DE2703933A1 - Abgasreinigungsvorrichtung fuer eine brennkraftmaschine - Google Patents

Abgasreinigungsvorrichtung fuer eine brennkraftmaschine

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DE2703933A1 DE19772703933 DE2703933A DE2703933A1 DE 2703933 A1 DE2703933 A1 DE 2703933A1 DE 19772703933 DE19772703933 DE 19772703933 DE 2703933 A DE2703933 A DE 2703933A DE 2703933 A1 DE2703933 A1 DE 2703933A1
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Description

P1AVEN TANWA.-TE
A. STOCK-WAIK H. JAKOE 11 295
η·η. BEZOLD .Jan.1977
H. SCHUMANN Είϊ NAT Of l· OCM
W. DR rttR NAT f*· i -VH'-.V MÜNCHEN 22
DR.« P. MAXIMlLlANSTRASSF. 43
K. Q. P
ORfI 31
8 I
ISUZU PIOTOIiS LIMITED 22--10, Minami-ooi 6-cliome, Shinagav;a-ku, Tokyo, Japan
Abgasreinigungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine
Die Erfindung betrifft eine Abgasreinigungsvorrichtung für eine kompressionsdruckgezündete Brennkraftmaschine, die mit Nebenbrennkammern ausgestattet ist.
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itu:roN (O80) u: ?ütj telex οβ-??οοο
-1 -
Bei den meisten konventionellen Abgasreinigungsvorrichtunge.n, bei denen das Abgas in einer kompressionsdruckgezündeten Brennkraftmaschine zirkuliert, findet ein Verfahren Anwendung, bei welchem ein Teil das durch die Abgarjleitung ausgestoßanen Abgases wieder in die Ansaugleitung eingeleitet wird, oder er; findet ein Rezirkulationsverfahren Anwendung, bei welchem die iiberschneicMingnzait dar Einlaß- und Ausl;.';ventiI.2 ruG^t. ;;t.-;_:.. wird. Diese herkömmlichen Verfahren beeinflussen die Ausganosleistung und die Rauchbildung jedoch nachteilig und wirken sich besonders ungünstig im Hochlastbetrieb der Brennkraftmaschine aus, wo das Luftüberschußverhältnis relativ klein ist.
Die Erfindung ist deshalb darauf gerichtet, eine Abgaszirkulation während des Hochlastbetriebes der Brennkraftmaschine ;,u schaffen, durch welche die Ausgangsleistung, die Rauchbildung usw. nicht ungünstig beeinflußt werden. Ein besonders vorteilhaftes Merkmal der Erfindung besteht darin, daß das Abgas einer Nebenbrennkammer eines Zylinders, in welchem sich der Kolben dem Ende seines Expansions- oder seines Arbeitshubes nähert, durch eine Kühlleitung zur Nebenbrennkammer eines anderen Zylinders geleitet wird, in welchem sich der Kolben dem Ende seines Saug- oder Einlaßhubes nähert.
Gemäß der Erfindung weist ein Rückführungs- und Wiederverbrennungssystem einer Abgasreinigungseinrichtung für eine kompressionsdruckgezündete Brennkraftmaschine eine Expansionsleitung auf, die mit den Nebenbrennkammern jedes Zylinders über Rückführungsleitungen verbunden ist, welche durch nockenbetätigte Ventile gesteuert werden. Das relativ fette Abgas, das in der Nähe der Kraftstoffeinspritzdüse in der Nebenkammer am Ende des Arbeitshubes zurückbleibt, expandiert über ein geöffnetes Steuerventil in die Expansionsleitung und wird dann über ein anderes geöffnetes Steuerventil in die Nebenbrennkammer einas
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anderen Zylinders eingesaugt, dessen Kolben sich im Bereich des unteren Totpunktes eines Einlaß- oder Ansaughubes befindet. Das auf diese Weise wieder umgeleitete oder übergeführte Abgas wird sowohl während seiner Expansion in der Expansionsleitung als auch durch das Kühlwasser innerhalb des Zylinderkopfes und durch die Luft, welche den äußeren Teil der Expansions.leitung umstroicht, abgekühlt.
Gemäß der Erfindung wird also eine Rückführungs- und Rückverbrennungsabgasreinigungsvorrichtung für eine kompressionsdruckgezündete Brennkraftmaschine vorgeschlagen, die eine Expansionsleitung besitzt, welche ihrerseits mit Nebenbrennkammern der einzelnen Zylinder über Rückführungsleitungen in Verbindung stehen, wobei die Rückführungsleitungen durch nockenbetätigte Ventile auf- und zugesteuert werden. Das relativ fette Abgas, das im Bereich der Kraftstoffeinspritzeinrichtung in einer Nebenbrennkammer am Ende eines Arbeitshubes zurückbleibt, expandiert über ein geöffnetes Steuerventil in die Leitung und wird dann über ein anderes geöffnetes Steuerventil in die Nebenbrennkammer eines anderen Zylinders eingesaugt, dessen Kolben sich im Bereich des unteren Totpunktes der Einlaß- oder Ansaugleitung befindet. Das auf diese Weise wieder rückzirkulierte oder übergeführte Abgas wird dabei sowohl durch die Expansion in der Expansionsleitung als auch durch das sich innerhalb des Zylinderkopfes befindliche Kühlwasser und die Luft gekühlt, welche die Außenwandung der Expansionsleitung umstreicht.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergaben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines AusführungsbeispieIs anhand der Zeichnung. Darin zeigen:
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.!,'■it
Fig. 1 eine senkrechte Schnittansicht durch einen Motorzylinder gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 2 eine schematische Darstellung des Motors, anhand welcher die Funktionsweise des in der Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiels erklärt v.'ird, und
Fig. 3 eine graphische Darstellung der öffnungs- und Schließzeiten der Steuerventile und der Einlaß- und Auslaßventile.
In den Fig. 1 und 2 ist mit dem Bezugszeichen 1 ein Zylinder einer Brennkraftmaschine mit Druckzündung dargestellt, welche vier Zylinder f 1 bis # 4 aufweist. Mit dem Bezugszeichen 4 ist ein Zylinderkopf bezeichnet, in dem eine Nebenbrennkammer 7 angeordnet ist, die über einen Kanal 6 mit einer Hauptbrannkammer 5 in Verbindung steht. In dem Zylinderkopf 4 ist ferner eine Einspritzdüse 8 vorgesehen, mittels welcher von einer nicht dargestellten Kraftstoffquelle Kraftstoff in die Nebenbrennkammer 7 eingespritzt wird. Mit dem Bezugszeichen 9 ist eine Abgasleitung und mit dem Bezugszeichen 10 ein Auslaßventil bezeichnet, welches in dem Öffnungsquerschnitt der Abgasleitung angeordnet ist. Das Auslaßventil 10 und das nicht dargestellte Ansaug- oder Einlaßventil werden durch eine Nockenwelle 16 über nicht dargestellte Nockenhebel oder dergleichen gesteuert.
An der Außenseite der Seitenwand 4a des Zylinderkopfes 4 befindet sich eine Abgasexpansionsleitung 11, die über eine Abgasumlaufleitung 12 mit der Nebenbrennkammer 7 jedes Zylinders # 1 bis #· 4 in Verbindung steht. In der Mitte jeder Abgasura-
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laufleitung 12 befindet sich ein Steuerventil 13. Das Steuerventil wird mittels einer Rückstellfeder 14 normalerweise in eine Schließstellung gedrückt, es wird jedoch durch eine Aufwärtsbewegung einer Stößelstange 15 geöffnet. Die Nockenwelle 16 wird von einer nicht dargestellten Kurbelwelle der Brennkraftmaschine angetrieben. Die Nockenwelle ist mit mehreren Nocken versehen, welche die Hin laß- bzw. Auslaßventils Steuerr, Die Nockenwelle 1t weist ferner Nockenerhebungen 17 und 18 auf, welche den Nockenstößel 15 jedesmal dann anheben, wenn sich in jedem Zylinder ·# 1 bis #" 4 der Expansionshub seinem Ende nähert, d. h. unmittelbar bevor der Kolben 3 beim Expansionshub den unteren Totpunkt erreicht, und wenn sich der Ansaughub seinem Ends nähert, d. h. unmittelbar bevor oder nachdem der Kolben 3 den unteren Totpunkt des Ansaughubes erreicht hat. Die Abgasexpansionsleitung 11 kann ferner an die Abgasleitung 9 durch einen Bypass angeschlossen sein, in dem ein Drucksteuerventil angeordnet ist, so daß jeglicher zu hoher Druck in der Abgasexpansionsleitung 11 entlastet wird.
Wenn z.B. der Kolben des Zylinders # 3 sich während des Betriebes dem Ende des Expansions- oder Arbeitshubes nähert, dann wird das ihm zugeordnete Steuerventil 13 entgegen der Kraft der Feder 14 durch die Stößelstange 15 mit Hilfe der Nockenerhebung 18 angehoben, unmittelbar bevor der Kolben 3 den unteren Totpunkt erreicht, so daß infolgedessen die Abgasumlaufleitung 12 geöffnet wird. Infolgedessen dringt ein Teil des heißen, unter Druck/stehenden Abgases, welches in der Nebenbrennkammer 7 verbleibt, in die Abgasexpansionsleitung 11 ein. Wenn sich andererseits der Kolben des Zylinders 2 z.B. dem Ende seines Saug- oder Einlaßhubes nähert, dann wird sein zugeordnetes Steuerventil 13 durch eine Nockenerhebung 17 und die Stößelstange 15 geöffnet, unmittelbar bevor oder nachdem der Kolben
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seinen unteren Totpunkt erreicht hat. Infolgedessen dringt das sich in der Abgasexpansionsleitung 11 befindliche Abgas durch die geöffnete Abgasumlaufleitung 12 in die Nabenbrennkammer 7 des Zylinders # 2 ein. Das auf diese Weise übergeleitete oder umgeleitete Abgas wird daher infolge der Expansion innerhalb der Abgasexpansionsleitung 11 und durch die Kühlv/irkung sov:ohl das Wassers als auch der Luft in qc^ignöter Weise abgekühlt und strömt infolge des durch den Kolben erzeugten Unterdruckes in eine geöffnete Nebenbrennkarmier ein. Infolgedessen wird das Abgas wirksam abgekühlt, und es findet eine gleichmäßige Gaszirkulation statt.
Wenn bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel die Zündfolge
# 1, # 3, # 4 und # 2 ist, dann erfolgt die Abgaszirkulation in der nachfolgend aufgezählten Reihenfolge, was im Zeitdiagramm gemäß Fig. 3 dargestellt ist:
Abgas vom Zylinder ψ λ zum Zylinder ^4,
Abgas vom Zylinder #3 zum Zylinder #2,
Abgas vom Zylinder If 4 zum Zylinder #" 1 und
Abgas vom Zylinder #2 zum Zylinder #3.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist also derart ausgelegt, ds3 die Abgaszirkulation von der Nebenbrennkammer eines Zylinders zur Nebenbrennkammer eines anderen Zylinders stattfindet. Im Vergleich zu einem konventionellen Abgaszirkulationssystem wird bei einer Brennkraftmaschine, die mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgestattet ist, ein verbesserter Füllungsgrad in jedem Zylinder erzielt. Infolgedessen beeinflußt die hier beschriebene Abgasreinigungsvorrichtung nicht die Ausgangsleistung, die Rauchbildung usw. der Brennkraftmaschine, insbeson^- dere im Hochlastbereich ernsthaft oder nachteilig.
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Wenn das Steuerventil 13 schließt, dann wird das Abgas durch den sich nach oben bewegenden Kolben in der Nebenbrennkammer 7 eingeschlossen. Auf diese Weise wird eine verbesserte Abgaszirkulation erzielt, und es kann eine extrem hohe Abgaszirkulationsgeschwindigkeit im Verhältnis zum Volumen der Nebenbrennkammer 7 erzielt werden. Die Abgasexpansionsleitung 11 befindet sich an der Außenseite der Seitanwand 4 a des Zylinderkopfes 4 im Bereich einer Kühlwasserleitung 4b des Zylinderkopfes, und ein Umfangsteil 11a der Abgasexpansionsleitung 11 ist der Luft ausgesetzt. Das Abgas wird auf diese Weise wirksam gekühlt, so daß das Volumen des umgeleiteten Gases vergrößert wird und die Erzeugung von Stickoxyden in dem verbrannten Kraftstoff im Vergleich zu den mit herkömmlichen Abgasreinigungsvorrichtungen erzeugten Abgasen wesentlich verringert wird.
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Claims (4)

  1. P 11 29 5
    Patentansprüche
    AbcTar.reinvMinasvorrichtuna für eine k zündete Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern, wobei jeder Zylinder eine Hauptbrennkanuner und eine Nebenbrennkairaner aufweist, die mit der Hauptkammer über einen Kanal in Verbindung steht, sov/ie mehrere Kolben, von denen jeweils ein Kolben in jedem Zylinder hin- und herbcv/ogbar angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet , daß
    a) eine Abgasexpansionsleitung (11) vorgesehen ist, daß
    b) mehrere Leitungen (12) vorgesehen sind, die jewails jede Nebenbrennkairmer (7) mit der Abgasexpansionr»leitung (11) verbinden, daß
    c) mehrere Ventile (13) vorgesehen sind, von denen jeweils ein Ventil in jeder Leitung (12) angeordnet ist, um die Verbindung zwischen der Nebenbrennkammer (7) und der Abgasexpansionsleitung (11) zu öffnen oder zu verschließen, und daß
    d) eine Ventilsteuereinrichtung (15, 16, 17, 18) vorgesehen ist, welche jedes Ventil öffnet, wenn sich der zugeordnete Kolben (3) im Bereich des unteren Totpunktes seines Expansionshubes und seines Ansaughubes befindet, so daß das Abgas von einer Nebenbrennkammer sich während
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    ORIGINAL INSPECTED
    der Expansion in der Abgasexpannionsleitung abkühlt und dann in die andere Nebenbrennkammer eingesaugt wird.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Abgasexpansionsleitung (11) an der Außenseite der Brennkraftmaschine angeordnet ist, so daß die die Außenfläche der Abgasoxpansionsl-situna urstreichende Luft das innerhalb der Leitung expandierende Abgas weiter kühlt.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß im Bereich der Leitung (12) eine Kühlwassereinrichtung (4b) vorgesehen ist, so daß das Abgas weiter gekühlt wird, wenn es durch die Leitung hindurchströmt.
  4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Ventilsteuereinrichtung umfaßt
    a) eine Nockenwelle (16), die von der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine angetrieben wird,
    b) mehrere Nockenerhöhungen (17, 18), die auf der Nockenwelle montiert sind, und
    c) gleichmäßig verteilt angeordnete Stöße!einrichtungen (15), die individuell zwischen den Nockenerhöhungen und den Ventilen angeordnet und von den Hockenerhöhungen betätigbar sind, wobei die Winkelstellung dieser Nockenerhöhungen derart gewählt ist, daß eine Stößeleinrichtung jedes Ventil im Bereich des unteren Totpunktes des Expansionshubes und des Ansaughubes öffnet.
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