DE2802095A1 - Abgas-rezirkulationsvorrichtung fuer einen verbrennungsmotor mit zusatzverbrennungskammern - Google Patents

Abgas-rezirkulationsvorrichtung fuer einen verbrennungsmotor mit zusatzverbrennungskammern

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DE2802095A1 DE19782802095 DE2802095A DE2802095A1 DE 2802095 A1 DE2802095 A1 DE 2802095A1 DE 19782802095 DE19782802095 DE 19782802095 DE 2802095 A DE2802095 A DE 2802095A DE 2802095 A1 DE2802095 A1 DE 2802095A1
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Description

Ρ/λΤγ£Ν TANWÄ.-TB A. GRÜNECKER
2802095 H. KlNKELDEY
3 W. STOCKMAIR
DFt- !NG. · AefctCALTsCH)
m K. SCHUMANN
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P. H. JAKOB
G. BEZOLD
Dfl RER NAT- DIPL-CHEM
8 MÜNCHEN 22
MAXIMILIANSTRASSE 43
• 18. Jan. 1978
P 12 350
ISÜZTJ MOTORS LIMITED
No. 25-1, Τοήο-machi. 3-cttoiae, Kawasaki-ku, Kavjasaki-shi, Kanagawa, Japan
Abgas-Rezirkulationsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor mit Zusatzverbrennungskammerη
Die Erfindung betrifft eine Abgas-Rezirkulations-oder .-Reinigungsvorrichtung für einen mit Zusatzverbrennungskammern versehenen Verbrennungsmotor mit Eigenzündung.
Die meisten konventionellen Abgas-Reinigungsvorrichtungen unter Verwendung eines Abgas-Rezirkulationssystems in einem Verbrennungsmotor mit Eigenzündung stellen Vorrichtungen mit externer Rezirkulation dar, bei denen ein Teil des Abgases von dem Abgassammelverteiler oder dem Abgasleitungssystem in den Einlassverteiler oder in das Einlassleitungssystem zurückgeführt wird. Diese konventionellen Vorrichtungen wirken sich jedoch nachteilig auf das Motorbetriebsverhalten aus,und weiter ist die Rauchent-
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TELtFON (O8f>)
TELEX O5-2O3HO
MONAPAT
TELEKOPIERER
wicklung aufgrund des geringen Verhältnisses an überschüssiger Luft wesentlich. Ferner wird durch Rauchablagerungen die Abgas-Rezirkulationsleitung.der Einlassverteiler und dergleichen verunreinigt und im schlimmsten Fall sogar blockiert.
In Anbetracht der mit konventionellen Vorrichtungen verbundenen Nachteile ist es ein Ziel der Erfindung, die Abgaszirkulation mittels eines Steuerventils während des Hochlastbetriebes des Motors zu beeinflussen.
Bei der Erfindung steht jede Zusatzverbrennungskammer über einen Abgasexpansionsverteiler mit den anderen Zusatzverbrennungskammern über nockenbetätigte Ventile in Verbindung. Ein Steuerventil für die Abgas-Rezirkulation ist weiter in der Mitte des Abgas-Zirkulationsverteilers vorgesehen, -um die Abgas zirkulation während des Hochlastbetriebes des Motors zu steuern.
Zusammengefasst wird durch die Erfindung ein mit Rezirkulation und erneuter Verbrennung arbeitendes Abgas—Reinigungssystem für einen Motor mit Eigenzündung geschaffen, das einen Expansionsverteiler aufweist, der über separate Passagen mit den Zusatzverbrennung skammern an den einzelnen Zylindern in Verbindung steht. In jeder separaten Passage ist ein nockenbetätigtes Ventil angeordnet. Das Abgas in einer Zusatzverbrennungskammer gelangt über das betreffende nockenbetätigte Ventil in den Verteiler und wird dann über ein anderes geöffnetes nockenbetätigtes Ventil in die Zusatzverbrennungskammer von einem anderen Zylinder eingeführt, dessen Kolben sich nahe dem unteren Ende von seinem Einlass-oder Ansaughub befindet. Das so rückgeführte oder überführte Abgas wird durch die Expansion im Verteiler, durch das im Zylinderkopf strömende Kühlwasser und durch die die freiliegende Umfangsflache umgebende Luft abgekühlt. Ferner kann bei Hochlastbetrieb des Motors ein einzelnes Drehklappenventil, das in der Mitte des Expansionsverteilers angeordnet ist,
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die Menge an Abgaszirkulation zur Verbesserung des Motorbetriebes steuern.
Eine Ausfuhrungsform der Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch einen Motorzylinder und einer Ausführungsform von einer erfindungsgemäss aufgebauten Vorrichtung,
Fig. 2 eine geschnittene Draufsicht auf die erfindungsgemässe Abgas-Rezirkulationsvorrichtung, und
Fig. 3 einen Drehhebel· zur Steuerung eines erfindungsgemässen Steuerventils für die Abgaszirkulation.
Fig. 1 der Zeichnung zeigt einen Zylinderblock 1 mit z.B. vier Zylindern 1 bis 4 von einem Verbrennungsmotor mit Selbstzündung und mit Zusatzverbrennungskamniern. Ein Kolben 3 befindet sich auf- und abbeweglich in jedem Zylinder 2. Ein Zylinderkopf 4 ist mit einer Zusatzverbrennungskammer 7 versehen, die über einen Durchgang 6 mit der Hauptverbrennungskammer 5 verbunden ist. Ferner ist eine Einspritzdüse 8 zum Einspritzen des Brennstoffes von einer nicht gezeigten Vorratsquelle in die Zusatzverbrennungskammer 7 im Zylinderkopf vorgesehen.
Eine Abgaspassage 9 steht mit der Hauptverbrennungskammer 5 über ein Auslassventil -10 in Verbindung, das von einem konventionellen Nockenmechanismus dergestalt gesteuert wird, dass es sich bei einem Ausstosshub im Bereich von 50° - 10° (Kurbelwinkel) vor dem unteren Totpunkt öffnet.
Ein Abgas-Expansionsverteiler 11 ist an der Wand 4a des Zylinderkopfes 4 vorgesehen. Der Verteiler 11 steht über getrennte Passagen 12 mit der Zusatzverbrennungskammer 7 von jedem Zylinder 1-4 gemäss Fig. 1 und 2 in Verbindung. Eine Kühlwasserpassage oder ein Kühlwassermantel 11a ist an der Aussenseite des
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28CP095
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Expansionsverteilers 11 ausgebildet und steht mit einer Kühlpassage 4b im Zylinderkopf 4 in Verbindung, um in diese Kühlwasser einzuführen, so dass die Kühlung des durch den Expansionsverteiler 11 strömenden Abgases erheblich verstärkt wird. Der gleiche Effekt lässt sich dadurch erzielen, dass anstelle der Kühlwasserpassage 1Ui am Umfang des Expansionsverteilers 11 ein Gebläse oder dgl. vorgesehen wird. Ein Ventil 13 ist in der Mitte der Passage 12 vorc/esehen. Dieses Ventil wird gewöhnlich durch eine Rückzugfeder 14 geschlossen und durch die Aufwärtsbewegung von einem Stangerirnechanismus 15 geöffnet. Eine Nockenwelle 16 dreht sich entsprechend der nicht gezeigten Kurbelwelle. Eine Vielzahl von nicht gezeigten Nocken ist vorgesehen, um den konventionellen Ein- und Auslassventilmechanismus zu betätigen und gleichzeitig wird der Stangenmechanismus 15 durch Nocken 17 und 18 nahe beim Ende des Expansionshubes in jedem Zylinder 1-4, d. h. im Expansionshubbereich von 90° - 50° (Kurbelwinkel) vor dent unteren Totpunkt von jedem Kolben 3,und in der letzten Hälfte des Ansaughubes, d.h. im Ansaughubbereich von 60° - 20° (KurbeL-winkel) vor der unteren Totpunktlage von jedem Kolben 3 nach oben bewegt.
Ein Drehklappen-Steuerventil 19 ist drehbar in einem integral mit dem Expansionsverteiler 11 verbundenen Tragabschnitt 11c gehalten. Das Steuerventil 19 befindet sich in der Mitte des Expansionsverteilers. Bei einer Verdrehung des Steuerventils 19 erfolgt eine öffnung oder ein Verschliessen einer inneren Passage 11b im Expansionsverteiler. Am äusseren Ende von einer Drehwelle 19a ist ein Drehhebel 20 vorgesehen. Eine Feder 21 drückt das Steuerventil 19 in Richtung auf den Expansionsverteiler 11. Die Feder 21 befindet sich in einem Gehäuse 22, das an dem flanschartig ausgebildeten Ende des Tragabschnittes 11c so befestigt ist, dass der Ventilabschnitt gasdicht ist.
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Der Drehhebel 20 steht mit einer Steuervorrichtung für den Mofcorbetrieb, z.B. dem Brennstoffsteuerhebel von einer nicht gezeigten Einspritzpumpe über einen Hebelmechanismus, Drähte oder dgl. in Verbindung. Bei dieser Konstruktion wird das Steuerventil 19 in seine verschliessende Richtung entsprechend der Bewegung des BrennstoffSteuerhebels bewegt, wenn die Motorbelastung einen Wert von mehr als 3/4 erreicht.
Die Arbeitsweise der erfindungsgemässen Abgas-Rückführvorrichtung wird nachfolgend beschrieben. Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei dem Motor um einen Viertakt-Verbrennungsmotor mit Selbstzündung mit vier Zylindern 1-4. Die Zündfolge ist 1, 3, 4, 2. Bei einem solchen Viertakt-Verbrennungsmotor wird, wenn sich z.B. der Kolben im Zylinder 3 dem Ende seines Expansionshubes nähert, ein Teil des in der zugehörigen Zusatzverbrennungskaminer verbleibenden Abgases in den Abgas-Expansionsverteiler 11 über die Passage 12 ausgestossen, da das Ventil 13 sich gegen die Kraft der Rückzugfeder 14 infolge der Aufwärtsbewegung des Nockens 18 und des Stangenmechanismus 15 nach oben bewegt. Die Öffnung des Ventils 13 erfolgt im Bereich von 90° - 50° (Kurbelwinkel), bevor der Kolben die untere Totpunktlage erreicht. Das in den Expansionsverteiler 11 eingeführte Abgas wird durch die Expansion, das im Wassermantel umlaufende Wasser und die Aussenluft auf eine geeignete Temperatur abgekühlt, und gleichzeitig wird, wenn ein anderer Kolben, z.B. der Kolben im Zylinder 2. sich in der letzten Hälfte seines Ansaughubes befindet, das Ventil 13 durch die anhebende Wirkung des Nockens 17 und des Stangenmechanismus 15 geöffnet, so dass das Abgas im Expansionsverteiler 11 in die Zusatzverbrennungskammer des Zylinders 2 über die Passage 12 gelangt. Die Öffnung des Ventils 13 am Zylinder 2 erfolgt im Bereich von 60° - 20°, bevor der Kolben 3 die untere Totpunktlage erreicht.
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Bei der beschriebenen Ausführungsform erfolgt bei einer Motorzündfolge von 1, 3, 4 und 2 die Abgaszirkulation wiederholt in der folgenden Reihenfolge:
Abgas von Zylinder 1 in Zylinder 4
Abgas von Zylinder 3 in Zylinder 2
Abgas von Zylinder 4 in Zylinder 1 und Abgas von Zylinder 2 in Zylinder 3.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist somit so ausgelegt, dass die Abgaszirkulation von der Zusatzverbrennungskammer von einem Zylinder zu der Zusatzverbrennungskammer von einem anderen Zylinder erfolgt. Daher wird im Vergleich zu einem konventionellen Abgaszirkulationssystem bei einem die erfindungsgemässe Vorrichtung aufweisenden Verbrennungsmotor eine verbesserte volumetrische Wirksamkeit in jedem Zylinder erhalten. Daher beeinflusst die hier beschriebene Abgas-Reinigungsvorrichtung die Ausgangsleistung oder die Rauchentwicklung des Motors, insbesondere unter Hochlastbetrieb, nicht ernstlich oder nachteilig. Bei geschlossenem Steuerventil 13 wird das Abgas in der Zusatzverbrennungskammer 7 durch die Aufwärtsbewegung des Kolbens 3 eingeschlossen. Daher wird eine verbesserte Abgaszirkulation erzielt und kann der Umfang der Abgaszirkulation in Bezug auf das Volumen der Zusatzverbrennungskammer 7 extrem hoch sein.
Wenn ferner die Motorbelastung einen Wert von mehr als 3/4 des Höchstlastbereiches erreicht, dreht der Hebel 20 das Steuerventil 19 in seine Schliessrichtung entsprechend der Bewegung des BrennstoffSteuerhebels für die Einspritzpumpe, wodurch die Abgaszirkulation in der inneren Passage 11b im Expansionsverteiler 11 gesteuert wird. Während bei der bevorzugten Ausführungsform ein Drehklappenventil vorgesehen ist, lässt sich auch ein Ventil anderer Bauart verwenden, falls dieses den Umfang an Abgaszirkulation steuern kann.
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Wie zuvor erwähnt, erfolgt die Abgas-Rezirkulation von der Zusatzverbrennungskammer in wirksamer Weise und kann der Umfang an Abgaszirkulation erfindungsgemäss entsprechend dem Zustand der Motorbelastung gesteuert werden. Durch die Erfindung wird daher eine Abgas-Reinigungsvorrichtung geschaffen, die ohne die gewöhnliche Beeinträchtigung des ilotorbetriebsverhaltens arbeitet.
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Claims (3)

  1. Abgas-Rezirkulationsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor mit Zusatzverbrennungskammern
    PATENTANSPRÜCHE
    Abgas-Rezirkulationsvorrichtung für einen mehrzylindrigen Viertaktverbrennungsmotor mit Selbstzündung und Zusatzverbrennung skammerη, in die in zeittaktmässiger Folge Brennstoff eingespritzt wird, gekennzeichnet durch einen Abgasexpansionsverteiler (11)/ der über separate Äuslasspassagen (12) mit jeder Zusatzverbrennungskammer (7) in Verbindung steht, eine Vielzahl von nockenbetätigten Ventilen (13) , von denen je eines in jeder separaten Auslasspassage angeordnet ist, um die Abgasströmung zwischen den Zusatzverbrennungskammern und dem Abgasexpansionsverteiler zu steuern, wobei die nockenbetätigten Ventile von einer gemeinsamen Nockenwelle (16) dergestalt beaufschlagt werden, dass sie sich beim Expansionshub
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    TELEFON (OBO)
    TELEX OB-QO38Ο
    monapat
    TELEKOPl ERER
    und. erneut beim Ansaughub der betreffenden Zylinder öffnen, und eine Steuerventileinrichtung (19), die in dem Abgasexpansionsverteiler angeordnet ist und die Menge an Abgaszirkulation zwischen den Zusatzverbrennungskammern bei Hochlastbetrieb steuert.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerventileinrichtung ein Drehklappenventil (19) umfasst, das in der Mitte des Abgasexpansionsverteilers (11) angeordnet ist.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass die nockenbetätigten Ventile (13) im Bereich von 90° - 50° (Kurbelwinkel) vor der unteren Totpunktlage von jedem Kolben (3) beim Kraftexpansionshub und im Bereich von 60° - 20° (Kurbelwinkel) vor der unteren Totpunktlage von jedem Kolben beim Ansaughub geöffnet sind.
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DE2802095A 1977-01-20 1978-01-18 Abgas-Rückführanordnung für eine Viertakt-Brennkraftmaschine Expired DE2802095C3 (de)

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