DE3107898A1

DE3107898A1 - "querstrom-verbrennungsmotor mit abgas-rueckfuehrungsanlage"

Info

Publication number: DE3107898A1
Application number: DE3107898A
Authority: DE
Inventors: Hiroyosi Ario; Susumu Tokyo Kimura; Minoru Koganei Midorikawa
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1980-03-03
Filing date: 1981-03-02
Publication date: 1982-03-04
Also published as: US4367719A; DE3107898C2; JPS56129555U; CA1142404A

Description

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- 4 Beschreibung . P 16020

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein einen Verbrennungsmotor für ein Kraftfahrzeug und insbesondere einen Querstrom-Verbrennungsmotor, der eine Abgas-Rückführungsanlage aufweist, die in der Lage ist, einen Teil der Abgase des Motors in den Motor-Einlaß einzuspeisen.

Um die Ausbildung von Stickoxiden (N0„) in den Abgasen aus einem Verbrennungsmotor zu unterdrücken, wird eine sog. "Abgas-Rückführurigsanlage" (oder EGR-Anlage) in weitem Umfang verwendet, bei welcher ein Teil der Abgase während des Motorbetriebs über einen Ansaugkrümmer in den Motor eingeleitet wird. Bei dieser Vorgehensweise wird die Verbrennungstemperatur in jedem der Verbrennungsräume beträchtlich abgesenkt, um hierbei die Entstehung von Stickoxiden (NO ) zu verhindern. In üblicher Weise umfaßt die bisher verwendete Abgas-Rückführungsanlage ein getrenntes Metallrohr, welches das Innere des Auspuffkfümmers mit jenem des Ansaugkrümmers verwindet, sowie einen Strömungsregler, der an einem geeigneten Abschnitt des Rohres angeordnet ist. Beim Einbau einer derartigen Abgas-Rückführurigsanlage in einen Querstrom-Verbrennungsmotor muß allerdings die Leitung derart angeordnet sein, daß sie sich über den Motor hinweg erstreckt, was hierbei ein langes Rohr erforderlich macht. Die Verwendung eines gesonderten , langen Rohres als einen Teil der Abgas-Rückführungseinrichtung fördert die Kondensation von Abgaskomponenten in dem Rohr, und zwar wegen der beträchtlichen Kühlungswirkung, welche das Rohr besitzt, wobei das Rohr intensiv rostet. Ferner verursacht die Verwendung eines derart langen Leitungsrohres einen sperrigen Aufbau der Motoranlage,

wobei unvermeidlich der Raum verringert wird, der im Motorraum des Kraftfahrzeuges verfügbar ist, und verursacht ein schlechtes Ansprechverhalten beim Regulieren der Strömungsmenge des zurückgeführten Gases durch den Strömungsregler.

Es ist deshalb ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Querstrom-Verbrennungsmotor mit ainer Abgas-Rückführungsanlage vorzusehen, der frei ist von den oben erwähnten Nachteilen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Verbrennungsmotor vorgesehen, der einen Querstrom-Zylinderkopf aufweist, einen Ansaugkrümmer, der an der einen Seite des Zylinderkopfes angebracht ist, einen. Vergaser, der stromaufwärts vom Ansaugkrümmer angebracht.ist, einen Auspuffkrümmer, der an der anderen Seite des Zylinderkopfes angebracht ist, sowie eine Abgas-Rückführungsanlage, welche einen Teil der Abgase des Motors in den Ansaugkrümmer einspeist, wobei die Abgas-Rückführungsanlage eine erste Einrichtung aufweist, die einen ersten Durchgangskanal bildet, der in einem mit dem Ansaugkrümmer einstückigen Block ausgebildet ist, wobei ein erstes Ende des ersten Durchgangskanals zu einer Verteilungskammer hin offen ist, von welcher aus die Zweigrohre des Ansaugkrümmers sich zum Zylinderkopf hin erstrecken, eine zweite Einrichtung, die einen zweiten Kanal bildet, der im Zylinderkopf ausgebildet ist, wobei ein Ende des zweiten DurchgangskanaIs mit dem anderen Ende des ersten Durchgangskanals verbunden ist, eine dritte Einrichtung, die einen dritten Durchgangskanal bildet, der in einem mit dem Auspuffkrümmer einteiligen Block ausgebildet ist, wobei ein Ende des dritten Durchgangskanals mit dem anderen Ende des zweiten Durchgangskanals verbunden ist und das andere Ende desselben zu einem Abschnitt hin offen ist, der stromabwärts von den Zweigrohren des Auspuffkrümmers liegt, und eine Gasströmungs-Mengen-Regulierein-

richtung, um die Strömungsmenge des Abgases, das durch die miteinander verbundenen ersten, zweiten und dritten Durchgangskanäle strömt, in Übereinstimmung mit Betriebs zuständen des Motors zu regulieren.

Andere Vorzüge und Ziele der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung deutlich, wenn diese im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen herangezogen wird, in welchen:

Fig; 1 die Ansicht eines Schnitts eines Verbrennungsmotors ist, der eine erfindungsgemäße, verbesserte Abgas-Rückführungsanlage aufweist,

Fig. 2 die Ansicht eines Schnitts ist, der längs Linie II-II in Fig. 1 vorgenommen wurde,

Fig. 3 eine Perspektivansicht eines Ansaugkrümmers ist, der in der vorliegenden Erfindung verwendet ist,

Fig. 4 eine Perspektivansicht eines Zylinderkopfes ist, der in der vorliegenden Erfindung verwendet ist,

Fig. 5 eine Draufsicht ist, welche einen Abschnitt des Ansaugkrümmers zeigt, und

Fig. 6 die Ansicht eines Schnitts ist, der längs Linie VI-VI in Fig. 5 vorgenommen wurde.

Es wird nun auf die Zeichnungen, insbesondere auf Fig. 1, Bezug genommen; dort ist teilweise ein Querströmungs-^rbrennungsmotor gezeigt, in welchem eine verbesserte Abgas-Rückführungsanlage angebracht ist. Der Motor umfaßt einen Zylinderkopf 10, der an einem Zylinderblock (nicht gezeigt) angebracht ist. Der Zylinderkopf 10 weist mehrere Ansaugöffnungen 12 und mehrere Auspufföffnungen 14 auf, wobei diese öffnungen 12 und 14 jeweils mit den entsprechenden Zylindern verbunden sind, die im Zylinderblock ausgebildet

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sind. Durch die Bezugszeichen 16 und 18 sind Ansaug- und Auspuffventile bezeichnet, welche betrieblich in den entsprechenden öffnungen angeordnet sind, wie gezeigt ist.

Ein Ansaugkrümmer 20 ist mit dem Zylinderkopf 10 derart verschraubt, daß die Zweigrohre hiervon jeweils durch einen Flansch (siehe Fig. 3) mit den Ansaugöffnungen 12 des Zylinderkopfes 10 verbunden sind. Die Zweigrohre sind an ihren stromaufwärts gelegenen Abschnitten derart zusammengeführt, daß sie eine Verteilungskammer 22 bilden. Die Kammer 22 weist eine obere Wand 24 auf, welche ein hierdurch ausgebildetes Haupt- und Nebenloch 26 und 28 aufweist. Ein Zwei-Gehäusevergaser 30 bzw. Registervergaser ist an der Wand 24 derart angebracht, daß das Haupt- i.i^-1 Nebengehäuse 32 und 34 hiervon jeweils mit dem Haupt- und Nebenloch 26 und 28 der Wand 24 derart verbunden ist, daß beim Betrieb des Motors ein Luft-Treibstoffgemisch in die Verteilungskammer 22 aus dem Vergaser 30 eingespeist wird. Es sollte nun vermerkt werden, daß im Hauptgehäuse 32 des Vergasers 30 stets eine Ansaugströmung stattfindet, solange sich der Motor im Betrieb befindet.

Ein Auspuffkrümmer 36 ist mit dam Zylinderkopf 10 derart verschraubt, daß die Zweigrohre hiervon jeweils mit den Auspuff öffnungen 14 des Zylinderkopfes 10 verbunden sind. Die Zweigrohre sind an ihren stromabwärts gelegenen Abschnitten derart zusammengeführt, daß sie eine Sammelkammer 38 bilden. Ein katalytischer Wandler 40, der ein Gehäuse 42 und einen Bienenwaben-Katalysatorhalter 44 aufweist, ist an die Sammelkammer 38 angesetzt, um durch chemische Behandlung die Abgase aus dem Motor in harmlose umzuwandeln.

Die Abgas-Rückführungsanlage (oder EGR-Änlage) weist einen charakteristischen Aufbau auf, welcher allgemein einen ersten, zweiten, dritten und vierten Leitungsabschnitt umfaßt, die der Reihe nach miteinander verbunden sind und dem Änsaugkrümmer 20, dem Zylinderkopf 10, dem Auspuffkrümmer 36 bzw. dem katalytischen Wandler 40 zugeordnet sind.

Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, umfaßt der erste Leitungsabschnitt einen ersten und zweiten Kanal 46 und 48, welche in einem Rohraufbau 50 gebildet sind, der einteilig am Ansaugkrümmer 20 angebracht ist. Der Rohraufbau 50 und der Ansaugkrümmer 20 bilden eine einteilige Gußkonstruktion. Der rohrförmige Aufbau 50 ist mit einem flachen Abschnitt ausgebildet, an welchem der erste und zweite Kanal 46 und freiliegen. Der erste Kanal 46 erstreckt sich zu einer öffnung (kein Bezugszeichen), welche in einem gemeinsamen Flansch 20a ausgebildet ist, welchen die innenliegend angeordneten Zweigrohre des Ansaugkrümmers 20 gemeinsam aufweisen. Wie aus Fig. 5 und 6 verständlich ist, erstreckt sich der zweite Kanal 48 zur Verteiiungskammer 22, und zwar durch eine öffnung 54, vzelche in einer Seitenwand 23 ausgebildet ist, die in der Nähe des Hauptlochs 26 angeordnet ist, das mit dem Hauptgehäuse 32 des Vergasers 30 verbunden ist. Wie aus Fig. 6 ersichtlich ist, ist das äußerste Ende der öffnung 54 in einem nach innen vorspringenden Abschnitt 56 gebildet, der an der Seitenwand 23 ausgebildet ist. Falls gewünscht, können getrennte Isolierbeschichtungen (nicht gezeigt) am ersten und zweiten Kanal 46 und 48 angebracht sein, um den Wärmeverlust der zurückströmenden Abgase zu verringern, die hierdurch strömen. Wenn man diese Maßnahme heranzieht, dann sind die

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Beschichtungen aus wärmeisolierendem und korrosionsbeständigem Material wie etwa rostfreiem Stahl hergestellt, und die Beschichtungen werden beim Gießen des Änsaugkrümmers 20 mit eingegossen. Bei Verwendung einer Aluminiumlegierung als Material für den Änsaugkrümmer 20 ist die Verwendung derartiger Beschichtungen empfehlenswert. Wie aus Fig, 1 ersichtlich ist, ist auf dem flachen Abschnitt 52 dichtend ein Ventilgehäuse 58 angebracht, welches einen Kanal 58a aufweist, der den ersten und zweiten Kanal 46 und 48 miteinander verbindet. Beweglich ist im Kanal58a ein Ventilkopf 6 0 angebracht, der mit einem Unterdruckmotor 62 verbunden ist, und zwar genauer gesagt mit einem Membranteil (kein Bezugszeichen) des Unterdruckmotors 62. Die Unterdruckkammer (kein Bezugsζeichen) des Unterdruckmotors 62 ist beispielsweise mit einem Düsenabschnitt des Vergasers 30 über ein Rohr (nicht gezeigt) verbunden. ■

Der zweite Leiturigsabschnitt der Abgas-Rückführungsanlage ist ein Durchgangskanal 66, der im Zylinderkopf 10 ausgebildet ist» Wie aus Pig. 4 ersichtlich ist, erstreckt sich der Kanal 6 6 von der Änsaugkrümmerseite zur Äuspuffkruiranerseite hin.

Der dritte Leitungsabschnitt der Abgas-Rückführungsanlage ist ein Kanal 68, der in einem rohrförmigen Aufbau gebildet ist, der einteilig am Auspuffkrümmer 36 angebracht ist, Ähnlich dem Fall der Kanäle 46 und 48 des Änsaugkrümmers 20 sind auch der rohrförmijje Aufbau und der Auspuffkrümmer 36 eine einteilige Gußkonstruktion.

Der vierte Leitungsabschnitt der Abgas-Rückführungsanlage ist ein Kanal 70, der in einem vorspringenden Abschnitt 42a des Gehäuses 42 des katalytischen Wandlers ausgebildet ist, wie aus Fig. 2 ersichtlich ist. Der Kanal 70 weist eine Abgas-Einlaßöffnung 70a auf, die offen ist zum Gehäuse 40 stromabwärts vom Katalysatorshalter 44. (Es sollte hier

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vermerkt werden, daß, wenn kein katalytischer Wandler 40 vorgesehen ist, die Abgas-Einlaßöffnung zur Sammelkammer 38 des Auspuffkrümmers 36 hin offen sein kann.)

Beim Betrieb des Motors wird ein Teil der Abgase in die Abgas-Einlaßöffnung 70a eingesaugt und gezwungen, durch die Kanäle 70, 68, 66, 46, 58a und 48 in die Verteilungskammer 22 des Ansaugkrümmers 20 zu strömen, und zwar infolge des Druckunterschieds, der zwischen dem Auspuffleitungssystem und dem Ansaugleitungssystem des Motors auftritt. Wenn man einen Gasströmungsregler versieht, der das Ventilgehäuse 58 und das unterdruckbetätigte Ventil 60 umfaßt, wird die Menge der zurückströmenden Abgase in geeigneter Weise in Übereinstimmung mit den Betriebszuständen des Motors reguliert, um das Aufkommen von NO in den Abgasen aus dem Motor wirksam zu verringern.

Bei dem oben erwähnten Aufbau der Motoranlage gemäß der vorliegenden Erfindung werden die nachfolgenden Vorzüge und Vorteile erreicht:

1) Da die Haupteinrichtung dsr Abgas-Rückführungsanlage aus in den Motor eingebauten Teilen gebildet ist, ist der Gesamtaufbau des Motors kompakt, wobei nur ein geringer Montageraum in einem Motorraum des Fahrzeugs erforderlich ist.

2) Da das "rückströmende Gas gezwungen ist, durch die K-male wie etwa die Kanäle, 70, 68 und 66 zu strömen, welche beträchtlich beim Betrieb des Motors aufgewärmt werden, findet die unerwünschte Kondensation des rückströmenden Gases nicht statt.

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3) Da der Leitungsaufbau der Abgas-Rückführungsanlage der Erfindung in der Länge kürzer ausgebildet ist als bei jenem, der ein getrenntes Rohr verwendet, wie dies bei der herkömmlichen Anlage der Fall ist, ist das Ansprechverhalten beim Regulieren der Strömungsmenge durch den Gasströmungsregler verbessert,

4) Da die Auslaßöffnung, d. h. die Öffnung 54 in der Seitenwand 23 (siehe Fig. 6) der Abgas-Rückführungsanlage sich in der Nähe des Hauptgehäuses 32 des Vergasers 30 öffnet, wird die Vermischung des zurückgeführten Gases aus der Abgas-Rückführungsleitung mit dem Luft-Treibstoffgemisch aus dem Vergaser 30 wirksam vorgenommen. Dies liegt daran, daß stets eine Ansaugströmung im Hauptgehäuse 32 stattfindet, solange sich der Motor im Betrieb befindet.

5) Da irgendwelche Rohre und irgendwelche Rohr-Halterungsbügel bei der Erfindung nicht erforderlich sind, ist die Herstellung der Motoreinrichtung billig.

Claims

PAT EMTAN WA LT E

EUROPEAN PATENT OPFlCE

A. GRÜNECKER H. KINKELDEY VJ. STOCKMAiR

W-ING A«6 ICALTECH

K. SCHUMANN

DPI R£RNAT DPt--PHVa

P. H. JAKOB G. BEZOLD

8 MÜNCHEN

MAXIMILJANSTRASßE

IHR ZEICHEN/VOUR REF.

UNSER ZEICHEN / OUR REF.

P 16020

DATUM / DATE

2. März 1981

Nissan Motor Co., Ltd.
No. 2, Takara-cho
Kanagawa-ku
Yokohama City, Japan

^vQuerstrom-Verbrennungsmotor mit Abgas-Rückführungsanlage

Ansprüche

Verbrennungsmotor mit einem Querstrom-Zylinderkopf (1O)₇ einem Änsaugkrümmer (20)„ der an der einen Seite des
Zylinderkopfes angebracht ist, einem Vergaser (30), der stromaufwärts vom Änsaugkrümmer angebracht ist, einem Auspuffkrümmer (36), der an der anderen Seite des Zylinderkopfes angebracht ist, und einer Abgas-Rückführungsanlage, welche einen Teil der Abgase des Motors in den An-

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saugkrümmer einleitet,

dadurch gekennzeichnet, daß die Äbgas-Rückführungsanlage die folgenden Merkmale aufweist:

- eine erste Einrichtung, welche einen ersten Durchgangskanäl (46, 48) bildet, der in einem mit dem Ansaugkrümmer einteiligen Block (50) ausgebildet ist, wobei ein Ende des ersten Durchgangskanals zu einer Verteilungskammer (22) hin offen ist, von welcher sich Zweigrohre des Ansaugkrümraers zu dem Zylinderkopf hin erstrecken,

- eine zweite Einrichtung, welche einen zweiten Durchgangskanal (66) bildet, der im Zylinderkopf ausgebildet ist, wobei ein Ende des zweiten Durchgangskanals mit dem anderen Ende des ersten Durchgangskanals verbunden ist,

- eine dritte Einrichtung, welche einen dritten Durchgangskanal (68) bildet, der in einem mit dem Auspuffkrümmer einstückigen Block ausgebildet ist, wobei ein Ende des dritten Durchgangskanals mit dem anderen Ende des zweiten Durchgangskanals verbunden ist und das andere Ende (70a) hiervon zu einem Abschnitt stromabwärts von den Zweigrohren des Auspuffkrümmers hin offen ist, und

- eine Gasströmurigs-Mengen-Reguliereinrichtung (58, 58a, 60, 62), um die Strömungsmenge der Abgase, die durch die miteinander verbundenen ersten, zweiten und dritten Durchgangskanäle strömen, in Übereinstimmung mit Betriebszuständen des Motors zu regulieren.

2. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Ende des ersten Durchgangskanals in der Nähe des Hauptgehäuses (26) des Vergasers angeordnet ist.

3ο Verbrennungsmotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Ende des ersten Durchgangskanals in einem nach innen vorspringenden Abschnitt (56) gebildet ist, der an einer Seitenwand (23) der Verteilungskammer ausgebildet ist.

4« Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Block des Ansaugkrümmers (20) einteilig mit einem flachen Abschnitt (52) ausgebildet ist, an welchem die Gasströmungs-Mengen-Reguliereinrichtung angebracht ist.

5. Verbrennungsmotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der flache Abschnitt mit zwei Öffnungen ausgebildet istρ wodurch der erste Durchgangskanal in zwei Abschnitte unterteilt ist.

= Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgas-Rückführungseinrichtung ferner eine korrosionsbeständige öffnungsbeschichtung umfaßt, welche im ersten Durchgangskanal angeordnet ist.

7„ Verbrennungsmotor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die öffnungsbeschichtung beim Gießen des Ansaugkrümmers mit eingegossen ist.