DE102011111088A1

DE102011111088A1 - System for reducing exhaust gas back pressure in exhaust line of e.g. petrol combustion engine of motor vehicle, has exhaust gas bypass channel arranged within catalytic converter, where effluent stream is partly conveyed through channel

Info

Publication number: DE102011111088A1
Application number: DE102011111088A
Authority: DE
Inventors: Michael Cremer
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2011-08-18
Filing date: 2011-08-18
Publication date: 2013-02-21

Abstract

The system (10) has an exhaust gas catalytic converter (12) comprising a housing (14) with an inlet opening (16) and an outlet opening (18). An effluent stream of an internal combustion engine is conveyed through the outlet opening. A substrate element (20) is arranged in the housing for cleaning the effluent stream. The effluent stream is partly conveyed through an exhaust gas bypass channel (28) that is arranged within the catalytic converter and the substrate element. The bypass channel is designed as a pipe, and an actuator (24) i.e. thermal element, is made of bimetal. The substrate element is designed as a temperature-stable honeycomb body. An independent claim is also included for a method for reducing exhaust gas back pressure for an internal combustion engine.

Description

Die Erfindung betrifft ein System zur Abgasgegendruckminderung an einem Verbrennungsmotor und ein Verfahren zur Abgasgegendruckminderung.The invention relates to a system for reducing exhaust gas back pressure in an internal combustion engine and to a method for reducing exhaust back pressure.

Der Abgasgegendruck ist der Druck in der Abgasleitung, welcher in der Regel hinter einer Zusammenführung der Abgasstränge der einzelnen Zylinder gemessen wird.The exhaust back pressure is the pressure in the exhaust pipe, which is usually measured behind a junction of the exhaust gas lines of the individual cylinders.

Um einen optimalen Gaswechsel des Motors zu ermöglichen sollte der Abgasgegendruck möglichst gering sein. Im Bereich der Ventilüberschneidung kann es zu Rückströmen von Abgas in den Zylinder kommen. Dies kann zur Verringerung der Füllung des Zylinders und somit zu Drehmoment- bzw. Leistungseinbußen führen. Jedoch kann zur Reduktion von Stickoxiden eine interne Abgasrückführung gewollt sein. Die zusätzliche Ausschiebearbeit gegen den höheren Abgasgegendruck führt zu Wirkungsgradverschlechterung und erhöht damit den spezifischen Kraftstoffverbrauch.In order to allow an optimal gas exchange of the engine, the exhaust back pressure should be as low as possible. In the area of the valve overlap, backflow of exhaust gas into the cylinder may occur. This can lead to a reduction in the filling of the cylinder and thus to torque or performance losses. However, an internal exhaust gas recirculation may be desired for the reduction of nitrogen oxides. The additional Ausschiebearbeit against the higher exhaust back pressure leads to efficiency deterioration, thus increasing the specific fuel consumption.

Wenn der Abgasgegendruck größer ist als der Druck auf der Saugseite, was insbesondere bei aufgeladenen Motoren auftreten kann, spricht man von einem negativen Spülgefälle. Die Folgen sind Füllungsverluste in den Zylindern durch hohen Restgasanteil und höherer Kraftstoffverbrauch.If the exhaust back pressure is greater than the pressure on the suction side, which can occur especially in turbocharged engines, it is called a negative purge gradient. The consequences are filling losses in the cylinders due to their high residual gas content and higher fuel consumption.

Der Druck in der Abgasleitung kann durch Einbauten beispielsweise durch einen Katalysator, einen Abgasturbolader oder einen Partikelfilter erhöht werden.The pressure in the exhaust pipe can be increased by internals, for example, by a catalyst, an exhaust gas turbocharger or a particulate filter.

Die WO 2006/010506 A1 beschreibt ein Abgassystem, welches einen Abgasumgehungskanal aufweist. Der Abgasumgehungskanal weist eine Reduktionsmittelzugabeeinrichtung zur Zugabe eines Reduktionsmittels in das Abgas auf.The WO 2006/010506 A1 describes an exhaust system having an exhaust bypass passage. The exhaust bypass passage has a reducing agent adding means for adding a reducing agent into the exhaust gas.

Es besteht ein ständiges Bedürfnis ein System zur Minderung des Abgasgegendrucks konstruktiv zu vereinfachen.There is a continuing need to constructively simplify a system for reducing exhaust backpressure.

Es ist die Aufgabe der Erfindung ein System zur Abgasgegendruckminderung für einen Verbrennungsmotor zur Verfügung zu stellen, durch welchen Platz und Material eingespart werden kann.It is the object of the invention to provide a system for exhaust back pressure reduction for an internal combustion engine, by which space and material can be saved.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruchs 1. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.The object is achieved by the features of claim 1. Preferred embodiments of the invention are specified in the subclaims.

Eine Ausführungsform der Erfindung betrifft ein System zur Abgasgegendruckminderung für einen Verbrennungsmotor mit einem Abgaskatalysator, wobei der Abgaskatalysator ein Gehäuse mit mindestens einer Einlassöffnung und mindestens einer Auslassöffnung, durch welche ein Abgasstrom des Verbrennungsmotors leitbar ist, aufweist, wobei in dem Gehäuse ein Substratelement zur Reinigung des Abgasstromes angeordnet ist, und mindestens einem Abgasumgehungskanal, wobei der Abgasstrom zumindest teilweise durch den mindestens einen Abgasumgehungskanal leitbar ist, wobei der mindestens eine Abgasumgehungskanal innerhalb des Abgaskatalysators angeordnet ist.An embodiment of the invention relates to a system for exhaust gas backpressure for an internal combustion engine with an exhaust gas catalyst, wherein the exhaust gas catalyst, a housing having at least one inlet opening and at least one outlet opening through which an exhaust gas stream of the internal combustion engine is conductive, wherein in the housing, a substrate element for cleaning the Exhaust stream is arranged, and at least one Abgasumgehungskanal, wherein the exhaust stream is at least partially conductive through the at least one Abgasumgehungskanal, wherein the at least one Abgasumgehungskanal is disposed within the catalytic converter.

Als Substratelement kann beispielsweise ein temperaturstabiler Wabenkörper aus Keramik und/oder ein Partikelfilter verwendet werden. Ferner ist es möglich durch eine Kombination von Abgaskatalysatormaterial und Partikelfilter eine Abgasreinigungsanlage in einem einzigen Bauteil zur Verfügung zu stellen. Durch die Integration des Abgasumgehungskanals in den Abgaskatalysator kann die Baugröße einer Abgasreinigungsanordnung reduziert werden. Weiterhin reduziert sich der Abgasgegendruck im offenen Zustand des Abgasumgehungskanals. Dies mindert die Verlustleistung bei hoher Motorlast. Ferner kann gegenüber einem externen Abgasumgehungskanal das Abgas sicher durch den motornahen Abgaskatalysator geleitet werden. Desweiteren kann durch die Anordnung ein einfacherer Aufbau realisiert werden und es können sowohl weniger Bauteile, als auch Arbeitsschritte verwendet werden.As a substrate element, for example, a temperature-stable honeycomb body made of ceramic and / or a particle filter can be used. Furthermore, it is possible to provide an exhaust gas purification system in a single component by means of a combination of catalytic converter material and particle filter. By integrating the exhaust bypass passage into the exhaust catalyst, the size of an exhaust purification device can be reduced. Furthermore, the exhaust back pressure is reduced in the open state of the exhaust gas bypass passage. This reduces the power loss at high engine load. Further, compared to an external exhaust bypass passage, the exhaust gas can be safely passed through the engine near catalytic converter. Furthermore, a simpler structure can be realized by the arrangement and it can both less components, and operations are used.

Bei einem geschlossenen Abgasumgehungskanal wird das Abgas durch das Substratelement des Abgaskatalysators geleitet. Desweiteren kann der Bauteilschutz durch Anreicherung in Volllast gesenkt werden. Mit Hilfe der Erfindung kann die Leistung des Motors erhöht werden und/oder die gleiche Leistung mit geringerem Kraftstoff-Verbrauch erzielt werden.In a closed Abgasumgehungskanal the exhaust gas is passed through the substrate element of the catalytic converter. Furthermore, the component protection can be reduced by enrichment at full load. With the aid of the invention, the power of the engine can be increased and / or the same power can be achieved with lower fuel consumption.

Vorzugweise ist der mindestens eine Abgasumgehungskanal innerhalb des Substratelements angeordnet. Der Außendurchmesser und/oder die Abmessungen des Substrates können an das Gehäuse des Abgaskatalysators angepasst werden. Desweiteren ist es möglich den Abgasumgehungskanal beispielsweise im Wesentlichen zentrisch oder exzentrisch in dem Substratelement anzuordnen. Mehrere Abgasumgehungskanäle können beispielsweise paarweise in dem Substratelement angeordnet sein. Der Abgasumgehungskanal kann außerhalb des Substratelementes beispielsweise randseitig, in einer beispielsweise nutförmigen Ausnehmung, welche seitlich in dem Substratelement ausgebildet sein kann, angeordnet sein. Ferner kann der Abgasumgehungskanal zwischen dem Substratelement und einer Innenseite des Gehäuses des Abgaskatalysators ausgebildet sein.Preferably, the at least one exhaust gas bypass channel is arranged within the substrate element. The outer diameter and / or the dimensions of the substrate can be adapted to the housing of the catalytic converter. Furthermore, it is possible, for example, to arrange the exhaust gas bypass channel substantially centrally or eccentrically in the substrate element. For example, a plurality of exhaust bypass ducts may be arranged in pairs in the substrate element. The exhaust gas bypass duct can be arranged outside the substrate element, for example, on the edge side, in an example, groove-shaped recess, which can be formed laterally in the substrate element. Further, the Abgasumgehungskanal may be formed between the substrate member and an inner side of the housing of the catalytic converter.

In einer bevorzugten Ausgestaltungsform ist der Abgasumgehungskanal in Form eines Rohres ausgebildet. Durch die Ausbildung des Abgasumgehungskanals in Form eines Rohres kann der Abgasumgehungskanal vom umgebenden Substratelement abgetrennt werden, um ein Einströmen des Abgases, welches zumindest teilweise in das Abgasumgehungsrohr einströmen kann, in das Substratelement zu verhindern. Das Abgas, welches zumindest teilweise durch den Abgasumgehungskanal strömt, kommt durch das integrierte Rohr nicht mit dem Substratelement in Kontakt. Das Rohr, insbesondere der rohrförmige Abgasumgehungskanal, kann dabei beispielsweise in Form eines Keramikrohrs oder eines Stahlrohrs ausgebildet sein.In a preferred embodiment, the exhaust gas bypass passage is in the form of a pipe educated. By forming the exhaust bypass passage in the form of a pipe, the exhaust bypass passage may be separated from the surrounding substrate member to prevent inflow of the exhaust gas, which may at least partially flow into the exhaust bypass pipe, into the substrate member. The exhaust gas, which at least partially flows through the exhaust gas bypass passage, does not come into contact with the substrate member through the integrated pipe. The tube, in particular the tubular exhaust gas bypass channel, can be designed, for example, in the form of a ceramic tube or a steel tube.

Vorzugsweise ist an dem Abgasumgehungskanal eine Verschließeinheit angeordnet, wobei der Abgasumgehungskanal durch die Verschließeinheit fluiddicht verschließbar ist. Dadurch kann eine Dichtheit nach außen hin vergleichbar zu einem herkömmlichen Katalysator erreicht werden. Dies bedeutet, dass in dem Abgaskatalysator sich ein Abgasgegendruck aufbauen kann, der erst durch ein Öffnen des Abgasumgehungskanals gemindert werden kann. Durch den fluiddicht verschlossenen Abgasumgehungskanal kann kein Abgas vorher durch den Abgasumgehungskanal entweichen. Die Verschließeinheit kann dabei vollständig oder teilweise innerhalb des Gehäuses des Abgaskatalysators angeordnet sein. Bei einer beispielsweise vollständig in dem Gehäuse des Abgaskatalysators angeordneten Verschließeinheit, können sämtliche Bauteile der Verschließeinheit innerhalb des Gehäuses des Abgaskatalysators angeordnet sein. Bei einer Verschließeinheit welche zumindest teilweise in dem Gehäuse des Abgaskatalysators angeordnet ist, können einige Bauteile außerhalb des Gehäuses des Abgaskatalysators angeordnet sein, wobei beispielsweise durch eine Öffnung im Gehäuse des Abgaskatalysators die Bauteile der Verschließeinheit außerhalb des Gehäuses des Abgaskatalysators mit den Bauteilen der Verschließeinheit innerhalb des Gehäuses des Abgaskatalysators verbunden sein können.Preferably, a sealing unit is arranged on the exhaust gas bypass channel, wherein the exhaust gas bypass channel can be closed fluid-tight by the sealing unit. Thereby, a leak to the outside can be achieved comparable to a conventional catalyst. This means that an exhaust gas back pressure can build up in the catalytic converter, which can only be reduced by opening the exhaust gas bypass channel. Due to the fluid-tight closed exhaust gas bypass passage, no exhaust gas can escape beforehand through the exhaust gas bypass passage. The closing unit can be arranged completely or partially within the housing of the catalytic converter. For example, in a closing unit arranged completely in the housing of the catalytic converter, all components of the closing unit can be arranged inside the housing of the catalytic converter. In a closure unit which is arranged at least partially in the housing of the catalytic converter, some components may be arranged outside the housing of the catalytic converter, wherein, for example, through an opening in the housing of the catalytic converter, the components of the closing unit outside the housing of the catalytic converter with the components of the sealing unit within the Housing of the catalytic converter can be connected.

Vorzugsweise ist die Verschließeinheit einlassöffnungsseitig und/oder auslassöffnungsseitig an dem Abgasumgehungskanal angeordnet. Der Begriff einlassöffnungsseitig bedeutet, dass die Verschließeinheit an der Seite im Abgaskatalysator angeordnet ist, an der die Einlassöffnung angeordnet ist. Der Begriff auslassöffnungsseitig bedeutet, dass die Verschließeinheit an der Seite im Abgaskatalysator angeordnet ist, welche der Auslassöffnung zugewandt ist. Bei einer einlassöffnungsseitigen Anordnung der Verschließeinheit im Abgaskatalysator kann die Öffnungsbewegung der Verschließeinheit in Richtung der Eingangsöffnung und somit entgegen der Einströmrichtung des Abgases erfolgen. Bei einer auslassöffnungsseitigen Anordnung der Verschließeinheit im Abgaskatalysator kann die Öffnungsbewegung in Richtung der Auslassöffnung und somit in Richtung der Einströmrichtung des Abgases erfolgen.Preferably, the closing unit is arranged on the inlet opening side and / or outlet opening side on the exhaust gas bypass channel. The term inlet opening side means that the closing unit is arranged on the side in the catalytic converter, on which the inlet opening is arranged. The term outlet opening side means that the closing unit is arranged on the side in the catalytic converter, which faces the outlet opening. In the case of an inlet opening-side arrangement of the closing unit in the exhaust gas catalytic converter, the opening movement of the closing unit can take place in the direction of the inlet opening and thus counter to the inflow direction of the exhaust gas. In the case of an outlet opening-side arrangement of the closing unit in the exhaust gas catalytic converter, the opening movement can take place in the direction of the outlet opening and thus in the direction of the inflow direction of the exhaust gas.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltungsform weist die Verschließeinheit mindestens ein Abdichtelement und einen Aktuator zum Bewegen des Abdichtelements auf. Mittels des Aktuators ist das Abdichtelement von einer ersten Position in eine zweite Position überführbar, wobei in der ersten Position, einer Schließposition, das Abdichtelement den Abgasumgehungskanal fluiddicht verschließt. In der zweiten Position, einer Öffnungsposition, in der der Aktuator das Abdichtelement von der Öffnung des Abgasumgehungskanals fort bewegt hat, ist der Abgasumgehungskanal vollständig geöffnet. Dadurch kann das Abgas zumindest teilweise in den Abgasumgehungskanal einströmen.In a particularly preferred embodiment, the closing unit has at least one sealing element and an actuator for moving the sealing element. By means of the actuator, the sealing element can be transferred from a first position to a second position, wherein in the first position, a closing position, the sealing element closes the exhaust gas bypass channel in a fluid-tight manner. In the second position, an open position in which the actuator has moved the sealing member away from the opening of the exhaust bypass passage, the exhaust bypass passage is fully opened. As a result, the exhaust gas can at least partially flow into the exhaust gas bypass channel.

Das Abdichtelement kann beispielsweise einen konischen, einen mehreckigen oder runden Querschnitt in axialer und/oder radialer Richtung aufweisen und kann in der ersten Position die Öffnung des Abgasumgehungskanals fluiddicht verschließen, um zu verhindern, dass Abgas zumindest teilweise in den Abgasumgehungskanal einströmen kann. Wenn beispielsweise das Abdichtelement konusförmig ausgestaltet ist, kann die konusförmige Ausgestaltung des Abdichtelementes in der Strömung des Abgases dazu dienen, die Abgase bei geschlossenem Abgasumgehungskanal optimal auf die Oberfläche des Substratelementes zu verteilen. Durch das Abdichtelement ist die Dichtheit der Anordnung insbesondere bei einem Kaltlauf des Verbrennungsmotors gewährleistet, bei dem der Verbrennungsmotor im kalten Zustand, beispielsweise nach längerem Parken des Kraftfahrzeugs, gestartet wird. Sobald der Verbrennungsmotor ein Abgas produziert, wird mit Hilfe des Abgases der Abgaskatalysator erwärmt, bis der Abgaskatalysator eine bestimmte Temperatur, eine durchschnittliche Betriebstemperatur, aufweist. Weiterhin kann das Abdichtelement Hinterschnitte aufweisen, um die Dichtheit des Systems bei einem Kaltlauf und in der Warmlaufphase des Verbrennungsmotors zu optimieren. Der Begriff Warmlaufphase bezieht sich dabei auf die Zeit von dem Kaltlauf des Verbrennungsmotors bis zur Erreichung der durchschnittlichen Betriebstemperatur des Abgaskatalysators. Der Aktuator überführt bei Erreichen einer Schalttemperatur das Abdichtelement von der ersten Position in die zweite Position. Dabei kann beispielsweise eine konusförmige Ausgestaltung des Abdichtelementes die Umströmung des Abgasumgehungskanals-Einlaufs optimieren, so dass die Abgase mit verringertem Druckverlust durch den Abgasumgehungskanal strömen. Ferner können beispielsweise Kohlenwasserstoffe auf dem konusförmigen Abdichtelement aufgrund der Temperatur verdampfen, wodurch eine verbesserte Konvertierung der Kohlenwasserstoffe ermöglicht werden kann. Dabei ist der Aktuator aufgrund der Schalttemperatur verformbar ausgestaltet. Der Begriff Schalttemperatur bezeichnet dabei die Temperatur, bei der der Aktuator verformt wird und das Abdichtelement von der ersten in die zweite Position überführt. Beispielsweise kann der Aktuator ein Thermoelement sein, welches vorgespannt im Abgaskatalysator angeordnet sein kann. Desweiteren kann der Aktuator mit dem Abdichtelement beispielsweise lösbar oder unlösbar verbunden sein. Beispielsweise kann die Verbindung mit Hilfe eines Befestigungsmittels, wie Schrauben oder Nieten, oder durch Adhäsionsmittel, wie Klebstoff, oder stoffschlüssig, durch Schweißen, erfolgen. Ferner kann der Aktuator das Abdichtelement zur Übertragung einer Kraft nur kontaktieren ohne dass der Aktuator mit dem Abdichtelement lösbar oder unlösbar verbunden ist, wobei der Aktuator das Abdichtelement gegen die Öffnung des Abgasumgehungskanals drücken kann. Beispielsweise kann bei Bewegung des Aktuators von der ersten Position in die zweite Position das Abdichtelement durch die Strömung des Abgases von der Öffnung des Abgasumgehungskanals wegdrückt werden. Weiterhin kann eine Feder vorgesehen sein, welche zwischen dem Abdichtelement und dem Gehäuse des Abgaskatalysators angeordnet sein kann. Durch die Feder kann das Abdichtelement mit einer Kraft beaufschlagt werden, welche den Aktuator unterstützt, bei Rückkehr in die erste Position das Dichtelement in die Öffnung des Abgasumgehungskanals zurück zu bewegen, um den Abgasumgehungskanal fluiddicht zu verschließen.The sealing element may, for example, have a conical, polygonal or round cross-section in the axial and / or radial direction and may, in the first position, close the opening of the exhaust gas bypass channel in a fluid-tight manner in order to prevent exhaust gas from at least partially being able to flow into the exhaust gas bypass channel. If, for example, the sealing element is designed to be cone-shaped, the conical configuration of the sealing element in the flow of the exhaust gas can serve to optimally distribute the exhaust gases with the exhaust-gas bypass channel closed to the surface of the substrate element. By the sealing element, the tightness of the arrangement is ensured in particular in a cold run of the internal combustion engine, in which the internal combustion engine in the cold state, for example, after prolonged parking of the motor vehicle, is started. As soon as the internal combustion engine produces an exhaust gas, the catalytic converter is heated with the aid of the exhaust gas until the catalytic converter has a certain temperature, an average operating temperature. Furthermore, the sealing element may have undercuts in order to optimize the tightness of the system in a cold run and in the warm-up phase of the internal combustion engine. The term warm-up phase refers to the time from the cold run of the internal combustion engine to the achievement of the average operating temperature of the catalytic converter. The actuator transfers when reaching a switching temperature, the sealing element from the first position to the second position. In this case, for example, a conical configuration of the sealing element to optimize the flow around the exhaust bypass duct inlet, so that the exhaust gases flow through the exhaust bypass passage with reduced pressure loss. Further, for example, hydrocarbons on the cone-shaped sealing member may evaporate due to the temperature, thereby enabling improved conversion of the hydrocarbons. In this case, the actuator is deformable due to the switching temperature designed. The term switching temperature refers to the temperature at which the actuator is deformed and the sealing element transferred from the first to the second position. For example, the actuator may be a thermocouple, which may be arranged biased in the catalytic converter. Furthermore, the actuator with the sealing element, for example, be releasably or permanently connected. For example, the connection by means of a fastening means, such as screws or rivets, or by adhesive means, such as adhesive, or cohesively, by welding, take place. Furthermore, the actuator can only contact the sealing element for transmitting a force without the actuator being detachably or non-detachably connected to the sealing element, wherein the actuator can press the sealing element against the opening of the exhaust gas bypass channel. For example, upon movement of the actuator from the first position to the second position, the sealing member may be urged away from the opening of the exhaust bypass passage by the flow of the exhaust gas. Furthermore, a spring may be provided, which may be arranged between the sealing element and the housing of the catalytic converter. By the spring, the sealing member can be acted upon with a force which assists the actuator, upon return to the first position to move the sealing member back into the opening of the exhaust gas bypass passage to fluid-tightly close the exhaust gas bypass passage.

Vorzugsweise ist der Aktuator temperaturabhängig regelbar. Beispielsweise kann die durchschnittliche Betriebstemperatur bei einem Abgaskatalysator für Benzinverbrennungsmotoren bei ≥ 800°C und bei einem Abgaskatalysator für Dieselverbrennungsmotoren bei ≥ 500°C betragen, wobei die Betriebstemperatur auch vom verschiedenen Substrat, beispielsweise Metallträger, Keramiksubstrat, Partikelfilter, Stickstoff (NOx)-Speicherkatalysator, etc. abhängig ist. Die Temperatur bei der der Aktuator sich verformt, um beispielsweise dadurch das Abdichtelement von der ersten Position in die zweite Position zu überführen ist dabei die Schalttemperatur. Dabei kann sich die Schalttemperatur von der durchschnittlichen Betriebstemperatur unterscheiden. Die Schalttemperatur kann beispielsweise höher als die durchschnittliche Betriebstemperatur sein. Beispielsweise kann das öffnen des Abgasumgehungskanals durch eine Überführung des Abdichtelementes durch den Aktuator von der ersten Position in die zweite Position verzögert stattfinden, das heißt, dass nach Erreichen der durchschnittlichen Betriebstemperatur der Abgasumgehungskanal erst bei Erreichen einer Schalttemperatur, welche höher als die durchschnittliche Betriebstemperatur ist, geöffnet wird. Dies kann beispielsweise dann der Fall sein, wenn die durchschnittliche Betriebstemperatur niedriger ist als die zum Verformen des Aktuators erforderliche Schalttemperatur, und somit nicht ausreicht, um den Aktuator zu verformen. Beispielsweise kann bei Volllast des Verbrennungsmotors und einer entsprechend höheren Temperatur des Abgases das Abgas durch den Abgaskatalysator strömen, und dadurch kann die Schalttemperatur erreicht werden, bei welcher der Aktuator verformt wird. Auf diese Weise wird das Abdichtelemente durch den Aktuator von einer ersten Position in eine zweite Position überführt und der Abgasumgehungskanal kann geöffnet werden. Durch Regelung über die Temperatur des Abgases kann auf einen zusätzlichen an den Betriebsbedingungen angepassten Regelkreis verzichtet werden. Dies vereinfacht die Wartung der Anordnung und die Anordnung kann wartungsfrei ein Kraftfahrzeugleben lang verwendet werden.Preferably, the actuator is temperature-dependent controllable. For example, in an exhaust gas catalytic converter for gasoline internal combustion engines, the average operating temperature may be ≥ 800 ° C and a diesel engine exhaust gas catalyst may be ≥ 500 ° C, with the operating temperature also from the various substrate, such as metal substrate, ceramic substrate, particulate filter, nitrogen (NOx) storage catalyst, etc. is dependent. The temperature at which the actuator deforms in order, for example, thereby to transfer the sealing element from the first position to the second position is the switching temperature. The switching temperature may differ from the average operating temperature. For example, the switching temperature may be higher than the average operating temperature. For example, the opening of the exhaust gas bypass passage may take place delayed by a transfer of the sealing element by the actuator from the first position to the second position, that is, after reaching the average operating temperature of the exhaust gas bypass passage until reaching a switching temperature which is higher than the average operating temperature, is opened. This may for example be the case when the average operating temperature is lower than the switching temperature required for deforming the actuator, and thus insufficient to deform the actuator. For example, at full load of the internal combustion engine and a correspondingly higher temperature of the exhaust gas, the exhaust gas can flow through the catalytic converter, and thereby the switching temperature can be achieved, at which the actuator is deformed. In this way, the sealing element is transferred by the actuator from a first position to a second position and the exhaust gas bypass channel can be opened. By controlling the temperature of the exhaust gas can be dispensed with an additional adapted to the operating conditions control loop. This simplifies the maintenance of the arrangement and the arrangement can be used maintenance-free for a motor vehicle life.

In einer bevorzugten Ausgestaltungsform besteht der Aktuator aus mindestens zwei Materialien, die einen unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen, insbesondere wobei der Aktuator mindestens ein Bimetall aufweist. Ein Bimetall ist ein Metallstreifen aus zwei Schichten unterschiedlicher Metalle, die miteinander stoffschlüssig oder formschlüssig verbunden sein können. Charakteristisch für ein Bimetall ist die Veränderung der Form bei einer Temperaturänderung. Diese Veränderung der Form kann beispielsweise eine Verbiegung sein. Ursache ist der unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizient der verwendeten Metalle. Durch die Auswahl von zwei Materialien mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten ist es möglich, den Aktuator mit Hilfe und in Abhängigkeit von der Temperatur des Abgases und/oder der durchschnittlichen Betriebstemperatur des Abgaskatalysators zu regeln. Bei Abkühlung des Aktuators unter die Schalttemperatur ist das Abdichtelement durch den Aktuator bei einem geöffneten Abgasumgehungskanal in die erste Position mit einer Schließbewegung überführbar. Bei einer Temperatur des Abgases und/oder der durchschnittlichen Betriebstemperatur des Abgaskatalysators höher oder gleich der Schalttemperatur ist das Abdichtelement durch den Aktuator mit einer Öffnungsbewegung in die zweite Position überführbar, wobei das Abgas zumindest teilweise in den Abgasumgehungskanal ein- und durchströmen kann.In a preferred embodiment, the actuator consists of at least two materials which have a different thermal expansion coefficient, in particular wherein the actuator has at least one bimetal. A bimetal is a metal strip made of two layers of different metals, which can be connected to one another in a material-locking or form-fitting manner. Characteristic of a bimetal is the change of shape during a temperature change. This change in shape may, for example, be a bend. The cause is the different thermal expansion coefficient of the metals used. By selecting two materials with different coefficients of thermal expansion, it is possible to control the actuator with the help and in dependence on the temperature of the exhaust gas and / or the average operating temperature of the catalytic converter. Upon cooling of the actuator below the switching temperature, the sealing element can be transferred by the actuator at an open Abgasumgehungskanal in the first position with a closing movement. At a temperature of the exhaust gas and / or the average operating temperature of the catalytic converter higher than or equal to the switching temperature, the sealing element can be converted by the actuator with an opening movement in the second position, wherein the exhaust gas at least partially in the exhaust gas bypass passage and can flow.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft die Verwendung der Anordnung in einem Abgaskatalysator zur Reinigung eines Abgasstromes eines Verbrennungsmotors.Another aspect of the invention relates to the use of the arrangement in an exhaust gas catalytic converter for purifying an exhaust gas stream of an internal combustion engine.

Ferner wird ein Verfahren zur Abgasgegendruckminderung für Verbrennungsmotoren umfassend folgende Schritte beansprucht:

– Durchströmen eines Abgaskatalysators mit einem Abgas eines Verbrennungsmotors,
– Bewegen einer Verschließeinheit zum Öffnen oder Verschließen eines Abgasumgehungskanals innerhalb des Abgaskatalysators in Abhängigkeit von einer einstellbaren Schalttemperatur,
– Durchströmen des Abgasumgehungskanals mit mindestens einem Teil des Abgases
– Bewegen der Verschließeinheit zum Schließen des Abgasumgehungskanals innerhalb des Abgaskatalysators bei unterschreiten der Schalttemperatur.

Furthermore, a method for exhaust backpressure reduction for internal combustion engines is claimed comprising the following steps:

Flowing through an exhaust gas catalytic converter with an exhaust gas of an internal combustion engine,
Moving a closing unit for opening or closing an exhaust gas bypass duct within the exhaust gas catalytic converter as a function of an adjustable switching temperature,
- Flow through the Abgasumgehungskanal with at least a portion of the exhaust gas
- Moving the closing unit for closing the Abgasumgehungskanal within the catalytic converter in falling below the switching temperature.

Nachfolgend werden einige Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen näher erläutert, wobei die nachfolgend dargestellten Merkmale sowohl jeweils einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können.Hereinafter, some embodiments will be explained in more detail with reference to the accompanying drawings, wherein the features shown below, both individually and in combination may represent an aspect of the invention.

Es zeigen:Show it:

1: eine schematische Darstellung eines Systems zur Abgasgegendruckminderung 1 : A schematic representation of a system for exhaust backpressure reduction

2 eine schematische Darstellung eines weiteren Systems zur Abgasgegendruckminderung 2 a schematic representation of another system for exhaust back pressure reduction

In 1 ist eine Schnittansicht eines Systems 10 zur Abgasgegendruckminderung für einen Verbrennungsmotor dargestellt. Das System 10 weist einen Abgaskatalysator 12 auf. Der Abgaskatalysator 12 weist ein Gehäuse 14 mit einer Einlassöffnung 16 und einer Auslassöffnung 18 auf, wobei die Einlassöffnung 16 und die Auslassöffnung 18 an gegenüberliegenden Seiten des Gehäuses angeordnet sind. In dem Gehäuse 14 des Abgaskatalysators 12 ist ein Substratelement 20 angeordnet. Das Abgas (nicht dargestellt) strömt dabei durch die Einlassöffnung 16 in den Abgaskatalysator 12 ein. Das Abgas strömt durch den Abgaskatalysator 12 hindurch und verlässt den Abgaskatalysator 12 durch die Auslassöffnung 18.In 1 is a sectional view of a system 10 shown for exhaust back pressure reduction for an internal combustion engine. The system 10 has an exhaust gas catalyst 12 on. The catalytic converter 12 has a housing 14 with an inlet opening 16 and an outlet opening 18 on, with the inlet opening 16 and the outlet opening 18 are arranged on opposite sides of the housing. In the case 14 of the catalytic converter 12 is a substrate element 20 arranged. The exhaust gas (not shown) flows through the inlet opening 16 in the catalytic converter 12 one. The exhaust gas flows through the catalytic converter 12 through and leaves the catalytic converter 12 through the outlet opening 18 ,

Das Substratelement 20 besteht in dieser Ausführungsform aus einem herkömmlichen Katalysatormaterial für Abgaskatalysatoren, beispielsweises aus einem temperaturstabilen Wabenkörper aus Keramik. Innerhalb des Substratelementes 20 ist zentrisch ein Abgasumgehungskanal 28 angeordnet. Der Abgasumgehungskanal 28 erstreckt sich dabei in dem Substratelement 20 in Form einer durchgehenden Bohrung von der der Einlassöffnung 16 zugewandten Seite bis zu der der Auslassöffnung 18 zugewandten Seite des Substratelementes 20. Der Abgasumgehungskanal 28 ist dabei gegenüber dem Substratelement 20 abgedichtet, so dass beim Durchströmen des Abgasumgehungskanals 28 durch das Abgas, das Abgas nicht mit dem Substratelement 20 in Kontakt kommt.The substrate element 20 consists in this embodiment of a conventional catalyst material for catalytic converters, for example, from a temperature-stable honeycomb body made of ceramic. Within the substrate element 20 is centric an exhaust bypass duct 28 arranged. The exhaust bypass duct 28 extends in the substrate element 20 in the form of a through bore from that of the inlet opening 16 facing side to the outlet opening 18 facing side of the substrate element 20 , The exhaust bypass duct 28 is opposite to the substrate element 20 sealed so that when flowing through the exhaust gas bypass duct 28 through the exhaust gas, the exhaust gas not with the substrate element 20 comes into contact.

Innerhalb des Gehäuses 14 ist eine Verschließeinheit 22 angeordnet, wobei die Verschließeinheit 22 das Substratelement 20, insbesondere den Abgasumgehungskanal 28 einlassöffnungsseitig kontaktieren kann. In 1 ist der Abgasumgehungskanal 28 teilweise geöffnet dargestellt, die Verschließeinheit 22 ist beabstandet zu dem Abgasumgehungskanal 28, um ein Einströmen des Abgases zu ermöglichen. Die Verschließeinheit 22 besteht aus einem Aktuator 24 und aus einem Abdichtelement 26, wobei des Abdichtelement 26 substratelementseitig angeordnet ist, und der mit dem Abdichtelement 26 verbundene Aktuator 24 einlassöffnungsseitig angeordnet ist. Der Aktuator 24 kann ein Thermoelement sein und kann aus einem Bimetall bestehen, wobei das Thermoelement vorgespannt sein kann. In 1 ist das Verschließelement 22 einlassöffnungsseitig an dem Substratelement 20 angeordnet. Das eine Ende des Aktuators 24 ist mit dem Gehäuse 14 des Abgaskatalysators 12 an der Einlassöffnung 16 verbunden. Des andere Ende des Aktuators 24 ist mit dem Abdichtelement 26 verbunden. Das Abdichtelement 24 verschließt mit der dem Aktuator 24 gegenüberliegenden Seite den Abgasumgehungskanal 30. Mit Hilfe des Aktuators 24 kann das Abdichtelement 26 von einer ersten Position in eine zweite Position überführt werden. Die erste Position ist dabei die Schließposition in der des Abdichtelement 26 den Abgasumgehungskanal 28 fluiddicht abdichtet, so dass kein Abgas zumindest teilweise in den Abgasumgehungskanal 28 einströmen kann. Die zweite Position ist die Öffnungsposition in der das Abdichtelement 26 durch den Aktuator 24 von der Öffnung des Abgasumgehungskanals 28 wegbewegt wird, so dass Abgas in den Abgasumgehungskanal 28 strömen kann. Dabei wird der Abgasumgehungskanal 28 erst bei Erreichen einer Schalttemperatur geöffnet. In der dargestellten Ausführungsform kann der Abgaskatalysator 12 eine Betriebstemperatur aufweisen. Üblicherweise liegt die durchschnittliche Betriebstemperatur bei Abgaskatalysatoren für Benzinverbrennungsmotoren bei ≥ 800°C und bei Abgaskatalysatoren für Dieselmotoren bei ≥ 500°C. Jedoch ist in dieser Ausführungsform die durchschnittliche Betriebstemperatur nicht ausreichend, um den Aktuator 24 zu verformen. Wenn nun bei Volllast des Verbrennungsmotors und entsprechenden höheren Temperaturen des Abgases, das Abgas durch die Einlassöffnung 16 in den Abgaskatalysator 12 strömt, durchströmt das Abgas auch die Verschließeinheit 22 und das Substratelement 20, bevor es durch die Auslassöffnung 18 den Abgaskatalysator 12 verlässt. Dabei kann die Schalttemperatur erreicht werden, bei welcher der Aktuator 24 verformt wird. Auf diese Weise wird das Abdichtelemente 26 durch den Aktuator 24 von einer ersten Position in eine zweite Position überführt und der Abgasumgehungskanal 28 ist wie dargestellt geöffnet.Inside the case 14 is a closure unit 22 arranged, wherein the closing unit 22 the substrate element 20 , in particular the exhaust gas bypass duct 28 can contact inlet opening side. In 1 is the exhaust bypass duct 28 shown partially open, the closing unit 22 is spaced from the exhaust bypass passage 28 to allow an inflow of the exhaust gas. The closing unit 22 consists of an actuator 24 and a sealing element 26 , wherein the sealing element 26 substrate element side is arranged, and with the sealing element 26 connected actuator 24 inlet opening side is arranged. The actuator 24 may be a thermocouple and may consist of a bimetal, wherein the thermocouple may be biased. In 1 is the closing element 22 inlet opening side on the substrate element 20 arranged. The one end of the actuator 24 is with the case 14 of the catalytic converter 12 at the inlet opening 16 connected. The other end of the actuator 24 is with the sealing element 26 connected. The sealing element 24 closes with the actuator 24 opposite side of the exhaust bypass passage 30 , With the help of the actuator 24 can the sealing element 26 be transferred from a first position to a second position. The first position is the closed position in the sealing element 26 the exhaust bypass duct 28 fluid-tight, so that no exhaust gas at least partially into the exhaust gas bypass passage 28 can flow in. The second position is the opening position in the sealing element 26 through the actuator 24 from the opening of the exhaust gas bypass passage 28 is moved away, leaving exhaust gas in the exhaust gas bypass duct 28 can flow. In this case, the exhaust gas bypass channel 28 only opened when a switching temperature is reached. In the illustrated embodiment, the exhaust gas catalyst 12 have an operating temperature. The average operating temperature for catalytic converters for gasoline internal combustion engines is usually ≥ 800 ° C and for catalytic converters for diesel engines at ≥ 500 ° C. However, in this embodiment, the average operating temperature is not sufficient to drive the actuator 24 to deform. If now, at full load of the internal combustion engine and corresponding higher temperatures of the exhaust gas, the exhaust gas through the inlet opening 16 in the catalytic converter 12 flows, the exhaust gas also flows through the closing unit 22 and the substrate element 20 before passing through the outlet opening 18 the catalytic converter 12 leaves. In this case, the switching temperature can be achieved, in which the actuator 24 is deformed. In this way, the sealing elements 26 through the actuator 24 transferred from a first position to a second position and the exhaust gas bypass passage 28 is open as shown.

Das Abdichtelement 26 ist in der dargestellten Ausführungsform konusförmig ausgebildet. Durch die konusförmige Ausgestaltung des Abdichtelementes 26 kann das Abdichtelemente 26 das Abgas bei einem geschlossenen Abgasumgehungskanal 28 die Abgase optimal auf die Oberfläche des Katalysatormaterials verteilen, während das Abdichtelement 26 bei einem geöffneten Abgasumgehungskanal 28 die Umströmung der Abgasumgehungskanalöffnung optimiert, so dass die Abgase mit geringem Druckverlust durch den Abgasumgehungskanal 28 strömen. Desweiteren wird ein verbessertes Verdampfen von Kohlenwasserstoffe auf dem Abdichtelement 26 ermöglicht. Ferner kann das Abdichtelement 26 mit Hinterschnitten versehen sein (nicht dargestellt), um die Dichtheit des Systems zu optimieren. Das Abdichtelement 26 ist zur Seite der Einlassöffnung 16 hin mit dem Aktuator 24 verbunden. Die Verbindung zwischen dem Aktuator 24 und dem Abdichtelement 26 kann dabei lösbar sein, und beispielsweise über ein Befestigungsmittel erfolgen. Bei einer Schalttemperatur ist der Aktuator 24 verformbar und kann dadurch das Abdichtelement 26 von der ersten Position in die zweite Position überführen, dies bedeutet dass die Öffnung des Abgasumgehungskanals 28 geöffnet ist und das Abgas zumindest teilweise zur Abgasgegendruckminderung in den Abgasumgehungskanal 28 strömen kann.The sealing element 26 is conical in the illustrated embodiment. Due to the conical configuration of the sealing element 26 can the sealing elements 26 the exhaust gas at a closed Abgasumgehungskanal 28 distribute the exhaust gases optimally on the surface of the catalyst material, while the sealing 26 at an open Abgasumgehungskanal 28 optimizes the flow around the Abgasumgehungskanalöffnung so that the exhaust gases with low pressure drop through the Abgasumgehungskanal 28 stream. Furthermore, an improved evaporation of hydrocarbons on the sealing element 26 allows. Furthermore, the sealing element 26 be provided with undercuts (not shown) in order to optimize the tightness of the system. The sealing element 26 is to the side of the inlet opening 16 out with the actuator 24 connected. The connection between the actuator 24 and the sealing element 26 can be solvable, and for example via a fastener. At a switching temperature is the actuator 24 deformable and can thereby the sealing element 26 from the first position to the second position, this means that the opening of the exhaust gas bypass passage 28 is open and the exhaust gas at least partially for exhaust back pressure reduction in the exhaust gas bypass passage 28 can flow.

2 zeigt eine Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform eines Systems 10 zur Abgasgegendruckminderung für einen Verbrennungsmotor. Das System 10 weist einen Abgaskatalysator 12 auf. Der Abgaskatalysator 12 weist ein Gehäuse 14 mit einer Einlassöffnung 16 und einer Auslassöffnung 18 auf, wobei die Einlassöffnung 16 und die Auslassöffnung 18 an gegenüberliegenden Seiten des Gehäuses angeordnet sind. In dem Gehäuse 14 des Abgaskatalysators 12 ist ein Substratelement 20 angeordnet. Das Abgas (nicht dargestellt) strömt dabei durch die Einlassöffnung 16 in den Abgaskatalysator 12 ein. Das Abgas strömt durch den Abgaskatalysator 12 hindurch und verlässt den Abgaskatalysator 12 durch die Auslassöffnung 18. Ferner ist eine Verschließeinheit 22 innerhalb des Gehäuses 14 des Abgaskatalysators 12 angeordnet. Die Verschließeinheit 22 ist dabei innerhalb des Substratelements 20 in dem Abgasumgehungskanal 20 angeordnet. 2 shows a sectional view of another embodiment of a system 10 for exhaust back pressure reduction for an internal combustion engine. The system 10 has an exhaust gas catalyst 12 on. The catalytic converter 12 has a housing 14 with an inlet opening 16 and an outlet opening 18 on, with the inlet opening 16 and the outlet opening 18 are arranged on opposite sides of the housing. In the case 14 of the catalytic converter 12 is a substrate element 20 arranged. The exhaust gas (not shown) flows through the inlet opening 16 in the catalytic converter 12 one. The exhaust gas flows through the catalytic converter 12 through and leaves the catalytic converter 12 through the outlet opening 18 , Furthermore, a closing unit 22 inside the case 14 of the catalytic converter 12 arranged. The closing unit 22 is within the substrate element 20 in the exhaust bypass passage 20 arranged.

Das Substratelement 20 ist zweiteilig ausgebildet, und weist einen ersten Teil und einen zweiten Teil auf. In 2 ist die Trennlinie zwischen dem ersten Teil des Substratelements 20 und dem zweiten Teil des Substratelements 20 in Form einer gestrichelten Linie dargestellt. Der erste Teil des Substratelementes 20, welcher einlassöffnungsseitig angeordnet ist, kann aus einem Substratmaterial eines Abgaskatalysators, beispielsweise aus einem temperaturstabilen Wabenkörper aus Keramik bestehen. Der zweite Teil des Substratelements 20, welcher auslassöffnungsseitig angeordnet ist und den ersten Teil des Substratelementes 20 im Wesentlichen vollständig kontaktiert, kann aus einem Partikelfilter bestehen. In dem Substratelement 20 ist zentrisch der Abgasumgehungskanal 28 angeordnet. Der Abgasumgehungskanal 28 besteht in der dargestellten Ausführungsform aus zwei Bereichen. Der an der Einlassöffnung 16 angeordnete Bereich verjüngt sich von der einlassöffnungsseitigen Oberfläche des Substratelementes 20 hin zu dem zweiten Bereich des Abgasumgehungskanals 28. Der zweite Bereich des Abgasumgehungskanals 28 weist die Form eines Kegelstumpfes auf, wobei das Ende des Kegelstumpfes in einen Zylinder übergeht, welcher sich bis zur auslassseitigen Oberfläche des Substratelementes 20 erstreckt. Dabei ist der geringere Durchmesser des Kegelstumpfes des zweiten Bereichs des Abgasumgehungskanals 28 mit dem Durchmesser des geringeren Durchmessers des ersten Bereichs des Abgasumgehungskanals 28 identisch. Die Verschließeinheit 22 ist innerhalb des Abgasumgehungskanals 28 angeordnet. Die Verschließeinheit 22 ist einlassöffnungsseitig innerhalb des Substratelements 20 angeordnet, insbesondere in dem Substratmaterial, und verschließt entgegen der Strömungsrichtung des Abgases den Abgasumgehungskanal 28 fluiddicht. Das Abgas kann bei einem geschlossenen Abgasumgehungskanal 28 vollständig und bei einem geöffneten Abgasumgehungskanal 28 zumindest teilweise durch das Substratelement 20 durchströmen. Dabei kann das Abgas sequentiell gereinigt werden und zwar zuerst durch das Substratmaterial eines Abgaskatalysators und direkt im Anschluss durch den Partikelfilter.The substrate element 20 is formed in two parts, and has a first part and a second part. In 2 is the dividing line between the first part of the substrate element 20 and the second part of the substrate element 20 shown in the form of a dashed line. The first part of the substrate element 20 , which is arranged inlet opening side, may consist of a substrate material of an exhaust gas catalyst, for example, a temperature-stable honeycomb body made of ceramic. The second part of the substrate element 20 which is arranged outlet opening side and the first part of the substrate element 20 essentially completely contacted, may consist of a particulate filter. In the substrate element 20 is centric the exhaust bypass duct 28 arranged. The exhaust bypass duct 28 consists of two areas in the illustrated embodiment. The one at the inlet 16 arranged region tapers from the inlet opening-side surface of the substrate element 20 toward the second region of the exhaust bypass duct 28 , The second area of the exhaust bypass duct 28 has the shape of a truncated cone, wherein the end of the truncated cone merges into a cylinder which extends to the outlet-side surface of the substrate element 20 extends. Here, the smaller diameter of the truncated cone of the second region of the exhaust gas bypass passage 28 with the diameter of the smaller diameter of the first region of the exhaust gas bypass passage 28 identical. The closing unit 22 is inside the exhaust bypass duct 28 arranged. The closing unit 22 is inlet opening side within the substrate element 20 arranged, in particular in the substrate material, and closes against the flow direction of the exhaust gas, the exhaust gas bypass passage 28 fluid-tight. The exhaust gas may be at a closed Abgasumgehungskanal 28 complete and with an open exhaust bypass duct 28 at least partially through the substrate element 20 flow through. In this case, the exhaust gas can be cleaned sequentially and that first by the substrate material of an exhaust gas catalyst and directly in the connection through the particulate filter.

Die Verschließeinheit 22 besteht aus einem Aktuator 24 und aus einem Abdichtelement 26. Der Aktuator 24 dient dazu das Abdichtelement 26 von einer ersten Position in eine zweite Position zu überführen. Die erste Position ist dabei die Schließposition in der des Abdichtelement 26 den Abgasumgehungskanal 28 fluiddicht abdichtet, so dass kein Abgas in den Abgasumgehungskanal 28 strömen kann. Die zweite Position ist die Öffnungsposition, welche das Abdichtelement 24 einnimmt, nach dem sich der Aktuator 24 bei einer Schalttemperatur verformt hat, so dass das Abgas zumindest teilweise in den Abgasumgehungskatalysator 28 strömen kann. Die Verschließeinheit 22 ist innerhalb des Abgasumgehungskanals 28 angeordnet. Das Abdichtelement 26 ist einlassöffnungsseitig in dem ersten Teil des Substratelementes 20 angeordnet und verschließt entgegen der Strömungsrichtung des Abgases den Abgasumgehungskanal 28. Der Abgasumgehungskanal 28 ist in dieser Ausführungsform als ein Rohr 30 ausgebildet, welches sich in dem Substratelement 20 durchgehend von der Seite der Einlassöffnung 16 bis hin zur Seite der Durchlassöffnung 18 erstreckt. Weiterhin weist der Abgasumgehungskanal 28 eine Einschnürung auf, welche im Übergang von dem ersten Bereich zum zweiten Bereich ausgebildet ist. Das Abdichtelement 26 verschließt in der ersten Position mit der von dem Aktuator 24 entgegensetzten Seite die Einschnürung des Abgasumgehungsrohrs 28 fluiddicht. Dadurch kann kein Abgas das Abgasumgehungsrohr 28 durchströmen. Ferner ist in dem Rohr 30 eine Feder 32 angeordnet, wobei die Feder 32 in Form einer Schraubenfeder ausgebildet sein kann. Die Feder 32 ist in der dargestellten Ausführungsform eine Schraubenfeder. Die Feder 32 berührt mit einem ersten Ende das Abdichtelement 26. Mit einem zweiten Ende, welches dem ersten Ende gegenüberliegt, ist die Feder 32 mit dem Gehäuse 14 des Abgaskatalysators 12 verbunden. In der dargestellten Ausführungsform ist der Abgasumgehungskanal 28 durch die Verschließeinheit 22 fluiddicht verschlossen.The closing unit 22 consists of an actuator 24 and a sealing element 26 , The actuator 24 serves for the sealing element 26 from a first position to a second position. The first position is the closed position in the sealing element 26 the exhaust bypass duct 28 seals fluid-tight, so that no exhaust gas into the exhaust gas bypass duct 28 can flow. The second position is the opening position, which is the sealing element 24 occupies, after which the actuator 24 deformed at a switching temperature, so that the exhaust gas at least partially into the exhaust gas bypass catalyst 28 can flow. The closing unit 22 is inside the exhaust bypass duct 28 arranged. The sealing element 26 is inlet opening side in the first part of the substrate element 20 arranged and closes against the flow direction of the exhaust gas, the exhaust gas bypass passage 28 , The exhaust bypass duct 28 is in this embodiment as a tube 30 formed, which in the substrate element 20 continuously from the side of the inlet opening 16 to the side of the passage opening 18 extends. Furthermore, the exhaust bypass passage 28 a constriction, which is formed in the transition from the first region to the second region. The sealing element 26 closes in the first position with that of the actuator 24 opposite side constricted the Abgasumgehungsrohrs 28 fluid-tight. As a result, no exhaust gas, the exhaust bypass pipe 28 flow through. Further, in the tube 30 a feather 32 arranged, with the spring 32 in Form of a coil spring may be formed. The feather 32 is a coil spring in the illustrated embodiment. The feather 32 touches the sealing element with a first end 26 , With a second end opposite the first end is the spring 32 with the housing 14 of the catalytic converter 12 connected. In the illustrated embodiment, the exhaust bypass passage is 28 through the sealing unit 22 sealed fluid-tight.

Die Feder 32 unterstützt den Aktuator 24 dabei das Abdichtelement 26 in Position zu halten und beim Überführen in die erste Position das Abdichtelement 26 wieder in die erste Position zu bringen. Das Abdichtelement 26 ist in diesem Ausführungsbeispiel konusförmig ausgestaltet.The feather 32 supports the actuator 24 while the sealing element 26 to hold in position and when transferring to the first position the sealing element 26 to bring back to the first position. The sealing element 26 is designed cone-shaped in this embodiment.

Der Aktuator 24 kann sich bei Erreichen der Schalttemperatur aufgrund der unterschiedlichen Wärmeübergangskoeffizienten des Bimetalls verformen. Dadurch kann das mit dem Aktuator 24 verbundene Abdichtelement 26 von der Öffnung des Abgasumgehungskanals 28 weg bewegt und in die zweite Position überführt werden. Bei der Entfernung des Abdichtelementes 26 von der Öffnung des Abgasumgehungskanals 28 wird die Feder 32 von dem Abdichtelement elastisch zusammengedrückt. Das Abgas kann zumindest teilweise in das Rohr 32 und somit in den Abgasumgehungskanal 28 strömen. Dadurch wird der Abgasgegendruck des Abgaskatalysators 12 vermindert, denn der aufgebaute Abgasgegendruck entweicht teilweise durch den Abgasumgehungskanal 28. Bei Unterschreiten der Schalttemperatur überführt der Aktuator 24 das Abdichtelement 26 in die erste Position und das Abdichtelement 26 verschließt die Öffnung des Abgasumgehungskanals 28.The actuator 24 can deform when reaching the switching temperature due to the different heat transfer coefficient of the bimetal. This can do this with the actuator 24 connected sealing element 26 from the opening of the exhaust gas bypass passage 28 be moved away and transferred to the second position. When removing the sealing element 26 from the opening of the exhaust gas bypass passage 28 becomes the spring 32 elastically compressed by the sealing member. The exhaust gas can at least partially into the pipe 32 and thus into the exhaust bypass passage 28 stream. As a result, the exhaust back pressure of the exhaust gas catalyst 12 reduced, because the built-up exhaust back pressure escapes partially through the Abgasumgehungskanal 28 , When the switching temperature falls below the value, the actuator transfers 24 the sealing element 26 in the first position and the sealing element 26 closes the opening of the exhaust gas bypass duct 28 ,

Während zumindest ein beispielhaftes Ausführungsbeispiel in der vorstehenden Beschreibung näher erläutert wurde, sollte anerkannt werden, dass eine Vielzahl von Variationen möglich sind. Die Ausführungsbeispiele in der Beschreibung geben dem Fachmann eine nützliche Erläuterung an die Hand, um zumindest ein Ausführungsbeispiel zu verwirklichen, wobei Änderungen in Funktion und Anordnung der in den Ausführungsbeispielen beschriebenen Elemente vorgenommen werden können, ohne den Schutzbereich der nachstehenden Ansprüche und deren Äquivalente zu verlassen.While at least one exemplary embodiment has been described in detail in the foregoing description, it should be appreciated that a variety of variations are possible. The exemplary embodiments in the description give the skilled person a useful explanation in order to realize at least one embodiment, wherein changes in function and arrangement of the elements described in the embodiments can be made without departing from the scope of the following claims and their equivalents.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010: Systemsystem
1212: Abgaskatalysatorcatalytic converter
1414: Gehäusecasing
1616: Einlassöffnunginlet port
1818: Auslassöffnungoutlet
2020: Substratelementsubstrate member
2222: Verschließeinheitsealer
2424: Aktuatoractuator
2626: Abdichtelementsealing
2828: AbgasumgehungskanalExhaust bypass channel
3030: Rohrpipe
3232: Federfeather

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

WO 2006/010506 A1 [0006]

Claims

System ( 10 ) for exhaust back pressure reduction for an internal combustion engine with a catalytic converter ( 12 ), wherein the catalytic converter ( 12 ) a housing ( 14 ) with at least one inlet opening ( 16 ) and at least one outlet opening ( 18 ), through which an exhaust gas flow of the internal combustion engine can be conducted, wherein in the housing ( 14 ) a substrate element ( 20 ) is arranged for the purification of the exhaust gas stream, and at least one exhaust gas bypass channel ( 28 ), wherein the exhaust gas stream at least partially through the at least one exhaust gas bypass passage ( 28 ), wherein the at least one exhaust gas bypass duct ( 28 ) within the catalytic converter ( 12 ) is arranged.

System ( 10 ) according to claim 1, wherein the at least one exhaust gas bypass channel ( 28 ) within the substrate element ( 20 ) is arranged.

System ( 10 ) according to one of claims 1 or 2, wherein the at least one exhaust gas bypass duct ( 28 ) in the form of a tube ( 30 ) is trained.

System ( 10 ) according to one of claims 1 to 3, wherein on the at least one exhaust gas bypass duct ( 28 ) a closure unit ( 22 ), wherein the exhaust gas bypass duct ( 28 ) through the sealing unit ( 22 ) is closed fluid-tight.

System ( 10 ) according to claim 4, wherein the sealing unit ( 22 ) inlet opening side and / or outlet opening side on the exhaust gas bypass channel ( 28 ) is arranged.

System ( 10 ) according to one of claims 4 to 5, wherein the sealing unit ( 22 ) at least one sealing element ( 26 ) and an actuator ( 24 ) for moving the sealing element ( 26 ) having.

System ( 10 ) according to claim 6, wherein the actuator ( 24 ) is temperature-dependent adjustable.

System ( 10 ) according to claim 7, wherein the actuator ( 24 ) consists of at least two materials which have a different thermal expansion coefficient, wherein the actuator ( 24 ) has at least one bimetal.

Exhaust line of a motor vehicle, in particular with an internal combustion engine, with at least one system ( 10 ) for exhaust back pressure reduction for internal combustion engines according to any one of claims 1 to 8.

Method for exhaust gas backpressure reduction for internal combustion engines, comprising the following steps: - flowing through an exhaust gas catalytic converter ( 12 ) with an exhaust gas of an internal combustion engine - moving a closing unit ( 22 ) for opening an exhaust gas bypass duct ( 28 ) within the catalytic converter ( 12 ) in dependence on an adjustable switching temperature, - flowing through the exhaust gas bypass channel ( 28 ) with at least part of the exhaust gas, and - moving the sealing unit ( 22 ) for closing the exhaust gas bypass passage ( 28 ) within the catalytic converter ( 12 ) when falling below the switching temperature.