennstoffsteuerhebel oder dgl. den Schalter 40, um das Solenoid 37 zu beaufschlagen und damit das Steuerventil 35 nach oben zu ziehen. Infolge davon entsteht eine Verbindung zwischen dem Rohr 32 und.dem Rohr 38 ündyda das öl in der Kammer 22 nunmehr frei durch die Pagsage 34, das Rohr 32, die Arbeitskammer 36 und'das Rohr in den ölsumpf abfliessen kann, vermag die Schubstange 21 nicht mehr das Ventil 13 gegen die Kraft der Rückzugfeder 14 anzuheben, obgleich auf die Schubstange 21 die hebende Wirkung der Nocken 17 und 18 anliegt, so dass das Ventil 13 im geschlossenen Zustand verbleibt.
Aus der vorgenannten Beschreibung dürfte deutlich werden, dass die Abgas-Rezirkulation bei einer Motorbetriebsbelastung von mehr als 3/4 in wirksamer Weise gesteuert wird und daher bei einem derart hohen Belastungszustand eine Herabsetzung der Motoraüsgangsleistung sowie Zunahme an Rauchentwicklung ebenfalls in wirksamer Weise verhindert wird. Obschon weiter bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die Erfassung
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der Motorbelastung mittels des BrennstoffSteuerhebels an der Einspritzpumpe erfolgt, ist die Erfindung auf eine solche Anordnung nicht beschränkt. Z.B. kann der Schalter 40 entsprechend der Drehzahl des Motors anstelle der Motorbelastung betätigt werden. Obschon ferner das die Abgas-Zirkulation steuernde Ventil 13, wie vorbeschrieben, mittels der Steuervorrichtung 33 bei Hochlastbetrieb des Motors geschlossen wird, um eine Abgas-Rezirkulation vollständig zu verhindern, ist es auch möglich, die Steuervorrichtung abzuändern, indem ein nach Art einer. Drossel arbeitender Betätigungsmechanismus vorgesehen wird, der selbst bei Hochlastbetrieb des Motors eine geringe Abgas-Zirkulation erlaubt.
Wie erwähnt, erfolgt in wirksamer Weise eine Abgas-Rezirkulation zwischen den Zusatzverbrennungskammern und lässt sich der Umfang der Abgas-Rezirkulation entsprechend der Motorbelastung erfindungsgemäss beeinflussen-. Durch die Erfindung wird daher eine Abgas-Reinigungsvorrichtung geschaffen, die ohne die gewöhnliche Beeinträchtigung des Motorbetriebsverhaltens arbeitet.
8 0983 0/08 22
e rs e i te

Claims (4)

  1. PAl EMTANWALVE A. GRÜNECKER
    H. KINKELDEY
    DR-ING
    9 Q ΓΙ 9 9 7 Q w.
    K. SCHUMANN
    DR RER «AT.· DIPL-FHYS
    P. H. JAKOB
    DIPL-INCi
    G. BEZOLD
    CA RcftNAX-CIPL-CHBUl
    8 MÜNCHEN 22
    MAXIMILIANSTRASSE 43
    P 12 351
    Abgas-Rezirkulationsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor mit Zusatzverbrennungskammern
    PATENTANSPRÜCHE
    Q\J Abgas-Re.zirkuiationsvorrichtung für einen mehrzylindrigen Viertakt-Verbrennungsmotor mit Eigenzündung und Zusatzverbrennungskammern, in die der Brennstoff in zeittaktmässiger Folge eingespritzt wird, gekennzeichnet durch einen Abgas-Expansionsverteiler (11), der über separate Auslasspassagen (12) in Verbindung mit jeder Zusatzverbrennungskammer (7) steht, eine Vielzahl von nockenbetätigten Ventilen (13), von denen je eines in jeder separaten Auslasspassage angeordnet ist, um die Abgasströmung zwischen den Zusatzverbrennungskammern und dem Abgas-Expansionsverteiler zu steuern, wobei die nockenbetätigten Ventile von einer gemeinsamen Nockenwelle (16) dergestalt beauf-
    8098 30/082 2
    TELEFON (OQQ) 222863 TELEX 00-39380 TELEGRAMME MONAPAT TELEKOPIERER
    ORiQlNALfKfSPECTED
    schlagt werden, dass sie sich beim Expansionshub und wiederum beim Ansaughub der betreffenden Zylinder öffnen, und eine hydraulische Steuereinrichtung, die ein öffnen der Vielzahl von nockenbetätigten Ventilen bei Hochlastbetrieb verhindern.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die nockenbetätigten Ventile (13) im Bereich von 90° - 50° (Kurbelwinkel) vor der unteren Totpunktlage von jedem Kolben (3.) beim Kraftexpansionshub und im Bereich von 60° - 20° (Kurbelwinkel) vor der unteren Totpunktlage von jedem Kolben beim Ansaughub geöffnet sind.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass jedes nockenbetätigtes Ventil (13) durch einen Hydraulikstössel (19) beaufschlagt wird und die Steuereinrichtung ein Steuerventil (33) zur Freigabe eines Hydräulikweges umfasst, um das den Stössel zugeführte Öl in einen Sumpf zurückzuführen,
  4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , dass die Steuereinrichtung weiter ein Solenoid (37) zur Betätigung des Steuerventils (33) umfasst.
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DE2802279A 1977-01-24 1978-01-19 Abgas-Rückführanordnung für eine Viertakt-Brennkraftmaschine Expired DE2802279C3 (de)

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