DE2434393B2

DE2434393B2 - Abgassystem für eine fremdgezündete Brennkraftmaschine mit Hauptbrennröumen und Hilfsbrennräumen

Info

Publication number: DE2434393B2
Application number: DE2434393A
Authority: DE
Inventors: Takao Saitama Okura; Yoshitoshi Kawasaki Kanagawa Sakurai; Minoru Chofu Tokio 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: 1980-04-30
Also published as: NL7409653A; GB1475001A; JPS5035522A; NL162173C; US3965881A; CA1026180A; AU476840B2; SU721012A3; SE7409354L; AU7137974A; FR2238042A1; SE409048B; JPS5213577B2; SU915814A3; ES428374A1; DE2434393A1; NL162173B; FR2238042B1; BR7405892D0; CH576585A5

Description

Die Erfindung betrifft ein Abgassystem für eine Brennkraftmaschine mit Fremdzündung und mehreren Zylindern, die jeweils einen Hauptbrennraum sowie einen damit über einen Flammkanal verbundenen Hilfsbrennraum umfassen, mit ventilgesteuerten Hauptzuführungskanälen für mageres Kraftstoff-Luftgemisch in die Hauptbrennräume, mit ventilgesteuerten Hilfszuführungskanälen für fettes Kraftstoff-Luftgemisch in die Hilfsbrennräume und mit jeweils einem an den Hauptbrennraum angeschlossenen ventilgesteuerten Auslaßkanal, wobei die Auslaßkanäle letztlich in eine Auspuffleitung münden. Beim Betrieb einer derartigen Brennkraftmaschine zündet die im Hilfsbrennraum angeordnete Zündkerze das relativ fette Kraftstoff-Luftgemisch, wodurch eine Flamme strahlaitig durch den Flammkanal in den Hauptbrennraum geleitet wird und dort das

ίο relativ magere Gemische zündet. Die Erfindung befaßt sich nun mit der Verringerung schädlicher Bestandteile in den Abgasen einer derartigen Brennkraftmaschine.

Bisher übliche Abgasreinigungsvorrichtungen arbeiten mit einer Luftpumpe, die Sekundärluft zuführt, um die Verbrennung von Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxyd in einer Abgasreaktionskammer zu vervollständigen. Die Luftpumpe ist kostspielig, und die Temperatur der Abgase wird durch die Sekundär-

-'U luft verringert, wodurch beim Kaltstart eine beachtliche Zeitverzögerung entsteht, bis die Temperatur innerhalb der Reaktionskammer einen für den Ablauf der Nachverbrennungsreaktion ausreichend hohen Wert erreicht. Wenn eine kleinere Abgasreaktions-

2) kammer vorgesehen wird, umd diese Aufheizzeit zu verkürzen, so hat die Kammer, wenn die Maschine unter hoher Belastung gefahren wird, eine unzureichende Kapazität, um eine mindestens nötige Verweiizeit der Abgase zu gewährleisten.

)o Bei einem Abgassystem der eingangs genannten Gattung, das durch die DE-OS 2259764 bekannt ist, befindet sich in den Abgasen infolge des Betriebs der Brennkraftmaschine mit einem insgesamt mageren Kraftstoff-Luftgemisch heiße überschüssige Luft, die

π vorteilhaft zur Abgasnachverbrennung ausgenutzt werden kann.

Durch die DE-OS 2 020154 ist bereits eine Abgasreaktionskammcr für Brennkraftmaschinen bekannt, die länglich ausgebildet ist und in die die heißen Ab-

4i) gase auf einer Längsseite eingeleitet werden, während sie an einer Stirnseite austreten. Die Abgase werden dabei so in die Reaktionskammer eingeleitet, daß sie auf die dem Austritt gegenüberliegende Stirnseite geleitet werden, um eine möglichst lange Verweilzeit in

4> der Reaktionskammer zu gewährleisten. Hierbei ist jedoch die Oxydationsreaktion der Abgase noch unzureichend, da die Durchmischung der Abgase in der Reaktionskammer mangelhaft ist.

Durch die AT-PS 253873 ist es bekannt, die Ab-

w gase durch mehrere parallel angeordnete Vorschaltreaktionskammern in eine Hauptreaktionskammer einzuleiten, wobei sie in der Hauptreaktionskammer gleichfalls auf eine Stirnseite gelenkt werden, die der mit einem Abgasaustritt versehenen anderen Stirn-

v, seite gegenüberliegt. Hier ist zwar eine Verbesserung der Oxydationsreaktion infolge der zusätzlichen Reaktion in den Vorschaltreaktionskammern festzustellen, jedoch ist auch dabei die Vermischung der Abgase noch mangelhaft.

w) Aus der US-PS 3413 803 ist es bekannt, Vorschaltreaktionskammern an den einander gegebenüberliegenden Stirnseiten einer Hauptreaktionskammer vorzusehen, wodurch infolge mehrerer, in der Hauptreaktionskammer aufeinandertreffender Abgasströme

hi eine bessere Vermischung erzielt wird. Jedoch zeigt sich auch hier noch der Nachteil, daß insbesondere in der Startphase der Brennkraftmaschine die Verbrennungsreaktion der Abgase nicht schnell genug

eintritt und außerdem wie bei den zuvor genannten bekannten Anordnungen ein großes Bauvolumen vorliegt, was auf die Zuordnung der Vorschaltreaktionskammern zur Hauptreaktionskammer zurückzuführen ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für ein Abgassystem der eingangs bezeichneten Art eine Nachverbrennungsvorrichtung zu schaffen, die ein schnelles Anspringen der Verbrennungsreaktion in der Startphase der Brennkraftmaschine and eine lange Verweilzeit der nachzuverbrennenden Abgase im Reaktionsbereich gewährleistet und ein kleines Bauvolumen hat.

Diese Aufgabe wird, ausgehend von der eingangs bezeichneten bekannten Gattung von Abgassystemen, erfindungsgemäß gelöst durch die Verbindung der folgenden Merkmale:

a) mehrere Vorschaltreaktionskanimern sind vorgesehen, welche die Abgase aus jjdem Auslaßkanal aufnehmen und jeweils über eine Austrittsöffnung 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 Hauptreaktionskammer die Auspuffleitung anschießt;

b) die Vorschaltreaktionskammern mit ihren Austrittsöffnungen sind an einander gegenüberliegenden Längsseiten der Hauptreaktionskammer angeordnet und ragen in die Hauptreaktionskammer hinein.

Durch die Erfindung wird eine relativ kleine Nachverbrennungsvorrichtung geschaffen, bei der infolge der Anordnung der Vorschaltreaktionskammern an einander gegenüberliegenden Längsseiten der Hauptreaktionskammer über deren Länge verteilt mehrere Bereiche vorhanden sind, in denen verschiedene Abgasströmungen aufeinandertreffen, wodurch die Vermischung der Abgase wesentlich verbessert ist. Zusätzlich entsteht infolge der Ausrichtung der Austrittsöffnungen der Vorschaltreaktionskammern auf die gleiche Stirnseite der Hauptreakionskammer in dieser eine einheitliche Abgasströmung, die eine lange Verweilzeit der Abgase in der Hauptreaktionskammer gewährleistet. Da die Vorschaltreaktionskammern nicht völlig außerhalb der Hauptreaktionskammer angeordnet sind, sondern in diese hineinragen, kann die Nachverbrennungsvorrichtung insgesamt so klein verwirklicht werden, daß sie beispielsweise bei V-Brennkraftmaschinen in dem durch die Zylinderreiheii eingeschlossenen Raum angeordnet werden kann.

Ein Abgassystem nach der Erfindung gewährleistet infolge seiner verbesserten Funktionsweise und seiner kleinen Bauform das schnelle Anspringen der Verbiennungsreaktion in der Startphase der Brennkraftmaschine, und trotz der kleinen Bauform wird eine vergleichsweise lange Verweilzeit der nachzuverbrennenden Ahgase im Reaktionsbereich erzielt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungsfiguren beschrieben. Es ztiigt

Fig. 1 einen Seitenschnitt einer Brennkraftmaschine mit einem Abgassystem nach der Erfindung, und

Fig. 2 eine teilweise gebrochene Draufsicht auf die in Fig. 1 gezeigte Maschine mit Abgassystem.

In den Figuren ist eine Brennkraftmaschine 1 mit acht Zylindern dargestellt, die V-förmig in zwei Reihen angeordnet sind. Jeder Zylinder hat einen Hauptbrennraum 3 und einen damit über einen Flammkanal 4 verbundenen Hilfsraum 5. Eine Zündkerze 6 im Zylinderkopf 2 ist jedem Hilfsbrennraum 5 zugeordnet. Jeder Hauptbrennraum 3 hat einen Haupteinlaßkanal 7, der durch ein Haupteinlaßventil 10 gesteuert wird. Jeder Hilfsbrennraum 5 hat einen Hilfseinlaßkanal 9, der durch ein Hilfseinlaßventil 12 gesteuert wird. Jeder Hauptbrennraum 3 hat ein Auslaßventil 11, das in einem Auslaßkanal 8 angeordnet ist. Die Ventile 10,11 und 12 werden durch nicht dargestellte Ventilsteuerungen üblicher Art betätigt.
■ Ein V-förmiger Raum zwischen den beiden Zylinderreihen ist für eine Nachverbrennungsvorrichtung 13 mit offener Oberseite vorgesehen. Diese offene Oberseite ist durch die Unterseite einer Zuführungskanalanordnung 14 verschlossen. Die Nachverbren-¹ nungsvorrichtung 13 umfaßt eine Hauptreaktionskammer 15, die durch wärmeisolierende Wandungen mit Längsseiten 17 eingeschlossen ist. Die Abstände zwischen den wärmeisolierenden Wandungen können mit Keramikmaterial oder einem anderen wärmeisolierenden Material 16 gefüllt sein. Vier Vorschaltreaktionskammern 18 ragen durch die isolierenden Längsseiten 17 hindurch in die Hauptreaktionskammer 15. Jede dieser Vorschaltreaktionskammern 18 ist wesentlich kleiner als die Hauptreaktionskammer 15, vorzugsweise beträgt ihr Volumen ein Achtel bis ein Fünftel des Volumens der Hauptreaktionskammer 15. Jede Vorschaltreaktionskammer 18 hat eine Austrittsöffnung, die auf die vorderen Stirnseiten der Hauptreaktionskammer 15 ausgerichtet ist. Eine Auspuffleitung 19 ist an der hinteren Stirnseite der Hauptreaktionskammer 15 angeschlossen und führt zu einem nicht dargestellten Schalldämpfer. Jede Vorschaltreaktionskammer 18 besteht aus hitzebeständigem Material, beispielsweise aus Edelstahl und ist durch ein rohrförmiges Element gebildet. Jede Vorschaltreaktionskammer 18 führt Abgase von den Austrittsöffnungen zweier einander benachbarter Zylinder ab, so daß vier Vorschaltreaktionskammern 18 für acht Zylinder vorgesehen sind. Die Auslaßzeiten der einander benachbarten Zylinder liegen ungleichzeitig, so daß jeweils nur einer der beiden Zylinder zu einem Zeitpunkt Abgase in die Vorschaltreaktionskammer 18 abgibt.

Die Zuführungskanalanoidnung 14 umfaßt Hauptzuführungskanäie 20 und Hilfszuführungskanäle 21, die jeweils mit einem Haupteinlaßkanal 7 beziehungsweise einem Hilfeinlaßkanal 9 verbunden sind. Ein Hauptvergaser 22 mit zwei Gemischbildungskanälen bekannter Art ist mit der oberen Öffnung der Hauptzuführungskanäle 20 verbunden. Ein Hilfsvergaser23 mit einem Gemischbildungskanal ist mit den Hilfszuführungskanälen 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 fettes Kraftstoff-Luftgemisch für die Hilfsverbrennungsräume 5 erzeugt.

Beim Betrieb wird Umgebungsluft durch einen Luftfilter 24 und den Hauptvergaser 22 sowie den Hilfsvergaser 23 zugeführt. Ein im Hauptvergaser 22 erzeugtes mageres Gemisch wird zur Verdampfung in den Hauptzuführungskanälen 20 erwärmt und über die Haupteinlaßkanäle 7 den Hauptbrennräumen 3

zugeführt, wenn die Haupteinlaßventile 10 geöffnet sind. Das fette Kraftstoff-Luftgemisch des Hilfsvergasers 23 wird zur Verdampfung in den Hilfszuführungskanälen 21 erwärmt und über die Hilfseinlaßkanäle 9 dem jeweiligen Hilfsbrennraum 5 zugeführt, wenn das betreffende Hilfseinlaßventil 12 geöffnet ist. Das fette Gemisch strömt über die Hilfsbrennräume 5 durch die Flammkanäle 4 auch in die Hauptbrennräume 3. Beim nachfolgenden Kompressionshub des Kolbens wird das durch das magere Gemisch in dem Hauptbrennraum bis zu einem gewissen Grade verdünnte fette Gemisch durch den Flammkanal 4 hindurch zurück in den Hilfsbrennraum 5 gedrückt. Am Ende des Kompressionshubes zündet die Zündkerze 6 das Gemisch in dem Hilfsbrennraum 5, wodurch eine strahlartige Flamme durch den Flammkanal 4 in den Hauptbrennraum 3 geführt wird und dort das magere Gemisch zündet. Auf diese Weise kann die Maschine mit einem Gemisch gespeist werden, das ein insgesamt extrem kleines Kraftstoff-Luftverhältnis hat. Überschüssige Luft in den Hauptbrennräumen 3 wird mit auf die Abgastemperatur erhitzt.

Während des nachfolgenden Auspuffhubes eines jeden Kolbens werden die Abgase durch die Auslaßkanäle 8 zunächst einer Vorschaltreaktionskammer 18 kleinen Volumens zugeführt, wobei diese Kammer sich erhitzt, während sich die Abgase ausdehen und ihre Geschwindigkeit verringern. Da die Zylinder eines jeden benachbarten Zylinderpaares den Auspuffhub zu unterschiedlichen Zeiten ausführen, wird Abgas abwechselnd von den beiden Auslaßkanälen 8 in die gemeinsame Vorschaltreaktionskammer 18 geführt, wodurch sichergestellt wird, daß die einzelnen Abgasströmungen ein ausreichendes Ausdehnungsvolumen antreffen und die. Vorschaltreaktionskammer 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 verbleibenden Wärme und verlängern ferner die Zeit, in der die Abgase bei relativ hoher Temperatur verweilen. Die Abgase werden schließlich durch Auspuffleitung 19 und den nicht dargestellten Schalldämpfer in

ίο die Atmosphäre abgegeben. Die jeweilige Vorschaltreaktionskammer 18 kann schnell auch durch eine geringe Abgasmenge aufgeheizt werden, obgleich die Hauptreaktionskammer 15 sich langsamer erwärmt und ihrerseits eine Geschwindi⁰ke!tsvernn°enin^o für eine große Abgasmenge ermöglicht.

Wenn beide Reaktionskammern 15 und 18 die für die Nachverbrennungsreaktion nötige Temperatur erreicht haben, können sich schädliche Komponenten der Abgase gut miteinander vermischen, während die Abgase mit mäßiger Geschwindigkeit durch beide Reaktionskammern strömen. Ferner erfolgt eine stärkere Vermischung mit der überschüssigen Luft hoher Temperatur, die dann zur Nachverbrennung führt.

Durch Anordnung einer Vorschaltreaktionskammer, 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 Nachverbrennungsreaktion für alle Betriebszustände zu erreichen. Es ist keine Sekundärluft aus der Atmosphäre in das Abgassystem einzuführen, so daß eine besondere Luftpumpe nicht erforderlich ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. 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 Hilfseinlaßkanälen für fettes Kraftstoff-Luftgemisch in die Hilfsbrennräume und mit jeweils einem an den Hauptbrennraum angeschlossenen ventilgesteuerten Auslaßkanal, wobei die Auslaßkanäle letztlich in eine Auspuffleitung münden, gekennzeichnet durch die Verbindung der folgenden Merkmale:

a) mehrere Vorschaltreaktionskammern (18) sind vorgesehen, welche die Abgase aus jedem Auslaßkanal (8) aufnehmen und jeweils über eine Austrittsöffnungen in eine gemeinsame, mit der Auspuffleitung (19) verbundene längliche Hauptreaktionskammer (15) leiten, wobei die Austrittsöffnungen auf die gleiche Stirnseite der Hauptreaktionskamtner ausgerichtet sind und an der entgegengesetzten Stirnseite der Hauptreaktionskammer die Auspuffleitung (19) anschließt;

b) die Vorschaltreaktionskammern (18) mit ihren Austrittsöffnungen sind an einander gegenüberliegenden Längsseiten (17) der Hauptreaktionskammer (15) angeordnet und ragen in die Hauptreaktionskammer hinein.

2. Abgassystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptreaktionskammer (15) ein fünf- bis achtmal größeres Volumen als jede Vorschaltrcaktionskammer (18) hat.

3. Abgassystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kauptreaktionskammer (15) in Wärmetauschwechselwirkung mit den Hilfszuführungskanälen (21) gebracht ist.

4. Abgassystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptreaktionskammer (15) in Wärmetauschwechselwirkung mit den Hauptzuführungskanälen (14) gebracht ist.

5. Abgassystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede Vorschaltreaktionskammer (18) jeweils mehreren Zylindern nachgeschaltet ist, deren Abgasausstoß zu unterschiedlichen Zeiten erfolgt.

6. Abgassystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorschaltreaktionskammern (18) jeweils zwei nebeneinander angeordneten Zylindern nachgeschaltet sind.