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DE2617690A1 - Verbrennungsmotor mit einer auspuffgasreinigungseinrichtung - Google Patents

Verbrennungsmotor mit einer auspuffgasreinigungseinrichtung

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Publication number
DE2617690A1
DE2617690A1 DE19762617690 DE2617690A DE2617690A1 DE 2617690 A1 DE2617690 A1 DE 2617690A1 DE 19762617690 DE19762617690 DE 19762617690 DE 2617690 A DE2617690 A DE 2617690A DE 2617690 A1 DE2617690 A1 DE 2617690A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
internal combustion
reactor
combustion engine
air
exhaust gas
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE19762617690
Other languages
English (en)
Inventor
Yoshimasa Hayashi
Hiroshi Kuroda
Yasuo Nakajima
Tooru Yoshimura
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nissan Motor Co Ltd filed Critical Nissan Motor Co Ltd
Publication of DE2617690A1 publication Critical patent/DE2617690A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Description

Dr.D.Thomsen PATE NTANWALTS BÜRO
& Telefon (089)530211
W. VVÖifiKäüff Telegramm-Adresse I
I expertia
Cable address I .
PATENTANWÄLTE München: . Frankfurt/M.:
Dr. rer. nat. D. Thomsen Dipl.-Ing. W. Weinkauff
(Fuchshohl 71)
Dresdner Bank AG, München, Konto 5574237
8000 München 2
Kaiser-Ludwig-Platz6 23* April 19
Nissan Motor Company, Limited Yokohama City, Japan
Verbrennungsmotor mit einer Auspuffgasreinigungseinrichtung
Die vorliegende Erfindung besieht sich auf das Verhindern der Luftverunreinigung durch Auspuffgase aus Verbrennungsmotoren und insbesondere auf eine Verbrennungsmotoranordnung, die einen Reaktor zur Durchführung einer Oxydation der in den Auspuffgasen enthaltenen unverbrannten Kohlenwasserstoffe und des Kohlenmonoxyds sowie einen Auspuffgasrückführungskreislauf enthält.
Eines der wirkungsvollen und praktizierbaren Verfahren, die Bildung von Stickstoffoxyd (NO ) beim Betrieb von Verbrennungsmotoren zu unterdrücken, besteht darin, einen Teil der Auspuffgase in das Einlaßsystem des Motors zurückzuführen, so daß
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die maximale Verbrennungstemperatur im Motor herabgesetzt werden kann. In diesem Zusammenhang wurde auch schon vorgeschlagen, eine Brennkammerausgestaltung zu verwenden, die in jeder Brennkammer in einer hinreichend großen Entfernung voneinander mindestens zwei Zündkerzen vorsieht. Eine Brennkammer dieser Ausgestaltung hat den Vorteil, daß eine stabile und reproduzierbare Verbrennung vonstatten geht, auch wenn das Auspuffgas in beachtlich großer Menge, z.B. in einer Menge, die mehr als 2o% der in die Brennkammer eingespeisten Luft ausmacht, in das Einlaßsystem rückgeführt wird, um dadurch die Bildung von NO völlig zu unterdrücken.
Jv
Es ist unmöglich, die Anteile der unverbrannten Kohlenwasserstoffe (HC) und des Kohlenmonoxyds (CO) im Auspuffgas durch die genannte Rückführung des Auspuffgases zu beseitigen. Demzufolge kann die vorstehend beschriebene Brennkammerausgestaltung praktisch nur durch die Verwendung eines Umsetzungsreaktors, z.B. eines thermischen Reaktors, verwirklicht werden, in welchem eine Oxydation von HC und CO, im allgemeinen durch Luft, vor der Emission der Auspuffgase in die Atmosphäre durchgeführt wird. Da relativ niedrige Verbrennungstemperaturen im Motor, welche von der Rückführung der Auspuffgase herrühren, sich ungünstig auf einen vollständigen Ablauf der Oxydationsreaktionen im Reaktor auswirken, müssen verschiedene Maßnahmen ergriffen werden, um die grundlegende Aufgabe, nämlich eine Emission aller möglichen Arten von Luftverunreinigungssubstanzen aus dem Motor zu verhindern, vollständig zu erfüllen.
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Die vorliegende Erfindung betrifft mehrzylindrige Verbrennungsmotoren und hat zur Aufgabe, eine Motoranordnung zu finden, die mit extrem niedrig gehaltenen Emissionen von NO ,
HC und CO in die Atmosphäre und ohne wesentliches Ansteigen des Brennstoffverbrauchs betrieben werden kann.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Motoranordnung, die gekennzeichnet ist durch
a) einen mehrzylindrigen Verbrennungsmotor, eine in jedem Motorzylinder vorgesehene Brennkammer, die mit mindestens zwei in Abstand zueinanderstehendaiZündkerzen ausgerüstet ist;
b) eine Vorrichtung zum Rückführen eines Teils der Auspuffgase aus dem Auspuffbereich in das Einlaßsystem des genannten Motors;
c) einen Reaktor zur Durchführung der Oxydation von in den Auspuffgasen des Motors enthaltenem Kohlenmonoxyd und unverbrannten Kohlenwasserstoffen, wobei dieser Reaktor im Auspuffsystem des Motors an einer Stelle nahe den Auslaßkanälen des Motors angeordnet ist; und
d) eine Einrichtung zur Unterdrückung der Wärmeübertragung vom Auspuffgas auf irgendein wärmeleitendes Material, die mindestens jeden, die Brennkammer mit dem genannten Reaktor verbindenden Auspuffkanal umgibt, so daß die Temperatur im genannten Reaktor zwischen ca. 8000C und 95o°C gehalten wird, zumindest wenn die Betriebsbedingungen des Motors dem Dauerbetriebszustand entsprechen.
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Das Auspuffgas wird vorzugsweise mit solch einer Rate rückgeführt/ daß die Menge des rückgeführten Auspuffgases bei 12 bis 4o% der in den Motor eingespeisten Luftmenge liegt. Die Wärmeübertragungseinrichtung besteht vorzugsweise aus
a) einer Anordnung der Auslaßkanäle des Motors, bei der jeder Auslaßkanal für jede Brennkammer so nahe wie möglich zum anderen Auslaßkanal der nächstbenachbarten Brennkammer hin ausgerichtet ist und sich mit dem anderen Auslaßkanal bereits nach kurzer Entfernung von der Brennkammer zu einem einstückigen Kanal, einem sogenannten "siamesischen Kanal",verbindet, und
b) aus einem rohrförmigen Hitzeschild, das in jedem Auslaßkanal im wesentlichen über dessen gesamte Länge in einem gewissen Abstand von der inneren Wand eines jeden Auslaßkanals angeordnet ist. Als Reaktor wird vorzugsweise ein thermischer Reaktor verwendet, der einen Zweitluftzuführungskreis zum Einspeisen von Zweitluft in entsprechend steuerbaren Raten vorsieht«
Weitere Merkmale und vorteilhafte Ausgestaltungen der · Erfindung sollen in der nachfolgenden detaillierten Beschreibung eines bevorzugten Aüsführungsbeispiels in Verbindung mit den f anliegenden Zeichnungen verdeutlicht werden; darin zeigen:
Fig. 1 eine Draufsicht einer Motoranordnung nach der Erfindung; und
Fig. 2 eine teilweise Längsschnitt-Ansicht der gleichen Motoranordnung, in der speziell die Brennkammer,
der Auslaßkanal, der thermische Reaktor und der
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ORIGINAL INSPECTED
Kühlwasserkanal in dieser Motoranordnung gezeigt sind.
Der Vierzylinder-Verbrennungsmotor 1o nach der Fig. 1 ist mit einem konventionellen Vergaser 12 ausgerüstet, so daß ein brennbares Luft/Brennstoff-Gemisch über eine Einlaßleitung 14 und Einlaßkanäle 16 in die betreffenden Motorzylinder eingesaugt werden kann. Der Auspuffteil in diesem Motor 1o enthält einen thermischen Reaktor 18, der sehr nahe bei den Auspuffkanälen 2o der Motorzylinder angeordnet ist. Eine Auspuffgasrückführungsleitung 22 ist zur Verbindung des Reaktors 18 mit einem gewöhnlich stromabwärts vom Vergaser 12 gelegenen Bereich des Einlaßsystems vorgesehen, z.B. mit der Einlaßleitung 14, so daß ein Teil der Auspuffgase mithilfe dieser Leitung 22 zurückgeführt werden kann. Zur Steuerung der Mengendurchflußrate des Auspuffgases durch die Leitung 22 ist ein Steuerventil 24 vorgesehen. Der thermische Reaktor 18 weist an seinem Auslaßende ein gewöhnliches Auspuffrohr 26 auf. Ein Luftzuführungskreis zum Einspeisen von Zweitluft als Sauerstoffquelle für die Oxydation von HC und CO auf dem Weg über die Auslaßkanäle in den thermischen Reaktor 18 enthält eine Luftförderpumpe 28, eine Luftleitung 3o, ein Durchflußsteuerventil 32, ein Drosselventil 34 und eine Leitung 36, die eine Vielzahl von Seitenarmen als ZweitluftZuführungskanäle 38 aufweist, die in die Auslaßkanäle 2o einmünden. Die vorstehend beschriebene Konstruktion und Anordnung ist an sich bekannt.
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Die in jedem Zylinder dieses Motors 1o vorgesehene Brennkammer 4o weist eine relativ einfache, vorzugsweise symmetrische Gestalt auf, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist. Jede Brennkammer 4o ist mit zwei Zündkerzen 42 ausgestattet, die in einem bestimmten Abstand zueinander stehen. Die Anzahl dieser Zündkerzen 42 kann auf 3 oder mehr, wenn dies erforderlich ist, erhöht werden. In der dargestellten Ausführungsform sind die zwei Zündkerzen 42 in einem gewissen Abstand von der Zentralachse der Brennkammer 4o und symmetrisch zu dieser Achse angeordnet. Weil nunmehr das brennbare Gemisch an einer Vielzahl von Stellen in dieser Brennkammer 4o gezündet wird, kann die Flammenausbreitung über die ganze Brennkammer 4o und damit die Verbrennung des Gemisches in einer relativ kurzen Zeit erreicht werden. Demzufolge bietet sich keine Gelegenheit mehr für eine instabile Verbrennung, selbst wenn die Auspuffgas-Rezirkulation bei einer Rate ausgeführt wird, die hoch genug ist, um jederzeit die Bildung von NO vollständig zu unterdrücken, wobei diese Rate durch das Verhältnis des rückgeführten Auspuffgases zu der in den Motor 1o eingespeisten Luft definiert ist.
Die Verbindung zwischen der Brennkammer 4o und dem Auslaßkanal 2o wird in üblicher Weise durch ein Auspuffventil gesteuert. In dieser Motoranordnung ist der eine Auslaßkanal für den einen Motorzylinder möglichst nahe zu dem anderen Auslaßkanal 2o des benachbarten und nächstgelegenen Zylinders angeordnet, wobei diese zwei Kanäle 2o so verbunden sind, daß sie einen Durchgang oder einen Leitungskanal innerhalb des Zylinderkopfes 46 mit möglichst kurzer Entfernung von den
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Auspuffventilen 44 bilden. Eine derartige Ausgestaltung der Auslaßkanäle 2o ist unter dem Namen"siamesischer Kanal"bekannt und hat den Vorteil eines geringeren Temperaturabfalls der Auspuffgase während ihres Durchtritts durch die Auslaßkanäle 2o infolge der Abnahme der Gesamtoberfläche dieser Auslaßkanäle 2o.
Es ist eine grundsätzliche Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Abkühlung des Auspuffgases vor seiner Einleitung in die Reaktionskammer des thermischen Reaktors 18 mit allen Mitteln zu verhindern. Dementsprechend ist ein im Zylinderkopf 46 des Motors ausgebildeter'Kühlmittelkanal 48 so angeordnet, daß er den Zylinderkopf 46 im wesentlichen nur in einem die Brennkammern 4o umgebenden Bereich, jedoch nicht darüberhinaus auch noch in den anderen, die Auslaßleitungen 2o umgebenden Bereichen kühlt: der Kühlmittelkanal 48 ist deshalb soweit wie möglich von den Auslaßkanälen 2o entfernt. Als ein bedeutsames Merkmal der Motoranordnung nach:der vorliegenden Erfindung ist ein röhrenförmiges Hitzeschild-Teilstück 5o in jedem Auslaßkanal 2o und im wesentlichen über die gesamte Länge bei im allgemeinen gleichem Abstand von der Wand 2oa des Auslaßkanals 2o ausgebildet. Der zwischen dem Hitzeschild 5o und der Wand 2oa ausgebildete Zwischenraum 52 dient als hitzeisolierende Schicht. Der Hitzeschild 5o endet vorzugsweise am Ventilsitz 45 des Auspuff Ventils 44 und ist vorzugsweise als integriertes Teilstück des Zylinderkopfes 46 durch Angießen während des Gießens des Zylinderkopfes 46 hergestellt. Der thermische Reaktor 18 weist ebenfalls in seinem Inneren ein rohrförmiges Hitzeschild-Teilstück 54 auf, welches so angeordnet ist, daß es die innere Wand 18a des
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thermischen Reaktors 18 in einem gewissen Abstand davon überdeckt. Die Hitzeschild-Teilstücke 5o und 54 sind vorzugsweise so ausgebildet, daß sie an der Verbindung zwischen dem Auslaßkanal und dem thermischen Reaktor 18 ineinander übergehen. Der im thermischen Reaktor 18 zwischen dem Hitzeschild 54 und der Wand 18a vorgesehene Zwischenraum 56 dient ebenfalls als hitzeisolierende Schicht. Der thermische Reaktor (18) kann von jeder konventionellen Bauart sein, unabhängig davon, ob der Hitzeschild 54 vorgesehen ist.
Das Einspeisen von Zweitluft in den thermischen Reaktor 18 zur Erreichung der Oxydationsreaktionen von HC und CO wird über die Auslaßkanäle 2o ausgeführt, um die Zweitluft vorzuheizen. Für eine wirkungsvolle Oxydation von HC und CO ist es notwendig, daß die Oxydationsreaktionen in dem Reaktor 18 bei Temperaturen oberhalb 8oo C, und vorzugsweise oberhalb ca. 85o C, durchgeführt werden. Der thermische Reaktor 18 kann jedoch zerstört werden, wenn diese Reaktionen für eine bestimmte Zeitdauer bei Temperaturen oberhalb von ca. 95o°C vonstatten gehen. Da die Reaktionstemperatur in dem Reaktor zum Großteil vorn Verhältnis der Einspeiserate von Zweitluft zur Durchflußrate des Auspuffgases abhängt, ist ein geeignetes Steuerventil 32 vorgesehen, das die Einspeiserate von Zweitluft in Abhängigkeit von der Lufteinlaßrate in den Motor 1o so steuert, daß die Temperatur in dem Reaktor 18 immer zwischen 8oo°und 95o°C gehalten wird. Wenn die Temperatur 95o°C erreicht, unterbricht das Steuerventil 32 die Zufuhr von Zweitluft zu den Auslaßkanälen 2o, indem es die von der Luftförderpumpe 28 herbeigeschaffte Luft in die freie
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Atmosphäre entläßt.
Es ist praktisch unmöglich, immerzu und ganz genau die jeweilige in den Motor 1o eingespeiste Luftmenge zu bestimmen. Demzufolge ist das Steuerventil 32 so ausgebildet, daß es in Abhängigkeit von den Großenveranderungen entweder des Vakuums in der Einlaßleitung oder des Vakuums im Venturiabschnitt arbeitet, welches Vakuum in enger Beziehung zu der Lufteinlaßrate steht, zumindest wenn der Motor 1o bei Normal- oder Dauerbetriebsbedingungen arbeitet. In den Reaktor 18 kann ein Temperaturfühler (nicht dargestellt) eingebaut sein, um den Betrieb des Steuerventils 32 entweder alternativ zur oder zusätzlich zur Verwendung des Vakuums in dem Einlaßsystem zu steuern. Außerdem kann der Vergaser 12 so gesteuert sein, daß das Luft/Brennstoff-Verhältnis des brennbaren Gemisches herabgesetzt wird, wenn die Temperatur im Reaktor 18 unterhalb 8oo°C absinkt.
Der Betrieb des Auspuffgasumwälz-Steuerventils 24 wird vorzugsweise von der Größe des im Venturibereich des Vergasers 12 erzeugten Vakuums, das als Mengenhinweis für die in den Motor 1o eingespeiste Luft verwendet wird, so gesteuert, daß die Auspuffgasrückführung mit einer beachtlich hohen Rückführungsrate im Bereich von 12 bis 4o% durchgeführt wird.
Der Vergaser 12 ist gewöhnlich so eingestellt, daß er ein nahezu stöchiometrisches Luft/Brennstoff-Gemisch erzeugt. Dieses Gemisch wird in der Einlaßleitung 14 mit dem im Kreis geführten Auspuffgas vermischt und das sich daraus ergebende
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- 1ο -
Gemisch in jede Brennkammer 4o eingespeist.
Die zwei Zündkerzen 42 erzeugen gleichzeitig Zündfunken, so daß das brennbare Gemisch, das mit dem Auspuffgas verdünnt wurde, an zwei verschiedenen Stellen gezündet wird. Da die beiden so erzeugten Flammen sich zum mittleren Bereich der Brennkammer 4o hin ausdehnen, kann die Verbrennung des Gemisches über die ganze Brennkammer 4o in wirklich kurzer Zeit erfolgen. Wenn die Auspuffgasrückführungsrate so eingestellt wird, daß sie bei einer konventionell ausgelegten Brennkammer mit nur einer einzigen Zündkerze oberhalb ca. 1o% liegt, kann der Motor kaum mehr gleichmäßig und mit guter Ansprechempfindlichkeit gefahren werden, da dann eine beträchtlich angestiegene Möglichkeit für Fehlzündungen auftritt. Außerdem besteht in solch einem Fall die Gefahr, daß die Zündflamme erlischt, bevor sie sich über den ganzen Bereich der Brennkammer ausgebreitet hat, so daß eine stabile Verbrennung kaum erwartet werden kann, selbst wenn die Zündung des verdünnten brennbaren Gemisches zustande gebracht worden ist. Die Zuverlässigkeit der Verbrennung ist durch die Verwendung von zwei Zündkerzen 42 in der Brennkammer 4o bei der vorliegenden Erfindung erheblich verbessert worden, wobei jedevon der jeweiligen Zündkerze 42 erzeugte Flamme sich nur noch über ungefähr einen halben Bereich der Brennkammer 4o ausdehnen muß. Außerdem dient jede Flamme als eine zusätzliche Wärmequelle für die jeweils andere Flamme. Demzufolge kann die Verbrennung stabil und schnell vonstatten gehen, selbst wenn die Auspuffgasrückführung bei einer Rückführrate in der Größenordnung von 12 bis 4o% durchgeführt wird. Das führt zu dem Ergebnis, daß in der Brennkammer 4o dieser
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Motoranordnung nur wenig NO erzeugt wird.
Die Entfernung von HC und CO aus dem Auspuffgas des genannten Motors 1o kann in dem thermischen Reaktor 18 auch dann noch wirkungsvoll erreicht werden, wenn der Motor 1o bei relativ niedriger Geschwindigkeit und/oder niedriger Belastung läuft, wobei eine relativ niedrige Auspuffgastemperatur erzielt wird, weil das Auspuffgas mit geringer Wärmeübertragung an den Zylinderkopf 46 durch den Auslaßkanal 2o entweicht.
Die Temperatur sollte in dem thermischen Reaktor 18 oberhalb von ca. 85o C gehalten werden, wenn erreicht werden soll, daß mindestens ca. 95% der in dem durch den thermischen Reaktor 18 strömenden Auspuffgas enthaltenen Gesamtmenge an HC und CO entfernt wird, wenn der Vergaser 12 vorher ein Luft/Brennstoff-(Benzin)-Gemisch mit einem Luft/Brennstoff-Verhältnis von ungefähr 15 erzeugt. Es ist in einer erfindungsgemäßen Motoranordnung, die die Hitzeschilde 5o und 54, die Verwendung von sogenannten siamesischen Auspuffkanälen 2o und das Abstandhalten des Kühlmittelkanals 48 von den Auspuffkanälen 2o vorsieht, sehr einfach, die Temperatur in dem thermischen Reaktor 18 oberhalb von 85o C zu halten. Das für das Einspeisen von Zweitluft vorgesehene Steuerventil 32 wird so betrieben, daß die Eispeiserate von Zweitluft so groß ist, daß die Temperatur in dem thermischen Reaktor 18 im Bereich zwischen 8oo und 95o°C wie vorstehend beschrieben gehalten wird, wobei es jedoch vorzuziehen ist, das Ventil 32 so einzustellen, daß ein Absinken der Tempera-
L. 85o°C verhinde
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tür unterhalb von ca. 85o°C verhindert wird.
Wie bekannt ist, kann die Auspuffgastemperatur durch eine geringe Verzögerung des Zündzeitpunkts in den konventionellen Motoren gesteigert werden. Diese Maßnahme ist jedoch im allgemeinen unvorteilhaft hinsichtlich des Brennstoffverbrauchs und im besonderen unerwünscht, wenn die Auspuffgasrückführung bei einer hohen Rückführrate, wie bei der vorliegenden Erfindung, durchgeführt wird, weil dadurch eine stabile und zuverlässige Verbrennung ganz entscheidend verhindert wird. Demzufolge wird bei der vorliegenden Erfindung eine normale Zündfolge mit dem Ziel verwendet, eine maximale Leistung und einen minimalen Brennstoffverbrauch zu erreichen. Die Auspuffgastemperatur kann dabei durch die vorstehend beschriebenen Maßnahmen auf einem genügend hohen Niveau gehalten werden.
Bei leerlaufendem Motor 1o wird eine genügende Entfernung von HC und CO auch bei der erfindungsgemäßen Anordnung sehr schwierig. Dementsprechend können bei der erfindungsgemäßen Motoranordnung verschiedene bekannte Techniken zur Verbesserung der Entfernung von HC und CO bei leerlaufendem Motor 1o angewandt werden, z.B. kann Zusatzbrennstoff in den Motor 1o eingespeist werden, um vorübergehend das Luft/Brennstoff-Verhältnis auf ungefähr 13 zu vermindern . Dabei wird die Wirksamkeit der Oxydation von HC und CO im thermischen Reaktor mit der Abnahme des Luft/Brennstoff-Verhältnisses vergrößert und sinkt bei Temperaturen unter 85o C (was leicht zu verwirklichen ist, wenn der Motor 1o leer läuft)nicht mehr merklich ab, wenn das Luft/ Brennstoff-Verhältnis bis auf etwa 13 erniedrigt wird.
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Alternativ ist es möglich, den Zündzeitpunkt nur bei leerlaufendem Motor Io zu verzögern, so daß die Auspuffgastemperatur nicht merklich absinken kann. Da NO bei leerlaufendem Motor 1o nur in geringer Menge erzeugt wird, kann die Auspuffgasrückführung bei einer stark reduzierten Rückführungsrate ausgeführt oder sogar ganz unterbrochen werden. Die Verzögerung des Zündzeitpunkts während des Leerlaufs zeigt nur eine geringe Verschlechterung hinsichtlich einer stabilen Verbrennung. Außerdem kann der Ventilöffnungszeitpunkt der Auspuffventile 44 bei Leerlauf des Motors 1o vorverlegt werden, um auch dadurch ein Absinken der Auspuffgastemperatur zu verhindern. Diese Techniken können sowohl einzeln als auch in Kombination angewandt werden.
Die Rückführung des Auspuffgases wird bei einer Rückführungsrate von 12 bis 4o% bei einer Motoranordnung nach der vorstehend beschriebenen Erfindung durchgeführt. In den meisten Fällen ist es jedoch möglich, die Bildung von NO ohne Verwendung einer Rückführungsrate von über 25% in genügendem Maße zu unterdrücken, wodurch sich viel leichter ein stabiler Betriebszustand des Motors 1o und eine gewünschte Temperatur im Reaktor 18 erreichen läßt.
Wie aus der vorstehenden Beschreibung ersichtlich, sind die Konzentrationen von NO , HC und CO in dem Auspuffgas der Motoranordnung nach der vorliegenden Erfindung extrem niedrig, wenn das Auspuffgas über einen thermischen Reaktor 18 in das Auspuffrohr 26 geleitet wird. Außerdem ist die Erfindung leicht
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durchführbar, weil solch ein fundamentaler Vorteil von einer Anordnung mit einer einfachem Konstruktion, verbunden mit einem nur geringen Abfall des maximalen Wirkungsgrades und des Brennstoffverbrauchs des Motors 1o, erreicht werden kann.
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Claims (1)

  1. Patentansprüche
    I 1.1 Verbrennungsmotor mit einer Auspuffgasreinigungseinrichtung, gekennzeichnet durch einen mehrzylindrigen Verbrennungsmotor (1o), eine in jedem Motorzylinder vorgesehene Brennkammer (4o), welche mit mindestens zwei in Abstand zueinander stehenden Zündkerzen (42) ausgerüstet ist; eine Einrichtung zum Rückführen eines Teiles der Auspuffgase aus dem Auspuffbereich in das Einlaßsystem des genannten Motors (1o); einen Reaktor(18) zur Durchführung der Oxydation von in den Auspuffgasen des Motors (1o) enthaltenem Kohlenmonoxyd und unverbrannten Kohlenwasserstoff en ,wobei dieser Reaktor (18) im Auspuffsystem des Motors (1o) an einer Stelle nahe den Einlaßkanälen (2o) des Motors (1o) angeordnet ist; und eine Einrichtung zur Unterdrückung der Wärmeübertragung vom Auspuffgas auf irgendein wärmeleitendes Material, welche mindestens jeden, die Brennkammer (4o) mit dem genannten Reaktor (18) verbindenden Auspuffkanal (2o) umgibt, so daß die Temperatur im genannten Reaktor (18) zwischen ca. 8oo° und 95o°C gehalten wird, zumindest wenn die Betriebsbedingungen des Motors (1o) dem Dauerbetriebszustand entsprechen.
    2. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückführeinrichtung (22) so ausgebildet ist, daß das Auspuffgas in einer Menge von 12 bis 4o%, bezogen auf die in den Motor (1o) eingespeiste Luftmenge, rückgeführt wird.
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    3. Verbrennungsmotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückführeinrichtung so ausgebildet ist, daß das Auspuffgas in einer Menge von 12 bis 25% der in den Motor (1o) eingespeisten Luftmenge beträgt.
    4. Verbrennungsmotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Unterdrückung der Wärmeübertragung a) eine Anordnung der Auslaßkanäle (2o) des Motors (1o), bei der jeder Auslaßkanal (2o) für jede Brennkammer (4o) so
    nahe wie möglich zum anderen Auslaßkanal (2o) der nächstbenachbarten Brennkammer' (4o) ausgebildet ist und sich mit dem anderen Auslaßkanal (2o) bereits in kurzer Entfernung von der Brennkammer (4o) zu einem einzigen Kanal verbindet, und
    b) ein rohrförmiges Hitzeschild (5o) umfaßt, welches in jedem Auslaßkanal (2o) im wesentlichen über dessen gesamte Länge in einem gewissen Abstand von der inneren Wand (2oa) eines jeden Auslaßkanals (2o) angeordnet ist.
    5. Verbrennungsmotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktor (18) als thermischer Reaktor ausgebildet ist, in welchem die Oxydation von Kohlenmonoxyd und Kohlenwasserstoffen mithilfe von Luft ausgeführt werden kann und daß ferner eine Einrichtung (38) zur Einspeisung von Zweitluft in den
    thermischen Reaktor vorgesehen ist.
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    6. Verbrennungsmotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zweitluftzuführungseinrichtung (38) eine Luftförderpumpe (28), eine die Luftförderpumpe (28) mit dem Reaktor (18) verbindende Luftleitung (3o) und ein Durchflußsteuerventil (32) umfaßt, welches geeignet ist, die Einspeiserate von Luft durch die Luftleitung (3o) so zu steuern, daß die Temperatur in dem Reaktor (18) zwischen ca. 8oo°C und 95o°C gehalten wird.
    7. Verbrennungsmotor nach Anspruch 6, dadurch
    gekennzeichnet, daß die Luftleitung (3o) so angeordnet ist, daß sie die Luftförderpumpe (28) mit dem Reaktor (18) über jeden Auslaßkanal (2o) des Motors (1o) verbindet.
    8. Verbrennungsmotor nach Anspruch 6, dadurch
    gekennzeichnet, daß das Durchflußsteuerventil (32) so ausgebildet ist, daß es die Lufteinspeiserate in Abhängigkeit von der Größe des Ansaugvakuums in die Motoranordnung steuert.
    9. Verbrennungsmotor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Durchflußsteuerventil (32) so ausgebildet ist, daß es die Lufteinspeiserate in Abhängigkeit von der Größe des Vakuums im Venturibereich der Motoranordnung steuert.
    1o. Verbrennungsmotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der thermische Reaktor in seinem Inneren ein rohrförmiges Hitzeschild-Teilstück (54) aufweist, welches
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    so ausgebildet ist, daß es die innere Wand (18a) des Reaktors (18) mit einem dazwischen gelassenen Abstand überdeckt.
    11. Verbrennungsmotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Brennkammer (4o) mindestens zwei Zündkerzen (42) in einer gewissen Entfernung vom zentralen Bereich der Brennkammer (4o) angeordnet sind.
    12. Verbrennungsmotor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens zwei Zündkerzen (42) symmetrisch zu der Zenträlachse einer jeden Brennkammer (4o) des Motors (1o) angeordnet sind.
    13. Verbrennungsmotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückführeinrichtung eine Rückführungsleitung (22), welche den Auspuffteil des Motors (1o) mit dem Einlaßsystem in einem Bereich verbindet, in welchem ein Luft/Brennstoff-Gemisch strömt, sowie ein Steuerventil (24) aufweist, welches den Fluß des Auspuffgases so steuert, daß dieses Auspuffgas in entsprechender Menge durch die genannte Rückführungsleitung (22) hindurch im Kreis geführt wird.
    14. Verbrennungsmotor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventil (24) in der Rückführungsleitung (22) die Menge an Auspuffgasen in Abhängigkeit von der Größe des Vakuums im Venturibereich der Motoranordnung steuert.
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    15. Verbrennungsmotor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückführungsleitung (22) so angeordnet ist, daß die genannte Menge an Auspuffgas aus dem Reaktor (18) rückgeführt wird.
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DE19762617690 1975-05-15 1976-04-23 Verbrennungsmotor mit einer auspuffgasreinigungseinrichtung Withdrawn DE2617690A1 (de)

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GB1520178A (en) 1978-08-02
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