DE102022132796A1 - Exhaust gas purification device of an internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Abgasreinigungsvorrichtung (10) einer Brennkraftmaschine, mit einem Abgasrohr (11), welches sich mit seiner Längsrichtung entlang von nebeneinander angeordneten Zylindern mindestens einer Zylinder-gruppe der Brennkraftmaschine erstreckt, mit innerhalb des Abgasrohrs (11) angeordneten Katalysatoren (15), die das Abgasrohr (11) in einen ersten Abgasrohrabschnitt (16) und einen zweiten Abgasrohrabschnitt (17) unterteilen, wobei die Abgasrohrabschnitte (16, 17) sich mit ihrer Längsrichtung jeweils entlang der Zylinder der mindestens einen Zylindergruppe erstrecken, wobei das Abgasrohr (11) mit den Zylindern der mindestens einen Zylindergruppe gekoppelt ist, um von den Zylindern der mindestens einen Zylindergruppe Abgas in den ersten Abgasrohrabschnitt (16) des Abgasrohrs (11) einzuleiten, und wobei ausgehend vom ersten Abgasrohrabschnitt (16) des Abgasrohrs (11) ungereinigtes Abgas über die Katalysatoren (15) quer zur Längsrichtung des Abgasrohrs (11) in den zweiten Abgasrohrabschnitt (17) des Abgasrohrs (11) leitbar ist, um als gereinigtes Abgas ausgehend vom zweiten Abgasrohrabschnitt (17) des Abgasrohr (11) in Richtung auf mindestens eine weitere Baugruppe der Brennkraftmaschine geführt zu werden.Exhaust gas purification device (10) of an internal combustion engine, with an exhaust pipe (11) which extends with its longitudinal direction along cylinders arranged next to one another of at least one cylinder group of the internal combustion engine, with catalysts (15) arranged within the exhaust pipe (11) which divide the exhaust pipe (11) into a first exhaust pipe section (16) and a second exhaust pipe section (17), wherein the exhaust pipe sections (16, 17) each extend with their longitudinal direction along the cylinders of the at least one cylinder group, wherein the exhaust pipe (11) is coupled to the cylinders of the at least one cylinder group in order to introduce exhaust gas from the cylinders of the at least one cylinder group into the first exhaust pipe section (16) of the exhaust pipe (11), and wherein starting from the first exhaust pipe section (16) of the exhaust pipe (11), unpurified exhaust gas is passed via the catalysts (15) transversely to the longitudinal direction of the exhaust pipe (11) into the second exhaust pipe section (17) of the exhaust pipe (11). can be guided as purified exhaust gas from the second exhaust pipe section (17) of the exhaust pipe (11) in the direction of at least one further component of the internal combustion engine.
Description
Die Erfindung betrifft eine Abgasreinigungsvorrichtung einer Brennkraftmaschine.The invention relates to an exhaust gas purification device of an internal combustion engine.
Aus der Praxis bekannte Brennkraftmaschinen verfügen über Zylinder, in welchen Kraftstoff verbrannt wird. Die Zylinder einer Brennkraftmaschine bilden mindestens eine Zylindergruppe aus in einer Reihe nebeneinander angeordneten Zylindern aus. Bei einer Brennkraftmaschine in V-Bauweise sind zwei Zylindergruppen mit jeweils mehreren nebeneinander angeordneten Zylindern vorgesehen. Aus der Praxis bekannte Brennkraftmaschinen verfügen weiterhin über eine Abgasreinigungsvorrichtung. Die Abgasreinigungsvorrichtung dient dem Reinigen des die Zylinder verlassenden Abgases. Typischerweise ist stromabwärts der Abgasreinigungsvorrichtung mindestens eine Turbine eines jeweiligen Abgasturboladers angeordnet.Internal combustion engines known from practice have cylinders in which fuel is burned. The cylinders of an internal combustion engine form at least one cylinder group made up of cylinders arranged next to one another in a row. In a V-design internal combustion engine, two cylinder groups are provided, each with several cylinders arranged next to one another. Internal combustion engines known from practice also have an exhaust gas purification device. The exhaust gas purification device serves to clean the exhaust gas leaving the cylinders. Typically, at least one turbine of a respective exhaust gas turbocharger is arranged downstream of the exhaust gas purification device.
Bei aus der Praxis bekannten Brennkraftmaschinen benötigt die Abgasreinigungsvorrichtung viel Bauraum. Dies ist von Nachteil.In the case of combustion engines known from practice, the exhaust gas purification device requires a lot of installation space. This is a disadvantage.
Es besteht Bedarf an einem Abgasreinigungssystem, welches möglichst innerhalb der vorhandenen Ausmaße (Bauraum) des Motors verbaut werden kann und somit keinen zusätzlichen Platz in der Umgebung des Motors benötigt und darüber hinaus leicht, also mit geringem Gewicht, baut. Aufgabe der Erfindung ist es, eine entsprechende Abgasreinigungsvorrichtung einer Brennkraftmaschine bereitzustellen.There is a need for an exhaust gas purification system that can be installed as far as possible within the existing dimensions (installation space) of the engine and thus does not require any additional space in the vicinity of the engine and is also lightweight. The object of the invention is to provide a corresponding exhaust gas purification device for an internal combustion engine.
Diese Aufgabe wird durch eine Abgasreinigungsvorrichtung einer Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 gelöst.This object is achieved by an exhaust gas purification device of an internal combustion engine according to claim 1.
Die erfindungsgemäße Abgasreinigungsvorrichtung weist ein Abgasrohr auf, welches sich mit seiner Längsrichtung entlang von nebeneinander angeordneten Zylindern mindestens einer Zylindergruppe der Brennkraftmaschine erstreckt. Ferner weist die erfindungsgemäße Abgasreinigungsvorrichtung innerhalb des Abgasrohrs angeordnete Katalysatoren auf, die das Abgasrohr in einen ersten Abgasrohrabschnitt und einen zweiten Abgasrohrabschnitt unterteilen, wobei die Abgasrohrabschnitte sich mit ihrer Längsrichtung jeweils entlang der Zylinder der mindestens einen Zylindergruppe erstrecken. Das Abgasrohr ist mit den Zylindern der mindestens einen Zylindergruppe derart gekoppelt, um von den Zylindern der mindestens einen Zylindergruppe Abgas in den ersten Abgasrohrabschnitt des Abgasrohrs einzuleiten. Ausgehend vom ersten Abgasrohrabschnitt des Abgasrohrs ist ungereinigtes Abgas über die Katalysatoren quer zur Längsrichtung des Abgasrohrs in den zweiten Abgasrohrabschnitt des Abgasrohrs leitbar, um als gereinigtes Abgas ausgehend vom zweiten Abgasrohrabschnitt des Abgasrohrs in Richtung auf mindestens eine weitere Baugruppe der Brennkraftmaschine geführt zu werden.The exhaust gas purification device according to the invention has an exhaust pipe, the longitudinal direction of which extends along cylinders arranged next to one another of at least one cylinder group of the internal combustion engine. Furthermore, the exhaust gas purification device according to the invention has catalysts arranged within the exhaust pipe, which divide the exhaust pipe into a first exhaust pipe section and a second exhaust pipe section, the exhaust pipe sections each extending longitudinally along the cylinders of the at least one cylinder group. The exhaust pipe is coupled to the cylinders of the at least one cylinder group in such a way that exhaust gas from the cylinders of the at least one cylinder group is introduced into the first exhaust pipe section of the exhaust pipe. Starting from the first exhaust pipe section of the exhaust pipe, uncleaned exhaust gas can be guided via the catalysts transversely to the longitudinal direction of the exhaust pipe into the second exhaust pipe section of the exhaust pipe in order to be guided as cleaned exhaust gas starting from the second exhaust pipe section of the exhaust pipe in the direction of at least one further assembly of the internal combustion engine.
Bei der erfindungsgemäßen Abgasreinigungsvorrichtung erstreckt sich entlang der Zylinder mindestens einer Zylindergruppe ein Abgasrohr. In diesem Abgasrohr sind Katalysatoren aufgenommen, welche das Abgasrohr in den ersten Abgasrohrabschnitt für ungereinigtes Abgas und den zweiten Abgasrohrabschnitt für gereinigtes Abgas unterteilen. Für eine Zylindergruppe oder für zwei Zylindergruppen ist ein einziges Abgasrohr mit in dem Abgasrohr angeordneten Katalysatoren vorgesehen, um Abgas, welches die Zylinder verlässt, aufzunehmen, zu reinigen und in Richtung auf mindestens eine weitere Baugruppe der Brennkraftmaschine abzuführen. Die beiden Abgasrohrabschnitte des Abgasrohrs, die durch die Katalysatoren voneinander getrennt sind, erstrecken sich mit ihrer Längsrichtung entlang der Zylinder der jeweiligen Zylindergruppe. Die Katalysatoren, die im Abgasrohr aufgenommen sind, sind quer zur Längsrichtung des jeweiligen Abgasrohrs durchströmt. Die erfindungsgemäße Abgasreinigungsvorrichtung benötigt wenig Bauraum und kann in den Motorbauraum integriert werden. Ferner verfügt dieselbe über ein geringes Gewicht.In the exhaust gas purification device according to the invention, an exhaust pipe extends along the cylinders of at least one cylinder group. Catalysts are accommodated in this exhaust pipe, which divide the exhaust pipe into the first exhaust pipe section for uncleaned exhaust gas and the second exhaust pipe section for cleaned exhaust gas. For one cylinder group or for two cylinder groups, a single exhaust pipe with catalysts arranged in the exhaust pipe is provided in order to collect exhaust gas leaving the cylinders, clean it and discharge it in the direction of at least one further component of the internal combustion engine. The two exhaust pipe sections of the exhaust pipe, which are separated from one another by the catalysts, extend with their longitudinal direction along the cylinders of the respective cylinder group. The catalysts accommodated in the exhaust pipe are flowed through transversely to the longitudinal direction of the respective exhaust pipe. The exhaust gas purification device according to the invention requires little installation space and can be integrated into the engine installation space. Furthermore, it is lightweight.
Vorzugsweise erstreckt sich das Abgasrohr mit seinen beiden Abgasrohrabschnitten entlang aller Zylinder einer einzigen Zylindergruppe oder von zwei Zylindergruppen, wobei der erste Abgasrohrabschnitt des Abgasrohrs mit allen Zylindern der einen Zylindergruppen oder der zwei Zylindergruppen gekoppelt ist. Diese Ausführung ist besonders bevorzugt, um eine Abgasreinigungsvorrichtung mit geringem Gewicht und geringem Bauraumbedarf bereitzustellen. Alternativ können erfindungsgemäß mehrere Abgasreinigungsvorrichtungen am Motor verbaut werden, vorzugsweise am Motoren mit zwei Zylindergruppen z.B.: eine Abgasreinigungsgruppe pro Zylindergruppe.Preferably, the exhaust pipe with its two exhaust pipe sections extends along all cylinders of a single cylinder group or of two cylinder groups, with the first exhaust pipe section of the exhaust pipe being coupled to all cylinders of one cylinder group or of two cylinder groups. This design is particularly preferred in order to provide an exhaust gas purification device with low weight and low installation space requirements. Alternatively, according to the invention, several exhaust gas purification devices can be installed on the engine, preferably on engines with two cylinder groups, e.g.: one exhaust gas purification group per cylinder group.
Vorzugsweise weist die Abgasreinigungsvorrichtung mindestens einen Bypass auf, über welches Abgas unter Umgehung der Katalysatoren direkt und ungereinigt vom ersten Abgasrohrabschnitt in Richtung auf die mindestens eine weitere Baugruppe der Brennkraftmaschine des Abgasrohrs leitbar ist. Insbesondere ist der Bypass an demjenigen Ende des Abgasrohrs ausgebildet, von welchem aus Abgas ausgehend vom Abgasrohr in Richtung auf die mindestens eine weitere Baugruppe der Brennkraftmaschine führbar ist. Insbesondere ist der Bypass über eine steuerbare Verschlusseinrichtung absperrbar und freigebbar. Über den Bypass sowie die steuerbare Verschlusseinrichtung, die dem Absperren und Freigeben des Bypasses dient, kann die Strömungsführung des Abgases an unterschiedliche Betriebspunkte und an Lastwechsel der Brennkraftmaschine gezielt angepasst werden. Hierdurch kann die Motordynamik einer die Abgasreinigungsvorrichtung aufweisenden Brennkraftmaschine eingestellt werden bzw. verbessert werden.The exhaust gas purification device preferably has at least one bypass, via which exhaust gas can be guided directly and uncleaned from the first exhaust pipe section in the direction of the at least one further component of the internal combustion engine of the exhaust pipe, bypassing the catalysts. In particular, the bypass is formed at that end of the exhaust pipe from which exhaust gas can be guided from the exhaust pipe in the direction of the at least one further component of the internal combustion engine. In particular, the bypass can be blocked and released via a controllable closure device. The flow of the exhaust gas can be adapted to different operating conditions via the bypass and the controllable closure device, which serves to block and release the bypass. points and to load changes of the internal combustion engine. This allows the engine dynamics of an internal combustion engine equipped with the exhaust gas purification device to be adjusted or improved.
Vorzugsweise sind in Kopplungsbereichen der Zylinder der jeweiligen Zylindergruppe mit dem Abgasrohr Strömungsführungselemente angeordnet, welche die Strömung des Abgases der Zylinder der jeweiligen Zylindergruppe beim Eintritt in den ersten Abgasrohrabschnitt des Abgasrohrs führen. Über die Strömungsführungselemente kann die Einleitung des Abgases von den Zylindern in den ersten Abgasrohrabschnitt des Abgasrohrs sowie die Verteilung des Abgases im ersten Abgasrohrabschnitt verbessert werden, um eine gute Durchströmung der Katalysatoren bereitzustellen.Preferably, flow guide elements are arranged in coupling areas of the cylinders of the respective cylinder group with the exhaust pipe, which guide the flow of the exhaust gas from the cylinders of the respective cylinder group as it enters the first exhaust pipe section of the exhaust pipe. The flow guide elements can be used to improve the introduction of the exhaust gas from the cylinders into the first exhaust pipe section of the exhaust pipe and the distribution of the exhaust gas in the first exhaust pipe section in order to provide good flow through the catalysts.
Vorzugsweise ist dem jeweiligen Katalysator mindestens ein vorzugsweise gitterartiges Leitelement zugeordnet. Über die Leitelemente kann die Strömungsführung des Abgases im Bereich der Katalysatoren verbessert werden.Preferably, at least one guide element, preferably in the form of a grid, is assigned to the respective catalyst. The flow guidance of the exhaust gas in the area of the catalysts can be improved via the guide elements.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
-
1 eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer Abgasreinigungsvorrichtung einer Brennkraftmaschine, -
2 einen ersten Querschnitt durch die Abgasreinigungsvorrichtung der1 , -
3 einen ausschnittsweisen zweiten Querschnitt durch die Abgasreinigungsvorrichtung der1 , -
4 ein Detail der2 , -
5 eine Alternative zum Detail der3 , -
6 ein Detail der3 in einem ersten Zustand, -
7 das Detail der6 in einem zweiten Zustand, -
8 das Detail der6 in einem dritten Zustand, -
9 einen ausschnittsweisen dritten Querschnitt durch die Abgasreinigungsvorrichtung der1 , -
10 eine Alternative zum Detail der6 in einem ersten Zustand, -
11 das Detail der10 in einem zweiten Zustand.
-
1 a perspective view of an embodiment of an exhaust gas purification device of an internal combustion engine, -
2 a first cross section through the exhaust gas purification device of the1 , -
3 a partial second cross-section through the exhaust gas purification device of the1 , -
4 a detail of the2 , -
5 an alternative to the detail of3 , -
6 a detail of the3 in a first state, -
7 the detail of the6 in a second state, -
8th the detail of the6 in a third state, -
9 a partial third cross-section through the exhaust gas purification device of the1 , -
10 an alternative to the detail of6 in a first state, -
11 the detail of the10 in a second state.
Jede Zylindergruppe verfügt über zehn nebeneinander in einer Reihe angeordnete Zylinder. Die Anzahl der Zylinder je Zylindergruppe, für welche die Abgasreinigungsvorrichtung 10 in
Die erfindungsgemäße Abgasreinigungsvorrichtung 10 der
Im Ausführungsbeispiel der
Das Abgasrohr 11 ist einem ersten Ende 13 verschlossen. An einem gegenüberliegenden zweiten Ende 14 kann vom Abgasrohr 11 Abgas in Richtung auf mindestens eine weitere Baugruppe der Brennkraftmaschine abgeführt werden, zum Beispiel in Richtung auf eine Turbine eines Abgasturboladers.The
Innerhalb des Abgasrohrs 11 sind mehrere Katalysatoren 15 angeordnet.
Das Abgasrohr 10 ist mit den Zylindern der Zylindergruppen gekoppelt, nämlich derart, dass von jedem der Zylinder der Zylindergruppen Abgas in den ersten Abgasrohrabschnitt 16 des jeweiligen Abgasrohrs 11 eingeleitet werden kann. So ist im Ausführungsbeispiel der
Ausgehend vom ersten Abgasrohrabschnitt 16 des Abgasrohrs 11 kann ungereinigtes Abgas über die Katalysatoren 15 quer zur Längsrichtung des Abgasrohrs 11 strömen, und zwar in Richtung auf den zweiten Abgasrohrabschnitt 17, in welchem sich dann gereinigtes Abgas sammeln kann. Dieses gereinigte Abgas kann ausgehend vom zweiten Abgasrohrabschnitt 17 des Abgasrohrs 11 in Richtung auf die mindestens eine weitere Baugruppe der Brennkraftmaschine geführt werden, nämlich ausgehend vom zweiten Ende 14 des Abgasrohrs 11. Zudem kann das erste Ende 13 analog zu Ende 14 ausgeführt werden, das über das erste Ende 13 einer weiteren Baugruppe Abgas zugeführt werden kann.Starting from the first
Das Abgasrohr 11 erstreckt sich mit seinen beiden Abgasrohrabschnitten 16, 17 entlang aller Zylinder von einer Zylindergruppe oder von zwei Zylindergruppen oder jeweils ein Abgasrohr 11 oder mehrere Abgasrohre 11 entlang einer Zylindergruppe. Der erste Abgasrohrabschnitt 16 des Abgasrohrs 11 ist mit allen Zylindern der einen Zylindergruppe oder der beiden Zylindergruppen gekoppelt, nämlich über die Eintrittsöffnungen 18, über welche das Abgas der Zylinder in den ersten Abgasrohrabschnitt 16 des Abgasrohrs 11 einströmen kann. Das Abgas, welches über die Eintrittsöffnungen 18 der Rohrsegmente 11a des Abgasrohrs 11 in den ersten Abgasrohrabschnitt 16 eintritt, kann sich innerhalb des ersten Abgasrohrabschnitts 16 verteilen, über die Katalysatoren 15 strömen und sich dann als gereinigtes Abgas im zweiten Abgasrohrabschnitt 17 sammeln, um von demselben in Richtung zweites Ende 14 und falls erstes Ende 13 entsprechend ausgeführt, auch in Richtung erstes Ende 13 auf mindestens eine weitere Baugruppe der Brennkraftmaschine geführt zu werden.The
Die Abgasreinigungsvorrichtung 10 verfügt über einen Bypass 19. Der Bypass 19 ist am zweiten Ende 14 des Abgasrohrs 11 ausgebildet, von welchem aus Abgas in Richtung auf die mindestens eine weitere Baugruppe der Brennkraftmaschine geführt werden kann. Zudem kann ein weiterer Bypass zusätzlich an anderem Ende angebracht werden, um auch am ersten Ende für eine weitere Baugruppe Abgas zu entnehmenThe exhaust
Der Bypass 19 ist ausgebildet, um Abgas unter Umgehung der Katalysatoren 15 direkt und ungereinigt vom ersten Abgasrohrabschnitt 16 in Richtung auf die mindestens eine weitere Baugruppe der Brennkraftmaschine zu leiten. Dem Bypass 19 ist dabei eine steuerbare Verschlusseinrichtung 20 zugeordnet.The
Im Zustand der
Die Verschlusseinrichtung 20 kann dabei über einen Aktuator 21 zwischen den Zuständen der
Die in
Im Zustand der
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass jedem Katalysator 15 mindestens ein Leitelement 22 zur Abgasführung zugeordnet ist. So zeigt
Wie am besten
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 1010
- AbgasreinigungsvorrichtungExhaust gas purification device
- 1111
- AbgasrohrExhaust pipe
- 11a11a
- RohrsegmentPipe segment
- 1212
- KompensatorCompensator
- 1313
- EndeEnd
- 1414
- EndeEnd
- 1515
- Katalysatorcatalyst
- 1616
- AbgasrohrabschnittExhaust pipe section
- 1717
- AbgasrohrabschnittExhaust pipe section
- 1818
- EintrittsöffnungEntrance opening
- 1919
- Bypassbypass
- 2020
- VerschlusseinrichtungLocking device
- 2121
- Achseaxis
- 2222
- LeitelementGuide element
- 2323
- StrömungsführungselementFlow guide element
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