DE2557986A1 - Abgasvorrichtung fuer eine brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. F. Weickmann, ^ O D / el ö

Dipl.-Ing. H. Wf ickmann, Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke Dipl.-Ing. F. A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber

SBH 8 MÜNCHEN 86, DEN

POSTEACH 860 820 MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 98 39 21/22

HONDA GIKEN KOGYO KABUSHIKI KAISHA 27-8, 6-ehome, Jingumae

Shibuya-ku

Tokio, 150 / Japan

Abgasvorrichtung für eine Brennkraftmaschine

Die Erfindung betrifft eine Abgasvorrichtung für eine Brennkraftmaschine mit Funkenzündung und V-Zylinderanordnung. Durch die Erfindung wird eine verbesserte Abgasvorrichtung geschaffen, die eine Oxydation der schädlichen Anteile HC und CO in den Abgasen bewirkt, bevor diese in die Atmosphäre abgegeben werden. Die Erfindung eignet sich besonders, jedoch nicht ausschließlich, zur Anwendung bei einer Brennkraftmaschine, in der jeder Zylinder eine Hauptbrennkammer und eine Vorbrennkammer aufweist, die miteinander über einen Flammkanal verbunden sind, und bei der ein relativ mageres Kraftstoff-Luftgemisch deri Hauptbrennkammern und ein relativ angereichertes Kraftstoff-Luftgemisch den Vorbrennkammern zugeführt wird. Eine Zündkerze dient zur Zündung des Gemischs in jeder Vorbrennkammer, und die dadurch erzeugte Flamme wird durch den Flammkanal hindurch in die Hauptbrennkammer geleitet, so daß dort das abgemagerte Gemisch verbrannt wird. Das gesamte Kraftstoff-Luftverhältnis ist magerer als das stöchiometrische Verhältnis, so daß ein Überschuß an Sauerstoff in den Abgasen besteht.

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Die Abgasvorrichtung nach der Erfindung ist gekennzeichnet durch eine Abgasreaktionskammeranordnung mit einer ersten Reaktionskammer, die von einer zweiten Reaktionskammer umgeben und mit dieser verbunden ist, durch einen an der zweiten Reäktionskammer vorgesehenen Abgasaustritt und durch mehrere an jeweils zwei benachbarte Zylinder angeschlossene und in das Innere der ersten Reaktionskammer verlaufende Abgasleitungen, deren jeweiliges Austrittsende nahe dem Austrittsende einer weiteren, von der gegenüberliegenden Seite her in die erste Reaktionskammer verlaufenden Abgasleitung angeordnet und auf dieses ausgerichtet ist, so daß die aus jeder Abgasleitung austretenden Abgase in die erste Reaktionskammer und gleichzeitig in eine der anderen Abgasleitungen eintreten.

Die Erfindung besteht auch in einer V-Brennkraftmaschine mit Funkenzündung, die mit einer Abgasvorrichtung vorstehend beschriebener Art ausgerüstet ist, wobei die Abgasvorrichtung zwischen den beiden Zylinderreihen angeordnet ist und jede Abgasleitung mit jeweils einem Abgaskanal verbunden ist, der von zwei einander benachbarten Zylindern ausgeht.

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

Fig. 1 einen Querschnitt der wichtigsten Teile einer Brennkraftmaschine, die mit der Erfindung ausgerüstet ist, Fig. 2 einen Längsschnitt der in Fig. 1 gezeigten Anordnung und Fig. 3 eine Draufsicht auf die Brennkraftmaschine in einem Teilschnitt.

Die V-Brennkraftmaschine hat zwei Reihen von Zylindern 2, die V-förmig angeordnet sind. Zylinderköpfe 3 und 4 sind dem Maschinenblock 1, den Zylindern 2 und den Kolben 21 so zugeordnet, daß Hauptbrennkammern 5 gebildet werden. Für jede Hauptbrennkammer 5 ist eine Vorbrennkammer 7 vorgesehen,

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die mit der Hauptbrennkammer 5 über einen Flammkanal 6 verbunden ist. Jede Hauptbrennkammer 5 ist mit einem Haupteintrittsventil 12 und mit einem Austrittsventil versehen. Jede Vorbrennkammer 7 ist mit einem Hilfseintrittsventil 14 versehen. Diese Ventile werden insgesamt durch nicht dargestellte Nockenwellen betätigt, welche in zeitlicher Relation mit einer Kurbelwelle 22 betrieben wird. Eine Zündkerze 8 ist in jeder Vorbrennkammer 7 angeordnet,, Jedes Haupteintrittsventil 12 steuert den Zufluß eines relativ abgemagerten Gemischs aus einem Haupteintrittskanal 9 in eine Haupt brennkammer 5. Älnlich steuert Jedes Austrittsventil 13 die Strömung der Abgase aus einer Hauptbrennkammer 5 in eine Austrittsöffnung 10. Jedes Hilfseintrittsventil 14 steuert die Strömung eines relativ angereicherten Gemischs über einen Hilfseintrittskanal 11 in eine Vorbrennkammer 7.

Eine Abgasre aktionskammeranordnung 25 ist in dem Raum zwischen den beiden Reihen von Zylindern 2 und unter dem Zuführungsleitungssystem 15 angeordnet. Die Zuführungsleitungen 15 haben Kanäle, die zu den Haupteintrittskanälen 9 und den Hilfseintrittskanälen 11 führen. Ein Vergaser 18 ist auf den Zuführungsleitungen 15 befestigt und mit Hauptkanälen 19 zur Zuführung eines relativ abgemagerten Kraftstoff-Luftgemischs und mit einem Hilfskanal 20 zur Zuführung eines relativ angereicherten Kraftstoff-Luftgemischs versehen. Die Kanäle 19 und 20 stehen mit den Haupt- bzw. Hilfseintrittskanälen 9 bzw. 11 in Verbindung, und zwar über die in dem Leitungssystem 15 gebildeten Zuführungskanäle .

Während des Ansaughubes eines jeden Kolbens 21 wird ein relativ abgemagertes Gemisch aus den Hauptkanälen 19 durch die Zuführungsleitungen 15 durch das offene Eintrittsventil 12 in einen Haupteintrittskanal 9 und in die Hauptbrenn-

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kammer 5 geführt. Gleichzeitig wird angereichertes Gemisch durch die Zuführungsleitungen 15 in den Eintrittskanal und durch das Hilfseintrittsventil 14 in die Vorbrennkammer 7 geführt. Am Ende des Kompressionshubes eines jeden Kolbens zünden die Elektroden der Zündkerze 8 das Gemisch in der Vorbrennkammer 7, und die entstehende Flamme wird durch den Flaramkanal 6 hindurchgeleitet, so daß das Gemisch in der Hauptbrennkammer 5 verbrannt wird. Das Gesamt-Kraftstoff-Luftverhältnis ist magerer als das stöchiometrische Verhältnisο Dadurch enthalten die Abgase überschüssigen Sauerstoff, und die Oxydation von Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxid setzt sich während des Leistungshubes und des Auspuffhubes fort und wird innerhalb der Abgasreaktäonskammeranordnung 25 weitergeführt,

Die auf diese Weise aus jeder Hauptbrennkammer 5 abgegebenen Abgase gelangen durch ein Austrittsrohr 23 in einen der

ein

Zylinderköpfe 3, 4 und strömen dann in /zur Verbindung vorgesehenes Abgasrohr 24a, 24b, 24c, 24d, welches in das Innere einer ersten Abgasreaktionskammer 27 hineinragt, die durch eine Auskleidung 28 der Abgasreaktionskammeranordnung 25 gebildet ist. Jedes Abgasrohr hat einen länglichen Querschnitt und ist so angeschlossen, daß es Abgase aus zwei benachbarten Abgaskanälen 10 aufnimmt. Somit führen die vier Abgasleitungen 24a, 24b, 24c und 24d die Abgase aller acht Zylinder der Maschine ab. Die vier Abgasleitungen sind ähnlich, jedoch nicht identisch ausgebildet. Die Abgasleitungen 24a und 24b, die von einander gegenüberliegenden Seiten in die Kammer 27 hineinragen, haben Austrittsöffnungen 26a und 26b, die aufeinander ausgerichtet sind. Ähnlich haben die Abgasleitungen 24c und 24d, die gleichfalls an einander gegenüberliegenden Seiten in die Kammer hineinragen, Auärittsöffnungen 26c und 26d, die aufeinander ausgerichtet sind. Wenn ein Abgasimpuls in eine der Abgasleitungen geführt wird, so wird er auf

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die längliche erste Reaktionskammer 27 innerhalb der Auskleidung 28 und auch durch die aufeinander ausgerichteten Austrittsöffnungen in die jeweils zugeordnete andere Abgasleitung übertragen.

Wie aus Fig. 2 hervorgeht, ist die längliche, dünnwandige, metallische Auskleidung 28 mit einer Öffnung 33 ungefähr in ihrer Mitte versehen. Eine Strömungsleitplatte 34 leitet die Abgase von der Öffnung 33 nach links (Fig. 2), wonach die Abgase dann in eine zweite Abgasreaktionskammer

29 gelangen, die innerhalb einer dünnwandigen metallischen Hülle 30 gebildet ist, welche die Auskleidung 28 einschließt. Ein Teil der Abgase gelangt dann unter der Strömungsleitplatte 34 und um die Außenseite der Auskleidung 28 herum und wird von der Abgasreaktionskammeranordnung 25 über das Auspuffrohr 39 abgegeben. Ein anderer Teil der Abgase gelangt aufwärts um die linke Seite der Auskleidung 28 herum und durch die Eintrittsöffnung 36 in eine Kammer 35. Die Abgase treten aus der Kammer 35 durch eine Austrittsöffnung 37 in die Hülle 30 und von dort aus in das Auspuffrohr 39 ein. Die durch die Kammer 35 strömenden Abgase dienen zur Aufheizung des abgemagerten und des angereicherten zugeführten Gemische,um dessen Verdampfung zu gewährleisten, Es sei bemerkt, daß die Abgase nach ihrer Aufteilung in zwei Teilströme nahe der linken Seite der Strömungsleitplatte 34 im Auspuffrohr 39 wieder zusammengeführt werden.

Ein doppelwandiges Gehäuse 31 hat zwischen seinen Wänden eine keramische Isolationsschicht. Dieses doppelwandige Gehäuse 31 umgibt den unteren Teil der dünnwandigen Hülle

30 und verhindert einen Wärmeaustritt. Ein Luftraum 40 ist zwischen dem doppelwandigen Gehäuse 31 und der Hülle 30 gebildet. Ferner ist ein Luftraum 41 zwischen dem

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doppelwandigen Gehäuse 31 und einem zweiteiligen Gehäuse 42 gebildet, welches einen Teil der Zuführungsleitungen 15 bildet. Eine dünnwandige Metallabschirmung 43, die unter dem Gehäuse 42 gehalten ist, dient zur weiteren Isolation.

Die Abmessungen der Kanäle innerhalb der Abgasreaktionskammeranordnung sind so getroffen, daß die Abgase kontinuierlich und allmählich expandieren können. Eine abrupte Expansion der Abgase wird vermieden, um einen scharfen Temperaturabfall zu verhindern.

Beim Betrieb der Maschine strömen Abgase aus paarweise benachbarten Zylindern 2 durch die Rohre 23 in eine gemeinsame Abgasleitung 24a, 24b, 24c, 24d. Dies erfolgt abwechselnd, da die Auspuffzeit der Zylinder 2 entsprechend gesteuert ist. Die Abgase strömen dann teilweise in die erste Reaktionskammer 27 durch die Austrittsöffnungen 26a, 26b, 26c, 26d, während der übrige Teil der Abgase in die jeweils zugeordnete Abgasleitung gelangt. Es sei bemerkt, daß jedes Paar einander zugeordneter Abgasleitungen als eine Abgaskammer arbeitet, in der die Abgase einer mäßigen Expansion unterworfen werden. Da diese Kammer zu jedem Zeitpunkt durch die Wärme der noch brennenden Abgase auf einer hohen Temperatur gehalten wird, tritt eine Oxydationsreaktion zu einem wesentlichen Anteil auch bei leichter Belastung der Maschine auf, bei der die Strömungsgeschwindigkeit der Abgase relativ gering ist. Da die Abgase von den Abgaskanälen 10 in die Abgasreaktionskammeranordnung 25 geleitet werden, wird eine allmähliche Expansion der Abgase in Verbindung mit einer langen Verweilzelt erzielt, so daß die gewünschte Oxydation von HC und CO in umfangreichem Maße fortgesetzt wird.

Die Ableitung von Wärme außerhalb der Abgasreaktbnskamraeranordnung 25 wird durch die Anordnung mehrerer Schichten

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isolierender Wandungen und der dazwischen liegenden Lufträume minimal gehalten. Die erste Kammer 27 innerhalb der Auskleidung 28 ist von der zweiten Kammer 29 innerhalb der Hülle 30 umgeben. Das doppelwandige Gehäuse 31 mit der keramischen Isolation zwischen seinen Wandungen bildet auch eine Sperre, die einen Wärmeverlust begrenzt. Die Abgasreaktionskammeranordnung 25 ist durch das zweiteilige Gehäuse 42 und die Metallabschirmung 43 umgeben. Die Lufträume zwischen den verschiedenen Bestandteilen der Anordnung tragen dazu bei, die Wärmeverluste minimal zu halten. Wegen der zuverlässigen Wärmespeichereigenschaften und der thermischen Isolation arbeitet die Abgasreaktionskammeranordnung 25 zufriedenstellend, denn es tritt eine Oxydation der Abgase auch dann auf, wenn die Maschine unter geringer Belastung arbeitet und die Abgase in der Rekationsanordnung eine relativ niedrige Temperatur, verglichen mit schwerer Belastung, haben.

Es sei bemerkt, daß der mittlere Teil des Zuführungsleitungssystems 15 einen unteren Teil aufweist, der der Kammer 35 gegenübersteht, und daß ein Teil der Abgase, die oberhalb der Auskleidung 28 geführt werden, den mittleren Teil des Leitungssystems 15 aufheizt, wodurch die Zerstäubung oder Verdampfung der Kraftstofftröpfchen in dem mageren und dem angereicherten Gemisch gewährleistet wird. Da die Abgase fast ihre gesamte Verweilzeit innerhalb der Reaktionskammeranordnung abgeschlossen haben, beeinträchtigt die zur Aufheizung der Zuführungsleitungen 15 verbrauchte Wärme den Wirkungsgrad des Oxydationsprozesses praktisch nicht.

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Claims (7)

Patentansprüche

1./Abgasvorrichtung für eine Brennkraftmaschine mit Funkenzündung und V-Zylinderanordnung, gekennzeichnet durch eine Abgasreaktionskammeranordnung (25) mit einer ersten Reaktionskammer (27), die von einer zweiten Reaktionskammer (29) umgeben und mit dieser verbunden ist, durch einen an der zweiten Reaktionskammer (29) vorgesehenen Abgasaustritt (37) und durch mehrere an jeweils zwei benachbarte Zylinder (2) angeschlossene und in das Innere der ersten Reaktionskammer (27) verlaufende Abgasleitungen (24), deren jeweiliges Austrittsende (26) nahe dem Austrittsende (26) einer weiteren, von der gegenüberliegenden Seite her in die erste Reaktionskammer (27) verlaufenden Abgasleitung (24) angeordnet und auf dieses ausgerichtet ist, so daß die aus jeder Abgasleitung (24) austretenden Abgase in die erste Reaktionskammer (27) und gleichzeitig in eine der anderen Abgasleitungen (24) eintreten.

2. Abgasvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Reaktionskammer (27) durch eine dünnwandige Auskleidung (28) und die zweite Reaktionskamraer (29) durch eine dünnwandige Metallhülle (30) gebildet ist, die die Auskleidung (28) umgibt, und daß alle Abgasleitungen (24) durch die Hülle (30) und die Auskleidung (28) hindurchragen.

3. Abgasvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein wärmeisolierendes Gehäuse (31) den unteren Teil der Hülle (30) umgibt.

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4. Abgasvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 für eine Achtzylindermaschine, dadurch gekennzeichnet, daß zwei aufeinander ausgerichtete Paare von Abgasleitungen (24) in eine länglich ausgebildete erste Reaktionskammer (27) hineinragen, wobei jeweils einem Ende dieser Reaktionskammer (27) eines der Abgasleitungspaare zugeordnet ist.

5. Brennkraftmaschine mit V-Zylinderanordnung und Funkenzündung, ausgerüstet mit einer Abgasvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgasvorrichtung zwischen den beiden Zylinderreihen angeordnet ist und daß jede Abgasleitung (24) mit einem Abgaskanal (10) verbunden ist, der an jeweils ein Paar einander benachbarter Zylinder (2) angeschlossen ist.

6. Brennkraftmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Zylinder (2) eine Hauptbrennkammer (5) und eine Vorbrennkammer (7) aufweist, die miteinander durch einen Flammkanal (6) verbunden sind, und daß ein Zuführungsleitungssystem (15) zur Speisung der Hauptbrennkammern

(5) mit einem relativ abgemagerten Kraftstoff-Luftgemisch und der Vorbrennkammern mit einem relativ angereicherten Kraftstoff-Luftgemisch vorgesehen ist, welches zumindest teilweise durch die heißen Abgase in der zweiten Reaktionskammer (29) aufgeheizt wird.

7. Brennkraftmaschine nach Anspruch'6, dadurch gekennzeichnet, daß die für die Zuführung beider Kraftstoff-Luftgemische vorgesehenen Zuführungsleitungen durch die Abgase in der zweiten Reaktionskammer (29) aufgeheizt werden.

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