DE102017218837A1 - Brennkraftmaschine mit einer Abgasanlage - Google Patents
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- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
Abstract
Brennkraftmaschine mit einer Abgasanlage, die über einen Abgaskrümmer mit der Brennkraftmaschine verbunden ist, wobei in der Abgasanlage eine erste und in Strömungsrichtung des Abgases dahinter eine zweite Abgasreinigungsanlage angeordnet ist, wobei die erste Abgasreinigungsanlage über einen Bypass mit einem Verschlusselement umgehbar ist, wobei das Verschlusselement in dem Abgaskrümmer angeordnet ist.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann die Brennkraftmaschine bei hoher Last mit Gemischanreicherung betrieben werden.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann die Brennkraftmaschine bei hoher Last mit Gemischanreicherung betrieben werden.
Description
- Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einer Abgasanlage mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
- Aus der Deutschen Offenlegungsschrift
DE 2851675 A1 , von der die vorliegende Erfindung ausgeht, ist eine Nachverbrennungsvorrichtung für die Abgase von Brennkraftmaschinen bekannt. Es wird eine Vorrichtung beansprucht, zum Nachverbrennen von Abgasen bei Brennkraftmaschinen mit einem Katalysator für die Oxidation von CO und HC, bei dem im oberen Lastbereich ein Teil des Abgases unter Umgehung eines Katalysators durch einen Abgaskanal geleitet wird, die dadurch gekennzeichnet ist, dass dem Katalysator und dem Abgaskanal ein zweiter Katalysator nachgeordnet ist. - Bei Ottobrennkraftmaschinen wird bei hohen Motordrehzahlen und hoher Leistung das Kraftstoff-Luft-Gemisch angereichert (Lambda < 1), um die abgasführenden Bauteile vor thermischer Überbeanspruchung zu schützen. Dieses gilt insbesondere für aufgeladene Motoren, bei denen die Abgasturbine und der Katalysator ansonsten durch zu hohe Abgastemperaturen zerstört würden.
- Die Gemischanreicherung führt zu hohen CO-Konzentrationen im Abgas und das CO wird im Katalysator aufgrund des Sauerstoffmangels nicht oxidiert. Der Katalysator arbeitet nicht mehr als 3-Wege-Katalysator, weil kein stöchiometrisches Gemisch eingestellt wird. Damit wird die Erfüllung zukünftiger Zulassungsanforderung für Kraftfahrzeuge gefährdet.
- Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine alternative Abgasanlage aufzuzeigen, um das CO-Problem zu lösen.
- Diese Aufgabe wird durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.
- Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
- Ein Teil des Abgasstroms kann durch ein in dem Abgaskrümmer angeordnetes Wastegate am Turbolader und an der Brennkraftmaschinen nahen, ersten Abgasreinigungsanlage vorbeigeführt und einem, beispielsweise in einen Endschalldämpfer eingebauten Katalysator zugeführt werden. Das Wastegate regelt den Bypassabgasstrom und ersetzt somit in vorteilhafter Weise das Wastegate im Turbolader. Der Bypassabgasstrom senkt die Abgastemperatur in der Abgasturbine und in der motornahen Abgasreinigungsanlage. Das Abgas im Bypassabgasstrom wird durch den motorfernen Katalysator, die zweite Abgasreinigungsanlage, gereinigt. Der Bypass ist nur im thermisch kritischen Hochlastbereich der Brennkraftmaschine wirksam. Im normalen Betrieb und im Warmlauf der Brennkraftmaschine wird das gesamte Abgas durch die erste Abgasreinigungsanlage, den motornahen Katalysator, gereinigt.
- Durch den Abgasbypass wird die gesamte Abgasanlage thermisch entlastet und die Gemischanreicherung kann in vorteilhafter Weise entfallen. Damit wird das Abgas im gesamten Betriebsbereich der Brennkraftmaschine gereinigt und es können auch schärfere Abgasemissionsgesetze erfüllt werden. Durch den Einbau des Wastegates, das Verschlusselement im Abgaskrümmer oder Zylinderkopf kann es z. B. mit einem wassergekühlten Ventilsitz ausgeführt und die akustischen Nachteile des Wastegates im Turbolader vermieden werden.
- Im Folgenden ist die Erfindung anhand einer einzigen Figur näher erläutert.
-
1 zeigt schematisch eine Brennkraftmaschine mit einer erfindungsgemäßen Abgasanlage. -
1 zeigt schematisch eine Brennkraftmaschine1 mit einer Abgasanlage2 . Die Abgasanlage2 ist über einen nicht bezifferten Abgaskrümmer mit der Brennkraftmaschine Abgas führend verbunden. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel strömt das Abgas bei niedriger Last bzw. im Warmlauf der Brennkraftmaschine zuerst über ein Turbinenrad7 eines Abgasturboladers und weiter durch ein erstes Abgasrohr10 , dann durch eine erste Abgasreinigungsanlage3 und weiter durch ein zweites Abgasrohr11 durch einen Endschalldämpfer8 und weiter durch eine zweite Abgasreinigungsanlage4 und verlässt die Abgasanlage2 über zwei Endrohre9 . Ausströmendes Abgas ist durch zwei Pfeile symbolisch dargestellt. Das erste Abgasrohr10 kann häufig entfallen, da die erste Abgasreinigungsanlage3 häufig direkt an ein Turbinengehäuse des Abgasturboladers angeflanscht wird. - Das Turbinenrad
7 ist drehbar in einem Gehäuse des Abgasturboladers gelagert und treibt einen nicht dargestellten Verdichter des Abgasturboladers an. Zwischen der Brennkraftmaschine1 und dem Turbinengehäuse zweigt ein Bypass5 von der Abgasanlage2 ab, der hinter der ersten Abgasreinigungsanlage3 und vor dem Endschalldämpfer8 wieder in die Abgasanlage2 mündet. Zur Abgas-Massenstromregelung des an der ersten Abgasreinigungsanlage3 vorbeigeführten Abgases ist in dem Bypass5 ein Verschlusselement6 vorgesehen. Das Verschlusselement6 arbeitet als normales Wastegate, das auch die Ladedruckregeleung übernimmt. - Bei hohem Abgasmassenstrom, d. h. bei hoher Drehzahl und hoher Leistung der Brennkraftmaschine
1 wird das Verschlusselement6 geöffnet und ein Teil des Abgasmassenstroms wird an der ersten Abgasreinigungsanlage3 vorbeigeführt, so dass diese thermisch geschützt ist. In einer bevorzugten Ausführungsform kann das zweite Abgasrohr11 auch profiliert ausgeführt sein, für eine bessere Abgaskühlung. - Für möglichst geringen Bauaufwand ist das Verschlusselement
6 in einem ersten Ausführungsbeispiel erfindungsgemäß in dem Abgaskrümmer angeordnet. - In einem zweiten Ausführungsbeispiel, welches in
1 vorliegt, ersetzt das Verschlusselement6 in vorteilhafter Weise eine akustisch kritische Bypassklappe des Abgasturboladers. - In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind der Schalldämpfer
8 und die zweite Abgasreinigungsanlage4 in einem einzigen Gehäuse angeordnet, in einem weiteren Ausführungsbeispiel können auch verschiedene Gehäuse für den Schalldämpfer8 die zweite Abgasreinigungsanlage4 vorgesehen werden. Die erste und die zweite Abgasreinigungsanlage3 ,4 , sind 3-Wege-Katalysatoren. Beide Abgasreinigungsanlagen3 ,4 arbeiten als 3-Wege-Katalysatoren, da die Brennkraftmaschine1 mit stöchiometrischem Gemisch, ohne Anreicherung, bzw. Anfettung und ohne Sekundärluft arbeiten soll. - Durch den Abgasbypass
5 wird somit das gesamte Abgassystem thermisch entlastet und eine Gemischanreicherung kann entfallen. Damit wird das Abgas im gesamten Betriebsbereich der Brennkraftmaschine1 gereinigt und es können noch schärfere Abgasemissionsgesetze erfüllt werden. Durch den Einbau des Wastegates, das Verschlusselement6 , im Abgaskrümmer oder auch im Zylinderkopf, wird eine einfache bauliche Einheit dargestellt, durch den Ersatz der Bypassklappe im Abgasturbolader werden akustische Nachteile vermieden. - Bezugszeichenliste
-
- 1.
- Brennkraftmaschine
- 2.
- Abgasanlage
- 3.
- erste Abgasreinigungsanlage
- 4.
- zweite Abgasreinigungsanlage
- 5.
- Bypass
- 6.
- Verschlusselement
- 7.
- Turbinenrad
- 8.
- Schalldämpfer
- 9.
- Endrohr
- 10.
- erstes Abgasrohr
- 11.
- zweites Abgasrohr
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
-
- DE 2851675 A1 [0002]
Claims (3)
- Brennkraftmaschine (1) mit einer Abgasanlage (2), die über einen Abgaskrümmer mit der Brennkraftmaschine (1) verbunden ist, wobei in der Abgasanlage (2) eine erste (3) und in Strömungsrichtung des Abgases dahinter eine zweite Abgasreinigungsanlage (4) angeordnet ist, wobei die erste Abgasreinigungsanlage (3) über einen Bypass (5) mit einem Verschlusselement (6) umgehbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschlusselement (6) in dem Abgaskrümmer angeordnet ist.
- Brennkraftmaschine mit einer Abgasanlage nach
Patentanspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Abgaskrümmer und der ersten Abgasreinigungsanlage (3) in der Abgasanlage (2) ein Turbinengehäuse mit einem Turbinenrad (7) eines Abgasturboladers angeordnet ist, wobei das Turbinenrad (7) über den Bypass (5) umgehbar ist und eine Bypassklappe das Verschlusselement (6) ist. - Brennkraftmaschine mit einer Abgasanlage nach
Patentanspruch 1 oder2 , dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der ersten und der zweiten Abgasreinigungsanlage (3, 4) ein Schalldämpfer (8) in der Abgasanlage (2) angeordnet ist.
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