DE102006038681A1

DE102006038681A1 - Abgasanlage für eine Mehrzylinder-Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102006038681A1
Application number: DE200610038681
Authority: DE
Inventors: Thomas Steinle; Rudolf Schmid; Bernhard Huebner
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2006-08-17
Filing date: 2006-08-17
Publication date: 2008-02-21

Abstract

Abgasanlage für eine Mehrzylinder-Brennkraftmaschine, umfassend mehrere Zylinder mit Abgasauslässen und diesen zugeordnete Strömungskanäle, welche stromabwärts zusammengeführt sind, wobei die Abströmkanäle einzelner Zylinder stromaufwärts der Zusammenführung mit wenigstens einem Verbindungskanal miteinander verbunden sind und im Verbindugnskanal ein steuerbares Drosselorgan angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Abgasanlage für eine Mehrzylinder-Brennkraftmaschine umfassend mehrere Zylinder mit Abgasauslässen und diesen zugeordnete Strömungskanäle, welche stromabwärts zusammengeführt sind.
Eine derartige Abgasanlage ist beispielsweise aus der EP 1 655 464 A2 bekannt, der zufolge jeweils die Auslasskanäle des ersten und vierten sowie des zweiten und dritten Zylinders einer Vierzylinder-Brennkraftmaschine zu insgesamt zwei Abgasströmen zusammengeführt und diese beiden Abgasströme ihrerseits stromabwärts zu einem einzigen Abgasstrom zusammengeführt werden. Im Bereich der zwei Abgasströme ist ein Verbindungskanal vorgesehen, der mittels eines gesteuerten Ventils schließbar ist, um eine verbesserte Leistung der Brennkraftmaschine zu erreichen, indem das maximale zusammenhängende Volumen der Abgasanlage variierbar ist. Mit dieser Anordnung sind zwar die Abgaskanäle von Zylindergruppen gesteuert miteinander verbindbar, die Abgaskanäle einzelner Zylinder jedoch nicht.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei einer eingangs genannten Abgasanlage eine gesteuerte Verbindung der Abgaskanäle einzelner Zylinder zu ermöglichen und so insbesondere eine besondere Harmonisierung des Drehmomentverlaufs und eine verbesserte Leistungssteigerung der Brennkraftmaschine zu erreichen.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit einer Abgasanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1, wobei erfindungsgemäß die Abströmkanäle einzelner Zylinder stromaufwärts der Zusammenführung mit wenigstens einem Verbindungskanal miteinander verbunden sind und im Verbindungskanal ein steuerbares Drosselorgan angeordnet ist. Ein großer Vorteil ist dabei, dass aufgrund der brennkraftmaschinennahen und den einzelnen Zylindern zugeordneten Anordnung des wenigstens einen Verbindungskanals die Auslassströmungen einzelner Zylinder mit nahezu unmodifizierten Druckverläufen miteinander interferieren können.
Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Gemäß eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung umfasst die Brennkraftmaschine zwei Zylinder sowie diesen zugeordnet zwei Abströmkanäle, welche stromaufwärts der Zusammenführung mittels eines ein steuerbares Drosselorgan aufweisenden Verbindungskanals miteinander verbunden sind. Die Abströmkanäle der beiden Zylinder können brennkraftmaschinennah miteinander verbunden werden, wobei der wirksame Querschnitt des Verbindungskanals einstellbar ist. Indem eine gesteuert variable Interferenz der Druckverläufe der beiden Zylinder ermöglicht wird, kann so bei einer zweizylindrigen Brennkraftmaschine der Drehmomentverlauf harmonisiert und die Leistung gesteigert werden. Außerdem werden Zyklenschwankungen reduziert und der Wirkungsgrad wird verbessert.
Vorzugsweise ist zur gesteuerten Betätigung des Drosselorgans eine mit einer Motorsteuerungseinrichtung signalleitend verbundene Verstelleinrichtung vorgesehen. Auf diese Weise kann eine Steuerung des Drosselorgans unter Einbeziehung von der Motorsteuerungseinrichtung bekannter Daten erfolgen.
Ein ebenfalls bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Brennkraftmaschine vier Zylinder sowie diesen zugeordnet vier Abströmkanäle umfasst, wobei stromaufwärts der Zusammenführungen die Abströmkanäle des ersten und vierten sowie des zweiten und dritten Zylinders jeweils mittels eines ein steuerbares Drosselorgan aufweisenden Verbindungskanals miteinander verbunden sind. Indem eine gesteuert variable Interferenz der Druckverläufe des ersten und des vierten Zylinders sowie des zweiten und des dritten Zylinder ermöglicht wird, kann so bei einer vierzylindrigen Brennkraftmaschine der Drehmomentverlauf harmonisiert und die Leistung gesteigert werden. Außerdem werden Zyklenschwankungen reduziert und der Wirkungsgrad wird verbessert.
Sehr zweckmäßig ist es, wenn zur gemeinsamen gesteuerten Betätigung der Drosselorgane eine mit einer Motorsteuerungseinrichtung signalleitend verbundene einzige Verstelleinrichtung vorgesehen ist. Auf diese Weise kann für die Zylinder eins und vier sowie zwei und drei eine synchrone Steuerung unter Einbeziehung von der Motorsteuerungseinrichtung bekannter Daten erfolgen.
Alternativ kann auch eine Ausführung mit zwei mit einer Motorsteuerungseinrichtung signalleitend verbundenen Verstelleinrichtungen zur gesondert gesteuerten Betätigung der Drosselorgane Vorteile bieten.
Nachfolgend sind besonders zu bevorzugende Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf Figuren näher erläutert, dabei zeigen schematisch und beispielhaft
1 eine Abgasanlage mit gesteuert drosselbarem Verbindungskanal zwischen Auslasskanälen einer Zweizylinder-Brennkraftmaschine und
2 eine Abgasanlage mit gesteuert drosselbaren Verbindungskanälen zwischen Auslasskanälen einer Vierzylinder-Brennkraftmaschine.
Eine Abgasanlage 100 mit gesteuert drosselbarem Verbindungskanal 112 zwischen Auslasskanälen 104, 106 einer hier nicht näher gezeigten Zweizylinder-Brennkraftmaschine 102 ist in 1 dargestellt.
Die Zylinder der Brennkraftmaschine 102 weisen Einlässe zum Einlass von Luft oder einem Luft-/Kraftstoffgemisch sowie Auslässe zum Auslass von Verbrennungsabgasen auf. Üblicherweise weisen die Zylinder mehrere Ein- und Auslässe auf, die mittels hubgesteuerten Ventilen geöffnet und geschlossen werden können.
Jedem Zylinder ist ein Abgaskanal 104, 106 zugeordnet, der das den Auslässen entströmende Abgas aufnimmt. Die Abgaskanäle 104, 106 sind mittels eines Verbindungskanals 112 miteinander verbunden, so dass die Abgaskanäle 104, 106 jeweils in einen Bereich 104a, 106a, in welchem überwiegend kein Gas- bzw. Druckaustausch zwischen den Abgaskanälen 104, 106 erfolgt und in einen Bereich 104b, 106b, in welchem ein Gas- bzw. Druckaustausch zwischen den Abgaskanälen 104, 106 möglich ist, unterteilt sind. Der Verbindungskanal 112 ist im Bereich des Abgaskrümmers angeordnet. Stromabwärts sind die Abgaskanäle 104, 106 an einer Zusammenführung 110 zusammengeführt und die Abgasströme werden nachfolgend in einem gemeinsamen Abgasrohr 108 geführt.
Im Verbindungskanal 112 ist ein steuerbares Drosselorgan 114 angeordnet. Vorliegend ist der Verbindungskanal 112 rohrförmig und das Drosselorgan 114 als um eine zentrale Achse verschwenkbare Drosselklappe ausgebildet. Die Drosselklappe ist mit der Drosselklappenwelle drehfest verbunden, an der Drosselklappenwelle greift eine Stelleinrichtung 116, hier ein elektrischer Motor, an, der von einer Steuereinrichtung 118 gesteuert wird. Die Steuereinrichtung kann ein baulich oder funktionell gesondertes Steuergerät sein, das signalleitend mit einer Motorsteuerungseinrichtung verbunden ist. Die Steuerung des Drosselorgans 114 kann aber auch durch die Motorsteuerungseinrichtung selbst erfolgen. Jedenfalls ist eine Steuerung des Drosselorgans 114 unter Einbeziehung von der Motorsteuerungseinrichtung bekannten Daten, wie beispielsweise Motordrehzahl, Motorlast, Leistungsanforderung, Zündzeitpunkt, Gemischzusammensetzung, Abgaszusammensetzung oder Verbrennungsverlauf, möglich.
2 zeigt eine Abgasanlage 200 mit gesteuert drosselbaren Verbindungskanälen 212, 213 zwischen Auslasskanälen 204, 205, 206, 207 einer Vierzylinder-Brennkraftmaschine 202.
Die Zylinder der Brennkraftmaschine 202 weisen Einlässe zum Einlass von Luft oder einem Luft-/Kraftstoffgemisch sowie Auslässe zum Auslass von Verbrennungsabgasen auf. Üblicherweise weisen die Zylinder mehrere Ein- und Auslässe auf, die mittels hubgesteuerten Ventilen geöffnet und geschlossen werden können.
Jedem Zylinder ist ein Abgaskanal 204, 205, 206, 207 zugeordnet, der das den Auslässen entströmende Abgas aufnimmt. Die Abgaskanäle 204, 207 sind mittels eines Verbindungskanals 212 und die Abgaskanäle 205, 206 sind mittels eines Verbindungskanals 213 miteinander verbunden, so dass die Abgaskanäle 204, 207 bzw. 205, 206 jeweils in einen Bereich, in welchem überwiegend kein Gas- bzw. Druckaustausch zwischen den Abgaskanälen 204, 207 bzw. 205, 206 erfolgt und in einen Bereich, in welchem ein Gas- bzw. Druckaustausch zwischen den Abgaskanälen 204, 207 bzw. 205, 206 möglich ist, unterteilt sind. Die Verbindungskanäle 212, 213 sind im Bereich des Abgaskrümmers angeordnet. Stromabwärts sind die Abgaskanäle 204, 207 an einer Zusammenführung 210 und die Abgaskanäle 205, 206 an einer Zusammenführung 211 zusammengeführt. Die zusammengeführten Abgasströme werden nachfolgend in gemeinsamen Abgasrohren 208, 209 geführt und gegebenenfalls nochmals in einem einzigen Abgasrohr zusammengeführt. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann auch eine einzige Zusammenführung vorgesehen sein, in der gleich die Abgaskanäle 204, 205, 206, 207 zusammengeführt und nachfolgend in einem einzigen gemeinsamen Abgaskanal weiter geführt werden.
Im Verbindungskanal 212 ist ein steuerbares Drosselorgan 214 und im Verbindungskanal 213 ist ein steuerbares Drosselorgan 215 angeordnet. Vorliegend sind die Verbindungskanäle 212, 213 rohrförmig und die Drosselorgane 214, 215 als um eine gemeinsame zentrale Achse verschwenkbare Drosselklappen ausgebildet. Gegebenenfalls können die Drosselklappen auch jeweils gesonderten Wellen zugeordnet sein. Die Drosselklappen sind mit der Drosselklappenwelle drehfest verbunden, an der Drosselklappenwelle greift eine Stelleinrichtung 216, hier ein elektrischer Motor, an, der von einer Steuereinrichtung 218 gesteuert wird. Die Steuereinrichtung kann ein baulich oder funktionell gesondertes Steuergerät sein, das signalleitend mit einer Motorsteuerungseinrichtung verbunden ist. Die Steuerung der Drosselorgane 214, 215 kann aber auch durch die Motorsteuerungseinrichtung selbst erfolgen. Jedenfalls ist eine Steuerung der Drosselorgane 214, 215 unter Einbeziehung von der Motorsteuerungseinrichtung bekannten Daten, wie beispielsweise Motordrehzahl, Motorlast, Leistungsanforderung, Zündzeitpunkt, Gemischzusammensetzung, Abgaszusammensetzung oder Verbrennungsverlauf, möglich.
Gemäß eines anderen Ausführungsbeispiels ist zur Steuerung eines jeden Drosselorgans 214, 215 eine gesonderte Stelleinrichtung 216 vorgesehen, so dass eine gesonderte, gegebenenfalls auch asynchrone Ansteuerung der Drosselorgane 214, 215 ermöglicht ist.
Die vorliegende Verbindung der Abgaskanäle der Zylinder eins und vier sowie zwei und drei mittels Verbindungskanälen 212, 213 berücksichtigt auch die Zündfolge der vier Zylinder. In anderen Ausführungsbeispielen, insbesondere bei anderen Zündfolgen, kann es daher zweckmäßig sein, beispielsweise die Abgaskanäle der Zylinder eins und zwei oder eins und drei und/oder die Abgaskanäle der Zylinder zwei und vier mittels Verbindungskanälen miteinander zu verbinden.
Die vorliegende Erfindung eignet sich besonders zum Einsatz bei einer Brennkraftmaschine in einem Kraftrad.

Claims

Abgasanlage (100, 200) für eine Mehrzylinder-Brennkraftmaschine (102, 202) umfassend mehrere Zylinder mit Abgasauslässen und diesen zugeordnete Strömungskanäle (104, 106, 204, 205, 206, 207), welche stromabwärts zusammengeführt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Abströmkanäle (104, 106, 204, 205, 206, 207) einzelner Zylinder stromaufwärts der Zusammenführung (110, 210, 211) mit wenigstens einem Verbindungskanal (112, 212, 213) miteinander verbunden sind und im Verbindungskanal (112, 212, 213) ein steuerbares Drosselorgan (114, 214, 215) angeordnet ist.
Abgasanlage (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine (102) zwei Zylinder sowie diesen zugeordnet zwei Abströmkanäle (104, 106) umfasst, welche stromaufwärts der Zusammenführung (110) mittels eines ein steuerbares Drosselorgan (114) aufweisenden Verbindungskanals (112) miteinander verbunden sind.
Abgasanlage (100) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur gesteuerten Betätigung des Drosselorgans (114) eine mit einer Motorsteuerungseinrichtung (118) signalleitend verbundene Verstelleinrichtung (116) vorgesehen ist.
Abgasanlage (200) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine (202) vier Zylinder sowie diesen zugeordnet vier Abströmkanäle (204, 205, 206, 207) umfasst, wobei stromaufwärts der Zusammenführungen (210, 211) die Abströmkanäle (204, 207) des ersten und vierten Zylinders sowie die Abströmkanäle (205, 206) des zweiten und dritten Zylinders jeweils mittels eines ein steuerbares Drosselorgan (214, 215) aufweisenden Verbindungskanals (212, 213) miteinander verbunden sind.
Abgasanlage (200) nach einem der Ansprüche 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur gemeinsamen gesteuerten Betätigung der Drosselorgane (214, 215) eine mit einer Motorsteuerungseinrichtung (218) signalleitend verbundene einzige Verstelleinrichtung (216) vorgesehen ist.
Abgasanlage nach einem der Ansprüche 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur gesondert gesteuerten Betätigung der Drosselorgane (214, 215) zwei mit einer Motorsteuerungseinrichtung (218) signalleitend verbundene Verstelleinrichtungen vorgesehen sind.