DE2557986B2 - Abgasnachbrennvorrichtung fuer eine brennkraftmaschine mit funkenzuendung - Google Patents
Abgasnachbrennvorrichtung fuer eine brennkraftmaschine mit funkenzuendungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Abgasnachbrennvorchtung für eine Brennkraftmaschine mit Funkenindung,
bestehend aus einer Reaktionskammer, ei-
65 nem an der Reaktionskamrr.er vorgesehenen Abgasaustritt
und aus mehreren in das Innere der Reaktionskammer verlaufenden Abgasstutzen, deren
jeweiliges Austrittsende nahe dem Austi ittsende eines weiteren, von der gegenüberliegenden Seite her mündenden
Stutzens angeordnet und auf dieses ausgerichtet ist.
Eine Vorrichtung dieser Art ist z. B. durch die DT-AS 1074918 bekannt. Sie ermöglicht eine Temperaturerhöhung
der Abgase und vermeidet die Qualmbildung bei Zweitaktmaschinen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, gegenüber Abgasnachbrennvorrichtungen der Gattung gemäß
DT-AS 1074918 eine noch wirksamere gegenseitige Aufheizung bzw. Erhaltung der hohen
Temperatur der Abgase zu erzielen, den aus einem brennstoffarmen Gemisch stammenden Abgasen ein
möglichst großes Reaktionskammervolumen zur Verfugung zu stellen und dabei den von der Nachbrennvorrichtung
eingenommenen und insgesamt an der Brennkraftmaschine nötigen Raum optimal zu nutzen.
Diese Aufgabe löst die Erfindung für eine Vorrichtungeingangs
genannter Art mit den folgenden Merkmalen:
a) Die Brennkraftmaschine weist die allgemein bekannte V-Zylinderanordnung auf;
b) die Reaktionskammer, in deren Inneres die Abgasstutzen hineinragen, ist eine erste Reaktionskammer, die von einer zweiten, den Abgasaustritt
ausweisenden Reaktionskammer umgeben ist;
c) jeder der Abgasstutzen ist, getrennt für sich geführt, an jeweils zwei benachbarte Zylinder der
Brennkraftmaschine angeschlossen, so daß das zu einem bestimmten Zeitpunkt aus einem Abgasstutzen
austretende Abgas nicht allein in die erste Reaktionskammer, sondern gleichzeitig
in den gegenüberliegenden Abgasstutzen eintritt.
Die V-Zylinderanordnung bietet besonders günstige Verhältnisse, um die Abgasstutzen in einfacher
und platzsparender Weise gegeneinander zu führen. Durch Merkmal b) wird erreicht, daß die eintretenden
Abgase nicht nur durch die Abgase der zweiten Reaktionskammer aufgeheizt oder auf ihrer hohen Temperatur
gehalten werden, sondern auch durch die Abgase der ersten Reaktionskammer. Durch Merkmal c) wird
auch das Volumen mindestens eines in einem bestimmten Zeitpunkt nicht vom Abgas durchströmten
Abgasstutzens als Verweil- bzw. Reaktionsvolumen genutzt.
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-Luft-Gemisch
den Hauptbrennkammern und ein relativ angereichertes Kraftstoff-Luft-Gemisch 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, se
daß dort das abgemagerte Gemisch verbrannt wird Das gesamte Kraftstoff-Luftverhältnis ist dabei magerer
als das stöchiometrische Verhältnis, so daß eir Überschuß an Sauerstoff in den Abgasen besteht.
f
10
Durch die US-PS 976610 ist es zwar bekannt, bei einer Brennkraftmaschine die Abgase jeweils zweier
benachbarter Zylinder noch im Zylinderblock bzw. Zylinderkopf zusammenzuführen, jedoch wird dabei
keine gegenseitige thermische Beeinflussung von Abgasmengen innerhalb einer Reaktionskammerunordnung
so erzielt, wie es in vorstehend beschriebener Weise bei der Erfindung der Fall ist.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden an Hand der Figuren beschrieben. Es zeigt
Fig. 1 einen Querschnitt der wichtigsten Teile einer Brennkraftmaschine, die mit einer Vorrichtung nach
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 Zylin- :o dein 2 und den Kolben 21 so zugeordnet, daß Hauptbrennkammern
5 gebildet werden. Für jede Hauptbrennkammer 5 ist eine Vorbrennkammer 7 vorgesehen,
die mit der Hauptbrennkammer 5 über einen Flammkanal 6 verbunden ist. Jede Hauptbrennkammer
5 ist mit einem Haupteintrittsventil 12 und mit einem Austrittsventil 13 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 werden.
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 Hauptbrennkam- jg
mer 5. Ähnlich steuert jedes Austrittsventil 13 die Strömung der Abgase aus einer Hauptbrennkammer
5 in einen Auslaßkanal 10. Jedes Hilfseintrittsventil 14 steuert die Strömung eines relativ angereicherten
Gemischs über einen Hilfseintrittskanal 11 in eine Vorbrennkammer 7.
Eine Abgasreaktionskammeranordnung 25 ist in dem Raum 16 zwischen den beiden Reihen von Zylindern
2 ür.d unter einem Zuführungsleitungssystem angeordnet. Die Zuführungsleitungen 15 führen zu
den Haupteintrittskanälen 9 und den Hilfseintrittskanälen 11. Ein Vergaser 18 ist auf den Zuführungsleitungen
15 befestigt und mit Hauptkanälen 19 zur Zuführung eines relativ abgemagerten Kiaftstoff-Luft-Gemischs
und mit einem Hilfskanal 20 zur Zuführung eines relativ angereicherten Kraftstoff-Luft-Gemischs
versehen. Die Kanäle 19 und 20 stehen mit den Haupt- bzw. Hilfseintrittskanälen 9 bzw. 11 in Verbindung,
und zwar über die Zuführungskanäle 15.
Während des Ansaughubes eines jeden Kolbens 21 wird ein relativ abgemagertes Gemisch aus den
Hauptkanälen 19 und den Zuführungsleitungen über einen Haupteintrittskanal 9 durch das offene Eintrittsventil
12 in die Hauptbrennkammer 5 geführt. Gleichzeitig wird angereichertes Gemisch durch die
Zuführungsleitungen 15 in den Hilfseintrittskanal 11 und durch das Hilfseintrittsventil 14 in die Vorbrennkammer
7 geführt. Am Ende des Kompressionshubes eines jeden Kotbens zünden die Elektroden der
Zündkerze 8 das Gemisch in der Vorbrennkammer 7, und die entstehende Flamme wird durch den Flammkanal
6 hindurchgeleitet, so daß das Gemisch in der HauDtbrennkammer 5 verbrannt wird. Das Gesamt-Kraftstoff-Luftverhältnis
ist magerer als das stöchiometrische Verhältnis. 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 Abgasreaktionskammeranordnung
25 weitergeführt.
Die auf diese Weise aus jeder Hauptbrennkammer 5 abgegebenen Abgase gelangen durch einen mit
Futter 23 versehenen Auslaßkanal 10 in einem der Zylinderköpfe 3, 4 und strömen dann in einen anschließenden
Abgasstutzen 24a, 246, 24c, 24d, welcher in das Innere einer ersten Reaktionskammer 27
hineinragt, die durch eine Auskleidung 28 der Abgasreaktionskammeranordnung 25 gebildet ist. Jeder
Abgasstutzen hat einen länglichen Querschnitt und ist so angeschlossen, daß er Abgase aus zwei benachbarten
Auslaßkanälen 10 aufnimmt. Somit führen die vier Abgasstutzen 24a, 24b, 24c und 24d die Abgase aller
acht Zylinder der Maschine ab. Die vier Abgasstutzen sind ähnlich, jedoch nicht identisch ausgebildet. Die
Abgasstutzen 24a und 24b, die von einander gegenüberliegenden Seiten in die Kammer 27 hineinragen,
haben Austrittsenden 26α und 26b, die aufeinander ausgerichtet sind. Ähnlich haben die Abgasstutzen
24c und 24d, die gleichfalls an einander gegenüberliegenden Seiten in die Kammer hineinragen, Austrittsenden
26c und 26d, die aufeinander ausgerichtet sind. Wenn ein Abgasimpuls in einen der Abgasstutzen
geführt wird, so wird er auf die längliche erste Reaktionskammer 27 innerhalb der Auskleidung 28
und auch durch die aufeinander ausgerichteten Austrittsenden in den jeweils zugeordneten anderen Abgasstutzen
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 Reaktionskammer 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 Gemischs, um dessen Verdampfung zu gewährleisten. Es sei bemerkt, daß die
Abgase nach ihrer Aufteilung in zwei Teilströme nahe der linken Seite der Strömungsleitplatte 34 vor dem
Auspuffrohr 39 wieder zusammengeführt werden.
Ein doppelwandiges wärmedämmendes Gehäuse 31 hat zwischen seinen Wänden eine keramische
Dämmschicht. Dieses Gehäuse. 31 umgibt den unteren Teil der dünnwandigen Hülle 30 und verhindert einen
Wärmeaustritt. Ein Luftraum 40 ist zwischen dem Gehäuse 31 und der Hülle 5ö gebildet. Ferner isl ein
Luftraum 41 zwischen dem Gehäuse 31 und einem zweiteiligen Gehäuse 42 gebildet, welches einen Teil
der Zuführungsleitungen 15 bildet. Eine dünnwandige Metallabschirmung 43, die unter dem Gehäuse 42 ge-
halten ist, dient zur weiteren Wärmedämmung.
Die Abmessungen der Kanäle innerhalb der Abgasreaktiünskammeranordnungsind
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 Futter
23 in einen gemeinsamen Abgasstutzen 24α, 24έ>, ίο
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 Austrittsenden 26α, 266, 26c,
26d, während der übrige Teil der Abgase in den jeweils
gegenüberliegenden Abgasstutzen gelangt. Es sei bemerkt, daß jedes Paar einander zugeordneter
Abgasstutzen 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 Oxyda-' tionsreaktion 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 Verweilzeit erzielt, so daß
die gewünschte Oxydation von HC und CO in umfangreichem Maße fortgesetzt wird.
Die Ableitung von Wärme außerhalb der Abgasreaktionskammeranordnung
25 wird durch die Anordnung mehrerer Schichten isolierender Wandungen und der dazwischen liegenden Lufträume minimal gehalten.
Die erste Reaktionskammer 27 innerhalb der Auskleidung 28 ist von der zweiten Reaktionskammer
29 innerhalb der Hülle 30 umgeben. Das doppelwandige Gehäuse 31 mit der keramischen Dämmung zwischen
seinen Wandungen biidet auch eine Sperre, die einen Wärmeverlust begrenzt. Die Abgasreaktionskamme
ranordnung 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 Reaktionsanordnung eine relativ niedrige Temperatur, verglichen
mit schwerer Belastung, haben.
Es sei bemerkt, daß der mittlere Teil des Zuführungsleitungssystems
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 der Zuführungsleitungen
15 aufheizt, wodurch die Verdampfung der Kraftstofftröpfchen in dem mageren und dem angereicherten
Gemisch gewährleistet wird. Da dort die Abgase fast ihre gesamte Verweilzeit innerhalb der Reaktionskammeranordnung
hinter sich haben, beeinträchtigt die zur Aufheizung der Zuführungsleitungen
15 verbrauchte Wärme den Wirkungsgrad des Oxydationsprozesses praktisch nicht.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
Claims (6)
1. Abgasnachbrennvorrichtung für . ,nc Brennkraftmaschine
mit Funkenzündung, bestehend aus einer Reaktionskammer, einem an der Reaktionskammer vorgesehenen Abgasaustritt und aus
mehreren in das Innere der Reaktionskammer verlaufenden Abgasstutzen, deren jeweiliges
Austrittsende nahe dem Aastrittsende eines wei- ι ο teren, von der gegenüberliegenden Seite her mündenden
Stutzens angeordnet und auf dieses ausgerichtet ist, gekennzeichnet durch folgende
Merkmale:
a) die Brennkraftmaschine weist die allgemein bekannte V-Zylinderamordnung auf;
b) die Reaktionskammer, in deren Inneres die Abgasstutzen (24) hineinragen, ist eine erste
Reaktionskammer (27), die von einer zweiten, den Abgasaustritt (37) aufweisenden
Reaktionskammer (29) umgeben ist;
c) jeder der Abgasstutzen (24) ist, getrennt für sich geführt, an jeweils zwei benachbarte Zylinder
(2) der Brennkraftmaschine angeschlossen, so daß das zu einem bestimmten >5
Zeitpunkt aus einem Abgasstutzen (z. B. 24a) austretende Abgas nicht allein in die
erste Reaktionskammer (27), sondern gleichzeitig in den gegenüberliegenden Abgasstutzen
(2Ab) eintritt. jo
2. Abgasnachbrennvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste
Reaktionskammer (27) durch eine dünnwandige Auskleidung (28) und di*: zweite Reaktionskammer
(29) durch eine dünnwandige Metallhülle js (30) gebildet ist, welche die Auskleidung (28) umgibt.
3. Abgasnachbrennvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein wärmedämmendes
Gehäuse (31) den unteren Teil der Hülle (30) umgibt.
4. Nachbrennvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 für eine Achtzylindermaschine,
dadurch gekennzeichnet, daß die erste Reaktionskammer (27) länglich ausgebildet ist, wobei je-
weils einem Ende dieser Reaktionskammer (27) eines der Abgasstutzenpaare zugeordnet ist.
5. Nachbrennvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß sie zwischen den beiden Zylinderreihen angeordnet ist und daß jeder Abgasstutzen (24)
an einen Auslaßkanal (10) angeschlossen ist, der seinerseits jeweils an ein Paar einander benachbarter
Zylinder (2) angeschlossen ist.
6. Nachbrennvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die Abgase der zweiten Reaktionskammer (29) auch zur Aufheizung von für die Zuleitung von Kraftstoff-Luft-Gemischen vorgesehenen
Zuführungsleitungen vorgesehen sind. ^
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C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
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