DE2448815C3

DE2448815C3 - Abgassystem für eine fremdgezündete Brennkraftmaschine mit Hauptbrennräumen und Hilfsbrennräumen und Abgasnachverbrennung

Info

Publication number: DE2448815C3
Application number: DE2448815A
Authority: DE
Inventors: Takao Oimachi Saitama Okura
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1973-10-15
Filing date: 1974-10-14
Publication date: 1981-04-09
Also published as: ES430979A1; US3969893A; JPS5213578B2; BR7408556A; AR207231A1; DE2448815A1; DE2448815B2; JPS5064622A; FR2247614A1; SE7412911L; BE821048A; NL163599C; IT1021787B; NL163599B; SU1088669A3; DD114648A5; FR2247614B1; SE420005B; GB1484497A; CA1007466A

Description

Die L'rfindung hetrifft ein Abgassyslcm für eine Brennkrau Maschine mit Fremdzündung und mehreren Zylindern, die jcwun. einen Hauptbrcnnraum sowie einen damit über einen Flammkanal verbundenen Hilfsbrennraum umfassen, mit ventilgesteuerten Haupteinlaßkanälen für mageres Kraftstoff-Luftgemisch in die Hauptbrennräume, mit ventilgesteuerten Hilfseinlaßkanälen für fettes Kraftstoff-Luftgemisch in die Hilfsbrennräume und mit jeweils einem an den Hauptbrennraum angeschlossenen ventilgesteuerten Auslaßkanal, wobei die Auslaßkanäle letztlich in eine Auspuffleitung münden und

a) mehrere Vorschaltreaktionskammern vorgesehen sind, welche die Abgase aus jedem Auslaßkanal aufnehmen und jeweils über eine Austrittsöffnung in eine gemeinsame, mit der Auspuffleitung verbundene längliche Hauptreaktionskammer leiten, wobei die Austrittsöffnungen auf die gleiche Stirnseite der Hauptreaktionskammer ausgerichtet sind und an der entgegengesetzten Stirnseite der Hauptreaktionskammer die Auspuffleitung anschließt, sowie

b) die Vorschaltreaktionskammern mit ihren Austrittsöffnungen an einander gegenüberliegenden Längsseiten der Hauptreaktionskammer angeordnet sind und in die Hauptreaktionskammer hineinragen, nach Patentanmeldung P 2434393.9-13.

Ein derartiges Abgassystem hat gegenüber bekannten, mit Reaktionskammern arbeitenden Nachbrennvorrichtungen den wesentlichen Vorteil, daß es bei sehr kleiner Bauform eine zuverlässige Vermischung der Abgase und damit eine wesentliche Verbesserung der Nachverbrennung in den Reaktionskammern gewährleistet. Dies macht sich in erster Linie dadurch bemerkbar, daß in der Startphase der Brennkraftmaschine die Verbrennungsreaktion der Abgase schnell einsetzt und, bedingt durch eine lange Verweilzeit der nachzuverbrennenden Abgase im Reaktionsbereich, eine gegenüber den bekannten Systemen außerordentlich verbesserte Verringerung von Kohlenwasserstoffen und Kohlenmnoxid in den Abgasen eintritt.

Bei ßrennkraftmaschinen vorstehend genannter Art, die mit Hauptbrennräumen und Hilfsbrennräumen arbeiten und beispielsweise durch die DE-OS 2259764 bekannt sind, befindet sich in den Abgasen infolge des Betriebs der Brennkraftmaschine mit einem insgesamt mageren Kraftstoff-Luftgemisch heiße überschüssige Luft, die vorteilhaft zur Abgasreaktion ausgenutzt werden kann, so daß die Einführung von Zusatzluft in das Abgassystem (siehe z. B. Motortechnische Zeitschrift 32, 1971, Heft 11, Seite 441) nicht erforderlich ist.

Das eingangs genannte Abgassystem arbeitet unter Ausnutzung dieses Vorteils mit Elementen, wie sie teilweise bereits durch die DE-OS 2020 154, OE-PS 253 873 und die US-PS 3413803 bekannt sind. Infolge der Zuordnung der Vorschaltreaktionskammern zu der länglichen Hauptreaktionskammer derart, daß die Austrittsöffnungen der Vorschaltreaktionskammern auf die gleiche Stirnseite der Hauptreaktionskammer ausgerichtet sind und von einander gegenüberliegenden Längsseiten her in die Hauptreaktionskammer hineinragen, ergibt sich jedoch gegenüber den bekannten Anordnungen eine wesentliche Verlängerung der Verweilzeit der Abgase im Reaktionsbereich, eine Beibehaltung einer vergleichsweise hohen Abgastemperatur bis zur Hauptreakti <nskammer und eine intensive Vermischung der iva·- Jen verschiedenen Vorschallreaktinnskanimcrr in die Hauptreak-

tionskammer eintretenden Abgase.

Die Erfindung betrifft nun eine weitere Verbesserung des eingangs genannten Abgassystems und löst die Aufgabe, auch die Abgase, die unter einem relativ geringen Abstand zur Austrittsöffnung der Hauptreaktionskammer in diese eintreten, zuverlässig zunächst durch die Hauptreaktionskajymer hindurchzuleiten und dann erst ihren Austritt aus der Hauptreaktionskammer zu ermöglichen.

Dies geschieht für ein Abgassystem eingangs genannter Art erfindungsgemäß dadurch, daß in der Haupreakrionskammer eine Leitvorrichtung angeordnet ist, die mit einer Austrittsöffnung versehen ist, welche auf das der Auspuffleitung abgewandte Ende der Hauptreaktionskammer ausgerichtet ist, und daß wenigstens eine Vorschaltreaktionskammer, jedoch nicht alle jeweils vorhandenen, in die von der Leitvorrichtung gebildete Teilkammer einmündet.

Die Leitvorrichtung dient demnach dazu, die aus der der Auspuffleitung am nächsten liegenden Vorschaltreaktionskammer austretenden Abgase zunächst in Richtung auf das entgegengesetzte Ende der Hauptreaktionskammer zu leiten, so daß auch diese Abgase relativ lange in der Hauptreaktionskammer verbleiben und einer eingehenden Oxydationsreaktion unterworfen werden. Eine Störung der angestrebten Abgasströmung insgesamt zunächst in Richtung auf das der Auspuffleitung gegenüberliegende Ende der Hauptreaktionskammer durch die aus dieser austretende Strömung ist also insbesondere für diejenigen Anteile der Abgase nicht mehr zu befürchten, die relativ nahe der Auspuffleitung in die Haupteaktionskammer eingeführt werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnungsfiguren beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 den Schnitt einer Brennkraftmaschine nach der Erfindung mit Abgassystem,

Fig. 2 eine teilweise gebrochene Draufsicht auf die in Fig. 1 gezeigte Anordnung, und

Fig. 3 den Schnitt 3-3 aus Fig. 2.

In den Figuren ist eine V-8-Brennkraftmaschine 1 dargestellt, die aus zwei Zylinderreihen besteht, welche V-förmig zueinander angeordnet sind. Jede Zylinderreihe hat einen Zylinderkopf 2. Jeder Zylinder hat einen Hauptbrennraum 3 und einen Hilfsbrennraum 5, der mit dem Hauptbrennraum 3 über einen Flammkanal 4 verbunden ist. Eine Zündkerze 6 ist dem Hilfsbrennraum 5 zugeordnet. Ein Haupteinlaßkanal 7 und ein Auslaßkanal 8 münden in jeden Hauptbrennraum 3. Ein Hilfseinlaßkanal 9 mündet in den Hilfsbrennraum 5. Der Haupteinlaßkanal 7 wird durch ein Haupteinlaßventil 10 gesteuert, der Auslaßkanal 8 wird durch ein Auslaßventil 11 gesteuert. Ein Hilfseinlaßventil 12 steuert den Hilfseinhßkanal 9. Alle Ventile werden mit üblichen Betätigungsmechanismen gesteuert.

Eine Nachverbrennungsvorrichtung 13 verläuft in Längsrichtung innerhalb des V-förmigen P.aums, der mit den beiden Zylinderreihen gebildet ist. Diese bildet eine Hauptreaktionskammer 15. Ein wärmeisolierendes Gehäuse umgibt ;■ Hiuptreaktionskaminer 15, und der Abstand zwischen den Doppelwandungen 17 kann mit einem K^ramikmaterial oder anderen wärmeisolierenden Stoffen 16 ausgefüllt sein. Vorschaltreaktionskammern 18 sind durch jede Seitenwand der Hauptreaktionskammer 15 geführt, das äußere Ende einer jeden Vorschaltreaktionskammer 18 ist mit zwei Auslaßkanäien einander benachbarter Zylinder verbunden, deren Auslaßzeiten gegeneinander unterschiedlich sind. Das innere Ende einer jeden Vorschaltreaktionskammer 18 ist auf die hintere Seitenwand 15a ausgerichtet, so daß die Abgase ihre Bewegungsrichtung an der Wand 15α umkehren müssen, bevor sie durch eine einzelne Auspuffleitung 19 am anderen Ende 15b austreten können. Eine Leitvorrichtung 30 ist in der Hauptreaktioaskammer 15 angeordnet und verläuft von einer Stelle nahe der Auspuffleitung 19 zu einer Austrittsöffnung 31, welche nahe zwei Vorschaltreaktionskammern 18 angeordnet ist. Die anderen beiden Vorschaltreaktionskammern

18 verlaufen in das Innere des mit der Leitvorrichtung 30 gebildeten Raums. Die Leitvorrichtung 30 gewährleistet, daß die von den Vorschaltreaktionskammern 18 nahe der Auspuffleitung 19 abgegebenen Gase längs eines größeren Teils der Länge der Hauptreaktionskammer 15 transportiert werden, be%'or sie ihre Strömungsrichtung zur Abgabe durch die Auspuffleitung 19 umkehren. Die zuvor beschriebene Konstruktion hat den Vorteil, daß die Abgase für relativ lange Zeit auf einer relativ hohen Temperatur gehalten werden, bevor sie durch die Auspuffleitung

19 einem nicht dargestellten Schalldämpfer zugeführt werden.

Die Nachverbrennungsvorrichtung 13 und die Hauptreaktionskammer 15 sind nach oben geöffnet, jedoch ist die Leitvorrichtung 30 an ihrer Oberseite durch eine Abdeckung 30a verschlossen. Die oben offene Hauptreaktionskammer 15 und die oben geschlossene Leitvorrichtung 30 sind durch eine Zuführungskanalanordnung 14 abgedeckt. Diese Anordnung 14 hat Hauptzuführungskanäle 20, die an die Haupteinlaßkanäle 7 der Zylinderköpfe 2 angeschlossen sind. Die Zuführungskanalanordnung 14 hat ferner abgezweigte Hilfszuführungskanäle 21, die mit den Hilfseinlaßkanälen 9 der Zylinderköpfe 2 verbunden sind. Die Kanäle 20 empfangen mageres Gemisch von einem Hauptvergaser 22, die Kanäle 21 empfangen fettes Gemisch von einem Hilfsvergaser 23 mit einem einzigen Kraftstoff kanal.

Die durch einen Luftfilter 24 zugeführte Umgebungsluft wird beiden Vergasern 22 und 23 zugeleitet. Normale Kühlwasseranschlüsse 26 sind im Maschinenblock und in den Zylinderköpfen 2 vorgesehen. Die Kolben sind mit 27, das Kurbelwellengehäuse mit 28 bezeichnet.

Beim Betrieb der Maschine wird ein in dem Hauptvergaser 22 erzeugtes mageres Gemisch während der Ansaughübe der Maschine in den Hauptzuführungskanälen 20 verteilt und über die Zuführungskanalanordnung 14 den Haupteinlaßkanälen 7 und über diese jedem Hauptbrennraum 3 zugeführ*, wenn die Haupteinlaßventile 10 geöffnet sind. Ein in dem Hilfsvergaser 23 erzeugtes fettes Gemisch wird durch die Hilfszuführungskanäle 21 jedem Hilfseinlaßkanal 9 und damit jedem Hilfsbrennraum 5 zugeführt, wenn die Hilfseinlaßventile 12 geöffnet sind. Am Ende des Kompressionshubes eines jeden Zylinders wird das in dem Hilfsbrennraum 5 vorhandene Gemisch mittels einer Zündkerze 6 gezündet, und die dabei erzeugte Flamme wird durch den Flammkanal 4 in den Hauptbrennraum 3 geleitet, so daß dort das magere Gemisch gezündet wird. Die überschüssige Luft in dem mageren Gemisch des Hauptbrennraums 3 wird so weit erhitzt, daß sie zur Oxidationsreaktion und Verbrennung der nicht verbrannten

Kohlenwasserstoffe und zur Umsetzung des Kohlenmonoxids in Kohlendioxid ausgenutzt werden kann.

Während der Auslaßhübe werden die Abgase eines jeden Zylinders durch ihren jeweiligen Auslaßkanal 8 einer der Vorschaltreaktionskammern 18 zugeführt und gelangen von dort aus in die Hauptreaktionskammerl5,wosie auf deren Wandungsende 15a gerichtet werden. Die von den beiden nahe der Auspuffleitung 19 angeordneten Vorschaltreaktionskammern 18 ausgegebenen Gase gelangen in die Leitvorrichtung

30 und werden durch diese an ihrer Austrittsöffnung

31 abgegeben. Die Abgase expandieren in der Hauptreaktionskammer 15, wodurch sie ihre Geschwindigkeit verringern. Nach Bewegungsumkehr am Wandungsende I5a strömen sie außerhalb der Leitvorrichtung 30 durch die Auspuffleitung 19 ab.

Es ist nunmehr zu verstehen, daß die Abgase aller Zylinder in die Hauptreaktionskammer 15 eingeführt werden, die zwischen den beiden Zylinderreihen angeordnet ist. Die Abgase werden dabei verzögert, fließen jedoch mit sehr geringem Temperaturabf all durch die Hauptreaktionskammer 15, wobei sie ihre Richtung umkehren. Somit verbleiben sie möglichst lange in der Hauptreaktionskammer 15. Auf diese Weise werden Zeit und Temperatur auf solchen Werten gehalten, daß die Oxidation verbessert und die giftigen Anteile minimal gehalten werden.

Die Zuführungskanalanordnung 14, die als obere Abdeckung der Hauptreaktionskammer 15 dient,

wird durch die Abgase aufgeheizt, so daß die Verdampfung des mageren und fetten zugeführten Gemischs auf dem Weg von den Vergasern 22 und 23 zur Maschine die Zahl vorhandener Kraftstofftröpfchen minimal hält und die Verbrennung in den Haupt- und Hilfsbrennräumen verbessert wird. Die Austrittsöffnung 31 der Leitvorrichtung 30 ist nach unten abgebogen, wie es in Fig. 3 dargestellt ist. Dadurch wird der größte Teil der an der Austrittsöffnung 31 abgegebenen Gase längs dem Wandungsende 15a der Hauptreaktionskammer 15 nach oben geleitet. Somit wird der Anteil der Abgase, der längs der Unterseite der Zuführungskanalanordnung 14 strömt, vergrößert und die Aufheizung der Zuführungskanalanordnung 14 verbessert.

Aus der vorstehenden Beschreibung wird ersichtlich, daß die Erfindung eine Leitung der Abgase aller Zylinder einer V-Brennkraftmaschine in eine Hauptreaktionskammer ermöglicht, die zwischen den Zylinderreihender Maschine angeordnet ist. Dabei tritt ein nur sehr geringer Temperaturabfall der Abgase auf, und die Verweilzeit der Abgase in der Hauptreaktionskammer wird im Sinne einer maximalen Oxidation verlängert. Die Hauptreaktionskammer wird unmittelbar nach dem Anlaufen der Maschine schnell aufgeheizt, so daß die Abgase gleichmäßig und wirksam der gewünschten Reaktion ausgesetzt werden. Somit wird eine wesentliche Verringerung des Anteils schädlicher Bestandteile der Abgase, die in die Atmosphäre abgegeben werden, erzielt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Abgassystem für eine Brennkraftmaschine mit Fremdzündung und mehreren Zylindern, die jeweils einen Hauptbrennraum sowie einen damit über einen Flammkanal verbundenen Hilfsbrennraum umfassen, mit ventilgesteuerten Haupteinlaßkanälen für mageres Kraftstoff-Luftgemisch in die Hauptbrennräume, mit ventilgesteuerten Hilfseinlaßkanälen für fettes Kraftstoff-Luftgemisch in die Hilfsbrennräume und mit jeweils einem an den Hauptbrennraum angeschlossenen ventilgesteuerten Auslaßkanal, wobei die Auslaßkanäle letztlich in eine Auspuffleitung münden und

b) die Vorschaltreaktionskammern mit ihren Austrittsöffnungen an einander gegenüberliegenden Längsseiten der Hauptreaktionskammer angeordnet sind und in die Hauptreaktionskammer hineinragen, nach Patentanmeldung P 2434393.9-13 dadurch gekennzeichnet, daß in der Hauptreaktionskammer (15) eine Leitvorrichtung (30) angeordnet ist, die mit einer Austrittsöffnung (31) versehen ist, welche auf das der Auspuffleitung (19) abgewandte Ende (ISa) der Hauptreaktionskammer (15) ausgerichtet ist, und daß wenigstens eine Vorschaltreaktionskammer (18), jedoch nicht alle jeweils vorhandenen, in die von der Leitvorrichtung (30) gebildete Teilkammer einmündet.

2. Abgassystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Achtzylinder-V-Brennkraftmaschine mit zwei Zylinderreihen zu jeweils vier Zylindern jeweils eine Vorschaltreaktionskammer (18) die Abgase zweier einander benachbarter Zylinder aufnimmt und daß zwei Vorschaltreaktionskammern (18) in die Teilkammer einmünden.

3. Abgassystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine zwischen zwei Zylinderreihen angeordnete Zuführungskanalanordnung (14) eine obere Abdekkung für die Hauptreaktionskammer (15) bildet.

4. Abgassystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnung (31) der Leitvorrichtung (30) von der Zuführungskanalordnung (14) wegweisend abgebogen ist.