DE102017001876A1

DE102017001876A1 - Auspuffisolatorstruktur für Mehrzylindermotor

Info

Publication number: DE102017001876A1
Application number: DE102017001876.6A
Authority: DE
Inventors: Taku Kuramashi; Akira HATSUZAKI; Tomonori Nishida; Takashi Sasada
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2016-03-14
Filing date: 2017-02-27
Publication date: 2017-09-14
Also published as: JP6304290B2; US10302003B2; US20170260893A1; JP2017165123A

Abstract

Hierin wird eine Auspuffisolatorstruktur für einen Mehrzylindermotor eines Fahrzeugs offenbart. Die Struktur umfasst einen Abgaskrümmer 31, einen Direktkatalysator 40 und einen Wärmeisolator 27. Der Motor kann seinen Betriebsmodus von einem Betrieb mit allen Zylindern, bei dem alle von vier Zylindern aktiviert sind, zu einem Zylinderabschaltbetrieb, bei dem zwei der vier Zylinder deaktiviert sind, um als inaktive Zylinder zu dienen, und die anderen zwei Zylinder aktiviert sind, um als aktive Zylinder zu dienen, oder umgekehrt, umschalten. Der Abgaskrümmer 31 umfasst: mit inaktiven Zylindern verbundene Zweigabgasleitungen, die mit den inaktiven Zylindern kommunizieren; und mit aktiven Zylindern verbundene Zweigabgasleitungen, die mit den aktiven Zylindern kommunizieren. Ein Abschnitt des Wärmeisolators 27, der den mit aktiven Zylindern verbundenen Zweigabgasleitungen zugewandt ist, weist eine Öffnung 28 auf, die Fahrtwind in den Wärmeisolator 27 einlässt.

Description

HINTERGRUND
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Auspuffisolatorstruktur für einen Mehrzylindermotor.
Eine bekannte Auspuffisolatorstruktur umfasst einen Wärmeisolator, der einen Abgaskrümmer vollständig bedeckt, um einer Abnahme der Temperatur eines Abgases entgegenzuwirken, und der eine Öffnung aufweist, um Fahrtwind einzulassen. Zum Beispiel offenbart die ungeprüfte japanische Patentschrift Nr. H08-093470 eine Auspuffisolatorstruktur mit einem vorderseitigen Wärmeisolator und einem rückseitigen Wärmeisolator. Der vorderseitige Wärmeisolator bedeckt eine Vorderseite eines Abgaskrümmers vollständig und bedeckt auch teilweise zwei Seitenflächen des Abgaskrümmers, mit einem bezüglich des Abgaskrümmers verbleibenden Spalt. Der rückseitige Wärmeisolator bedeckt eine Rückseite des Abgaskrümmers und bedeckt auch den Rest der zwei Seitenflächen des Abgaskrümmers, ebenfalls mit einem bezüglich des Abgaskrümmers verbleibenden Spalt. Der vorderseitige Wärmeisolator weist einen ersten Luftstromeinlass (Öffnung) auf, und der rückseitige Wärmeisolator weist einen Luftstromauslass auf. Ferner ist ein zweiter Luftstromeinlass (Öffnung) durch einen Abschnitt des rückseitigen Wärmeisolators geschnitten, der die zwei Seitenflächen des Abgaskrümmers bedeckt, um den ankommenden Luftstrom hin zu einem stromaufwärts liegenden Punkt zu lenken.
ZUSAMMENFASSUNG
Ein Mehrzylindermotor mit mehreren Zylindern kann einen Betrieb mit allen Zylindern, bei dem alle seine Zylinder aktiviert sind, und einen Zylinderabschaltbetrieb, bei dem einige seiner Zylinder deaktiviert sind, andere jedoch aktiviert sind, wiederholt durchführen, um die Kraftstoffwirtschaftlichkeit zu verbessern, während sich das Fahrzeug bei hohen Geschwindigkeiten fortbewegt.
Im Allgemeinen legt ein solcher Mehrzylindermotor vorab fest, welche Zylinder als inaktive Zylinder, die während des Zylinderabschaltbetriebs zu deaktivieren sind, dienen sollen und welche Zylinder als aktive Zylinder, die während des Zylinderabschaltbetriebs zu aktivieren sind, dienen sollen, und hält die aktiven Zylinder immer aktiviert, solange der Motor ein ist und läuft. Deshalb unterzieht ein Mehrzylindermotor die aktiven Zylinder einer größeren Wärmelast als die inaktiven Zylinder und tendiert daher dazu, die Temperatur von mit diesen aktiven Zylindern kommunizierenden Rohren in dem Abgaskrümmer anzuheben. Insbesondere wenn ein Wärmeisolator so vorgesehen ist, dass er den Abgaskrümmer vollständig bedeckt, erreicht das Innere des Wärmeisolators eine so hohe Temperatur, dass die mit den aktiven Zylindern kommunizierenden Rohre eine zu hohe Temperatur erreichen. Dies liegt daran, dass der Wärmeisolator den von den Rohren abgeleiteten Wärmebetrag verringert. Eine solche überhohe Temperatur der mit den aktiven Zylindern kommunizierenden Rohre verhindert, dass die Temperatur des von den aktiven Zylindern ausgestoßenen Abgases in dem Abgaskrümmer ausreichend gesenkt wird. Dadurch könnte ein Abgas bei einer Temperatur, die die maximal zulässige Temperatur der Abgasreinigungsvorrichtung übersteigt, in die Abgasreinigungsvorrichtung eindringen, was möglicherweise die Fähigkeit der Abgasreinigungsvorrichtung zur Abgasreinigung beeinträchtigt.
Um zu verhindern, dass Abgas so hoher Temperatur einen Defekt der Abgasreinigungsvorrichtung hervorruft, wurde vorgeschlagen, dass dem Abgas ein unverbrannter Kraftstoff zugegeben und durch die Wärme der Abgasreinigungsvorrichtung verdampft wird, um die Abgasreinigungsvorrichtung durch die Wärme dieser Verdampfung abzukühlen. Gemäß diesem Verfahren nimmt die Kraftstoffwirtschaftlichkeit aber um die Menge des unverbrannten Kraftstoffs, der dem Abgas zugegeben wird, ab.
Um ein solches Problem zu lösen, kann, wie bei der in der ungeprüften japanischen Patentschrift Nr. H08-093470 offenbarten Auspuffisolatorstruktur durch den Wärmeisolator eine Öffnung geschnitten sein, so dass die Luft durch die Öffnung strömt und die mit den aktiven Zylindern kommunizierenden Rohre kühlt.
Bei der in der ungeprüften japanischen Patentschrift Nr. H08-093470 offenbarten Auspuffisolatorstruktur sind die Öffnungen aber nicht nur an der Vorderseite des Abgaskrümmers, sondern auch an beiden Seitenflächen des Abgaskrümmers durch den Wärmeisolator geschnitten, um den Fahrtwind problemlos in den Abgaskrümmer eindringen zu lassen. Bei einer solchen Struktur dringt Fahrtwind auch ohne Weiteres in die mit den inaktiven Zylindern kommunizierende Rohre ein und kühlt diese. Das Kühlen dieser mit den inaktiven Zylindern kommunizierenden Rohre verhindert, dass die Wärme des Abgases durch diese Rohre, die mit den inaktiven Zylindern kommunizieren, effizient zu der Abgasreinigungsvorrichtung geleitet wird, direkt nachdem der Betriebsmodus von dem Zylinderabschaltbetrieb zu dem Betrieb mit allen Zylindern geschaltet wird. Dies verhindert, dass die Temperatur des Katalysators in der Abgasreinigungsvorrichtung einfach steigt, was möglicherweise zu einer Abnahme der Abgasreinigungsfähigkeit der Abgasreinigungsvorrichtung führt.
Daher besteht eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung darin, einer Abnahme der Temperatur des gesamten Abgaskrümmers entgegenzuwirken und zu verhindern, dass ein bestimmter Abschnitt des Abgaskrümmers lokal übermäßige Wärme erzeugt, während sich das Fahrzeug bei hohen Geschwindigkeiten fortbewegt.
Um diese Aufgabe zu verwirklichen, sieht die vorliegende Offenbarung eine Auspuffisolatorstruktur für einen Mehrzylindermotor eines Fahrzeugs vor. Die Struktur umfasst: einen Abgaskrümmer, der ausgelegt ist, um mehrere Ströme eines Abgases, die von mehreren säulenförmigen Zylindern des Mehrzylindermotors freigesetzt werden, zusammenzufassen; eine Abgasreinigungsvorrichtung, die mit einem bezüglich Abgas stromabwärts befindlichen Ende des Abgaskrümmers verbunden und ausgelegt ist, um das Abgas zu reinigen; und einen Wärmeisolator, der ausgelegt ist, um den Abgaskrümmer und die Abgasreinigungsvorrichtung zu bedecken, wobei bezüglich des Abgaskrümmers und der Abgasreinigungsvorrichtung ein gewisser Spalt verbleibt. Der Motor kann seinen Betriebsmodus von einem Betrieb mit allen Zylindern, bei dem alle der mehreren Zylinder aktiviert sind, zu einem Zylinderabschaltbetrieb, bei dem einige der mehreren Zylinder deaktiviert sind, um als inaktive Zylinder zu dienen, und die anderen Zylinder aktiviert sind, um als aktive Zylinder zu dienen, oder umgekehrt, umschalten. Der Abgaskrümmer umfasst: mit inaktiven Zylindern verbundene Zweigabgasleitungen, die mit den inaktiven Zylindern kommunizieren; und mit aktiven Zylindern verbundene Zweigabgasleitungen, die mit den aktiven Zylindern kommunizieren. Ein Abschnitt des Wärmeisolators, der den mit aktiven Zylindern verbundenen Zweigabgasleitungen zugewandt ist, weist eine Öffnung auf, die Fahrtwind in den Wärmeisolator einlässt.
Gemäß dieser Konfiguration weist ein Abschnitt des Wärmeisolators, der den mit aktiven Zylindern verbundenen Zweigabgasleitungen zugewandt ist, eine Öffnung auf, die Fahrtwind in den Wärmeisolator einlässt. Dies erleichtert das selektive Abkühlen der mit aktiven Zylindern verbundenen Zweigabgasleitungen, ohne ein Fallen der Temperatur der mit inaktiven Zylindern verbundenen Zweigabgasleitungen hervorzurufen, wodurch einer Abnahme der Temperatur des gesamten Abgaskrümmers entgegengewirkt wird und verhindert wird, dass ein bestimmter Abschnitt des Abgaskrümmers lokal übermäßige Wärme erzeugt, während sich das Fahrzeug bei hohen Geschwindigkeiten fortbewegt.
Verglichen mit einer Situation, bei der keine Wärmeisolatoren vorgesehen sind, erleichtert das Abdecken des Abgaskrümmers und der Abgasreinigungsvorrichtung mit dem Wärmeisolator es konkret, die Temperatur des Abgaskrümmers höher zu halten. Ferner weist ein Abschnitt des Wärmeisolators, der den mit aktiven Zylindern verbundenen Zweigabgasleitungen zugewandt ist, eine solche Öffnung auf. Während sich das Fahrzeug bei hohen Geschwindigkeiten fortbewegt, dringt somit der Fahrtwind durch die Öffnung in den Wärmeisolator ein, um direkt gegen die mit aktiven Zylindern verbundenen Zweigabgasleitungen zu peitschen. D. h. der Fahrtwind kann die mit aktiven Zylindern verbundenen Zweigabgasleitungen kühlen, wodurch verhindert wird, dass die mit aktiven Zylindern verbundenen Zweigabgasleitungen zu viel Wärme erzeugen. Dies wirkt einer Abnahme der Temperatur des gesamten Abgaskrümmers entgegen und verhindert, dass ein Abschnitt des Abgaskrümmers übermäßig Wärme erzeugt, während sich das Fahrzeug bei hohen Geschwindigkeiten fortbewegt.
Das geeignete Kühlen der mit aktiven Zylindern verbundenen Zweigabgasleitungen auf diese Weise, wobei die Luft auf das sich bei hohen Geschwindigkeiten fortbewegende Fahrzeug trifft, spart ferner die Nutzung eines unverbrannten Kraftstoffs zum Kühlen der Abgasreinigungsvorrichtung ein, was auch zum Verbessern der Kraftstoffwirtschaftlichkeit beiträgt.
In einer Ausführungsform der Auspuffisolatorstruktur für einen Mehrzylindermotor ist der Mehrzylindermotor an einem Frontende des Fahrzeugs quer in einem Motorraum eingebaut, so dass eine Richtung, in der die säulenförmigen Zylinder in Reihe angeordnet sind, parallel zu einer Fahrzeugbreitenrichtung ist. Eine Seitenfläche des Motors, die hin zu einem Heckende des Fahrzeugs weist, ist mit dem Abgaskrümmer gekoppelt. Ein bezüglich Abgas stromaufwärts befindliches Ende jeweils der mit inaktiven Zylindern verbundenen Zweigabgasleitungen und der mit aktiven Zylindern verbundenen Zweigabgasleitungen ist so angeordnet, dass es sich von der Seitenfläche des Motors, die zum Heckende des Fahrzeugs weist, hin zum Heckende des Fahrzeugs erstreckt. Der Wärmeisolator umfasst: eine obere Abdeckung, die ausgelegt ist, um den Abgaskrümmer und die Abgasreinigungsvorrichtung abzudecken, und über diesen angeordnet ist; und eine untere Abdeckung, die ausgelegt ist, um den Abgaskrümmer und die Abgasreinigungsvorrichtung bedecken, und unter diesen angeordnet ist. Die Öffnung ist durch einen Abschnitt einer oberen Fläche der oberen Abdeckung, die hin zu den mit aktiven Zylindern verbundenen Zweigabgasleitungen weist, geschnitten.
In dieser Ausführungsform ist der Mehrzylindermotor konkret an dem Frontende des Fahrzeugs in dem Motorraum eingebaut, und die Öffnung ist durch einen Abschnitt einer oberen Fläche der oberen Abdeckung, die hin zu den mit aktiven Zylindern verbundenen Zweigabgasleitungen weist, geschnitten. Die Öffnung weist somit zur Motorhaube des Fahrzeugs hin. Im Allgemeinen weist die Motorhaube eine Schalldämpfung auf, um das Motorgeräusch zu dämpfen. Auch das durch die Öffnung austretende Motorgeräusch wird daher in die Schalldämpfung absorbiert. D. h. das Schneiden der Öffnung durch die obere Abdeckung verbessert die Schalldämpfungsfähigkeit ausreichend, um zu verhindern, dass das Motorgeräusch leicht in den Fahrzeuginnenraum und außerhalb des Fahrzeuginnenraums übertragen wird.
In einer anderen Ausführungsform der Auspuffisolatorstruktur für einen Mehrzylindermotor ist der Motor ein Vierzylinderreihenmotor. Die Richtung, in der die vier Zylinder des Motors in Reihe angeordnet sind, ist parallel zu dem Motor. Wenn die vier Zylinder von einem der vier Zylinder, der sich an einem Ende des Motors befindet, hin zu dem anderen der vier Zylinder, der sich an dem anderen Ende des Motors befindet, nacheinander als erster, zweiter, dritter bzw. vierter Zylinder bezeichnet werden, dann dienen der erste und der vierte Zylinder als inaktive Zylinder und der zweite und der dritte Zylinder dienen als aktive Zylinder. Die mit inaktiven Zylindern verbundenen Zweigabgasleitungen bestehen aus: zwei mit inaktiven Zylindern verbundenen unabhängigen Abgasrohren, die jeweils mit den zwei inaktiven Zylindern kommunizieren; und einem mit inaktiven Zylindern verbundenen mittleren Sammelrohr, das durch Zusammenfassen der zwei mit inaktiven Zylindern verbundenen unabhängigen Abgasrohre gebildet ist. Die mit aktiven Zylindern verbundenen Zweigabgasleitungen bestehen aus: zwei mit aktiven Zylindern verbundenen unabhängigen Abgasrohren, die jeweils mit den zwei aktiven Zylindern kommunizieren; und einem mit aktiven Zylindern verbundenen mittleren Sammelrohr, das durch Zusammenfassen der zwei mit aktiven Zylindern verbundenen unabhängigen Abgasrohre gebildet ist. Der Abgaskrümmer umfasst weiterhin ein letztes Sammelrohr, das durch Zusammenfassen dieser mit inaktiven Zylindern verbundenen und mit aktiven Zylindern verbundenen mittleren Sammelrohre gebildet ist. Die Abgasreinigungsvorrichtung ist mit einem bezüglich Abgas stromabwärts befindlichen Ende des letzten Sammelrohrs verbunden. Die mit aktiven Zylindern verbundenen unabhängigen Abgasrohre sind so angeordnet, dass sie durch einen Raum über den mit inaktiven Zylindern verbundenen unabhängigen Abgasrohren treten.
Gemäß dieser Konfiguration sind die mit aktiven Zylindern verbundenen unabhängigen Abgasrohre so angeordnet, dass sie durch einen Raum über den mit inaktiven Zylindern verbundenen unabhängigen Abgasrohren treten. Die bezüglich Abgas stromaufwärts befindlichen Enden der mit aktiven Zylindern verbundenen unabhängigen Abgasrohre und das mit aktiven Zylindern verbundene mittlere Sammelrohr befinden sich somit über den mit inaktiven Zylindern verbundenen unabhängigen Abgasrohren. Dies lässt die durch die Öffnung in den Wärmeisolator einströmende Luft während Fortbewegung des Fahrzeugs leichter gegen die mit aktiven Zylindern verbundenen Zweigabgasleitungen peitschen, wodurch die mit aktiven Zylindern verbundenen Zweigabgasleitungen effizienter gekühlt werden.
In dieser Ausführungsform sind ferner der zweite und dritte Zylinder des Vierzylinderreihenmotors aktive Zylinder, und daher sind das mit aktivem Zylinder verbundene unabhängige Abgasrohr, das mit dem zweiten Zylinder kommuniziert, und das mit aktivem Zylinder verbundene unabhängige Abgasrohr, das mit dem dritten Zylinder kommuniziert, zueinander benachbart. Verglichen mit einer Situation, bei der die zwei mit aktiven Zylindern verbundenen unabhängigen Abgasrohre fern voneinander angeordnet sind, verschmälert dies den Bereich mit der Öffnung. Folglich kann die in den Wärmeisolator einströmende Luft während Fortbewegung des Fahrzeugs minimiert werden, und der fahrtwindbedingten Abnahme der Temperatur der mit inaktiven Zylindern verbundenen unabhängigen Abgasrohre und der Abgasreinigungsvorrichtung kann zuverlässiger entgegengewirkt werden.
In dieser bestimmten Ausführungsform ist das mit aktiven Zylindern verbundene mittlere Sammelrohr so angeordnet, dass es durch einen Raum über dem mit inaktiven Zylindern verbundenen mittleren Sammelrohr angeordnet ist. Die Öffnung ist so positioniert, dass sie zu den zwei mit aktiven Zylindern verbundenen unabhängigen Abgasrohren und einem Abschnitt weist, an dem die zwei mit aktiven Zylindern verbundenen unabhängigen Abgasrohre zusammengeführt sind, wenn der Wärmeisolator den Abgaskrümmer und die Abgasreinigungsvorrichtung bedeckt.
Gemäß dieser Konfiguration befinden sich die gesamten mit aktiven Zylindern verbundenen Zweigabgasleitungen über den mit inaktiven Zylindern verbundenen Zweigabgasleitungen. Dies verhindert zuverlässiger, dass die während Fortbewegung des Fahrzeugs durch die Öffnung in den Wärmeisolator blasende Luft eine Abnahme der Temperatur der mit inaktiven Zylindern verbundenen unabhängigen Abgasrohre hervorruft. Ferner können die zwei mit aktiven Zylindern verbundenen unabhängigen Abgasrohre und der Teil, an dem die zwei mit aktiven Zylindern verbundenen unabhängigen Abgasrohre zusammengeführt sind, wo die Temperatur in den mit aktiven Zylindern verbundenen Zweigabgasleitungen besonders schnell anzusteigen pflegt, mit dem Fahrtwind gezielt gekühlt werden. Folglich können die mit aktiven Zylindern verbundenen Zweigabgasleitungen noch effizienter gekühlt werden.
In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform sind die obere Abdeckung und die untere Abdeckung so angeordnet, dass, wenn der Wärmeisolator den Abgaskrümmer und die Abgasreinigungsvorrichtung bedeckt, sich ein unteres Ende der oberen Abdeckung außerhalb eines oberen Endes der unteren Abdeckung befindet und dass zwischen dem unteren Ende der oberen Abdeckung und dem oberen Ende der unteren Abdeckung ein Spalt verbleibt.
Diese Konfiguration ermöglicht es, dass die während der Fahrzeugfortbewegung durch die Öffnung in den Wärmeisolator strömende Luft durch den Spalt zwischen dem unteren Ende der oberen Abdeckung und dem oberen Ende der unteren Abdeckung aus dem Wärmeisolator austritt. Somit kann der Fahrtwind gleichmäßig aus dem Wärmeisolator austreten.
In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform ist das stromabwärts liegende Abgasrohr, das das von der Abgasreinigungsvorrichtung gereinigte Abgas durchlässt, mit einem bezüglich Abgas stromabwärts befindlichen Ende der Abgasreinigungsvorrichtung verbunden. Der Wärmeisolator bedeckt den Abgaskrümmer und die Abgasreinigungsvorrichtung sowie einen Bereich, der einen Abschnitt umgibt, in dem das stromabwärts liegende Abgasrohr mit der Abgasreinigungsvorrichtung verbunden ist. Ein Abschnitt des Wärmeisolators, der sich näher an dem Heckende des Fahrzeugs als die mit inaktiven Zylindern verbundenen Zweigabgasleitungen befindet, weist einen Tunnelabschnitt auf, der einen Teil des stromabwärts befindlichen Abgasrohrs, der sich näher an einem stromabwärts befindlichen Ende des Abgases befindet als der mit der Abgasreinigungsvorrichtung verbundene Abschnitt, aus dem Wärmeisolator herausreichen lässt.
Gemäß dieser Konfiguration lässt der für den Wärmeisolator vorgesehene Tunnelabschnitt die während Fahrzeugfortbewegung durch die Öffnung in den Wärmeisolator strömende Luft durch diesen aus dem Wärmeisolator austreten. Somit kann der Fahrtwind noch gleichmäßiger aus dem Wärmeisolator austreten.
Bei einer solchen Auspuffisolatorstruktur, bei der der Wärmeisolator den Tunnelabschnitt aufweist, ist der Tunnelabschnitt geeignet durch die untere Abdeckung geschnitten.
Diese Konfiguration vereinfacht die Struktur der oberen Abdeckung.
In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform sind die mit aktiven Zylindern verbundenen unabhängigen Abgasrohre in der Länge geeignet kürzer als die mit inaktiven Zylindern verbundenen unabhängigen Abgasrohre.
Wenn der Zylinderabschaltbetrieb durchgeführt wird, während sich das Fahrzeug bei hohen Geschwindigkeiten fortbewegt, während ein Abgas emittiert wird, dessen Temperatur nicht die zulässige Temperatur der Abgasreinigungsvorrichtung übersteigt, ermöglicht das Festlegen der Länge der mit aktiven Zylindern verbundenen unabhängigen Abgasrohre auf kürzer als die der mit inaktiven Zylindern verbundenen unabhängigen Abgasrohre, dass die Wärme des von den aktiven Zylindern freigesetzten Abgases effizient zu dem Katalysator in der Abgasreinigungsvorrichtung geleitet wird. Dies wirkt der Abnahme der Temperatur des Katalysators effektiv entgegen.
Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform befindet sich die Abgasreinigungsvorrichtung geeigneterweise unter den mit inaktiven Zylindern verbundenen unabhängigen Abgasrohren.
Während der Motor den Zylinderabschaltbetrieb ausführt, weisen die mit aktiven Zylindern verbundenen unabhängigen Abgasrohre im Einzelnen eine höhere Temperatur als die mit inaktiven Zylindern verbundenen unabhängigen Abgasrohre auf, da ein Abgas hoher Temperatur während des Zylinderabschaltbetriebs in die mit aktiven Zylindern verbundenen unabhängigen Abgasrohre eingeleitet wird. Selbst während des Zylinderabschaltbetriebs wird ferner das Abgas, das durch mit aktiven Zylindern verbundenen Zweigabgasleitungen geströmt ist, auch der Abgasreinigungsvorrichtung zugeführt, welche durch die Wärme der Reaktion zwischen dem Abgas und dem Katalysator erwärmt wird. Die Abgasreinigungsvorrichtung weist somit ebenfalls eine höhere Temperatur als die während des Zylinderabschaltbetriebs mit inaktiven Zylindern verbundenen Abgasrohre auf. Wenn sich daher die Abgasreinigungsvorrichtung unter den mit inaktiven Zylindern verbundenen unabhängigen Abgasrohren befindet, dann befinden sich die mit inaktiven Zylindern verbundenen unabhängigen Abgasrohre zwischen der Abgasreinigungsvorrichtung und den mit aktiven Zylindern verbundenen unabhängigen Abgasrohren. Dadurch werden die mit inaktiven Zylindern verbundenen unabhängigen Abgasrohre vertikal sowohl nach oben als auch nach unten durch die Abgasreinigungsvorrichtung und die mit aktiven Zylindern verbundenen unabhängigen Abgasrohre erwärmt. Dies wirkt der Abnahme der Temperatur der mit inaktiven Zylindern verbundenen unabhängigen Abgasrohre während des Zylinderabschaltbetriebs noch effektiver entgegen. Selbst direkt nach Umschalten des Betriebsmodus von dem Zylinderabschaltbetrieb zu dem Betrieb mit allen Zylindern kann ferner die Wärme des aus den inaktiven Zylindern freigesetzten Abgases ebenfalls effizient zu der Abgasreinigungsvorrichtung geleitet werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Draufsicht, die zeigt, wie eine Abgasanlage mit einer Auspuffisolatorstruktur für einen Mehrzylindermotor an einem Fahrzeug einzubauen ist.
2 ist eine Seitenansicht, die die Abgasanlage und ein Antriebsaggregat von einer linken Seite des Fahrzeugs aus gesehen zeigt.
3 ist eine Draufsicht, die bei entferntem Wärmeisolator im Abgas stromaufwärts befindliche Teile der Auspuffisolatorstruktur und ein geteiltes Rohr an dem am weitesten stromaufwärts befindlichen Abschnitt eines stromabwärts liegenden Abgasrohrs zeigt.
4 ist eine perspektivische Ansicht, die bei entferntem Wärmeisolator im Abgas stromaufwärts befindliche Teile der Auspuffisolatorstruktur und das geteilte Rohr an dem am weitesten stromaufwärts befindlichen Abschnitt des stromabwärts liegenden Abgasrohrs zeigt.
5 ist eine Querschnittansicht entlang der in 1 gezeigten Ebene V-V.
6 ist eine Draufsicht, die eine obere Abdeckung des Wärmeisolators der Auspuffisolatorstruktur zeigt.
7 ist eine Ansicht von unten, die eine untere Abdeckung des Wärmeisolators der Auspuffisolatorstruktur zeigt.
8 ist eine Seitenansicht, die den Wärmeisolator der Auspuffisolatorstruktur von einer linken Seite des Fahrzeugs aus gesehen zeigt.
9 ist eine Querschnittansicht entlang der in 6 gezeigten Ebene IX-IX.
EINGEHENDE BESCHREIBUNG
Anhand der Begleitzeichnungen werden Ausführungsformen einer Auspuffisolatorstruktur für einen Mehrzylindermotor nach der vorliegenden Offenbarung näher beschrieben.
1 und 2 zeigen eine Abgasanlage 50 zur Verwendung in einem Mehrzylindermotor 1 (nachstehend einfach als ”Motor 1” bezeichnet), an dem eine Auspuffisolatorstruktur nach einer beispielhaften Ausführungsform angebracht ist. Dieser Motor 1 ist ein Vierzylinderreihenmotor, bei dem vier säulenförmige Zylinder 2 in Reihe angeordnet sind. Der Motor 1 ist an dem Frontende eines Fahrzeugs in einem Motorraum quer eingebaut, so dass die Zylinderanordnungsrichtung parallel zur Fahrzeugbreitenrichtung ist (d. h. die rechte und linke Richtung auf dem Papier von 1). D. h. dieser Motor 1 ist ein quer eingebauter Motor. Dieser Motor 1 ist so angeordnet, dass er hin zum Heckende des Fahrzeugs nach oben geneigt ist. In der folgenden Beschreibung sollen der Motor 1 und die Abgasanlage 50 bereits in einem Fahrzeug eingebaut sein.
An einem Ende in der Zylinderanordnungsrichtung (d. h. an dem linken Ende des Fahrzeugs (entsprechend auch dem linken Ende in 1) in dieser beispielhaften Ausführungsform) ist der Motor 1 mit einem Getriebe 11 gekoppelt. Der Motor 1 und das Getriebe 11 bilden zusammen ein Antriebsaggregat 12. Dieses Getriebe 11 ist ebenfalls quer eingebaut, so dass deren (nicht gezeigten) Eingangs- und Ausgangswellen in der Fahrzeugbreitenrichtung verlaufen. Die Eingangswelle ist mit der Kurbelwelle des Motors 1, die sich in der Fahrzeugbreitenrichtung erstreckt, gekoppelt. Die Ausgangswelle ist mit einer Differentialeinheit 14 gekoppelt, die näher am Heckende des Fahrzeugs als das Getriebe 11 angeordnet ist. Auch wenn dies nicht gezeigt ist, verlaufen die rechten und linken Vorderrad-Antriebswellen, die mit dem rechten bzw. linken Vorderrad zu koppeln sind, von dieser Differentialeinheit 14 in der Fahrzeugbreitenrichtung nach rechts und nach links. In dieser beispielhaften Ausführungsform ist das Fahrzeug ein Frontmotorfahrzeug mit Vorderradantrieb (FF-Fahrzeug), dessen rechtes und linkes Vorderrad von dem Motor 1 angetrieben werden. In einer anderen Ausführungsform kann das Fahrzeug aber auch ein Allradantriebsfahrzeug sein.
Wie in 2 gezeigt ist eine Motorhaube 81 über dem Motor 1 angeordnet, um dem Nutzer durch Öffnen und Schließen der Motorhaube 81 auf den Motorraum Zugriff zu geben. Auch wenn dies nicht gezeigt ist, ist an einem Frontende der Motorhaube 81 ein Schließbügel zum Offenhalten der Motorhaube 81 vorgesehen. Ferner ist diese Motorhaube 81, auch wenn dies nicht gezeigt ist, mit einem Schalldämpfungselement ausgestattet, um das Geräusch des Laufens des Motors 1 zu dämpfen. Die Schwingungen der Luft und andere Störgeräusche, die von dem laufenden Motor 1 erzeugt werden, werden von der Motorhaube 81 gedämpft und weniger wahrscheinlich aus dem Fahrzeug nach außen übertragen.
Ein Ansaugkrümmer 4 zum Einleiten von Ansaugluft in jeweilige Zylinder 2 des Motors 1 ist weiterhin näher an dem Frontende des Fahrzeugs als der Motor 1 angeordnet. Dieser Ansaugkrümmer 4 umfasst vier Zweigeinlassrohre 4a–4d, die respektive für die vier Zylinder 2 des Motors 1 vorgesehen sind. Diese Zweigeinlassrohre 4a–4d sind in einem kurvenförmigen Muster so angeordnet, dass sie einen Ausgleichsbehälter 5 umgeben, der sich in der Zylinderanordnungsrichtung (d. h. der Fahrzeugbreitenrichtung) erstreckt. Die für die jeweiligen Zylinder 2 vorgesehenen Zweigeinlassrohre 4a–4d sind an einer Seitenfläche des Motors 1, die zum Frontende des Fahrzeugs weist, jeweils mit Öffnungen von Einlasskanälen (nicht gezeigt) der jeweiligen Zylinder 2 verbunden, um mit den jeweiligen Zylindern 2 zu kommunizieren.
Die Abgasanlage 50 zum Ablassen des von den jeweiligen Zylindern 2 in dem Motor 1 freigesetzten Abgases ist dagegen, wie in 3 und 4 gezeigt, näher an dem Heckende des Fahrzeugs als der Motor 1 angeordnet. Die Abgasanlage 50 umfasst einen Abgaskrümmer 31, einen Direktkatalysator 40, der als Abgasreinigungsvorrichtung für den Motor 1 dient, und ein stromabwärts befindliches Abgasrohr 51, die in dieser Reihenfolge von einem stromaufwärts liegenden Punkt hin zu dem stromabwärts liegenden Ende des Abgases angeordnet sind. Wie in 5–8 gezeigt ist, ist diese Abgasanlage 50 auch in dem Motorraum aufgenommen, um von einem Wärmeisolator 27 umgeben zu sein. Diese Abgasanlage 50 und ihre Isolatorstruktur wird nun näher beschrieben.
Zunächst wird die Abgasanlage 50 anhand von 3 und 4 beschrieben. Der Abgaskrümmer 31 der Abgasanlage 50 umfasst: vier unabhängige Abgasrohre 32, die jeweils mit den vier Zylindern 2 des Motors 1 kommunizieren; zwei mittlere Sammelrohre 33, die jeweils zwei zugeordnete der vier unabhängigen Abgasrohre 32 zusammenfassen; und ein einzelnes letztes Sammelrohr 34, das durch Zusammenfassen dieser zwei mittleren Sammelrohre 33 gebildet ist. Der Direktkatalysator 40 ist mit einem bezüglich Abgas stromabwärts befindlichen Ende dieses letzten Sammelrohrs 34 verbunden.
In der folgenden Beschreibung werden die vier Zylinder 2 nachstehend als erster, zweiter, dritter und vierter Zylinder 2a, 2b, 2c bzw. 2d bezeichnet, die in dieser Reihenfolge von einem Ende des Fahrzeugs (d. h. an dem Frontende des Motors 1, mit anderen Worten dem rechten Ende des Fahrzeugs gegenüber dem Getriebe 11) hin zu seinem anderen Ende (d. h. an dem Heckende des Motors 1, mit anderen Worten dem linken Ende des Fahrzeugs mit dem Getriebe 11) angeordnet sind. Zu beachten ist, dass, falls keine Notwendigkeit besteht, diese Zylinder 2a–2d zu kennzeichnen, sie nachstehend kollektiv als ”Zylinder 2” bezeichnet werden. Analog werden die unabhängigen Abgasrohre 32, die mit den ersten bis vierten Zylindern 2a–2d jeweils kommunizieren, nachstehend als erstes, zweites, drittes und viertes unabhängiges Abgasrohr 32a, 32b, 32c bzw. 32d bezeichnet. Zu beachten ist, dass, falls keine Notwendigkeit besteht, diese Abgasrohre 32a–32d zu kennzeichnen, sie nachstehend kollektiv als ”unabhängige Abgasrohre 32” bezeichnet werden können.
Ein Flansch 36, der sich in der Fahrzeugbreitenrichtung erstreckt, ist gemeinsam für alle diese ersten bis vierten unabhängigen Abgasrohre 32a–32d vorgesehen. Der Flansch 36 ist so angeordnet, dass er zu den jeweiligen bezüglich Abgas stromaufwärts liegenden Enden der ersten bis vierten unabhängigen Abgasrohre 32a–32d weist, und diese Rohre 32a–32d an einer Seitenfläche des Motors 1, die zum Heckende des Fahrzeugs weist, anbringt. Das Montieren dieses Flansches 36 an dieser Seitenfläche des Motors 1, die zum Heckende des Motors 1 weist, ermöglicht es den ersten bis vierten unabhängigen Abgasrohren 32a–32d mit den ersten bis vierten Zylindern 2a–2d jeweils zu kommunizieren. D. h. die ersten bis vierten unabhängigen Abgasrohre 32a–32 sind jeweils mit den Abgaskanälen (nicht gezeigt) ihrer zugeordneten Zylinder 2 verbunden, die durch diese Seitenfläche des Motors 1, die zum Heckende des Fahrzeugs weist, aufgeschnitten sind, um mit den jeweiligen Zylindern 2 zu kommunizieren.
Der Flansch 36 weist mehrere (in dieser beispielhaften Ausführungsform z. B. fünf) Befestigungsabschnitte 37 auf, die mit Befestigungselementen wie etwa Bolzen an dieser Seitenfläche des Motors 1, die zum Heckende des Fahrzeugs weist, zu befestigen sind. Jeder dieser Befestigungsabschnitte 37 weist ein Befestigungselement-Einführloch auf, in das ein Befestigungselement wie etwa ein Bolzen eingeführt wird. In der folgenden Beschreibung werden diese fünf Befestigungselemente 37 nachstehend als erster, zweiter, dritter, vierter bzw. fünfter Befestigungsabschnitt 37a, 37b, 37c, 37d bzw. 37e bezeichnet, die in dieser Reihenfolge von dem rechten Ende des Fahrzeugs hin zu dessen linkem Ende angeordnet sind. Zu beachten ist, dass, falls keine Notwendigkeit besteht, diese Befestigungsabschnitte 37a–37d zu kennzeichnen, sie nachstehend kollektiv als ”Befestigungsabschnitte 37” bezeichnet werden können.
Der erste Befestigungsabschnitt 37a bildet einen Tal des Flansches 36, der sich in der Fahrzeugbreitenrichtung näher an einem äußeren Ende (d. h. dem rechten Ende des Fahrzeugs) als der erste Zylinder 2a befindet. Der zweite Befestigungsabschnitt 37b bildet einen anderen Teil des Flansches 36, der sich zwischen dem ersten und zweiten Zylinder 2a und 2b befindet. Der dritte Befestigungsabschnitt 37c bildet einen noch anderen Teil des Flansches 36, der sich zwischen dem zweiten und dritten Zylinder 2b und 2c befindet. Der vierte Befestigungsabschnitt 37d bildet einen noch weiteren Teil des Flansches 36, der sich zwischen dem dritten und vierten Zylinder 2c und 2d befindet. Der fünfte Befestigungsabschnitt 37e bildet noch einen anderen Teil des Flansches 36, der sich in der Fahrzeugbreitenrichtung näher an dem äußeren Ende (d. h. dem linken Ende des Fahrzeugs) als der vierte Zylinder 2d befindet. Diese ersten bis fünften Befestigungsabschnitte 37a–37e sind so angeordnet, dass sie zwei Reihen von Befestigungsabschnitten bilden, die sich in der Fahrzeugbreitenrichtung (d. h. der Richtung, in der die Zylinder in Reihe angeordnet sind) erstrecken und in der Höhenrichtung voneinander beabstandet sind. Im Einzelnen befindet sich die obere Reihe von Befestigungsabschnitten, die aus dem zweiten und vierten Befestigungsabschnitt 37b und 37d besteht, auf einer ersten Höhe nahe dem oberen Ende des Flansches 36. Die untere Reihe von Befestigungsabschnitten, die aus dem ersten, dritten und fünften Befestigungsabschnitt 37a, 37c und 37e besteht, befindet sich dagegen auf einer zweiten Höhe nahe dem unteren Ende des Flansches 36. Diese ersten bis fünften Befestigungsabschnitte 37a–37e sind auch in einem Zickzackmuster angeordnet, so dass jeder der Befestigungsabschnitte 37 in der oberen Reihe zwischen einem zugeordneten Paar von benachbarten Befestigungsabschnitten 37 in der unteren Reihe positioniert ist.
Die vier Zylinder 2 sind in zwei Gruppen von Zylindern 2 eingeteilt, wobei jede der zwei Gruppen aus zwei Zylindern 2 mit zueinander diskontinuierlichen Auspufftakten (d. h. Arbeitstakten) besteht. Jedes der zwei mittleren Sammelrohre 33 ist durch Zusammenfassen von zwei zugeordneten unabhängigen Abgasrohren 32, die jeweils mit den zwei Zylindern 2 in einer zugeordneten der zwei Gruppen kommunizieren, gebildet. Im Einzelnen werden in dieser beispielhaften Ausführungsform die Auspufftakte in der Reihenfolge erster, dritter, vierter und zweiter Zylinder 2a, 2c, 2d und 2b ausgeführt. Die vier Zylinder 2 werden somit in eine Gruppe bestehend aus dem ersten und vierten Zylinder 2a und 2d und die andere Gruppe bestehend aus dem zweiten und dritten Zylinder 2b und 2c eingeteilt. Folglich ist ein mittleres Sammelrohr 33 durch Zusammenfassen des ersten und vierten unabhängigen Abgasrohres 32a und 32d, die mit dem ersten bzw. vierten Zylinder 2a bzw. 2d kommunizieren, gebildet. Das andere mittlere Sammelrohr 33 ist durch Zusammenfassen des zweiten und des dritten unabhängigen Abgasrohres 32b und 32c, die mit dem zweiten bzw. dritten Zylinder 2b bzw. 2c kommunizieren, gebildet. In der folgenden Beschreibung wird das mittlere Sammelrohr 33, das durch Zusammenfassen des ersten und des vierten unabhängigen Abgasrohrs 32a und 32d gebildet ist, als ”erstes mittleres Sammelrohr 33a” bezeichnet. Dagegen wird das mittlere Sammelrohr 33, das durch Zusammenfassen des zweiten und des dritten unabhängigen Abgasrohrs 32b und 32c gebildet ist, als ”zweites mittleres Sammelrohr 33b” bezeichnet. Zu beachten ist, dass, falls keine Notwendigkeit besteht, diese mittleren Sammelrohre 33a und 33b zu kennzeichnen, sie nachstehend kollektiv als ”mittlere Sammelrohre 33” bezeichnet werden können.
Die ersten bis vierten unabhängigen Abgasrohre 32a–32d verlaufen im Allgemeinen von der Seitenfläche des Motors 1, die zum Heckende des Fahrzeugs weist, (oder streng genommen von dem Flansch 36) hin zum Heckende des Fahrzeugs. In einer Draufsicht verläuft im Einzelnen das erste unabhängige Abgasrohr 32a von dieser Seitenfläche des Motors 1, die zum Heckende des Fahrzeugs weist, hin zum Heckende des Fahrzeugs und verläuft dann schräg hin zum linken Ende und Heckende des Fahrzeugs. In einer Draufsicht verläuft das vierte unabhängige Abgasrohr 32d von dieser Seitenfläche hin zum Heckende des Fahrzeugs und verläuft dann schräg hin zum rechten Ende und dem Heckende des Fahrzeugs. Das erste und das vierte unabhängige Abgasrohr 32a und 32d sind in der Fahrzeugbreitenrichtung bei nahezu der gleichen Position zusammengeführt wie der dritte Befestigungsabschnitt 37c, um das erste mittlere Sammelrohr 33a zu bilden. Indessen verlaufen in einer Draufsicht das zweite und dritte mittlere Abgasrohr 32b und 32c von dieser Seitenfläche des Motors 1, die zum Heckende des Fahrzeugs weist, hin zum Heckende des Fahrzeugs und sind dann hin zum Heckende des Fahrzeugs geneigt, um sich einander in der Fahrzeugbreitenrichtung zu nähern, und sind in der Fahrzeugbreitenrichtung bei nahezu der gleichen Position wie der dritte Befestigungsabschnitt 37c zusammengeführt, um das zweite mittlere Sammelrohr 33b zu bilden.
Wie in 3 und 4 gezeigt ist, verlaufen das zweite und das dritte unabhängige Abgasrohr 32b und 32c im Wesentlichen horizontal hin zu dem Heckende des Fahrzeugs, um zusammengeführt zu werden. Dagegen sind das erste und das vierte unabhängige Abgasrohr 32a und 32d so angeordnet, dass sie durch einen Raum unter dem zweiten und dem dritten unabhängigen Abgasrohr 32b und 32c treten. D. h. das erste und das vierte unabhängige Abgasrohr 32a und 32d fallen hin zum Heckende des Fahrzeugs nach unten ab. Das erste unabhängige Abgasrohr 32a weist u. a. auf, dass sein stromaufwärts befindlicher Abschnitt steil nach unten abfällt. Wie insbesondere in 4 gezeigt ist, ist somit vertikal zwischen dem ersten und dem zweiten unabhängigen Abgasrohr 32a und 32b ein Raum freigelassen, der reichlich genug ist, um einem Befestigungswerkzeug einfachen Zugang zu dem dritten Befestigungsabschnitt 37c zu ermöglichen. Das vierte unabhängige Abgasrohr 32d tritt unter dem zweiten mittleren Sammelrohr 33b, das sich im Wesentlichen auf der gleichen Höhe wie das zweite und das dritte unabhängige Abgasrohr 32b und 32c befindet, durch, um mit dem ersten unabhängigen Abgasrohr 32a zusammengeführt zu werden. Der Zusammenführabschnitt des ersten und des vierten unabhängigen Abgasrohrs 32a und 32d (d. h. ein bezüglich Abgas stromaufwärts befindliches Ende des ersten mittleren Sammelrohrs 33a) befindet sich somit auf einer niedrigeren Höhe als der Zusammenführabschnitt des zweiten und des dritten unabhängigen Abgasrohrs 32b und 32c (d. h. ein bezüglich Abgas stromaufwärts befindliches Ende des zweiten mittleren Sammelrohrs 33b).
Wie in 3 und 4 gezeigt ist, sind das zweite und das dritte unabhängige Abgasrohr 32b und 32c von kürzerer Länge als das erste und das vierte unabhängige Abgasrohr 32a und 32d. Der Zusammenführabschnitt des zweiten und des dritten unabhängigen Abgasrohrs 32b und 32c befindet sich somit näher an dem Frontende des Fahrzeugs als der des ersten und des vierten unabhängigen Abgasrohrs 32a und 32d.
In einer Draufsicht verlaufen das erste und das zweite mittlere Sammelrohr 33a und 33b in jeweiligen kurvenförmigen Mustern, so dass ihre bezüglich Abgas stromabwärts befindlichen Enden in der Fahrzeugbreitenrichtung hin zu einem Ende gehen (z. B. in dieser beispielhaften Ausführungsform in der Fahrzeugbreitenrichtung hin zum linken Ende des Fahrzeugs oder hin zum Getriebe 11) und schließlich zusammengeführt werden, wodurch das letzte Sammelrohr 34 gebildet wird. Im Einzelnen verläuft das erste mittlere Sammelrohr 33a von seinem bezüglich Abgas stromaufwärts liegenden Ende in einem kurvenförmigen Muster hin zu dem linken Ende des Fahrzeugs und verläuft dann geradlinig hin zum linken Ende des Fahrzeugs. Dagegen ist das zweite mittlere Sammelrohr 33b von seinem bezüglich Abgas stromaufwärts liegenden Ende hin zum Heckende des Fahrzeugs nach unten geneigt, während es über das erste mittlere Sammelrohr 33a tritt, verläuft in einem kurvenförmigen Muster hin zum linken Ende des Fahrzeugs und verläuft dann geradlinig hin zum linken Ende des Fahrzeugs. Dann werden das erste und das zweite mittlere Sammelrohr 33a und 33b in der Fahrzeugbreitenrichtung bei im Wesentlichen der gleichen Position wie der vierte Zylinder 2d zusammengeführt, wodurch das letzte Sammelrohr 34 gebildet wird.
In einer Draufsicht ist das letzte Sammelrohr 34 so gebogen, dass sein bezüglich Abgas stromabwärts befindliches Ende hin zum Frontende des Fahrzeugs verläuft, bevor es mit dem Direktkatalysator 40 verbunden wird. Ein Abschnitt dieses letzten Sammelrohrs 34 in der Nähe seines bezüglich Abgas stromabwärts liegenden Endes ist hin zum Frontende und rechten Ende des Fahrzeugs gebogen. Dadurch weist das letzte Sammelrohr 34 eine gebogene Form auf, so dass statt seiner beiden Enden sein mittlerer Abschnitt in die Gegenrichtung von dem Direktkatalysator 40 vorsteht (d. h. hin zum linken Ende des Fahrzeugs).
Der Direktkatalysator 40 ist näher am Heckende des Fahrzeugs als der Motor 1 angeordnet, so dass in einer Draufsicht der Gaskanal in dem Gehäuse 41 im Wesentlichen in der Fahrzeugbreitenrichtung verläuft. Somit verläuft das Gehäuse 41 im Allgemeinen entlang dieser Seitenfläche des Motors 1, die zum Heckende des Fahrzeugs weist. Zu beachten ist, dass in dieser beispielhaften Ausführungsform streng genommen das Gehäuse 41 (oder der Gaskanal) hin zum linken Ende des Fahrzeugs verläuft, während es sich leicht zum Heckende des Fahrzeug neigt. Diese Anordnung wird eingesetzt, um den Winkel, der durch das in das Gehäuse 41 einströmende Abgas bezüglich eines stromaufwärts befindlichen Elements 41b desselben (das später beschrieben wird) festgelegt wird, so nah wie möglich bei 90 Grad auszulegen. Wie in 5 gezeigt ist, verläuft das Gehäuse 41 (Gaskanal) hin zu dem rechten Ende des Fahrzeugs (links in 5), so dass es nach unten geneigt ist. Der Direktkatalysator 40 (das Gehäuse 41) ist an einem (nicht gezeigten) Befestigungselement mit zwei Haltern 40a gesichert.
Der Direktkatalysator 40 enthält auch einen Katalysator 42, der in dem Gaskanal in einem im Allgemeinen kreiszylindrischen Gehäuse 41 vorgesehen ist, wie in 5 gezeigt ist. Das Gehäuse 41 umfasst einen zylindrischen (in dieser beispielhaften Ausführungsform z. B. kreiszylindrischen) Katalysatorbehälter 41a, der den Katalysator 42 enthält, und ein stromaufwärts befindliches Element 41b sowie ein stromabwärts befindliches Element 41c, die an dem bezüglich Abgas stromaufwärts und stromabwärts liegenden Enden jeweils die zwei Öffnungen des Katalysatorbehälters 41a bedecken. Der Katalysator 42 ist ein dreidimensionaler Katalysator, der vorgesehen ist, um insbesondere HC und CO zu reinigen, während der Motor 1 noch kalt ist. Somit ist der Direktkatalysator 40 an dem bezüglich Abgas stromaufwärts liegenden Abschnitt 48 dieser Abgasanlage 50 vorgesehen (siehe 3).
Das stromaufwärts befindliche Element 41b des Gehäuses 41 weist ein Verbindungsloch 41d auf, um bei Verbindung mit dem letzten Sammelrohr 34 mit der Abgasströmung zu kommunizieren. Analog weist das stromabwärts befindliche Element 41c ein Verbindungsloch 41e auf, um bei Verbindung mit dem letzten Sammelrohr 34 mit der Abgasströmung zu kommunizieren.
Das stromabwärts befindliche Abgasrohr 51 ist mit dem stromabwärts befindlichen Element 41c des Gehäuses 41 des Direktkatalysators 40 verbunden. Dieses stromabwärts befindliche Abgasrohr 51 ist so vorgesehen, dass es von einem mit dem Direktkatalysator 40 verbundenen Abschnitt (z. B. dem bezüglich Abgas stromaufwärts befindlichen Ende des stromabwärts befindlichen Abgasrohrs 51) hin zu einer Tunnelöffnung gerichtet ist, die in der Fahrzeugbreitenrichtung in einer Mitte eines unteren Abschnitts einer (nicht gezeigten) Instrumententafel vorgesehen ist. D. h. in einer Draufsicht verläuft das stromabwärts befindliche Abgasrohr 51 von seinem bezüglich Abgas stromaufwärts befindlichen Ende hin zum Heckende des Fahrzeugs, um hin zum linken Ende des Fahrzeugs geneigt zu sein, verläuft von einem Punkt vor der Tunnelöffnung weiterhin hin zum Heckende des Fahrzeugs und tritt dann in einen Tunnel eines Bodenblechs ein.
Das stromabwärts befindliche Abgasrohr 51 besteht praktisch aus mehreren Rohren 52, die entlang ihrer Länge unterteilt sind, wie in 4 gezeigt ist. In 4 ist jedoch das der am weitesten stromaufwärts befindliche 52 dieser unterteilten Rohre, das sich in dem Motorraum befindet, gezeigt, wobei eine Darstellung der anderen unterteilten Rohre 52 unterbleibt.
Das am weitesten stromaufwärts befindliche unterteilte Rohr 52 des stromabwärts befindlichen Abgasrohrs 51 ist mit einem biegsamen Gelenk 53 versehen. Dieses biegsame Gelenk 53 ist vorgesehen, um nicht nur die Schwingung des Motors 1, sondern auch die Schwingung des bezüglich Abgas stromaufwärts befindlichen Abschnitts 48, der an der Schwingung des Motors 1 beteiligt ist, zu absorbieren und um zu verhindern, dass sich diese Schwingungen zu einem Abschnitt des stromabwärts befindlichen Abgasrohrs 51, der sich in der Abgasströmungsrichtung stromabwärts des biegsamen Gelenks 53 befindet, ausbreiten. Die Anzahl vorzusehender biegsamer Gelenke 53 muss nicht bei eins liegen. Alternativ können mehrere biegsame Gelenke 53 bei bestimmten Intervallen entlang der Länge des stromabwärts befindlichen Abgasrohrs 51 in Reihe angeordnet sein.
Als Nächstes wird die Konfiguration des Wärmeisolators 27 anhand von 5–9 beschrieben. Der Wärmeisolator 27 wird genutzt, um einer Abnahme der Temperatur der Abgasanlage 50 entgegenzuwirken. Die Nutzung dieses Wärmeisolators 27 erlaubt ein schnelles Erwärmen des Abgaskrümmers 31, selbst wenn der Motor 1 kalt ist. Somit kann die Temperatur des Direktkatalysators 40 schnell auf die Aktivierungstemperatur des Katalysators angehoben werden. Sobald die erstere Temperatur die letztere erreicht, kann dieser Wärmeisolator 27 ferner verhindern, dass die Temperatur des Direktkatalysators 40 ohne weiteres fällt, was die Abnahme der Abgasreinigungsfähigkeit verringert.
Wie in 2, 5, 8 und 9 gezeigt ist, besteht der Wärmeisolator 27 aus: einer oberen Abdeckung 27a, die einen oberen Flächenabschnitt und Seitenflächenabschnitte der Abgasanlage 50 bedeckt; und eine untere Abdeckung 27b, die einen unteren Flächenabschnitt und den Rest der Seitenflächenabschnitte der Abgasanlage 50 bedeckt.
Die obere Abdeckung 27a weist eine gebogene Außenumfangsfläche auf, die sich in der Fahrzeugbreitenrichtung entlang eines oberen Flächenabschnitts des Abgaskrümmers 31 und Seitenflächenabschnitten desselben erstreckt. Im Einzelnen verläuft in einer Draufsicht ein Seitenflächenabschnitt der oberen Abdeckung 27a an der linken Seite des Fahrzeugs (entsprechend der linken Seite auf dem Papier von 6) geradlinig hin zum Heckende des Fahrzeugs entlang des linken Seitenabschnitts des Fahrzeugs nahe einem bezüglich Abgas stromaufwärts befindlichen Ende des vierten unabhängigen Abgasrohrs 32d. Als Nächstes verläuft der Seitenflächenabschnitt kurvenförmig entlang eines Abschnitts des letzten Sammelrohrs 34, der sich an der linken Seite des Fahrzeugs befindet, um sich hin zum linken Ende des Fahrzeugs zu weiten. Dann verläuft der Seitenflächenabschnitt kurvenförmig hin zum rechten Ende des Fahrzeugs, wenn der interessierende Punkt sich dem Heckende des Fahrzeugs nähert, wie in 6 gezeigt ist. Ein Seitenflächenabschnitt der oberen Abdeckung 27a verläuft dagegen an der rechten Seite des Fahrzeugs (entsprechend der rechten Seite auf dem Papier von 6) hin zum Heckende des Fahrzeugs entlang des rechten Seitenabschnitts des Fahrzeugs nahe dem ersten unabhängigen Abgasrohr 32a, um sich hin zum linken Ende des Fahrzeugs zu neigen. Danach verläuft der Seitenflächenabschnitt kurvenförmig hin zum linken Ende des Fahrzeugs, wenn der interessierende Punkt sich dem Heckende des Fahrzeugs nähert, wie in 6 gezeigt ist. Wie in 9 gezeigt ist, bildet weiterhin ein oberen Flächenabschnitt der oberen Abdeckung 27a in einer Seitenansicht einen horizontalen Ebenenabschnitt 27c aus, der sich von dem Flansch 36 durch ein bezüglich Abgas stromaufwärts liegendes Ende des zweiten mittleren Sammelrohrs 33b im Wesentlichen horizontal erstreckt. Der obere Flächenabschnitt der oberen Abdeckung 27a verläuft in Seitenansicht entlang jeweiligen oberen Flächenabschnitten des zweiten und des dritten unabhängigen Abgasrohrs 32b und 32c und eines oberen Flächenabschnitts des zweiten mittleren Sammelrohrs 33b nahe einem bezüglich Abgas stromaufwärts befindlichen Ende desselben. Dann verläuft der obere Flächenabschnitt der oberen Abdeckung 27a von einem Punkt, der dem bezüglich Abgas stromaufwärts liegenden Ende des zweiten mittleren Sammelrohrs 33b entspricht (d. h. von einem Ende des horizontalen Ebenenabschnitts 27c näher am Heckende des Fahrzeugs), kurvenförmig hin zum Heckende des Fahrzeugs, um sich entlang des oberen Flächenabschnitts des zweiten mittleren Sammelrohrs 33b hin zum Heckende des Fahrzeugs nach unten zu neigen.
Der horizontale Ebenenabschnitt 27c an der oberen Fläche der oberen Abdeckung 27a weist mehrere (in dieser beispielhaften Ausführungsform z. B. vier) längliche Rechteckschlitze 28 auf, die sich in der Fahrzeugbreitenrichtung parallel zueinander erstrecken und in der Vorwärts- und Rückwärtsrichtung des Fahrzeugs angeordnet sind. Wie in 9 gezeigt sind, mit der oberen Abdeckung 27a an der Abgasanlage 50 angebracht, diese Schlitze 28 so angeordnet, dass sie zu dem zweiten und dem dritten unabhängigen Abgasrohr 32b und 32c und einem Zusammenführabschnitt, an dem das zweite und das dritte unabhängige Abgasrohr 32b und 32c zusammengeführt sind, weisen. Diese Schlitze 28 dienen als Öffnung, um den Fahrtwind in den Wärmeisolator 27 einzulassen. Die in den Wärmeisolator 27 durch diese Schlitze 28 strömende Luft peitscht gegen das zweite und das dritte unabhängige Sammelrohr 32b und 32c, den Zusammenführabschnitt, an dem das zweite und das dritte unabhängige Abgasrohr 32b und 32c zusammengeführt sind, und die umgebenden Bereiche und kühlt diese damit ab. Ferner wird jegliches Motorgeräusch, das durch die Schlitze 28, die durch den oberen Flächenabschnitt (d. h. den horizontalen Ebenenabschnitt 27c) der oberen Abdeckung 27a geschnitten sind, austritt, durch eine für die Motorhaube 81 vorgesehene Schalldämpfung absorbiert (siehe 2). Dies verringert signifikant das Austreten des Motorgeräusches durch die Schlitze 28 des Wärmeisolators 27.
Wie in 6 gezeigt ist, ist die obere Abdeckung 27 durch Befestigungsbolzen 62 an mehreren Punkten (in 6 z. B. an fünf Punkten) an der Abgasanlage 50 montiert. Wie in 3 und 4 gezeigt ist, sind im Einzelnen Halter 61 der oberen Abdeckung an zwei Punkte des Flansches 36, die dem ersten und vierten Zylinder 2a und 2d entsprechen, nahe einem bezüglich Abgas stromaufwärts befindlichen Ende des ersten mittleren Sammelrohrs 33a, nahe einem bezüglich Abgas stromabwärts befindlichen Ende des zweiten mittleren Sammelrohrs 33b und einem bezüglich Abgas stromabwärts befindlichen Ende des letzten Sammelrohrs 34 befestigt (z. B. geschweißt). Indessen weist die obere Abdeckung 27a an jeweiligen Punkten (nicht gezeigte) Bolzenlöcher auf, die zu diesen Haltern 61 der oberen Abdeckung weisen. Das Montieren der oberen Abdeckung 27a an die Abgasanlage 50 erfolgt durch Positionieren der oberen Abdeckung 27a, so dass die jeweiligen Bolzenlöcher zu ihren zugeordneten Haltern 61 der oberen Abdeckung weisen, und dann Befestigen der Bolzen 62 an die Halter 61 der oberen Abdeckung durch die Bolzenlöcher.
Die untere Abdeckung 27b weist eine Außenumfangsfläche auf, die sich in der Fahrzeugbreitenrichtung entlang eines unteren Flächenabschnitts des Abgaskrümmers 31, eines unteren Flächenschnitts des Direktkatalysators 40 und beider Seitenflächenabschnitte des Direktkatalysators 40 kurvenförmig erstreckt. In einer in 7 gezeigten Bodenansicht verläuft im Einzelnen ein Seitenflächenabschnitt der unteren Abdeckung 27b an der linken Seite des Fahrzeugs (entsprechend der rechten Seite auf dem Papier von 7) kurvenförmig entlang eines Abschnitts des letzten Sammelrohrs 34, der sich an der linken Seite des Fahrzeugs befindet, um sich hin zum linken Ende des Fahrzeugs zu weiten. Dann verläuft der Seitenflächenabschnitt kurvenförmig hin zum rechten Ende des Fahrzeugs, wenn der interessierende Punkt sich dem Heckende des Fahrzeugs nähert, wie in 7 gezeigt ist. Ein Seitenflächenabschnitt der unteren Abdeckung 27b verläuft dagegen an der rechten Seite des Fahrzeugs (entsprechend der linken Seite auf dem Papier von 7) hin zum Heckende des Fahrzeugs entlang des rechten Seitenabschnitts des Fahrzeugs nahe dem ersten unabhängigen Abgasrohr 32a, um sich hin zum linken Ende des Fahrzeugs zu neigen. Danach verläuft der Seitenflächenabschnitt kurvenförmig entlang des stromabwärts befindlichen Elements 41c des Gehäuses 41 des Direktkatalysators 40 hin zum Heckende des Fahrzeugs, um sich hin zum rechten Ende des Fahrzeugs zu weiten. Wie in 8 und 9 gezeigt ist, weist weiterhin ein unterer Flächenabschnitt der unteren Abdeckung 27b allgemein eine U-Form auf, um sich entlang eines unteren Abschnitts des Gehäuses 41 des Direktkatalysators 40 zu erstrecken.
Weiterhin weist, wie in 7 und 9 gezeigt, der untere Flächenabschnitt der unteren Abdeckung 27b einen im Allgemeinen rechteckigen Tunnelabschnitt 27d der unteren Fläche auf. Ein Seitenflächenabschnitt der unteren Abdeckung 27b an der linken Seite des Fahrzeugs (d. h. an der rechten Seite von 7) weist einen Seitenflächen-Tunnelabschnitt 27e auf (nur in 7 gezeigt). Ein anderer Abschnitt der unteren Abdeckung 27b, der zum Heckende des Fahrzeugs weist, weist einen Rückflächen-Tunnelabschnitt 27f auf. Der Tunnelabschnitt 27d der unteren Fläche und der Seitenflächen-Tunnelabschnitt 27e sind so vorgesehen, dass sie einen Halter 40a für den Direktkatalysator 40 (Gehäuse 41) durch den Wärmeisolator 27 treten und nach außen reichen lassen. Der Rückflächen-Tunnelabschnitt 27f ist dagegen so vorgesehen, dass er das stromabwärts befindliche Abgasrohr 51 (siehe 4), das sich von dem Direktkatalysator 40 erstreckt, durch den Wärmeisolator 27 treten und nach außen reichen lässt. Mit der an der Abgasanlage 50 montierten unteren Abdeckung 27b befindet sich in diesem Fall der Halter 40a, der sich hin zum linken Ende des Fahrzeugs erstreckt, in einem Teil des Seitenflächen-Tunnelabschnitts 27e näher am Frontende des Fahrzeugs.
Der Tunnelabschnitt 27d der unteren Fläche, der Seitenflächen-Tunnelabschnitt 27e und der Rückflächen-Tunnelabschnitt 27f spielen ebenfalls die Rolle des Zulassens, dass Luft, die durch die Schlitze 28 in den Wärmeisolator 27 strömt, aus dem Wärmeisolator 27 austritt. D. h. der Fahrtwind tritt durch die Schlitze 28 in den Wärmeisolator 27 ein und verlässt den Wärmeisolator 27 durch den Tunnelabschnitt 27d der unteren Fläche und andere Tunnelabschnitte, so dass er an dem zweiten und dritten unabhängigen Abgasrohr 32b und 32c, einem Zusammenführabschnitt, an dem das zweite und dritte unabhängige Abgasrohr 32b und 32c zusammengeführt sind, und umgebenden Bereichen vorbeiströmt, während er diese kühlt. Wie vorstehend beschrieben befindet sich ferner der Halter 40a, der sich hin zum linken Ende des Fahrzeugs erstreckt, in einem Teil des Seitenflächen-Tunnelabschnitts 27e näher am Frontende des Fahrzeugs, wodurch der Fahrtwind weniger einfach durch den Seitenflächen-Tunnelabschnitt 27e in den Wärmeisolator 27 eingelassen wird.
Wie in 7 gezeigt ist, ist die untere Abdeckung 27b durch Befestigungsbolzen 64 an mehreren Punkten (in 7 z. B. an fünf Punkten) an der Abgasanlage 50 montiert. Im Einzelnen sind, wie in 3 und 4 gezeigt, Halter (nicht gezeigt) der unteren Abdeckung an den jeweiligen unteren Flächen des Flansches 36 und des Abgaskrümmers 31 befestigt (z. B. angeschweißt). Indessen weist die untere Abdeckung 27b an jeweiligen Punkten (nicht gezeigte) Bolzenlöcher auf, die zu diesen Haltern der unteren Abdeckung weisen. Das Montieren der unteren Abdeckung 27b an die Abgasanlage 50 erfolgt durch Befestigen von Bolzen 64 durch die Bolzenlöcher an die Halter der unteren Abdeckung.
Wie in 5 und 9 gezeigt ist, berühren sich weiterhin bei dem an der Abgasanlage 50 montierten Wärmeisolator 27 die obere und untere Abdeckung 27a und 27b gegenseitig nicht. Wenn konkret die obere und untere Abdeckung 27a und 27b an der Abgasanlage 50 angebracht sind, befindet sich das untere Ende der oberen Abdeckung 27a näher an dem äußeren Ende des Fahrzeugs als das obere Ende der unteren Abdeckung 27b und es verbleibt ein Spalt 30 (siehe 5) zwischen dem unteren Ende der oberen Abdeckung 27a und dem oberen Ende der unteren Abdeckung 27b. Genau wie der Tunnelabschnitt 27d der unteren Fläche und andere Tunnelabschnitte spielt auch dieser Spalt 30 eine Rolle beim Zulassen, dass die in den Wärmeisolator 27 durch die Schlitze 28 strömende Luft aus dem Wärmeisolator 27 austritt.
Der Motor 1 kann seinen Betriebsmodus von einem Betrieb mit allen Zylindern, bei dem alle der vier Zylinder 2 aktiviert sind, zu einem Zylinderabschaltbetrieb, bei dem die zwei Zylinder in einer der zwei Zylindergruppen deaktiviert sind und nur die zwei Zylinder in der anderen Gruppe aktiviert sind oder umgekehrt, umschalten. In dieser beispielhaften Ausführungsform dienen der erste und der vierte Zylinder 2a und 2d als inaktive Zylinder, die zu deaktivieren sind, während der Motor 1 den Zylinderabschaltbetrieb ausführt, und der zweite und der dritte Zylinder 2c und 2d dienen als aktive Zylinder, die während des Zylinderabschaltbetriebs zu aktivieren sind. D. h. in dieser beispielhaften Ausführungsform entsprechen das erste unabhängige Abgasrohr 32a, das mit dem ersten Zylinder 2a kommuniziert, und das vierte unabhängige Abgasrohr 32d, das mit dem vierten Zylinder 2d kommuniziert, den mit inaktiven Zylindern verbundenen unabhängigen Abgasrohren. Das erste mittlere Sammelrohr 33a entspricht dem mit inaktiven Zylindern verbundenen mittleren Sammelrohr. Das zweite unabhängige Abgasrohr 32b, das mit dem zweiten Zylinder 2b kommuniziert, und das dritte unabhängige Abgasrohr 32c, das mit dem dritten Zylinder 2c kommuniziert, entsprechen den mit aktiven Zylindern verbundenen unabhängigen Abgasrohren. Das zweite mittlere Sammelrohr 33b entspricht dem mit aktiven Zylindern verbundenen mittleren Sammelrohr. In dem Abgaskrümmer 31 entspricht ferner ein Leitungssatz, der aus dem ersten und vierten unabhängigen Abgasrohr 32a und 32d und dem ersten mittleren Sammelrohr 33a besteht, den mit inaktiven Zylindern verbundenen Zweigabgasleitungen, und ein Leitungssatz, der aus dem zweiten und dritten unabhängigen Abgasrohr 32b und 32c und dem zweiten mittleren Sammelrohr 33b besteht, entspricht den mit aktiven Zylindern verbundenen Zweigabgasleitungen.
In dieser beispielhaften Ausführungsform werden nicht nur das Einspritzen eines Kraftstoffs von Kraftstoffeinspritzventilen und die Stromversorgung einer Zündkerze zum Zünden des Luft/Kraftstoff-Gemisches, sondern auch der Öffnungs- und Schließvorgang von Einlass- und Auslassventilen in dem ersten und vierten Zylinder 2a und 2d des Motors 1 gestoppt, wodurch der Zylinderabschaltbetrieb durchgeführt wird. Das Öffnen und Schließen der Einlass- und Auslassventile kann durch einen bekannten Ventilstoppmechanismus (nicht gezeigt; siehe zum Beispiel DE 10 2014 011 840 A1 und DE 10 2014 011 842 A1 ) gestoppt werden. Ein solcher Ventilstoppmechanismus kann entweder für ein Lagerungselement (etwa eine Spielausgleichsvorrichtung), das in der Schwingmitte einer Schwinge angeordnet ist, um die Schwinge zu lagern, oder für die Schwinge selbst vorgesehen sein. Die Schwinge kann so dazwischen gesetzt sein, dass sie zwischen einem sich drehenden Nocken und einem Ventil schwingt.
Der für die Spielausgleichsvorrichtung vorgesehene Ventilstoppmechanismus ist so ausgelegt, dass ein oberer Teil der Spielausgleichsvorrichtung relativ zu dessen unterem Teil beweglich ist. Das Regeln seiner relativen Bewegung, während der Ventilstoppmechanismus nicht arbeitet, lässt den oberen Teil der Spielausgleichsvorrichtung als Drehpunkt eines Schwingens der Schwinge dienen und veranlasst den sich drehenden Nocken, eine für die Schwinge vorgesehen Rolle nach unten zu drücken, wodurch die Schwinge veranlasst wird, zu schwingen, das Ventil nach unten zu drücken und es zu öffnen. Während der Ventilstoppmechanismus arbeitet, bewegt sich dagegen der obere Teil der Spielausgleichsvorrichtung relativ zu dem unteren Teil derselben. Das Veranlassen des sich drehenden Nockens, die Rolle nach unten zu drücken, lässt somit die Oberseite des Ventils als Drehpunkt für das Schwingen der Schwinge dienen, was die Schwinge veranlasst, den oberen Teil der Spielausgleichsvorrichtung bei geschlossen gehaltenem Ventil nach unten zu drücken.
Der für die Schwinge vorgesehene Ventilstoppmechanismus macht die Rolle ferner in der Richtung des Drückens relativ zu der Schwinge beweglich. Während der Ventilstoppmechanismus nicht arbeitet, wird die relative Bewegung reguliert. Während der Ventilstoppmechanismus arbeitet, bewegt sich dagegen die Rolle relativ zur Schwinge. Ein Veranlassen des sich drehenden Nockens, die Rolle zu drücken, ermöglicht es somit der Rolle, sich relativ zu der Schwinge zu bewegen, wodurch ein Schwingen der Schwinge unterbunden wird.
Zu beachten ist, dass der Öffnungs- und Schließvorgang des Einlass- und des Auslassventils nicht immer in dem Ventilstoppmechanismus gestoppt werden muss. Alternativ könnte nur die Stromversorgung der Zündkerze gestoppt werden.
In dieser beispielhaften Ausführungsform führt der Motor 1 den Zylinderabschaltbetrieb durch, während er in einem vorbestimmten Betriebsbereich läuft, und führt den Betrieb mit allen Zylindern durch, während er in einem anderen Betriebsbereich läuft. In dieser beispielhaften Ausführungsform kann der vorbestimmte Betriebsbereich ein Bereich sein, in dem die Last an dem Motor 1 kleiner oder gleich einer vorbestimmten Last ist (d. h. ein Bereich, der den Bereichen niedriger bis mittlerer Last entspricht). Zu beachten ist, dass, während sich der Motor 1 in einem extrem kalten Modus befindet, in dem die Temperatur von Kühlwasser für den Motor 1 (nachstehend als ”Motorwassertemperatur” bezeichnet) kleiner oder gleich einer vorbestimmten Temperatur ist, der Betrieb mit allen Zylindern durchgeführt wird, selbst wenn der Motor 1 in dem vorbestimmten Betriebsbereich läuft. Wenn dagegen die Motorwassertemperatur höher als die vorbestimmte Temperatur ist, wird der Zylinderabschaltbetrieb immer durchgeführt, solange der Motor 1 in dem vorbestimmten Betriebsbereich läuft, unabhängig davon, ob der Motor 1 kalt oder heiß ist.
Während der Motor 1 den Zylinderabschaltbetrieb durchführt, würde ein Unterbleiben des ausreichend effizienten Leitens der Wärme des von den aktiven Zylindern (d. h. von dem zweiten und dritten Zylinder 2b und 2c) freigesetzten Abgases zu dem Direktkatalysator 40 es erschweren, die Temperatur des Direktkatalysators 40 frühzeitig auf eine Katalysatoraktivierungstemperatur anzuheben, während der Motor 1 noch kalt ist. In einer solchen Situation könnte ferner die Temperatur des Direktkatalysators 40, die einmal Katalysatoraktivierungstemperatur erreicht oder überschritten hat, auf unter die Katalysatoraktivierungstemperatur fallen, wenn der Zylinderabschaltbetrieb fortgesetzt wird.
In dieser beispielhaften Ausführungsform sind das zweite und das dritte unabhängige Abgasrohr 32b und 32c (d. h. die mit aktiven Zylindern verbundenen unabhängigen Abgasrohre) wie vorstehend beschrieben von kürzerer Länge als das erste und das vierte unabhängige Abgasrohr 32a, 32d (d. h. die mit inaktiven Zylindern verbundenen Abgasrohre). Dies ermöglicht ein effizientes Leiten der Wärme des von den aktiven Zylindern (d. h. dem zweiten und dritten Zylinder 2b, 2c) freigesetzten Abgases zu dem Direktkatalysator 40, während der Motor 1 den Zylinderabschaltbetrieb durchführt. Das Verkürzen der Länge des zweiten und dritten unabhängigen Abgasrohrs 32b, 32c minimiert somit die von der Fläche des zweiten und des dritten unabhängigen Abgasrohres 32b, 32c abgeführte Wärmemenge. Dies ermöglicht ein effizientes Leiten der Wärme des von den aktiven Zylindern freigesetzten Abgases zu dem Direktkatalysator 40.
Die aktiven Zylinder (in dieser Ausführungsform z. B. der zweite und der dritte Zylinder 2b und 2c) werden dagegen während sowohl des Betriebs mit allen Zylindern als auch während des Zylinderabschaltbetriebs aktiviert und sind daher immer aktiviert, solange der Motor 1 eingeschaltet ist und läuft. Deshalb wird bei Anlegen einer großen Last an dem Motor 1 (z. B. wenn das Fahrzeug bei hohen Geschwindigkeiten fährt) an den aktiven Zylindern eine größere Wärmelast als an den inaktiven Zylindern (in dieser Ausführungsform z. B. der erste und der vierte Zylinder 2a und 2d) angelegt und pflegt daher mit diesen aktiven Zylindern in dem Abgaskrümmer 31 kommunizierende Rohre oder mit aktiven Zylindern verbundene Zweigabgasleitungen (bestehend aus dem zweiten und dem dritten unabhängigen Abgasrohr 32b und 32c und dem zweiten mittleren Sammelrohr 33b) auf eine erhöhte Temperatur anzuheben. Insbesondere wenn die Längen des zweiten und des dritten unabhängigen Abgasrohrs 32b und 32c verkürzt sind oder ein Wärmeisolator 27 vorgesehen ist, um den Abgaskrümmer 31 zu bedecken, wie es in dieser beispielhaften Ausführungsform der Fall ist, wird die Temperatur der mit aktiven Zylindern verbundenen Zweigabgasleitungen zu hoch, um das durch die mit aktiven Zylindern verbundenen Zweigabgasleitungen strömende Abgas in dem Abgaskrümmer 31 ausreichend zu kühlen. Dadurch dringt ein Abgas bei einer Temperatur, die die maximal zulässige Temperatur des Direktkatalysators 40 übersteigt, in den Direktkatalysator 40 ein. In diesem Fall steigt die Temperatur des Katalysators 42 in dem Direktkatalysator 40 auf eine Temperatur, die den oberen Grenzwert der Katalysatoraktivierungstemperatur übersteigt, was möglicherweise die Abgasreinigungsfähigkeit des Direktkatalysators 40 beeinträchtigt. Zu beachten ist, dass die maximal zulässige Temperatur des Direktkatalysators 40 in etwa kleiner oder gleich dem oberen Grenzwert der Katalysatoraktivierungstemperatur des Katalysators 42 in dem Direktkatalysator 40 ist.
Gemäß dieser beispielhaften Ausführungsform weist somit ein Abschnitt des Wärmeisolators 27, der sich nahe den mit aktiven Zylindern verbundenen Zweigabgasleitungen (in dieser Ausführungsform bestehend aus dem zweiten und dem dritten unabhängigen Abgasrohr 32b und 32c und dem zweiten mittleren Sammelrohr 33b) befindet, d. h. ein Abschnitt der oberen Abdeckung 27a, der hin zu den mit aktiven Zylindern verbundenen Zweigabgasleitungen weist, Schlitze 28 auf, die Fahrtwind in den Wärmeisolator 27 einlassen. Während sich das Fahrzeug beispielsweise bei hohen Geschwindigkeiten fortbewegt, lässt dies den Fahrtwind durch die Schlitze 28 in den Wärmeisolator 27 ein, um gegen die mit aktiven Zylindern verbundenen Zweigabgasleitungen zu peitschen und diese abzukühlen, wodurch verhindert wird, dass die mit aktiven Zylindern verbundenen Zweigabgasleitungen zu viel Wärme erzeugen. Das Vorsehen der Schlitze 28, so dass sie den mit aktiven Zylindern verbundenen Zweigabgasleitungen zugewandt sind, verhindert ferner, dass der Fahrtwind direkt gegen die mit inaktiven Zylindern verbundenen Zweigabgasleitungen (bestehend aus dem ersten und dem vierten unabhängigen Abgasrohr 32a und 32d und dem ersten mittleren Sammelrohr 33a), welches Rohre sind, die mit den inaktiven Zylindern (z. B. erster und vierter Zylinder 2a und 2d) kommunizieren, peitscht. Dies verhindert auch, dass die mit inaktiven Zylindern verbundenen Zweigabgasleitungen, die deaktiviert sind und dazu tendieren, gekühlt zu werden, während der Motor 1 den Zylinderabschaltbetrieb durchführt, durch den Fahrtwind weiter gekühlt werden. Dies verhindert nicht nur, dass ein Abschnitt des Abgaskrümmers übermäßige Wärme erzeugt, sondern wirkt auch einer Abnahme der Temperatur des gesamten Abgaskrümmers auf einmal entgegen.
Diesbezüglich könnten die Schlitze 28 der oberen Abdeckung, die durch die obere Abdeckung 27a des Wärmeisolators 27 geschnitten sind, verhindern, dass der Abgaskrümmer 21 seine Temperatur schnell steigen lässt, während der Motor 1 kalt ist. Während der Motor 1 noch kalt ist, bewegt sich aber im Allgemeinen das Fahrzeug nicht fort. Selbst wenn sich das Fahrzeug fortbewegt, während der Motor 1 kalt ist, sollte seine Geschwindigkeit ebenfalls so gering sein, dass nahezu kein Fahrtwind auf das Fahrzeug trifft. Deshalb begrenzt die obere Abdeckung 27a mit den Schlitzen 28 nicht den Anstieg der Temperatur des Abgaskrümmers 31 signifikanter als eine obere Abdeckung ohne Schlitze 28.
In dieser beispielhaften Ausführungsform sind weiterhin die mit aktiven Zylindern verbundenen unabhängigen Abgasrohre (z. B. das zweite und das dritte unabhängige Abgasrohr 32b und 32c) so angeordnet, dass sie durch einen Raum über den mit inaktiven Zylindern verbundenen unabhängigen Abgasrohren (d. h. dem ersten und vierten unabhängigen Abgasrohr 32a und 32d) treten. Dies lässt den Luftzug durch die Schlitze 28 in den Wärmeisolator 27 ein, während sich das Fahrzeug fortbewegt, um einfacher gegen die mit aktiven Zylindern verbundenen Zweigabgasleitungen zu peitschen und diese effizienter zu kühlen.
In dieser beispielhaften Ausführungsform befindet sich weiterhin der Direktkatalysator 40 unter den mit inaktiven Zylindern verbundenen unabhängigen Abgasrohren, wie in 5 in Querschnittansicht gezeigt ist. Die mit inaktiven Zylindern verbundenen unabhängigen Abgasrohre befinden sich somit zwischen den mit aktiven Zylindern verbundenen unabhängigen Abgasrohren und dem Direktkatalysator 40. Dadurch kann die Temperatur der mit inaktiven Zylindern verbundenen unabhängigen Abgasrohre, die deaktiviert sind und dazu tendieren, gekühlt zu werden, während der Motor 1 den Zylinderabschaltbetrieb durchführt, durch die Wärme, die von den mit aktiven Zylindern verbundenen unabhängigen Abgasrohren abgeführt wird, und die Reaktionswärme des Katalysators 42 in dem Direktkatalysator 40 aufrechterhalten werden. Dies wirkt der Abnahme der Temperatur des gesamten Abgaskrümmers sogar noch wirksamer entgegen. Selbst direkt nach Umschalten des Betriebsmodus von dem Zylinderabschaltbetrieb zu dem Betrieb mit allen Zylindern kann ferner die Wärme des aus den inaktiven Zylindern freigesetzten Abgases ebenfalls effizient zu dem Direktkatalysator 40 geleitet werden.
Die vorliegende Offenbarung ist in keiner Weise auf die vorstehend beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen beschränkt, sondern kann abgewandelt, verändert oder ersetzt werden, ohne vom Wesen der durch die beigefügten Ansprüche festgelegten vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
In den vorstehend beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen dienen zum Beispiel der erste und der vierte Zylinder 2a und 2d als inaktive Zylinder, und der zweite und der dritte Zylinder 2b und 2c dienen als aktive Zylinder. In einer alternativen Ausführungsform können aber der erste und der vierte Zylinder 2a und 2d als aktive Zylinder dienen, und der zweite und der dritte Zylinder 2b und 2c können als inaktive Zylinder dienen. In diesem Fall können die Schlitze 28 durch die obere Abdeckung 27a geschnitten werden, um entweder dem ersten und dem vierten unabhängigen Abgasrohr 32a und 32d oder einem Abschnitt derselben, in dem das erste und das vierte unabhängige Abgasrohr 32a und 32d zusammengeführt sind, zugewandt zu sein.
In der vorstehend beschriebenen beispielhaften Ausführungsform sind die Schlitze 28 durch einen Abschnitt der oberen Abdeckung 27a, der dem zweiten und dem dritten unabhängigen Abgasrohr 32b und 32c zugewandt ist, und einen Zusammenführabschnitt, in dem das zweite und das dritte unabhängige Abgasrohr 32b und 32c zusammengeführt sind, geschnitten. Es können aber auch Schlitze durch einen anderen Abschnitt der oberen Abdeckung, der zu dem zweiten mittleren Sammelrohr 33b weist, geschnitten sein. In diesem Fall sollte aber der Bereich mit den Schlitzen 28 nicht übermäßig geweitet sein, um zu verhindern, dass zu viel Fahrtwind in den Wärmeisolator 27 eindringt.
Zu beachten ist, dass die vorstehende Beschreibung der beispielhaften Ausführungsformen nur ein Beispiel für die vorliegende Offenbarung geben soll und nicht den Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung in irgendeiner Weise beschränken soll. D. h. es können verschiedene Abwandlungen oder Änderungen an diesen beschriebenen Ausführungsformen vollzogen werden, ohne vom Wesen und Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen, die nur durch die beigefügten Ansprüche abgegrenzt sind.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 08093470 [0002]
JP 08-093470 [0006, 0007]
DE 102014011840 A1 [0073]
DE 102014011842 A1 [0073]

Claims

Auspuffisolatorstruktur für einen Mehrzylindermotor eines Fahrzeugs, wobei die Struktur umfasst: einen Abgaskrümmer, der ausgelegt ist, um mehrere Ströme eines Abgases, die von mehreren säulenförmigen Zylindern des Mehrzylindermotors freigesetzt werden, zusammenzufassen; eine Abgasreinigungsvorrichtung, die mit einem bezüglich Abgas stromabwärts befindlichen Ende des Abgaskrümmers verbunden und ausgelegt ist, um das Abgas zu reinigen; und einen Wärmeisolator, der ausgelegt ist, um den Abgaskrümmer und die Abgasreinigungsvorrichtung zu bedecken, wobei bezüglich des Abgaskrümmers und der Abgasreinigungsvorrichtung ein gewisser Spalt verbleibt, wobei der Motor seinen Betriebsmodus von einem Betrieb mit allen Zylindern, bei dem alle der mehreren Zylinder aktiviert sind, zu einem Zylinderabschaltbetrieb, bei dem einige der mehreren Zylinder deaktiviert sind, um als inaktive Zylinder zu dienen, und die anderen Zylinder aktiviert sind, um als aktive Zylinder zu dienen, oder umgekehrt, umschalten kann und der Abgaskrümmer umfasst: mit inaktiven Zylindern verbundene Zweigabgasleitungen, die mit den inaktiven Zylindern kommunizieren; und mit aktiven Zylindern verbundene Zweigabgasleitungen, die mit den aktiven Zylindern kommunizieren, und ein Abschnitt des Wärmeisolators, der den mit aktiven Zylindern verbundenen Zweigabgasleitungen zugewandt ist, eine Öffnung aufweist, die Fahrtwind in den Wärmeisolator einlässt.
Auspuffisolatorstruktur nach Anspruch 1, wobei der Mehrzylindermotor an einem Frontende des Fahrzeugs quer in einem Motorraum eingebaut ist, so dass eine Richtung, in der die säulenförmigen Zylinder in Reihe angeordnet sind, parallel zu einer Fahrzeugbreitenrichtung ist, wobei eine Seitenfläche des Motors, die hin zu einem Heckende des Fahrzeugs weist, mit dem Abgaskrümmer gekoppelt ist, ein bezüglich Abgas stromaufwärts befindliches Ende jeweils der mit inaktiven Zylindern verbundenen Zweigabgasleitungen und der mit aktiven Zylindern verbundenen Zweigabgasleitungen so angeordnet ist, dass es sich von der Seitenfläche des Motors, die zum Heckende des Fahrzeugs weist, hin zum Heckende des Fahrzeugs erstreckt, der Wärmeisolator umfasst: eine obere Abdeckung, die ausgelegt ist, um den Abgaskrümmer und die Abgasreinigungsvorrichtung abzudecken, und über diesen angeordnet ist; und eine obere Abdeckung, die ausgelegt ist, um den Abgaskrümmer und die Abgasreinigungsvorrichtung abzudecken, und unter diesen angeordnet ist, und die Öffnung durch einen Abschnitt einer oberen Fläche der oberen Abdeckung, die hin zu den mit aktiven Zylindern verbundenen Zweigabgasleitungen weist, geschnitten ist.
Auspuffisolatorstruktur nach Anspruch 2, wobei der Motor ein Vierzylinderreihenmotor ist, die Richtung, in der die vier Zylinder des Motors in Reihe angeordnet sind, parallel zu dem Motor ist, wenn die vier Zylinder von einem der vier Zylinder, der sich an einem Ende des Motors befindet, hin zu dem anderen der vier Zylinder, der sich an dem anderen Ende des Motors befindet, nacheinander als erster, zweiter, dritter bzw. vierter Zylinder bezeichnet werden, dann der erste und der vierte Zylinder als inaktive Zylinder dienen und der zweite und der dritte Zylinder als aktive Zylinder dienen, die mit inaktiven Zylindern verbundenen Zweigabgasleitungen bestehen aus: zwei mit inaktiven Zylindern verbundenen unabhängigen Abgasrohren, die jeweils mit den zwei inaktiven Zylindern kommunizieren; und einem mit inaktiven Zylindern verbundenen mittleren Sammelrohr, das durch Zusammenfassen der zwei mit inaktiven Zylindern verbundenen unabhängigen Abgasrohre gebildet ist, die mit aktiven Zylindern verbundenen Zweigabgasleitungen bestehen aus: zwei mit aktiven Zylindern verbundenen unabhängigen Abgasrohren, die jeweils mit den zwei aktiven Zylindern kommunizieren; und einem mit aktiven Zylindern verbundenen mittleren Sammelrohr, das durch Zusammenfassen der zwei mit aktiven Zylindern verbundenen unabhängigen Abgasrohre gebildet ist, der Abgaskrümmer weiterhin ein letztes Sammelrohr umfasst, das durch Zusammenfassen dieser mit inaktiven Zylindern verbundenen und mit aktiven Zylindern verbundenen mittleren Sammelrohre gebildet ist, die Abgasreinigungsvorrichtung mit einem bezüglich Abgas stromabwärts befindlichen Ende des letzten Sammelrohrs verbunden ist und die mit aktiven Zylindern verbundenen unabhängigen Abgasrohre so angeordnet sind, dass sie durch einen Raum über den mit inaktiven Zylindern verbundenen unabhängigen Abgasrohren treten.
Auspuffisolatorstruktur nach Anspruch 3, wobei das mit aktiven Zylindern verbundene mittlere Sammelrohr so angeordnet ist, dass es durch einen Raum über dem mit inaktiven Zylindern verbundenen mittleren Sammelrohr tritt, und die Öffnung so positioniert ist, dass sie zu den zwei mit aktiven Zylindern verbundenen unabhängigen Abgasrohren und einem Abschnitt weist, an dem die zwei mit aktiven Zylindern verbundenen unabhängigen Abgasrohre zusammengefasst sind, wenn der Wärmeisolator den Abgaskrümmer und die Abgasreinigungsvorrichtung bedeckt.
Auspuffisolatorstruktur nach Anspruch 3 oder 4, wobei die obere Abdeckung und die untere Abdeckung so angeordnet sind, dass, wenn der Wärmeisolator den Abgaskrümmer und die Abgasreinigungsvorrichtung bedeckt, sich ein unteres Ende der oberen Abdeckung außerhalb eines oberen Endes der unteren Abdeckung befindet und dass zwischen dem unteren Ende der oberen Abdeckung und dem oberen Ende der unteren Abdeckung ein Spalt verbleibt.
Auspuffisolatorstruktur nach einem der Ansprüche 3–5, wobei ein stromabwärts liegende Abgasrohr, das das von der Abgasreinigungsvorrichtung gereinigte Abgas durchtreten lässt, mit einem bezüglich Abgas stromabwärts befindlichen Ende der Abgasreinigungsvorrichtung verbunden ist, der Wärmeisolator den Abgaskrümmer und die Abgasreinigungsvorrichtung sowie einen Bereich, der einen Abschnitt umgibt, in dem das stromabwärts befindliche Abgasrohr mit der Abgasreinigungsvorrichtung verbunden ist, bedeckt und ein Abschnitt des Wärmeisolators, der sich näher an dem Heckende des Fahrzeugs als die mit inaktiven Zylindern verbundenen Zweigabgasleitungen befindet, einen Tunnelabschnitt aufweist, der einen Abschnitt des stromabwärts befindlichen Abgasrohrs, der sich näher an einem stromabwärts befindlichen Ende des Abgases befindet als der mit der Abgasreinigungsvorrichtung verbundene Abschnitt, aus dem Wärmeisolator herausreichen lässt.
Auspuffisolatorstruktur nach Anspruch 6, wobei der Tunnelabschnitt durch die untere Abdeckung geschnitten ist.
Auspuffisolatorstruktur nach einem der Ansprüche 3–7, wobei die mit aktiven Zylindern verbundenen unabhängigen Abgasrohre von kürzerer Länge als die mit inaktiven Zylindern verbundenen unabhängigen Abgasrohre sind.
Auspuffisolatorstruktur nach einem der Ansprüche 3–8, wobei sich die Abgasreinigungsvorrichtung unter den mit inaktiven Zylindern verbundenen unabhängigen Abgasrohren befindet.