DE3942380A1 - Piston IC engine with exhaust cleaner - has exhaust pipe stop valve opening and shutting after exhaust valve - Google Patents

Piston IC engine with exhaust cleaner - has exhaust pipe stop valve opening and shutting after exhaust valve

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Abstract

The IC engine has a valve controlled exhaust passage (8), to which a catalytic cleaning unit (12), soot filter etc. is connected, with the exhaust pipe (17) in turn connected to the catalytic cleaner. In the exhaust pipe is a stop valve (18), opening and shutting after the exhaust valve (10). It is pref. held open until shortly before or after the exhaust valve reopening. ADVANTAGE - Increased drilling time by gases in cleaner, without excessive back-pressure.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Hubkolben-Brennkraftmaschine entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a reciprocating piston internal combustion engine according to the preamble of claim 1.

Es ist bekannt, daß der Wirkungsgrad der Abgasreinigung in hohem Maße von der Abgastemperatur bzw. der Temperatur des Ab­ gasreinigers und der Verweilzeit der Abgase im Abgasreiniger abhängt. Um den Abgasreiniger nach dem Start schnell auf eine hohe Temperatur zu bringen und auf dieser Temperatur zu halten, wird der Abgasreiniger möglichst nahe dem Auslaßkanal angeord­ net. Eine lange Verweilzeit kann durch einen entsprechend lan­ gen Weg des Abgases im Abgasreiniger erreicht werden, allerdings unter Inkaufnahme eines verhältnismäßig großen Strömungswider­ standes und eines beträchtlichen Raumbedarfs.It is known that the efficiency of exhaust gas purification in to a large extent on the exhaust gas temperature or the temperature of the exhaust gas gas cleaner and the residence time of the exhaust gases in the exhaust gas cleaner depends. To quickly turn the exhaust gas cleaner on after a start bring high temperature and keep at that temperature the exhaust gas cleaner is arranged as close as possible to the outlet duct net. A long dwell time can be extended by a correspondingly long towards the path of the exhaust gas in the exhaust gas cleaner, however at the expense of a relatively large flow resistance and a considerable space requirement.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Hubkolben-Brenn­ kraftmaschine der gattungsgemäßen Art zu schaffen, bei der eine lange Verweilzeit der Abgase im Abgasreiniger ohne übermäßi­ gen Auspuffgegendruck erreicht wird.The invention has for its object a reciprocating combustion To create an engine of the generic type, in which one long residence time of the exhaust gases in the exhaust gas cleaner without excessive exhaust pressure is reached.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.This object is achieved by the in the license plate of the specified features solved.

Bei dem erfindungsgemäßen Vorschlag strömen die Abgase nach dem Öffnen des Auslaßventils in den Abgasreiniger, der zu diesem Zeitpunkt durch das geschlossene Absperrventil von der Auspuff­ leitung getrennt ist. Dadurch sind die Abgase gezwungen, während einer bestimmten Zeit bis zum Öffnen des Absperrventils in dem Abgasreiniger zu verweilen, so daß eine verhältnismäßig lange Reaktionszeit erreicht wird und außerdem der Abgasreiniger auf einer hohen Temperatur gehalten wird.In the proposal according to the invention, the exhaust gases flow after Open the exhaust valve in the exhaust gas cleaner leading to this Time through the closed shut-off valve from the exhaust line is disconnected. This forces the exhaust gases during a certain time until the shut-off valve in the Exhaust gas cleaner linger, so that a relatively long Response time is reached and also the exhaust gas purifier is kept at a high temperature.

Das Absperrventil kann so gesteuert werden, daß die Druckwellen im Auspuff mit dazu benutzt werden, die Abgase nach dem Öffnen des Absperrventils aus dem Abgasreiniger abzusaugen und auch aus dem Zylinderraum herauszubefördern. Der Öffnungsbeginn des Ab­ sperrventils sollte etwa in der Mitte des Öffnungsvorganges des Auslaßventils liegen, um den Auspuffgegendruck in mäßigen Gren­ zen zu halten. Der Schließzeitpunkt kann nahe dem Öffnungsbe­ ginn des Auslaßventils liegen, so daß ausreichend Zeit für das Abführen der Abgase aus dem Abgasreiniger zur Verfügung steht. The shut-off valve can be controlled so that the pressure waves in the exhaust can be used with the exhaust after opening the shut-off valve from the exhaust gas cleaner and also from to convey the cylinder space out. The opening of the Ab check valve should be approximately in the middle of the opening process of the Exhaust valves are to moderate the exhaust back pressure to keep zen. The closing time can be close to the opening area ginn of the exhaust valve, so that enough time for the Removing the exhaust gases from the exhaust gas cleaner is available.  

Vorzugsweise ist das Volumen der Abgasleitung vom Auslaßven­ til bis zum Absperrventil mindestens so groß wie das Hubvo­ lumen des angeschlossenen Zylinders der Brennkraftmaschine. Dadurch wird der Gegendruck für das aus dem Zylinder abströmen­ de Abgas bei geschlossenem Absperrventil verringert.Preferably, the volume of the exhaust pipe is from the exhaust valve til the shut-off valve is at least as large as the stroke lumen of the connected cylinder of the internal combustion engine. This will cause the back pressure to flow out of the cylinder de Exhaust gas reduced when the shut-off valve is closed.

Der Abgasreiniger sollte möglichst unmittelbar neben dem Zylin­ der und das Absperrventil sollte am Anschluß der Auspufflei­ tung an den Abgasreiniger und vorzugsweise in diesen integriert angeordnet werden.The exhaust gas purifier should be as close to the Zylin as possible the and the shut-off valve should be connected to the exhaust pipe device to the exhaust gas purifier and preferably integrated into this to be ordered.

Das Absperrventil kann als Hubventil ausgebildet und von einem Nocken der Nockenwelle gegebenenfalls über eine Kipp- oder Schlepphebel gesteuert werden. Es ist auch denkbar, für die Steuerung des Absperrventils eine eigene Nockenwelle vorzusehen, die mit der das Auslaßventil steuernden Nockenwelle synchron umläuft. Grundsätzlich wäre jedoch auch ein hydraulisch oder elektrisch betätigtes Absperrventil denkbar.The shut-off valve can be designed as a lift valve and by a Cam of the camshaft if necessary via a tilting or Rocker arms can be controlled. It is also conceivable for that Control of the shut-off valve to provide its own camshaft, synchronized with the camshaft controlling the exhaust valve circulates. In principle, however, would also be a hydraulic or electrically operated shut-off valve conceivable.

Bei einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine sollte für jeden Zy­ linder ein eigener Abgasreiniger mit einem Absperrventil in der Auspuffleitung vorgesehen werden, obgleich für Zylinder, deren Auspufftakte sich nicht oder nicht wesentlich überschnei­ den, ein gemeinsamer Abgasreiniger vorgesehen werden könnte.In a multi-cylinder internal combustion engine for each Zy a separate exhaust gas cleaner with a shut-off valve in exhaust pipe, although for cylinders, whose exhaust clocks do not overlap or do not overlap significantly a common exhaust gas cleaner could be provided.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Es zeigtAn embodiment of the invention is described below Explained with reference to the drawings. It shows

Fig. 1 einen Schnitt einer Brennkraftmaschine mit Abgasreiniger, Fig. 1 shows a section of an internal combustion engine with exhaust gas purifier,

Fig. 2 einen Schnitt entlang Linie A-A in Fig. 1, und Fig. 2 shows a section along line AA in Fig. 1, and

Fig. 3 ein Steuerdiagramm der Gaswechselventile der Brennkraft­ maschine und des Absperrventils. Fig. 3 is a control diagram of the gas exchange valves of the internal combustion engine and the shut-off valve.

In Fig. 1 ist schematisch eine Brennkraftmaschine gezeigt, die ein Zylinderkurbelgehäuse 1 mit einem Zylinder 2 aufweist, in welchem ein Kolben 3 angeordnet ist, der über ein Pleuel 4 mit einer Kurbelwelle 5 in Verbindung steht. Auf dem Zylinderkurbel­ gehäuse 1 sitzt ein Zylinderkopf 6, der einen Einlaßkanal 7 und einen Auslaßkanal 8 enthält, die von einem Einlaßventil 9 bzw. einem Auslaßventil 10 beherrscht sind. Die Ventile 9 und 10 werden von einer Nockenwelle 11 gesteuert. In Fig. 1, an internal combustion engine is shown schematically, which has a crankcase 1 with a cylinder 2 in which is arranged a piston 3 which is connected via a connecting rod 4 to a crankshaft 5 in connection. On the cylinder crank housing 1 sits a cylinder head 6 , which contains an inlet channel 7 and an outlet channel 8 , which are controlled by an inlet valve 9 and an exhaust valve 10 . The valves 9 and 10 are controlled by a camshaft 11 .

An den Zylinderkopf 6 ist ein Abgasreiniger 12, beispielsweise ein Katalysator, angeflanscht, der im Ausführungsbeispiel einen ringförmigen Katalysatoreinsatz 13 mit der aktiven Masse enthält. Der Einsatz 13 endet vor dem Boden 14 des Abgasreinigers 12 und ist von einem Rohr 15 durchsetzt, das mit seinem oberen Ende an eine Öffnung 16 in der Bodenfläche des Zylinderkopfes 6 anschließt. Die Öffnung 16, von der eine Auspuffleitung 17 ausgeht, ist von einem Absperrventil 18 beherrscht. Die Bodenfläche des Zylinder­ kopfes 6 weist weiterhin eine ringförmige, gegebenenfalls durch Stege unterbrochene Öffnung 19 auf, die einerseits mit dem Aus­ laßkanal 8 und andererseits mit dem Katalysatoreinsatz 13 in Verbindung steht. Das Absperrventils 18 wird von einer Nocken­ welle 20 in der nachstehend beschriebenen Weise gesteuert.An exhaust gas cleaner 12 , for example a catalytic converter, is flanged to the cylinder head 6 and in the exemplary embodiment contains an annular catalytic converter insert 13 with the active mass. The insert 13 ends in front of the bottom 14 of the exhaust gas purifier 12 and is penetrated by a tube 15 , the upper end of which connects to an opening 16 in the bottom surface of the cylinder head 6 . The opening 16 , from which an exhaust pipe 17 extends, is controlled by a shut-off valve 18 . The bottom surface of the cylinder head 6 also has an annular, optionally interrupted by webs opening 19 which is on the one hand with the outlet channel 8 and on the other hand with the catalyst insert 13 in connection. The check valve 18 is controlled by a cam shaft 20 in the manner described below.

Die Arbeitsweise der dargestellten Vorrichtung ist folgende:The device works as follows:

Nach dem Öffnen des Auslaßventils 10 strömen die Abgase aus dem Zylinder 2 durch den Auslaßkanal 8 und die ringförmige Öffnung 19 in den Abgasreiniger 12 bzw. den Katalysatorein­ satz 13. Das Auslaßventil 18 ist zunächst geschlossen, so daß die Abgase für eine Zeitlang in dem Katalysatoreinsatz 13 verweilen und ihre schädlichen Bestandteile mit der aktiven Masse reagieren können. Vor dem Schließen des Auslaßventils 10 wird das Absperrventil 18 von der Nockenwelle 20 geöffnet und das Abgas kann nun aus dem Abgasreiniger 12 in die Auspufflei­ tung 17 abströmen.After opening the exhaust valve 10 , the exhaust gases flow from the cylinder 2 through the exhaust port 8 and the annular opening 19 into the exhaust gas cleaner 12 and the catalyst insert 13th The outlet valve 18 is initially closed, so that the exhaust gases remain in the catalyst insert 13 for a while and their harmful constituents can react with the active composition. Before closing the exhaust valve 10 , the shut-off valve 18 is opened by the camshaft 20 and the exhaust gas can now flow out of the exhaust gas cleaner 12 into the exhaust line 17 .

Das Diagramm von Fig. 3 zeigt die Ventilerhebungskurve I des Auslaßventils 10 und drei Varianten IIa, IIb und IIc der Ventilerhebungskurve des Absperrventils 18. Wie ersichtlich, öffnet das Absperrventil 18 bei den Varianten IIa und IIb etwa in der Mitte des Öffnungsvorganges des Auslaßventils 10 und es schließt bei der Variante IIa vor und bei der Variante IIb kurz nach UT, also vor bzw. kurz nach dem Öffnungsbeginn des Auslaßventils 10, so daß eine lange Verweilzeit für das Ab­ gas im Abgasreiniger 12 ermöglicht wird. Bei der Variante IIc öffnet das Absperrventil 18 erst relativ kurz vor Auslaßschluß des Auslaßventils 10, wodurch sich ein geringerer Gegendruck, aber auch eine kürzere Verweilzeit ergibt. Die optimalen Steu­ erzeiten für das Absperrventil 18 sind derart, daß die Druck­ wellen im Auspuffsystem dazu benutzt werden können, das Ab­ gas aus dem Abgasreiniger 12 und auch aus dem Zylinder 2 ab­ zusaugen.The diagram of FIG. 3 shows the valve lift curve I of the exhaust valve 10 and three variants IIa, IIb and IIc of the valve lift curve of the shut-off valve 18 . As can be seen, the shut-off valve 18 in variants IIa and IIb opens approximately in the middle of the opening process of exhaust valve 10, and it closes in variant IIa before and in variant IIb shortly after UT, i.e. before or shortly after opening of exhaust valve 10 , so that a long residence time for the gas from the exhaust gas cleaner 12 is made possible. In variant IIc, the shut-off valve 18 opens relatively shortly before the outlet valve 10 closes, which results in a lower back pressure but also a shorter dwell time. The optimal control times for the shut-off valve 18 are such that the pressure waves in the exhaust system can be used to suck the gas from the exhaust gas cleaner 12 and also from the cylinder 2 .

Um den Auspuffgegendruck gering zu halten, sollte das Volumen der Auspuffleitung zwischen dem Auslaßventil 10 und dem Absperr­ ventil 18, also die Summe der Volumina des Auslaßkanals 8 und des Abgasreinigers 12, mindestens so groß sein wie das Hubvolu­ men des Zylinders 2.In order to keep the exhaust back pressure low, the volume of the exhaust pipe between the exhaust valve 10 and the shut-off valve 18 , that is the sum of the volumes of the exhaust duct 8 and the exhaust gas cleaner 12 , should be at least as large as the stroke volume of the cylinder 2 .

Der Abgasreiniger 12 ist leicht lösbar am Zylinderkopf 6 befestigt, so daß er im Bedarfsfall leicht ausgetauscht werden kann.The exhaust gas cleaner 12 is easily detachably attached to the cylinder head 6 so that it can easily be replaced if necessary.

Im Ausführungsbeispiel wird das Absperrventil 18 von einer eigenen Nockenwelle 20 gesteuert. Durch entsprechende Anordnung des Absperrvenils ist es jedoch auch möglich, dieses von der Nockenwelle 11 beispielsweise über einen Kipp- oder Schlepphebel zu steuern.In the exemplary embodiment, the shut-off valve 18 is controlled by its own camshaft 20 . By appropriate arrangement of the shut-off valve, however, it is also possible to control it from the camshaft 11, for example via a rocker arm or rocker arm.

Claims (7)

1. Hubkolben-Brennkraftmaschine mit einem ventilgesteuerten Auslaßkanal (8), an den ein Abgasreiniger (12) (Katalysator, Rußfilter oder dergl.) angeschlossen ist, an den sich eine Auspuffleitung (17) anschließt, dadurch gekennzeichnet, daß in der Auspuffleitung (17) ein Absperrventil (18) angeordnet ist, das nach dem Auslaßventil (10) öffnet und schließt.1. Reciprocating internal combustion engine with a valve-controlled outlet channel ( 8 ) to which an exhaust gas cleaner ( 12 ) (catalyst, soot filter or the like.) Is connected, to which an exhaust line ( 17 ) connects, characterized in that in the exhaust line ( 17 ) a shut-off valve ( 18 ) is arranged, which opens and closes after the outlet valve ( 10 ). 2. Hubkolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Absperrventil (18) bis kurz vor oder nach Wiederöffnen des Auslaßventils (10) geöffnet ist.2. Reciprocating internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the shut-off valve ( 18 ) is opened until shortly before or after reopening the exhaust valve ( 10 ). 3. Hubkolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen der Abgasleitung zwischen dem Auslaßventil (10) und dem Absperrventil (18) mindestens so groß ist wie das Hubvolumen des angeschlossenen Zylinders (2) der Brennkraftmaschine.3. Reciprocating internal combustion engine according to claim 1 or 2, characterized in that the volume of the exhaust pipe between the exhaust valve ( 10 ) and the shut-off valve ( 18 ) is at least as large as the stroke volume of the connected cylinder ( 2 ) of the internal combustion engine. 4. Hubkolben-Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgasreiniger (12) un­ mittelbar neben dem Zylinder (2) und das Absperrventil (18) am Anschluß der Auspuffleitung (17) an den Abgasreiniger (12) angeordnet ist.4. Reciprocating internal combustion engine according to one of claims 1 to 3, characterized in that the exhaust gas cleaner ( 12 ) un directly next to the cylinder ( 2 ) and the shut-off valve ( 18 ) at the connection of the exhaust line ( 17 ) to the exhaust gas cleaner ( 12 ) is. 5. Hubkolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Abgasreiniger (12) an eine Fläche des Zylinderkopfes (6) angeflanscht ist und daß in diese Fläche einerseits der Auslaßkanal (8) mündet und von dieser Fläche andererseits die Auspuffleitung (17) ausgeht.5. Reciprocating internal combustion engine according to claim 4, characterized in that the exhaust gas cleaner ( 12 ) is flanged to a surface of the cylinder head ( 6 ) and that in this surface on the one hand the exhaust port ( 8 ) opens and on the other hand, the exhaust pipe ( 17 ) goes out. 6. Hubkolben-Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Absperrventil (18) von der das Auslaßventil (10) steuernden Nockenwelle (11) oder von einer eigenen, synchron mit dieser umlaufenden Nockenwelle (20) gesteuert ist.6. Reciprocating internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that the shut-off valve ( 18 ) from the exhaust valve ( 10 ) controlling camshaft ( 11 ) or from its own, synchronous with this rotating camshaft ( 20 ) is controlled. 7. Hubkolben-Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit mehreren Zylindern, dadurch gekennzeichnet, daß für jeden Zylinder ein eigener Abgasreiniger mit einem Ab­ sperrventil in der Auspuffleitung vorgesehen ist.7. Reciprocating internal combustion engine according to one of the preceding Claims with several cylinders, characterized in that a separate exhaust gas cleaner with an Ab for each cylinder check valve is provided in the exhaust pipe.
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