DE10104021A1

DE10104021A1 - Abgasanlage

Info

Publication number: DE10104021A1
Application number: DE10104021A
Authority: DE
Inventors: Guenther Bubeck; Normann Freisinger; Roland Kemmler; Martin Matt; Jens Quinten; Peter Struebel
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2001-01-31
Filing date: 2001-01-31
Publication date: 2002-08-01
Anticipated expiration: 2021-02-01
Also published as: US6557341B2; US20020100273A1; DE10104021B4

Abstract

Bekannte Abgasanlagen sind zweiflutig ausgebildet, wobei in jedem Abgasstrang zwei Katalysatoren untergebracht sind. In der Kaltstartphase der Brennkraftmaschine lässt sich ein rascher Anstieg der Konvertierungstemperatur der motornahen Katalysatoren bisher noch nicht befriedigend erreichen, so dass es zu einer ungenügenden Reinigung der Abgase der Brennkraftmaschine kommen kann. DOLLAR A Zur Verbesserung wird eine Abgasanlage für eine Brennkraftmaschine vorgeschlagen, die zwei Abgasstränge aufweist, wobei in jedem Abgasstrang zwei Katalysatoren untergebracht sind. In jedem Abgasstrang ist eine Ventileinrichtung vorgesehen. Zur schnellen Aufheizung der Katalysatoren erfolgt die Stellung der zwei Ventileinrichtungen so, dass in je einem Abgasstrang nur ein einzelner Katalysator von Abgas durchströmt ist und nach der Aufheizphase die Stellung der zwei Ventileinrichtungen so erfolgt, dass je Abgasstrang zwei Katalysatoren vom Abgas durchströmt sind. DOLLAR A Die erfindungsgemäße Abgasanlage ist für Brennkraftmaschinen vorgesehen.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Abgasanlage für eine Brennkraftmaschine nach der Gattung des Anspruchs 1. Es ist bereits eine Abgasanlage für eine Brennkraftmaschine bekannt(DE 197 40 702 C1), bei der in einem Abgasstrang zwei Katalysatoren vorgesehen sind, die über eine Abgasklappe hintereinander geschalten werden können.

Des Weiteren sind Abgasanlagen bekannt, die zweiflutig ausgebildet sind und über zwei separate Abgasstränge verfügen. In jedem Abgasstrang sind zwei Katalysatoren, ein in motornähe untergebrachter, sogenannter Stirnwandkatalysator und ein am Unterboden des Fahrzeugs untergebrachter, sogenannter Unterbodenkatalysator vorgesehen. Um eine hohe Konvertierungsrate des Abgases, insbesondere in den zwei motornahen Stirnwandkatalysatoren, zu erhalten, ist es erforderlich, dass diese Stirnwandkatalysatoren möglichst schnell ihre Betriebstemperatur bzw. Konvertierungstemperatur erreichen. In der Startphase, insbesondere Kaltstartphase der Brennkraftmaschine, lässt sich ein rascher Anstieg der Konvertierungstemperatur der Stirnwandkatalysatoren bisher noch nicht befriedigend erreichen, so dass es nur zu einer ungenügenden Reinigung der Abgase der Brennkraftmaschine kommen kann.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Abgasanlage für eine Brennkraftmaschine mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass es durch eine schnelle Aufheizung der Katalysatoren zu einer deutlichen Reduzierung der Abgasemissionen in der Startphase, insbesondere Kaltstartphase der Brennkraftmaschine, kommt.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Anspruch 1 angegebenen Abgasanlage möglich.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung schematisch vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Abgasanlage für einen Sechszylinder-V-Motor, bei dem sich die Katalysatoren im Normalbetrieb bzw. in Betriebstemperatur befinden, Fig. 2 die Abgasanlage nach Fig. 1, bei der sich die Katalysatoren in der Startphase der Brennkraftmaschine unterhalb der Betriebstemperatur befinden, Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Abgasanlage für einen Sechszylinder-Reihenmotor, bei dem sich die Katalysatoren in der Startphase der Brennkraftmaschine unterhalb der Betriebstemperatur befinden.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Die Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Abgasanlage 1, die beispielsweise für einen Motor vorgesehen ist, der über zwei Zylinderbänke bzw. zwei Abgasstränge 2, 3 verfügt. Im Nachfolgenden wird der Abgasverlauf für den Normalbetrieb einer Sechszylinder- Brennkraftmaschine beschrieben, bei welcher die dargestellten Katalysatoren 10, 11, 12, 14 durch den vorausgehenden Betrieb der Brennkraftmaschine ihre vorgesehene Betriebstemperatur erreicht haben, bei welcher eine gute Umwandlung bzw. Konvertierung der Schadstoffe der Abgase in den Katalysatoren 10, 11, 12, 14 erfolgt. Beispielsweise in Form eines V können die Zylinderbänke 5, 6 der Brennkraftmaschine angeordnet sein. Der Normalbetrieb erfolgt zweiflutig, was bedeutet, dass beide Abgasstränge 2, 3 gleichmäßig vom Abgas durchströmt werden.

Der erste, in Fig. 1 links dargestellte Abgasstrang 2 führt von zum Beispiel drei Zylinderabgasausgängen einer ersten, in Fig. 1 links dargestellten Zylinderbank 5 in einen ersten linken Stirnwandkatalysator 10. Von dem ersten linken Stirnwandkatalysator 10 gelangt das Abgas weiter über einen ersten linken Verbindungsabgasstrang 15, einer im Verbindungsabgasstrang 15 unterbrachten ersten, in Fig. 1 links angeordneten Ventileinrichtung 20 in einen erster linken Unterbodenkatalysator 11. Die erste Ventileinrichtung 20 befindet sich dabei in einer Offenstellung. Von dem ersten linken Unterbodenkatalysator 11 gelangt das Abgas über beispielsweise ein nicht näher dargestelltes Endrohr ins Freie.

In analoger Weise wird der rechts dargestellte Abgasstrang 3 vom Abgas aus der zweiten rechten Zylinderbank 6 durchströmt. Der zweite Abgasstrang 3 führt von zum Beispiel drei Zylinderabgasausgängen der zweiten, in Fig. 1 rechts dargestellten Zylinderbank 6 in einen zweiten rechten Stirnwandkatalysator 12. Stromauf des zweiten rechten Stirnwandkatalysators 12 ist eine zweite Ventileinrichtung 21 vorgesehen, die sich in einer Offenstellung befindet. Von dem zweiten rechten Stirnwandkatalysator 12 gelangt das Abgas weiter über einen zweiten rechten Verbindungsabgasstrang 16, einer im Verbindungsabgasstrang 16 unterbrachten zweiten, in Fig. 1 rechts angeordneten Ventileinrichtung 21 in einen zweiten rechten Unterbodenkatalysator 14. Von dem zweiten rechten Unterbodenkatalysator 14 gelangt das Abgas über zum Beispiel ein nicht näher dargestelltes Endrohr ins Freie.

Wie die den Abgasstrom kennzeichnenden Pfeile 25 zeigen, wird dabei ein zwischen den Abgassträngen 2, 3 bzw. dem linken Verbindungsabgasstrang 15 und dem rechten Verbindungsabgasstrang 16 vorgesehener erster Querabgasstrang 23 vom Abgas nicht durchströmt. Auch ein stromauf der Stirnwandkatalysatoren 10, 12 vorgesehener zweiter Querabgasstrang 24 wird dabei nicht vom Abgas zwischen den Abgassträngen 2, 3 durchströmt.

Im Nachfolgenden wird der Betrieb der Abgasanlage 1 in der Startphase, insbesondere Kaltstartphase und der nachfolgenden Warmlaufphase der Brennkraftmaschine, beschrieben. Ein derartiger Betrieb ist in Fig. 2 durch den Verlauf der Abgasströme nach den Pfeilen 25 gekennzeichnet. Dieser Betrieb wird als einflutig bezeichnet, da nur ein Stirnwandkatalysator 10 und ein Unterbodenkatalysator 14 vom Abgas durchströmt werden.

In dieser Betriebsweise befinden sich beide Ventileinrichtungen 20, 21 in Schließstellung. Das Abgas aus der zweiten Zylinderbank 5 strömt in den ersten linken Stirnwandkatalysator 10. Aufgrund der Schließstellung der zweiten Ventileinrichtung 21 gelangt das Abgas von der zweiten Zylinderbank 6 in den zweiten Querabgasstrang 24 und über diesen in den ersten linken Stirnwandkatalysator 10. Stromab des ersten linken Stirnwandkatalysators 10 gelangt das Abgas aufgrund der Schließstellung der ersten Ventileinrichtung 20 in den ersten Querabgasstrang 23 und von dort in den zweiten rechten Verbindungsabgasstrang 16 zu dem zweiten rechten Unterbodenkatalysator 14. Von dem zweiten rechten Unterbodenkatalysator 14 gelangt das Abgas über zum Beispiel ein nicht näher dargestelltes Endrohr ins Freie.

Diese einflutige Betriebsweise ermöglicht, dass stets ein Katalysator eines Abgasstranges, hier für den Abgasstrang 2 der Stirnwandkatalysator 10 und für den Abgasstrang 3 der Unterbodenkatalysator 14 vom Abgas durchströmt werden, so dass für jeden Abgasstrang 2, 3 eine Aufheizung erfolgt. Da nur ein einzelner Stirnwandkatalysator 10 auf seine Konvertierungstemperatur (geringe Masse) gebracht werden muss, erfolgt ein besonders schnelles Anspringen der Abgasanlage 1, insbesondere bei einem Kaltstart der Brennkraftmaschine. Nach dem Erreichen der Konvertierungstemperatur kann dann durch Öffnen der Ventileinrichtungen 20, 21 auf den zweiflutigen Betrieb übergegangen werden. Die Ansteuerung der beiden Ventileinrichtungen 20, 21 kann dabei von einem nicht näher dargestellten elektronischen Steuergerät übernommen werden.

Die Unterbringung der Stirnwandkatalysatoren 10, 12 ist dabei nicht auf die Stirnwand beschränkt. Auch andere zweckmäßige Orte im Kraftfahrzeug sind möglich. Auch die Unterbringung der Unterbodenkatalysatoren 11, 14 ist nicht auf den Unterboden eines Kraftfahrzeugs beschränkt, auch hier sind andere zweckmäßige Orte möglich.

Bei den Ventileinrichtungen 20, 21 kann es sich zum Beispiel um Abgasklappen bekannter Bauart handeln.

Bei den in den Ausführungsbeispielen gezeigten Katalysatoren 10, 11, 12, 14 handelt es sich um Dreiwegekatalysatoren. Es sind aber auch Kombinationen mit SCR (Selektiv Catalytic Reduction)- Katalysatoren, Oxidationskatalysatoren, Adsorptionskatalysatoren oder entsprechenden Unterkombinationen derselben denkbar.

Die Fig. 3 zeigt ein zweites erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel, bei dem alle gleichen oder gleichwirkenden Teile mit denselben Bezugszeichen des ersten Ausführungsbeispiels gekennzeichnet sind. Gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel ist ein Reihensechszylindermotor dargestellt, dessen erste Zylinderbank 5 an den ersten Abgasstrang 2 und dessen zweite Zylinderbank 6 an den zweiten Abgasstrang 3 angeschlossen ist. Gestrichelt eingezeichnet in Fig. 3 ist eine Ansauganlage 28 für die Zylinderbänke 5, 6. Außerdem ist die einflutige Betriebsweise bei geschlossenen Ventileinrichtungen 20, 21 dargestellt, wie die eingezeichneten Pfeile 25 zeigen. Durch Schließen der Ventileinrichtungen 20, 21 kann wie im ersten Ausführungsbeispiel auf die einflutige Betriebsweise übergegangen werden. Selbstverständlich ist es möglich, die Abgasanlage auch für 8, 10, 12, usw. - Reihenzylindermotoren zu verwenden. Auch ist die erfindungsgemäße Abgasanlage 1 des ersten Ausführungsbeispiels für 8, 10, 12, usw. V-Motoren geeignet.

Claims

1. Abgasanlage für eine Brennkraftmaschine, mit zwei Abgassträngen, wobei ein jeder Abgasstrang zwei Katalysatoren aufweist, mit je einer Ventileinrichtung in einem Abgasstrang, dadurch gekennzeichnet, dass zur schnellen Aufheizung der Katalysatoren (10, 11, 12, 14) die Stellung der zwei Ventileinrichtungen (20, 21) so erfolgt, dass in je einem Abgasstrang (2; 3) nur ein einzelner Katalysator (10; 14) von Abgas durchströmt ist, und nach der Aufheizphase die Stellung der zwei Ventileinrichtungen (20, 21) so erfolgt, dass je Abgasstrang (2, 3) zwei Katalysatoren (10,11; 12, 14) vom Abgas durchströmt sind.

2. Abgasanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Ventileinrichtungen (20, 21) vor Erreichen einer bestimmten Betriebstemperatur geschlossen und nach Erreichen einer bestimmten Betriebstemperatur geöffnet sind.

3. Abgasanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Betriebstemperatur um die Konvertierungstemperatur für die Katalysatoren (10, 11, 12, 14) handelt.

4. Abgasanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Querleitungen (23, 24) zwischen den Abgassträngen (2, 3) vorgesehen sind.

5. Abgasanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Abgas in Schließstellung der beiden Ventileinrichtungen (20, 21) in den Querleitungen (23, 24) strömt und in Offenstellung der beiden Ventileinrichtungen (20, 21) im Wesentlichen in den Querleitungen (23, 24) nicht strömt.

6. Abgasanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinrichtungen (20, 21) in Form von Abgasklappen ausgebildet sind.

7. Abgasanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Ventileinrichtung (20) zwischen den zwei Katalysatoren (10, 11) des ersten Abgasstrangs (2) und die zweite Ventileinrichtung (21) im zweiten Abgasstrang (3) stromauf des zuerst mit Abgas beaufschlagten Katalysators (12) des zweiten Abgasstrangs (2) untergebracht ist.

8. Abgasanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Katalysatoren (10, 12) um Stirnwandkatalysatoren handelt, die in Motornähe verbaut sind.

9. Abgasanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Katalysatoren (11, 14) um Unterbodenkatalysatoren handelt, die am Fahrzeugunterboden eines Kraftfahrzeugs verbaut sind.