DE2452675A1 - COMBUSTION MACHINE - Google Patents
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Description
o. November 1974November 1974
Nissan Motor Co., Ltd.Nissan Motor Co., Ltd.
No. 2, Takara-machi, Kanagawa-ku, Yokohama City, JapanNo. 2, Takara-machi, Kanagawa-ku, Yokohama City, Japan
BrennkraftmaschineInternal combustion engine
Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine, insbesondere eine von Zündkerzen gezündete Brennkraftmaschinef bei welcher die schädlichen Bestandteile des in die freie Atmosphäre ausgestoßenen Abgases verringert werden.The invention relates to an internal combustion engine, especially a spark-ignited internal combustion engine of f at which the harmful components of the discharged exhaust gas into the atmosphere can be reduced.
Es ist an sich bekannt, .daß die Konzentration der in den Abgasen
einer Brennkraftmaschine enthaltenen Stickoxyda Spitzenwerte erreichen, wenn in der Brennkraftmaschine Luft-
und Kraftstoffgemische verbrannt werden, deren Luft/Kraftstoff verhältnis annähernd dem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff verhältnis von 16:1 entspricht. Die Stickoxydkonzentration nimmt also ab, wenn die Luft/Kraftstoffverhältnisse der
Gemische niedriger oder höher als das stöchiometrische Luft/
Kraftstoffverhältnis sind, oder mit anderen Worten, wenn die Gemische wesentlich fetter oder magerer sind.It is known per se that the concentration of nitrogen oxides contained in the exhaust gases of an internal combustion engine reach peak values when air in the internal combustion engine
and fuel mixtures are burned whose air / fuel ratio corresponds approximately to the stoichiometric air / fuel ratio of 16: 1. The nitrogen oxide concentration thus decreases when the air / fuel ratios of the mixtures are lower or higher than the stoichiometric air / fuel ratio, or in other words when the mixtures are significantly richer or leaner.
Aus diesem Grunde wurde es bereits vorgeschlagen, zur Ver-For this reason it has already been proposed to
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ringerung der in den Abgasen einer Mehrzylinderbrennkraftma-.schine enthaltenen Stickoxyde diese Brennkraftmaschine sowohl mit einem wesentlich magereren Luft-Kraftstoffgemisch, das in etwa die Hälfte aller Brennkammern des Motors eingeleitet wird, als auch mit einem wesentlich fetteren Luft-Kraftstoffgemisch zu betreiben, das in die übrigen Brennkammern des Motors geleitet wird.Reduction of the in the exhaust gases of a multi-cylinder internal combustion engine nitrogen oxides contained this internal combustion engine both with a much leaner air-fuel mixture, which in about half of all combustion chambers of the engine are introduced, as well as with a much richer air-fuel mixture to operate, which is fed into the remaining combustion chambers of the engine.
In der Praxis sind jedoch Schwierigkeiten aufgetreten, die darin bestehen, daß sich das wesentlich magerere Gemisch in den Brennkammern herkömmlicher Brennkraftmaschinen schlecht verbrennen läßt, da diese Brennkraftmaschinen zur Verbrennung von Luft-Kraftstoffgemischen ausgelegt sind, die annähernd ein stöchiometrisches Luft/Kraftstoffverhältnis aufweisen. In practice, however, difficulties have arisen consist in the fact that the much leaner mixture in the combustion chambers of conventional internal combustion engines is bad can burn, since these internal combustion engines are designed for the combustion of air-fuel mixtures that approximate have a stoichiometric air / fuel ratio.
Die Erfindung ist deshalb darauf gerichtet, eine von Zündker-, zen gezündete verbesserte Brennkraftmaschine zu schaffen, deren in die freie Atmosphäre ausgestoöene Abgase eine verringerte Stickoxydkonzentration enthalten. Die Erfindung ist ferner darauf gerichtet, die Anordnung der Brennkammern einer von Zündkerzen gezündeten Brennkraftmaschine zu verbessern, so daß ein wesentlich magereres Luft-Kraftstoffgemisch vollständig verbrannt werden kann, welches in etwa die Hälfte aller Brennkammern eingeleitet wird. Schließlich ist die Er·^ findung darauf gerichtet, ein verbessertes Abgassystem für eine von Zündkerzen gezündete Brennkraftmaschine zu schaffen, welches in Verbindung mit einem thermischen Reaktor und einem katalytischen Konverter zur Verbrennung von Kohlenmonoxydeη und Kohlenwasserstoffen für die Reinigung der von der Brennkraftmaschine ausgestoßenen Abgase sorgt.The invention is therefore directed to one of spark plug, zen ignited improved internal combustion engine, the exhaust gases emitted into the atmosphere reduced Contain nitrogen oxide concentration. The invention is also directed to the arrangement of the combustion chambers a to improve internal combustion engine ignited by spark plugs, so that a much leaner air-fuel mixture can be completely burned, which is introduced into about half of all combustion chambers. After all, the He · ^ The aim of the invention is to provide an improved exhaust system for an internal combustion engine ignited by spark plugs, which in conjunction with a thermal reactor and a catalytic converter for the combustion of carbon monoxide and hydrocarbons for cleaning the exhaust gases emitted by the internal combustion engine.
Die Erfindung ist gekennzeichnet durch eine erste von Zylin-The invention is characterized by a first of cylinder
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dem, Zy linder köpf en und Kolbenköpfen gebildete Brennkammergruppe, der ein .erstes L uft-K rafts to ff gemisch zugeleitet wird, das fetter als das stöchiometrisehe Luft/Kraftstoffverhältnis ist, und durch eine von Zylindern, Zylinderköpfen und Kolbenköpfen gebildete zweite Brennkaitmiergruppe, der ein zweites Luft-Kraftstoffgemisch zugeleitet wird, das magerer als das stöchiometrische Luft/Kraftstoffverhältnis ist, wobei die Brennkammern der zweiten Brennkammergruppe derart ausgelegt und angeordnet sind, daß eine Schichtung des zweiten in die Brennkammern eingeleiteten Luft-Kraftstoffgemisches erfolgt, wodurch eine wirksame Verbrennung des zweiten Luft-Kraftstoffgemisches erzielt wird.the combustion chamber group formed by cylinder heads and piston heads, to which a first air / force mixture is fed, the richer than the stoichiometric air / fuel ratio is, and by a second Brennkaitmiergruppe formed by cylinders, cylinder heads and piston heads, the second Air-fuel mixture is supplied, the leaner than that is stoichiometric air / fuel ratio, where the Combustion chambers of the second combustion chamber group are designed and arranged such that a stratification of the second in the Combustion chamber introduced air-fuel mixture takes place, whereby an effective combustion of the second air-fuel mixture is achieved.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Darin zeigen: Further features, details and advantages of the invention emerge from the following description of exemplary embodiments with reference to the drawing. Show in it:
Fig.1 eine schematische Draufsicht auf ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem besonderen thermischen Reaktor;Fig.1 is a schematic plan view of a preferred one Embodiment of the invention with a special thermal reactor;
Fig.2 ein Diagramm, in welchem die typischen Verhältnisse zwischen den Stickoxyd-, den Kohlenwasserstoff- und Kohlenmonoxydkqnzentrationen bspw. angegeben sind, die bei verschiedenen Luft/Kraftstoffverhältnissen des einer Brennkraftmaschine zugeführten Gemisches in den Abgasen der Brennkraftmaschine auftreten;Fig. 2 is a diagram in which the typical relationships between the nitrogen oxide, the hydrocarbon and carbon monoxide concentrations are indicated, for example, at various air / fuel ratios of the mixture supplied to an internal combustion engine in the exhaust gases of the internal combustion engine appear;
Fig»3A einen Teillängsschnitt durch eine herkömmliche Brennkammer;3A shows a partial longitudinal section through a conventional one Combustion chamber;
Fig.3B eine Schnittansicht ähnlich der Fig.3A durch eine anders ausgestaltete Brennkammer;Fig.3B is a sectional view similar to Fig.3A through a differently designed combustion chamber;
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Fig.4 eine Schnittansicht ähnlich der Fig.3Bf in welcher eine besondere Ausgestaltung der Brennkammer gezeigt ist;4 shows a sectional view similar to FIG. 3B f, in which a special embodiment of the combustion chamber is shown;
Fig.5 eine schematische Draufsicht auf ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung mit einer Abgassammelleitung, die als thermischer Reaktor dient, und mit einem katalytischen Konverter und5 shows a schematic plan view of a modified one Embodiment according to the invention with an exhaust manifold that acts as a thermal reactor serves, and with a catalytic converter and
Fig.6 eine Ansicht ähnlich der Fig.5, wobei das dargestellte Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung ebenfalls einen thermischen Reaktor aufweist.FIG. 6 is a view similar to FIG Embodiment according to the invention also has a thermal reactor.
Die in der Fig.1 dargestellte bevorzugte Brennkraftmaschine gemäß der Erfindung besitzt vier Brennkammern C1Ms C,, wobei die Bezugszeichen lediglich die Anordnung der Brennkammern angeben, welche zur Verbrennung eines dem Motor zugeführten Luft/Kraftstoffgemisches dienen. Von den vier Brennkammern C^ bis C. ist eine erste aus den beiden Brennkammern C, und C. bestehende Gruppe über eine erste Ansaugleitung 12 an einen ersten Vergaser 14 angeschlossen, und saugt ein erstes Luft-Kraftstoff gemisch an, das fetter als das stöchiometrische Luft/Kraftstoffverhältnis ist. Eine aus den Brennkammern C2 und C3 bestehende zweite Gruppe ist über eine zweite Ansaugleitung 16 an einen zweiten Vergaser 18 angeschlossen und saugt einizweites Luft-Kraftstoffgemisch an, das magerer als das stöchiometrische Luft/Kraftstoffverhältnis ist. Die Zündfolge der vier Brennkammern ist C1-C3-C4-C3.The preferred internal combustion engine according to the invention shown in FIG. 1 has four combustion chambers C 1 Ms C ,, the reference symbols merely indicating the arrangement of the combustion chambers which are used for the combustion of an air / fuel mixture supplied to the engine. Of the four combustion chambers C ^ to C. a first group consisting of the two combustion chambers C and C. is connected to a first carburetor 14 via a first suction line 12, and sucks in a first air-fuel mixture that is richer than the stoichiometric one Is air / fuel ratio. A second group consisting of the combustion chambers C 2 and C 3 is connected via a second intake line 16 to a second carburetor 18 and takes in a second air-fuel mixture which is leaner than the stoichiometric air / fuel ratio. The firing order of the four combustion chambers is C 1 -C 3 -C 4 -C 3 .
Durch diese Ausführung kann die Stickoxydabgabe des Motors verringert werden. Wie aus Fig. 2 hervorgeht, in welcher die Kurve a die Stickoxydkonzentration in Abhängigkeit vom Luft-Kraftstoffmischungsverhältnis angibt, kann der Motor sowohl mit einem wesentlich fetteren als auch mit einemThis design can reduce the nitrogen oxide emissions from the engine be reduced. As can be seen from Fig. 2, in which the curve a indicates the nitrogen oxide concentration as a function of the air-fuel mixture ratio, the engine can both with a much fatter one and with one
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wesentlich magereren Luft-Kraftstoffgemisch als das stöchiometrische Luft/Kr aft stoff verhältnis (16:1), betrieben wird, wodurch eine relativ kleine Stickoxydmenge bei der Verbrennung entsteht.significantly leaner air-fuel mixture than the stoichiometric one Air / fuel ratio (16: 1), which a relatively small amount of nitrogen oxide is produced during combustion.
Die Brennkammern C, und C- der ersten Gruppe sind herkömmlicher Art und bspw. in den Fig.3A und 3B dargestellt.The combustion chambers C, and C- of the first group are of a conventional type and are shown, for example, in FIGS. 3A and 3B.
Wie die Fig.,3A erkennen laßt, ist in dem Zylinderblock 20 ein Motorzylinder 22 angeordnet, in welchem ein Kolben 24 hin- und herbewegbar gelagert ist, der über eine nicht dargestellte Pleuelstange eine nicht dargestellte Kurbelwelle antreibt. Das Zylinderende ist mit einem Zylinderkopf 26 geschlossen. Zwischen der Oberfläche des Kolbens 24 oder dem Kolbenkopf und der Unterseite des Zylinderkopfes 26 ist eine Brennkammer 28 mit einem keilförmigen Querschnitt angeordnet. Wie aus der Figur zu erkennen ist, ist eine Zündkerze 30 bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel im Zylinderkopf 26 in der Nähe des Kolbenkopfes des sich in der oberen Totpunktlage befindlichen Kolbens 24 angeordnet, damit die in der Brennkammer herrschende Verbrennungstemperatur gesenkt wird, wodurch eine Abnahme der Stickoxydbildung erfolgt. Es ist auch möglich, die Zündkerze 30 in ari sich üblicher Weise an der durch die gestrichelten Linien angedeuteten Stelle 32 anzuordnen. As shown in FIG. 3A, there is a cylinder block 20 Motor cylinder 22 is arranged, in which a piston 24 is mounted such that it can move back and forth, which is via a not shown Connecting rod drives a crankshaft, not shown. The cylinder end is closed with a cylinder head 26. Between the surface of the piston 24 or the piston head and the underside of the cylinder head 26 is a combustion chamber 28 arranged with a wedge-shaped cross section. As can be seen from the figure, a spark plug 30 is in the one shown Embodiment in the cylinder head 26 in the vicinity of the piston head of the one located in the top dead center position Piston 24 arranged so that the combustion temperature prevailing in the combustion chamber is lowered, whereby a decrease the formation of nitrogen oxide takes place. It is also possible to arrange the spark plug 30 in the usual manner at the point 32 indicated by the dashed lines.
Außerdem ergeben sich durch die bevorzugte Anordnung der Zündkerze 30 größere Mengen von Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxyden im Abgas als diejenigen Mengen, die bei der gestrir chelt eingezeichneten herkömmlichen Anordnung der Zündkerze vorhanden sind. Dieses Verhalten ist für die Abgasreinigung vorteilhaft, bei welcher zwei verschiedene Abgasströme vermischt werden, die von der ersten und zweiten Brennkammergruppe 1 bis 4 ausgestoßen werden, weil die Abgasströme der ersten Brennkammergruppe C1 und C4 brennbare Kohlenwasserstoffe undIn addition, the preferred arrangement of the spark plug 30 results in larger amounts of hydrocarbons and carbon monoxides in the exhaust gas than those amounts which are present in the conventional arrangement of the spark plug shown in dashed lines. This behavior is advantageous for exhaust gas purification, in which two different exhaust gas flows are mixed, which are discharged from the first and second combustion chamber groups 1 to 4, because the exhaust gas flows of the first combustion chamber group C 1 and C 4 are combustible hydrocarbons and
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Kohlenmonoxyde enthalten, die den nicht von selbst brennbaren Abgasen der zweiten Brennkammergruppe C- und C, zugemischt werden. Diese Eigenschaften der beiden Abgasströme sind dadurch bedingt, daß die Abgase der mit dem überaus fetten Luft-IC rafts to ff gemisch versorgten Brennkammern relativ große Mengen von Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxyden enthalten, während die Abgase der mit einem außerordentlich mageren Luft-Kraftstoffgemisch versorgten Brennkammern relativ wenig Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxyde enthalten, wie dies in der Fig.2 dargestellt ist, in welcher die Kurven b und c die Kohlenwasserstoff- bzw. Kohlenmonoxvdkonzentration angeben.Contain carbon monoxide, which is not self-flammable Exhaust gases from the second combustion chamber group C and C, mixed in will. These properties of the two exhaust gas streams are due to the fact that the exhaust gases with the extremely rich air IC rafts to ff mix supplied combustion chambers relatively large quantities of hydrocarbons and carbon monoxides, while the exhaust gases are those with an extraordinarily lean air-fuel mixture supplied combustion chambers contain relatively few hydrocarbons and carbon monoxides, as in the Fig.2 is shown, in which the curves b and c the hydrocarbon or carbon monoxide concentration.
In der Fig.3B ist eine halbkugelförmige Brennkammer 28 gezeigt, die zwischen der Oberfläche des Kolbens 24 oder dem Kolbenkopf und der Unterseite des Zylinderkopfes 26 in gleicher Weise wie die Brennkammer nach Fig.3A angeordnet ist. Ebenso ist bei diesem Ausführungsbeispiel eine Zündkerze 30 vorzugsweise an einer Stelle des Zylinderkopfes 26 angeordnet, die in der Nähe des Kolbenkopfes des sich in der oberen Totpunktlage befindlichen Kolbens 24 liegt, wobei der gleiche Zweck wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig.3A angestrebt ist. Es ist ebenso möglich, die Zündkerze an einer an sich üblichen Stelle anzuordnen, die mit gestrichelten Linien eingezeichnet ist.In Figure 3B, a hemispherical combustion chamber 28 is shown, which is between the surface of the piston 24 or the piston head and the underside of the cylinder head 26 is arranged in the same way as the combustion chamber according to Figure 3A. Likewise with In this embodiment, a spark plug 30 is preferably arranged at a point on the cylinder head 26 that is in the vicinity of the piston head of the piston 24 located in the top dead center position, the same purpose as in the Embodiment according to Fig.3A is sought. It is also possible to place the spark plug in a usual place to be arranged, which is shown with dashed lines.
Im Gegensatz dazu unterscheiden sich die Brennkammern C2 und CU der zweiten Gruppe von den Brennkammern C, und C2 der ersten Gruppe. Die Brennkammern C2 und C3 sind so konstruiert und angeordnet, daß eine Schichtung des in die Brennkammern C2 und C3*geförderten zweiten Luft-Kraftstoffgemisches erfolgt, damit eine wirksame Verbrennung des Luft-Kraftstoffgemisches erzielt wird, welches magerer .als das stöchiometrische Luft/ Kraftstoffverhältnis ist.In contrast, the combustion chambers C 2 and CU of the second group are different from the combustion chambers C and C 2 of the first group. The combustion chambers C 2 and C 3 are constructed and arranged in such a way that the second air-fuel mixture conveyed into the combustion chambers C 2 and C 3 * is stratified so that an effective combustion of the air-fuel mixture is achieved, which is leaner than the stoichiometric one Is air / fuel ratio.
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Die Fig.4 zeigt eine derart ausgebildete Brennkammer. Es ist ein Zylinderblock 20 mit einem Motorzylinder 22 dargestellt, in welchem ein Kolben 24 hin- und herbeweglich gelagert ist, der über eine nicht dargestellte Pleuelstange eine nicht dargestellte Kurbelwelle antreibt. Der obere Teil des Zylinders 22 ist durch einen Zylinderkopf 26 verschlossen. Zwischen dem Zylinderkopf 26 und der Oberfläche des Kolbens 24 oder dem Kolbenkopf ist eine Brennkammer 28 angeordnet.4 shows a combustion chamber designed in this way. It is a cylinder block 20 is shown with a motor cylinder 22, in which a piston 24 is mounted such that it can move back and forth, the one not shown via a connecting rod not shown Crankshaft drives. The upper part of the cylinder 22 is closed by a cylinder head 26. Between a combustion chamber 28 is arranged on the cylinder head 26 and the surface of the piston 24 or the piston head.
In dem an das obere Ende der Brennkammer 28 angrenzenden Teil des Zylinderkopfes 26 befindet sich eine Tasche oder ein Hohlraum 34, der mit der Brennkammer 28 über eine öffnung 36 in Verbindung steht. In die Tasche oder den Hohlraum 34 ragt eine Zündkerze 30 hinein. Die Mitte der öffnung 36 ist gegenüber der Achse der Brennkammer 28 versetzt, und die Querschnitt sf lache ist vorzugsweise kleiner als die halbe Querschnitt sf lache der Brennkammer 28. Der Hohlraum 34 steht mit einer Ansaugleitung 38 und einem Einlaßventil 40 in unmittelbarer Verbindung.In the part adjoining the upper end of the combustion chamber 28 of the cylinder head 26 is a pocket or a cavity 34 which communicates with the combustion chamber 28 via an opening 36 in Connection. A spark plug 30 protrudes into the pocket or cavity 34. The center of the opening 36 is opposite the axis of the combustion chamber 28 offset, and the cross section sf flat is preferably smaller than half the cross section sf area of the combustion chamber 28. The cavity 34 is in the immediate vicinity with an intake line 38 and an inlet valve 40 Link.
Wenn bei diesem Ausführungsbeispiel das in die Brennkammer eingeleitete Luft-Kraftstoffgemisch von dem Kolben 24 verdichtet wird, dann wird ein Teil des Gemisches in den Hohlraum 34 gedrückt und vermischt sich mit dem verbrannten Restgemisch, das noch im Bereich der Zündkerze 30 vorhanden ist. Auf diese Weise befindet sich ein relativ fettes Luft-Kraftstoff gemisch im Bereich der Zündkerze 30, das sich gut zünden läßt.When, in this exemplary embodiment, the air-fuel mixture introduced into the combustion chamber is compressed by the piston 24 is, then a part of the mixture is pressed into the cavity 34 and mixes with the burned residual mixture, which is still present in the area of the spark plug 30. In this way there is a relatively rich air-fuel mixture in the area of the spark plug 30, which can be ignited easily.
Es sei darauf hingewiesen, daß die in der vorbeschriebenen Art ausgestaltete Brennkammer sogar gut zur Verbrennung des Luft-Kraftstoffgemisches geeignet ist, das wesentlich magerer als das stöchiometrische Luft/Kraftstoffverhältnis ist,It should be noted that the combustion chamber designed in the manner described above is even good for the combustion of the Air-fuel mixture is suitable, which is much leaner than is the stoichiometric air / fuel ratio,
- 7 50982 0/0785 - 7 50982 0/0785
wie z.B. 20 oder mehr:l.such as 20 or more: l.
Die zweite Gruppe der Brennkammern C2 und C- kann ebenfalls von Brennkammern gebildet sein, die in Form eines im Bereich des sich im oberen Totpunkt befindlichen Kolbenkopfes angeordneten Hohlraumes ausgebildet sind, obwohl dies nicht dargestellt ist. Wenn ein solcher Brennkammertyp verwendet wird, dann muß nur eine kleine Kraftstoffmenge in die Brennkammern eingespritzt werden, um ein relativ fettes Luft-Kraftstoffgemisch herzustellen. Das Gemisch wird dann entzündet, um ein relativ mageres Luft-Kraftstoffgemisch zu verbrennen, das seinerseits von dem fetten Gemisch entzündet wird.The second group of combustion chambers C 2 and C- can also be formed by combustion chambers which are designed in the form of a cavity arranged in the region of the piston head located in the top dead center, although this is not shown. When such a type of combustion chamber is used, only a small amount of fuel need be injected into the combustion chambers to produce a relatively rich air-fuel mixture. The mixture is then ignited to burn a relatively lean air-fuel mixture, which in turn is ignited by the rich mixture.
In der Fig.l ist zu erkennen, daß die vier Brennkammern C, bis C4 an ihren nicht dargestellten Auslassen über eine gemeinsame Abgassammelleitung 42 mit einem Einlaß 44 eines zur Reinigung der von den Brennkammern C, bis C. ausgestoßenen Abgase dienen,-den thermischen Reaktors 46 verbunden sind. Der thermische Reaktor 46 besitzt ein in seiner Längsrichtung verlängertes Außengehäuse 48 mit einem Auslaß 50, durch welchen die gereinigten Abgase in die freie Atmosphäre ausgeschoben werden. Innerhalb des Außengehäuses 4 8 befindet sich ein in seiner Längsrichtung verlängertes Innengehäuse 52 mit einem Einlaß 44, der in seinem mittleren Teil angeordnet ist. Das Innengehäuse 52 besitzt zwei Katalysatorbetten 54a und 54b, die an den beiden gegenüberliegenden Enden angeordnet sind. Die Katalysatorbetten 54a und 54b grenzen eine zwischen ihnen angeordnete Nachbrennkammer 56 ab. In der Nachbrennkammer 56 kann ggf. eine Trennwand 58 angeordnet sein, die die aus den Brennkammern des Motors austretenden Abgase teilt.In Fig.l it can be seen that the four combustion chambers C, to C 4 serve at their outlets, not shown, via a common exhaust manifold 42 with an inlet 44 for cleaning the exhaust gases expelled from the combustion chambers C to C. thermal reactor 46 are connected. The thermal reactor 46 has an outer casing 48 which is elongated in its longitudinal direction and has an outlet 50 through which the cleaned exhaust gases are expelled into the open atmosphere. Within the outer housing 48 there is an inner housing 52 which is elongated in its longitudinal direction and has an inlet 44 which is arranged in its central part. The inner housing 52 has two catalyst beds 54a and 54b which are arranged at the two opposite ends. The catalyst beds 54a and 54b delimit an afterburning chamber 56 arranged between them. In the afterburning chamber 56, a partition 58 can optionally be arranged, which divides the exhaust gases emerging from the combustion chambers of the engine.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel gelangen zwei Abgasströme von der ersten und zweiten Brennkammergruppe C1 bis C4 durchAccording to this exemplary embodiment, two exhaust gas flows pass through from the first and second combustion chamber groups C 1 to C 4
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den Einlaß 44 in die Nachbrennkammer 56 und werden miteinander vermischt, so daß die in den Abgasen enthaltenen unverbrannten Bestandteile wirksam verbrannt werden. Die nochmals verbrannten Abgase werden dann in die Katalysatorbetten 54a und 54b geleitet, damit die noch unverbrannten Bestandteile der Abgase weiter oxydiert werden. Danach werden die gereinigten Abgase durch einen sich zwischen dem Außengehäuse 48 und dem Innengehäuse 52 befindlichen Raum geleitet und anschließend durch den Auslaß 50 in die freie Atmosphäre ausgestoßen.the inlet 44 into the afterburning chamber 56 and are connected to each other mixed so that the unburned components contained in the exhaust gases are burned effectively. The again Burned exhaust gases are then placed in the catalyst beds 54a and 54b, so that the still unburned components of the exhaust gases are further oxidized. After that the cleaned Exhaust gases passed through a space located between the outer housing 48 and the inner housing 52 and then discharged through outlet 50 to the free atmosphere.
Da die von den Brennkammern C2 und C3 gebildete zweite Brennkammergruppe mit einem magereren Luft-Kraftstoffgemisch versorgt wird als das stöchiometrisehe Luft/Kraftstoffverhältnis, ist der Wärmeinhalt der Abgase bei diesem Abgasreinigungsverfahren relativ niedrig, und die innerhalb der Nachbrennkammer 56 des thermischen Reaktors 46 vorhandene Temperatur wird deshalb auf einem niedrigen Niveau gehalten. Bei diesem niedrigen Temperaturniveau können die Kohlenmonoxyde.nicht verbrennen, während dagegen die Kohlenwasserstoffe vollständig oxydieren. Dagegen können die übrig-bleibenden Kohlenmonoxyde mit Hilfe der Katalysatorbetten 54a und 54b oxydiert werden, deren Oxydationswirkungsgrad für Kohlenmonoxyde besonders groß ist.Since the second group of combustion chambers formed by the combustion chambers C 2 and C 3 is supplied with a leaner air / fuel mixture than the stoichiometric air / fuel ratio, the heat content of the exhaust gases in this exhaust gas cleaning process is relatively low, and that present within the afterburning chamber 56 of the thermal reactor 46 The temperature is therefore kept at a low level. At this low temperature level, the carbon monoxides cannot burn, while the hydrocarbons, on the other hand, oxidize completely. In contrast, the remaining carbon monoxides can be oxidized with the aid of the catalyst beds 54a and 54b, the oxidation efficiency of which is particularly high for carbon monoxides.
Versuche haben gezeigt, daß die Temperatur innerhalb des thermischen Reaktors 46 eines Motors gemäß der Erfindung nur bei 750 bis 850° C liegt, also um etwa 100° niedriger als bei einem herkömmlichen Motor, so daß die Beschädigung des thermischen Reaktors 46 infolge von Wärmeeinwirkung verringert wird..Tests have shown that the temperature is within the thermal Reactor 46 of an engine according to the invention is only at 750 to 850 ° C, that is to about 100 ° lower than in one conventional engine so that damage to thermal reactor 46 due to exposure to heat is reduced.
Da die Katalysatorbetten 54a und 54b gemäß den vorstehenden Ausführungen lediglich eine Oxydation der restlichen Kohlenmonoxyde nach der Verbrennung in der Nachbrennkammer 56 be-Since the catalyst beds 54a and 54b according to the above explanations only an oxidation of the remaining carbon monoxides after the combustion in the afterburning chamber 56
20/(?7820 / (? 78
wirken und daher eine kleine Reaktionswärme erzeugt wird, tragen die Katalysatoren nicht zu einer bemerkenswerten thermischen Schädigung der Anlage bei.act and therefore a small heat of reaction is generated, the catalysts do not contribute to a remarkable thermal Damage to the system.
Da die Katalysatorbetten 54a und 54b an die innerhalb des thermischen Reaktors 46 gelegene Nachbrennkammer 56 angrenzen, steigen die Temperaturen in den Katalysatorbetten auf ein Niveau an, bei welchem die Katalysatoren unmittelbar nach dem Anlassen des Motors aktiviert werden können, um anschließend auf einem darüberliegenden Temperaturniveau gehalten zu werden. Since the catalyst beds 54a and 54b are connected to the Adjacent thermal reactor 46 afterburning chamber 56, the temperatures in the catalyst beds rise to one level in which the catalytic converters can be activated immediately after the engine has been started, and afterwards to be kept at a higher temperature level.
Es sei femer darauf hingewiesen, daß, wenn der erfindungsgemäße Motor mit einem Luft-Kraftstoffgemisch versorgt wird, bei dessen Verbrennung während einer hohen Motorlast Stickoxyd erzeugt wird, die Katalysatorbetten 54a und 54b als Katalysatoren verwendet werden können, die ebenfalls zum Abbau der Stickoxyde beitragen.It should also be noted that when the inventive The engine is supplied with an air-fuel mixture, which is burned during a high engine load with nitrogen oxide is generated, the catalyst beds 54a and 54b can be used as catalysts, which are also used for degradation the nitrogen oxides contribute.
Die Fig.5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung, welches dem in der Fig.l gezeigten Ausführungsbeispiel ähnelt mit der Ausnahme, daß der Motor 10 mit einer vergrößerten Abgassammelleitung 42a ausgestattet ist, die an Stelle des thermischen Reaktors 46 zur Oxydation der Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxyde dient. Zusätzlich kann stromab der Abgassammelleitung 42a ein katalytischer Konverter 60 angeordnet sein, der für eine weitere Verbrennung von in den Abgasen enthaltenen unverbrannten Bestandteilen sorgt. In dem katalytischen Konverter 60 sind ein Oxydationskatalysator und/oder ein Reduktionskatalysator angeordnet.FIG. 5 shows a further exemplary embodiment according to FIG Invention, which is similar to the embodiment shown in Fig.l with the exception that the engine 10 with a enlarged exhaust manifold 42a is equipped, in place of the thermal reactor 46 for the oxidation of the hydrocarbons and carbon monoxide. In addition, a catalytic converter can be installed downstream of the exhaust manifold 42a 60 be arranged, which ensures a further combustion of unburned components contained in the exhaust gases. An oxidation catalytic converter and / or a reduction catalytic converter are arranged in the catalytic converter 60.
Die Fig.6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel gemäß dar Erfindung, das von einem 6-Zylinderraotor 10 gebildet wird.FIG. 6 shows a further exemplary embodiment according to the invention, which is formed by a 6-cylinder rotor 10.
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Der Motor 10 hat sechs Brennkammern C1 bis C.., deren Lage lediglich angedeutet ist und von denen eine erste Gruppe von drei Brennkammern C1,C, und C3 über eine erste Ansaugleitung 12 an einen ersten Vergaser 14 angeschlossen ist, der in die erste Ansaugleitung ein erstes Luft-Kraftstoffgemisch einleitet, das fetter als das stöchiometrische Luft/Kraftstoffverhältnis ist, während eine von drei Brennkammern C^, C5 und Cg gebildete zweite Gruppe über eine zweite Ansaugleitung 16 . an einen zweiten Vergaser 18 angeschlossen ist, welcher in die zweite Ansaugleitung ein zweites Luft/Kraftstoffgemisch einleitet, das magerer als das stöchioraetrische Luft/Kraftstoff verhältnis ist. Die Zündfolge der sechs Brennkammern ist C1-C5-C3-Cg-C2-C4. Die Brennkammern C1 bis Cg sind mit ihren nicht dargestellten Abgasauslässen an sechs entsprechende Ein lasse 44a bis 44f eines thermischen Reaktors 46 angeschlossen.The engine 10 has six combustion chambers C 1 to C .., the position of which is only indicated and of which a first group of three combustion chambers C 1 , C, and C 3 is connected via a first intake line 12 to a first carburetor 14, which is shown in FIG the first intake line introduces a first air / fuel mixture that is richer than the stoichiometric air / fuel ratio, while a second group formed by three combustion chambers C 1, C 5 and C g via a second intake line 16. is connected to a second carburetor 18, which introduces a second air / fuel mixture into the second intake line, which is leaner than the stoichioraetric air / fuel ratio. The ignition order of the six combustion chambers is C 1 -C 5 -C 3 -Cg-C 2 -C 4 . The combustion chambers C 1 to Cg are connected with their exhaust gas outlets, not shown, to six corresponding one lasses 44a to 44f of a thermal reactor 46.
Wie aus der Fig.6 zu entnehmen ist, sind in den thermischen Reaktor 46 mehrere Trennwände 62 angeordnet, die einen langen Abgaskanal 64 bilden, der zur vollständigen Oxydation von unverbrannten Bestandteilen des von den Brennkammern C1 bis C aüsgestoßenen Abgases dient. Das dargestellte Ausführungsbeispiel kann ferner mit einem stromab des thermischen'Reaktors 46 angeordneten katalytischen Konverter 60 ausgestattet sein.As can be seen from FIG. 6, several partition walls 62 are arranged in the thermal reactor 46, which form a long exhaust gas duct 64 which is used for the complete oxidation of unburned components of the exhaust gas expelled from the combustion chambers C 1 to C. The illustrated embodiment can furthermore be equipped with a catalytic converter 60 arranged downstream of the thermal reactor 46.
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|---|---|---|---|---|
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|---|---|---|---|---|
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