DE2557986B2 - Abgasnachbrennvorrichtung fuer eine brennkraftmaschine mit funkenzuendung - Google Patents

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)

Patentansprüche:

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. ^