DE2461488C3 - Abgasbeheiztes Ansaugsystem fur gemischverdichtende Brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein abgasbeheiztes Ansaugsystem für gemischverdichtende Brennkraftmaschinen, mit einer Ansaugkammer, die mit einer in der Abgasleitung vorgesehenen Abgaskammer in wärmeleitender Verbindung steht.

Es ist durch die US-PS 36 59 564 bekannt, in der Abgasleitung einer Brennkraftmaschine eine Abgasreaktionskammer anzuordnen, so daß diese sich hinter der Verbindungsstelle der Abgaskanäle aller Zylinder befindet. Hierbei ist notwendigerweise ein relativ langer Abstand zwischen den Zylindern und der Abgaskammer vorgesehen, so daß die Temperatur der Abgase beachtlich absinkt, bevor sie die Abgaskammer erreichen. Diese unerwünschte Temperaturverringerung der Abgase fällt besonders beim Anlauf der Maschine ins Gewicht, wenn die Abgaskammer eine so lange Zeit zur Aufheizung au' einen erforderlichen Wert benötigt, daß einerseits eine gewünschte Oxydationsreaktion zur Verringerung der Erzeugung unverbrannter Kohlenwasserstoffe und von Kohlenmonxid nicht in dem erforderlichen Umfang stattfindet, andererseits auch eine unzureichende Erwärmung des angesaugten Kraftstoff-Luftgemisches erfolgt. Gerade die Erwärmung des Gemisches ist aber bei dem bekannten System ohnehin mangelhaft, denn zwischen der Abgaskammer und der Maschine hat auch der Ansaugkanal eine große Länge, so daß ein großer Teil der auf das Gemisch übertragenen Wärme wieder abgeführt wird und eine Kondensation von Kraftstoff auftritt

Bei einem aus der US-PS Ί2 53 682 bekannten Ansaugsystem ist der Ansaugkanal hintereinander an mehreren Zylindern einer Brennkraftmaschine vorbeigeführt und auf dieser sehr großen Länge von der Abgasleitung umgeben. Dabei ist das gesamte System zuerst an den Austrittskanälen und danach an den Eintrittskanälen vorbeigeführt Auch hier existiert der Nachteil einer ungleichmäßigen Erwärmung der den Zylindern zugeführten Gemische und eines zu großen Wärmeverlustes.

Es ist Aufgabe der Erfindung, im Bereich der Wärmeübertragung zwischen den Abgasen und dem angesaugten Gemisch die Strömungswege so zu gestalten, daß bei geringstmöglichen Wärmeverlusten eine zur vollständigen Verdampfung des Kraftstoffs ausreichende Gemischerwärmung erfolgt

Ein Ansaugsystem eingangs genannter Art ist zur Lösung dieser Aufgabe erfindungsgemäß derart ausgebildet, daß die Abgaskammer durch eine Trennwand in zwei Räume unterteilt ist, von denen der erste eine direkte Abgasaustrittsöffnung aufweist und der zweite über eine zum Boden der Ansaugkammer hin gerichtete Abgasübertrittsöffnung und eine stromab zu dieser liegende Abgasaustrittsöffnung in der Trennwand an den ersten Raum angeschlossen ist.

Bei Anwendung an Brennkraftmaschinen mit einem Hilfsansaugkanal für fettes Kraftstoff-Luftgemisch, der zu einer Hilfsbrennkammer führt, die über einen Flammkanal mit einem Brennraum eines Zylinders der Brennkraftmaschine verbunden ist und mit einem in diesen Brennraum mündenden Hauptansaugkanal für ein mageres Kaitstoff-Luftgemisch, wobei beide Ansaugkanäle im Bereich der Abgaskammer mit dieser Abgaskammer im Wärmetausch stehen, ist dieses Ansaugsystem in weiterer Ausbildung des Erfindungsgedankens so getroffen, daß die Abgasaustrittsöffnung auf den im Wärmetausch stehenden Abschnitt des Hilfsansaugkanals gerichtet ist.

Durch die Erfindung wird erreicht, daß bei der Erwärmung eines einer Brennkraftmaschine zugeführten Kraftstoff-Luftgemisches eine vollständige Verdampfung des Kraftstoffs erfolgt und beibehalten wird, nachfolgend aber eine übermäßige weitere Erwärmung vermieden wird, die die Arbeitsweise der Brennkraftmaschine beeinträchtigen könnte. Die Strömung der Abgase wird hierzu so festgelegt, daß nur bestimmte Teile des Ansaugsystems stark, andere Teile dagegen nur mäßig erwärmt werden Dies erweist sich als besonders vorteilhaft bei den Zweikammer-Brennkraftmaschinen, da die hier zugeführten Gemische infolge ihrer unterschiedlichen Anreicherung unterschiedlich stark zu erwärmen sind.

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

F i g. 1 den Querschnitt eines nach der Erfindung ausgebildeten Ansaugsystems einer Brennkraftmaschine,

F i g. 2 eine teilweise gebrochene Draufsicht auf die in F i g. I gezeigte Anordnung,

Fig. 3 den Längsschnitt IH-111 aus Fig. 2 und

Fig. 4 den Schnitt IV-IV nach Fig. 1.

In den Figuren ist eine V-8-Brennkraftmaschine 1 mil zwei Reihen A und B von Zylindern 2 dargestellt, die V-förmig zueinander angeordnet sind. Innerhalb des,

Maschinenkörpers 1 ist ein Kühlmantel 3 vorgesehen. Jede Zylinderreihe hat einen Zylinderkopf 4. Die Kolben sind mit 32, die Kurbelwelle mit 33 und das Kurbelgehäuse mit 34 bezeichnet Jeder Zylinder hat eine Haupibrennkammer 5 und eine HilfsbnMinkammer 7, die mit der Hauptbrennkammer über einen Flammkanal 6 verbunden ist Eine Zündkerze 8 steht mit der jeweiligen Hilfsbrennkammer 7 in Verbindung. Ein Hauptansaugkanal 9 und ein Abgaskanal 10 sind an jede Hauptbrennkammer 5 angeschlossen. Ein Hilfsansaugkanal 11 ist jeweils an eine Hilfsbrennkammer 7 angeschlossen. Der Hauptansaugkanal 9 wird durch ein Haupteintrittsventil 12, der Abgaskanal 10 durch ein Austrittsventil 13 gesteuert Ein Hilfseintrittsventil 14 steuert den Hilfsansaugkanal 11. Alle Ventile werden mit den üblichen Steuermechanismen betätigt

In dem durch die beiden Zylinderreihen A und B erzeugten V-förmigen Raum 15 ist ein Gehäuse 17 angeordnet, welches eine Abgaskammer 16 mit einer oberen öffnung 26 enthält, die durch einen Verschluß 18 verschlossen ist. Die Abgaskammer 16 besteht aus einem Innengehäuse 16a und einem Außengehäuse \6b, welches das Innengehäuse 16a umgibt und eine wärmeabschirmende Struktur bildet, wobei die Wandung hohl ist und eine Wärmeisolationsschicht 25 aufnimmt. Abgasleitungen 27 sind durch jede Seitenwand der Abgaskammer 16 geführt, das äußere Ende einer jeden Leitung 27 ist mit zwei Abgaskaniilen 10 einander benachbarter Zylinder verbunden, deren Auspuffzeiten unterschiedlich sind. Das innere Ende einer jeden Abgasleitung 27 ist auf die Rückwand 16a' der Abgaskammer 16 gerichtet, so daß die Abgabe gezwungen werden, ihre Bewegungsrichtung an dieser Rückwand 16a'zu ändern, bevor sie schließlich durch eine einzelne Abgasaustrittsöffnung 28 in der gegenüberliegenden Seitenwand 16a"abgeführt werden.

Ein Einführungselement oder ein Leitblech 31 ist innerhalb der Abgaskammer 16 angeordnet und verläuft von einer Stelle nahe der Abgasaustrittsöffnung 28 zu dem offenen Ende 35, welches ausgehend von einem Punkt bei ungefähr einem Drittel des Abstandes zwischen den beiden Wänden 16a" und 16a' bis zur Mitte zwischen diesen beiden Wänden schräg aufwärts verläuft. Zwei Abgasleitungen 27 verlaufen in den Innenraum der Einführungsvorrichtung 31, während die anderen beiden Abgasleitungen 27 hinter dem offenen Ende 35 in die Abgaskammer 16 verlaufen. Die Einführungsvorrichtung 31 gewährleistet, daß die von den Abgasleitung™ 27 nahe der Abgasaustrittsöffnung 28 eingeführten Abgase zunächst von dieser weggeführt werden. Diese Konstruktion hat den Vorteil, daß die Abgase relativ lange auf einer relativ Itohen Temperatur gehalten werden, bevor sie über die Abgasaustrittsöffnung 28 zu einem nicht dargestellten Schalldämpfer geführt werden.

In der Umfangswand des Gehäuses 17 ist ein Kühlwassermantel 19 vorgesehen. Dieser ist mit Kühlwasserkanälen 3 des Maschinenkörpers 1 verbunden. Ferner ist eine Wärmeschutzplatte 20 so angeordnet, daß sie den Bodenteil des Gehäuses 17 bedeckt.

Ein Teil der Abdeckung 18 ist durch eine Ansaugkammer 21 gebildet, die mit den Hauptansaugkanälen 9 in den Zylinderköpfen 4 verbunden ist. Ferner wird dieser Teil durch einen Hilfsansaugkanal 22 gebildet, der mit den Hilfsansaugkanälen 11 verbunden ist. Der Hilfsansaugkanal 22 hat eine Verzweigung 22', die über der Abgaskanimer 16 ungefähr in der Mitte zwischen den beiden Wandungen 16a'und 16a" angeordnet ist. Die Ansaugkammer 21 hat eine Verzweigung 2Γ, die direkt über der Verzweigung 22' des Hilfsar.saugkanals angeordnet ist Die Ansaugkammer 21 ist an ihrem oberen Ende mit einem Hauptvei gaser 23, der

"> Hilfsansaugkanal 22 an seinem oberen Ende mit einem Hilfsvergaser 24 verbunden. Der Hauptvergaser 23 ist so eingestellt, daß er ein mageres Kraftstoff-Luftgemisch liefert, während der Hilfsvergaser 24 so eingestellt ist, daß er ein fettes Kraftstoff-Luftgemisch

κι liefert

Die Abgaskammer 16 hat eine obere Wandung, bei der ein Teil des Außengehäuses 166 mit der öffnung 26 nahe den Verzweigungen 21' und 22' des Haupt- und des Hilfsansaugkanals 21 bzw. 22 angeordnet ist In der

r> Deckfläche des Innengehäuses 16a sind eine auf die Verzweigung 22' des Hilfsansaugkanals 22 ausgerichtete dfisenartige Abgasübertrittsöffnung 29 und eine Abgasaustrittsöffnung 30 angeordnet, die zwischen der Abgasaustrittsöffnung 28 und der Einführungsvorrich-

2(i tung 31 angeordnet ist.

Beim Betrieb der Maschine wird ein im Hauptvergaser 23 erzeugtes mageres Kraftstoff-Luftgemisch während der Ansaughübe der Maschine 1 über die Ansaugkammer 21 und ihre Verzweigung 2Γ den

2ϊ Hauptansaugkanälen 9 zugeführt und in jede Hauptbrennkammer 5 geleitet, wenn das jeweilige Eintrittsventil 12 geöffnet ist. Ein fettes Kraftstoff-Luftgemisch des Hilfsvergasers 24 wird über den Hilfsansaugkanal 22 und dessen Verzweigung 22' den Hilfsansaugkanälen 11

«ι zugeführt und in jede Hilfsbrennkammer 7 geleitet, wenn das jeweilige Ventil 14 geöffnet ist. Am Ende des Kompressionshubes wird in jedem Zylinder das fette Kraftstoff-Luftgemisch in der Hilfsbrennkammer 7 mittels einer Zündkerze 8 gezündet, wodurch eine

r. Flamme durch den Flammkanal 6 hindurch das magere Gemisch in der Hauptbrennkammer 5 verbrennt, so daß die Maschine 1 ihren Expansionshub beginnt. Auf diese Weise wird die Maschine mit einem Kraftstoff-Luftgemisch mit einem insgesamt extrem mageren Verhältnis

i» betrieben, und es werden Abgase erzeugt, die nur sehr begrenzte Mengen unverbrannter Bestandteile enthalten, die folgendermaßen weiter verringert werden.

Während der Auspuffhübe werden die Abgase eines jeden Zylinders 2 durch den jeweiligen Abgaskanal 10

■t > einer Abgasleitung 27 und damit dem Innengehäuse 16a der Abgaskammer 16 ohne wesentliche Temperaturverringerung und mit verringerter Geschwindigkeit zugeführt, so daß das Innengehäuse 16a schnell auf seine Aktivierungstemperatur erhitzt wird und jegliche

w unverbrannten Bestandteile der Abgase leicht mit überschüssiger heißer Luft reagieren können, die gleichmäßig darin verteilt ist. Auf diese Weise werden die unverbrannten Bestandteile weitestgehend beseitigt.

Der größte Teil der auf diese Weise nochmals in dem

■"> > Innengehäuse 16a verbrannten Abgase strömt unter der Einführungsvorrichtung 31 in die Abgasaustrittsöffnung 28, jedoch tritt auch ein Teil der Abgase durch die Abgasübertrittsöffnung 29 aus und erhitzt somit zunächst die Verzweigung 22' des Hilfsansaugkanals 22,

mi danach die Verzweigung IY der Ansaugkammer 21, so daß die von den beiden Vergasern 23 und 24 erzeugten Gemische schnell erhitzt werden und eine Verdampfung des darin enthaltenen Kraftstoffs beschleunigt wird. Die Haupt- und Hilfsansaugkanäle, die von den Verzwei-

'•"i giing»n 2Γ und 22' der beiden Ansaugkanäle 21 und 22 ausgehen, sind jedoch gegenüber dem Innengchäusc 16a durch die Deckfläche des Auöengehäuses 16Λ isoliert, so daß die durch sie geführten Kraftstoff-Luftgemische

nicht so stark erhitzt werden, daß der volumetrische bzw. der Ladungswirkungsgrad zu sehr verringert wird, wenn die Gemische zur Verbrennung den Zylindern 2 zugeführt werden.

Obwohl ein gewisse Wärmeübertragung von der Abgaskammer 16 zum Gehäuse 17 auch bei Vorhandensein der Wärmeabschirmung des Außengehäuses 166 unvermeidbar ist, erfolgt eine nur begrenzte Wärmeausdehnung des Gehäuses 17, da dieses laufend durch Kühlwasser gekühlt wird, welches durch die Wasserkühlung 19 in der Umfangswandung zirkuliert. Ferner wird die von dem Bodenteil des Gehäuses 17 abgestrahlte Wärme durch die Wärmeschutzplatte 20 abgeschirmt, so daß der Maschinenkörper 1 nicht erhitzt und somit vor schädlichen Wärmespannungen geschützt wird.

Aus der vorstehenden Beschreibung geht hervor, daß die Abgase aller Zylinder 2 der V-Mehrzylindermaschine 1 in eine Abgaskammer 16 geleitet werden, die zwischen den beiden Zylinderreihen A und B angeordnet ist. Dabei erfolgt ein nur sehr geringer Abfall der Abgastemperatur, und die Abgase haben eine längere Verweilzeit in der Abgaskammer 16. so daß ein maximaler O\>dationseffekt entsteht. Die Abgaskammer 16 wird unmittelbar nach dem Anlaufen der Maschine schnell erwärmt, so daß die Abgase gleichmäßig und wirksam zur Reaktion gebracht werden und eine Verringerung des Anteils schädlicher Restandteile in den Abgasen erfolgt, die in dl· Almosphäre abgegeben werden. Da die Ansaugkanäli 21 und 22 innerhalb der Abdeckung 18 des Gehäuses Γ gebildet sind, sind die Zuführungs- und Abführungssy '. sterne der Maschine auf den V-förmigen Raum 1! begrenzt, der durch die beiden Zylinderreihen Λ und I gebildet ist. Dadurch kann die Maschine insgesam kompakt aufgebaut werden. Ferner dient die Wasser kühlung 19 innerhalb der umfangswandung de

in Gehäuses 17 zur wesentlichen Verringerung de Wärmeausdehnung des Gehäuses. Außerdem schütz die Wasserkühlung 19 gemeinsam mit der Wärme schutzplatte 20 den Maschinenkörper gegen schädlich« Wärmespannungen. Außerdem kann das Gehäuse V,

i-"> durch die einfache Ringform der Wasserkühlung 1? relativ leicht durch Gießen hergestellt werden.

Die Verzweigungen 2Γ und 22' der Ansaugkanäle 2i und 22 sowie die Wärmeisolationsschicht 25 in de· Abdeckung des Außengehäuses 16i> der Abgaskamme

:ii 16. deren obere Öffnung 26 und die Abgasübertrittsöff nung 29 gegenüber den Verzweigungen 21' und 22 gewährleisten, daß die durch die Verzweigungen 21' unc 22' geführten Gemische in vorbestimmtem Umfang durch die Abgase erwärmt werden, wodurch eit

?'< höherer Maschinenwirkungsgrad und eine geringen Luftverschmutzung erzielt werden.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Abgasbeheiztes Ansaugsystem für gemischverdichtende Brennkraftmaschinen, mit einer Ansaugkammer, die mit einer in der Abgasleitung vorgesehenen Abgaskammer in wärmeleitender Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgaskammer (16) durch eine Trennwand in zwei Räume unterteilt ist von denen der erste eine direkte Abgasaustrittsöffnung (28) aufweist und der zweite über eine zum Boden der Ansaugkammer (21) hin gerichtete Abgasübertrittsöffnung (29) und eine stromab zu dieser liegende Abgasaustrittsöffnung (30) in der Trennwand an den ersten Raum angeschlossen ist

2. Abgasbeheiztes Ansaugsystem nach Anspruch 1 bei Anwendung an Brennkraftmaschinen mit einem Hilfsansaugkanal für fettes Kraftstoff-Luftgernisch, der zu einer Hilfsbrennkammer führt, die über einen Flammkanal mit einem Brennraum eines Zylinders der Brennkraftmaschine verbunden ist, und mit einem in diesen Brennraum mündenden Hauptansaugkanal für ein mageres Kraftstoff-Luftgemisch, wobei beide Ansaugkanäle im Bereich der Abgaskammer mit dieser Abgaskammer im Wärmetausch >■) stehen, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgasübertrittsöffnung (29) auf den im Wärmetausch stehenden Abschnitt (22) des Hilfsansaugkanals (22, 24) gerichtet ist.

3. Abgasbeheiztes Ansaugsystem nach An- m spruch t, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgaskammer (16) von einem Wärmeschutzmantel (25) umgeben ist.

4. Abgasbeheiztes Ansaugsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgas- r> kammer (16) zusammen mit dem Wärmeschutzmantel (25) innerhalb eines von Kühlwasser durchflossenen Gehäusemantels (27) angeordnet ist, dessen Boden eine Wärmeschutzplatte (20) bildet.