DE10236732A1 - Abgaseinrichtung für eine Mehrzylinderbrennkraftmaschine - Google Patents
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Abstract
Mehrflutige Abgaseinrichtung für eine Mehrzylinderbrennkraftmaschine mit motornahen Abgassträngen und diesen zugeordneten motorfernen Abgassträngen mit einer Schalteinrichtung zum Schalten der Abgasströme der motornahen Abgasstränge zwischen den motorfernen Abgassträngen.
Description
- Die Erfindung betrifft eine Abgaseinrichtung für eine Mehrzylinderbrennkraftmaschine mit wenigstens zwei Zylindergruppen sowie diesen zugeordneten Abgassträngen.
- Eine derartige mehrflutige Abgasanlage ist beispielsweise mit der
DE 101 15 956 A1 bekannt geworden, welche eine Vierzylinderbrennkraftmaschine mit einer zweiflutigen Abgasanlage beschreibt. Die beschriebene Abgasanlage weist eine Übersprechstelle auf, stromab der Übersprechstelle umfasst jeder Abgasstrang einen Vorkatalysator, nachfolgend werden die Abgasstränge zusammengeführt, wobei im folgenden ein NOx-Speicherkatalysator durchströmt wird. - Die Übersprechstelle der Abgasanlage gemäß der
DE 101 15 956 A1 ist entsprechend einer drehmomentoptimalen Abstimmung für einen bestimmten Betriebspunkt im Abgasweg fest von den Zylindern beabstandet angeordnet. Nachteilig ist dabei, dass außerhalb des vorbestimmten Betriebspunktes seitens der Abgasanlage kein optimales Verhalten in Hinblick auf das Drehmoment bzw. den Verbrauch der Brennkraftmaschine gegeben ist. Einen weiteren Nachteil stellt die permanente Durchströmung der von den Abgassträngen stromab der Übersprechstelle umfassten Vorkatalysatoren dar, die Möglichkeit einer Abschaltung ist nicht gegeben. - Als Aufgabe der vorliegenden Erfindung stellt sich die Verbesserung einer eingangs genannte Abgaseinrichtung mit einfachen Mitteln und kostengünstig insbesondere bezüglich ihrer Flexibilität und Wirksamkeit.
- Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, wobei entsprechend der zu Grunde liegenden Idee mehrere parallele jeweils einem motornahen Abgasstrang zugeordnete motorfernen Abgasstränge vorgesehen sind und eine Schalteinrichtung zum schalten des Abgasstromes eines jeden motornahen Abgasstranges zwischen den ihm zugeordneten motorfernen Abgassträngen vorgesehen ist.
- Besonders zu bevorzugende Ausführungsbeispiele sind Gegenstand der Unteransprüche.
- Sehr von Vorteil ist es, wenn zum gemeinsamen Schalten der Abgasströme der motornahen Abgasstränge zwischen den parallelen motorfernen Abgassträngen eine einzige Schalteinrichtung vorgesehen, wobei zweckmäßigerweise im Bereich der Schalteinrichtung die abgasführenden Rohre kreissektorförmig ausgebildet sind und gemeinsam einen kreisförmigen Querschnitt überdecken und die Schalteinrichtung eine drehbare Blende mit den abgasführenden Rohren entsprechenden kreissektorförmigen Bereichen zum Abdecken bzw. Freigeben der Rohre aufweist.
- Gemäß einer bevorzugten Ausführung weist die drehbare Blende wechselnd Bereiche zur Abdeckung bzw. zum Freigeben der Rohre auf, so dass in einer ersten Stellung der drehbaren Blende der Abgasstrom eines jeden motornahen Abgasstranges einem diesem zugeordneten ersten motorfernen Abgasstrang zugeleitet und in einer zweiten Stellung der Blende der Abgasstrom eines jeden motornahen Abgasstranges einem diesem zugeordneten zweiten motorfernen Abgasstrang zugeleitet wird.
- Bevorzugt wird dabei ein Drehantrieb der Blende mechanisch mittels Zahnstange, Schnecke und/oder Zahnrad; ebenfalls bevorzugt wird ein elektromagnetischer Drehantrieb der Blende.
- Einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel zufolge weisen die einem motornahen Abgasstrang zugeordneten motorfernen Abgasstränge jeweils Übersprechstellen mit unterschiedlichem axialen Abstand zur Schalteinrichtung auf, so dass durch ein Umschalten des Abgasstromes zwischen den motorfernen Abgassträngen jeweils Übersprechstellen mit unterschiedlichem Abstand im Abgasströmungsweg von den Zylindern der Brennkraftmaschine wirksam sind und demgemäss eine Optimierung in Hinblick auf unterschiedliche Betriebspunkt der Brennkraftmaschine erfolgt.
- Gemäß eines weiteren sehr vorteilhaften Ausführungsbeispiels umfassen sowohl die ersten als auch die zweiten motorfernen Abgasstränge jeweils einen Katalysator. Durch ein Umschalten des Abgasstromes zwischen den motorfernen Abgassträngen werden die Katalysatoren wechselnd beaufschlagt. Dabei sind die Katalysatoren zweckmäßigerweise in Strömungsrichtung unterschiedlich weit von der Schalteinrichtung beabstandet, so dass durch ein Umschalten ein brennkraftmaschinennaher und/oder ein brennkraftmaschinenferner Katalysator beaufschlagbar ist. Jedoch kann gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels auch eine zumindest annähernd gleicher Abstand der Katalysatoren von den Zylindern der Brennkraftmaschine zweckmäßig sein.
- Ein Weiteres ebenfalls bevorzugtes Ausführungsbeispiel zeichnet sich dadurch aus, dass nur einer der einem motornahem Abgasstrang zugeordneten motorfernen Abgasstränge einen Katalysator umfasst, so dass ein Umschalten des Abgasstromes zwischen den motorfernen Abgassträngen ein Durchströmen bzw. Umgehen des Katalysators ermöglicht.
- Zweckmäßigerweise werden die einem motornahen Abgasstrang zugeordneten und/oder die unterschiedlichen motornahen Abgassträngen zugeordneten motorfernen Abgasstränge wieder zusammengeführt, wobei gegebenenfalls die zusammengeführten Abgasstränge einen Katalysator umfassen.
- Nachfolgend sind unter Bezugnahme auf Figuren besonders zu bevorzugende Ausführungsbeispiele dargestellt, dabei zeigen schematisch und beispielhaft
-
1 eine zweiflutige Abgasanlage mit schaltbarer Übersprechstelle, -
2 eine zweiflutige Abgasanlage mit schaltbarem Katalysatorbypass und -
3 eine konstruktive Ausgestaltung einer zweiflutigen Abgasanlage mit schaltbarer Übersprechstelle. -
1 zeigt eine Abgasanlage100 , bei welcher die Abgasströme zweier Zylindergruppen106 ,108 jeweils in einem Abgasstrom zusammengeführt werden; die Abgasströme der Zylindergruppe106 werden dabei im Abgasstrom102 und die Abgasströme der Zylindergruppe108 im Abgasstrom104 zusammengeführt. Dem Abgasstrom folgend abwärts dieser motornahen Abgasstränge102 ,104 ist eine Schalteinrichtung110 vorgesehen, mittels der die Abgasströme der motornahen Abgasstränge102 ,104 jeweils einem motorfernen Abgasstrang112 ,114 bzw.116 ,118 zuleitbar sind. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind dem motornahen Abgasstrang102 zwei motorferne Abgasstränge112 ,116 und dem motornahen Abgasstrang104 zwei motorferne Abgasstränge114 ,118 zugeordnet. Entsprechend der Stellung der Schalteinrichtung110 wird dabei entweder der Abgasstrom des motornahen Abgasstranges102 dem motorfernen Abgasstrang112 und der Abgasstrom des motornahen Abgasstranges104 dem motorfernen Abgasstrang114 oder der Abgasstrom des Abgasstranges102 dem Abgasstrang116 und der Abgasstrom des Abgasstranges104 dem Abgasstrang118 zugeleitet, wobei die Schalteinrichtung110 die gleichzeitige Schaltung beider Abgasströme ermöglicht. - Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel nach
1 ist zwischen den motorfernen Abgassträngen112 und114 stromab der Schalteinrichtung110 eine Übersprechstelle120 vorgesehen, zwischen den Abgassträngen116 und118 ist eine Übersprechstelle122 vorgesehen. Die Übersprechstellen120 ,122 sind im Strömungsweg unterschiedlich weit von der Schalteinrichtung110 respektive von den Zylindern der Zylindergruppen106 ,108 entfernt, so dass entsprechend der Stellung der Schalteinrichtung110 jeweils eine der Übersprechstellen120 ,122 wirksam ist und so eine hohe Flexibilität der Abgasanlage100 bezüglich eines leistungs- bzw. verbrauchsoptimierten Betrieb bei unterschiedlichen Betriebspunkten gewährleistet ist. Mit der vorliegenden Anordnung ist eine schaltbare Übersprechstelle realisiert. Gegebenenfalls sind auch Zwischenstellungen der Schalteinrichtung und somit eine Beaufschlagung beider Übersprechstellen120 ,122 möglich. - Dem Abgasstrom folgend abwärts werden im vorliegenden Ausführungsbeispiel die Ströme der Abgasstränge
112 ,116 sowie die Ströme der Abgasstränge114 ,118 in Strängen124 und126 zusammengeführt, welche wiederum in einem Abgasstrang128 zusammen- und abgeführt werden. - Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist in
2 dargestellt und betrifft die Anordnung von Katalysatoren in den Abgassträngen stromab der Schalteinrichtung220 . Bezüglich der Abgasführung stromauf der Schalteinrichtung220 sowie der Schalteinrichtung220 selbst und der Zuführung des Abgasstromes der motornahen Abgasstränge zu den motorfernen Abgassträngen212 ,214 bzw. 216, 218 wird auf die1 sowie die zugehörige Beschreibung verwiesen. - Im vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst der Abgasstrang
212 einen Katalysator240 , ebenso umfasst der Abgasstrang214 einen Katalysator242 ; die Abgasstränge216 und218 umfassen keine Katalysatoren. Durch eine entsprechende Bestätigung der Schalteinrichtung220 ist der Abgasstrom durch die Katalysatoren240 ,242 oder durch die als Bypass dienenden Stränge216 ,218 leitbar. Insbesondere handelt es sich bei den Katalysatoren240 ,242 um temperaturempfindliche Katalysatoren wie DeNOx-Katalysatoren für Benzin-Direkteinspritzer, welche im Hochtemperaturbereich beispielsweise bei Volllast umgehbar sind. Bei einer kontinuierlichen Betätigung der Schalteinrichtung220 ist selbstverständlich auch eine Aufteilung der Abgasströme zwischen den Abgassträngen212 und214 einerseits und den Abgassträngen216 und218 andererseits möglich. - Gemäß einer weiteren hier nicht näher dargestellten Ausführungsform der Erfindung umfassen die Abgasstränge
212 und214 jeweils oder gegebenenfalls gemeinsam einen motornahen Katalysator und die Abgasstränge216 und218 jeweils oder gegebenenfalls gemeinsam einen motorfernen Katalysator, so dass entsprechend der Stellung der Schalteinrichtung220 entweder der motornahe oder der motorferne Katalysator durchströmt wird. Auf diese Weise kann ein motornahe angeordneter, besonders schnell anspringender Katalysator, welcher jedoch nicht für Volllastbetrieb geeignet ist, abgeschaltet und einen motorfern angeordneter, für Volllastbetrieb geeigneter Katalysator, welcher jedoch eine längere Anspringzeit benötigt, gegebenenfalls auch sukzessive zugeschaltet werden. - Bei der Ausführungsform nach
2 werden die Abgasstränge212 ,214 ,216 ,218 stromab der Katalysatoren240 ,242 zu einem gemeinsamen Strom228 zusammen- und über einen weiteren Katalysator244 abgeführt. - Im Rahmen der vorliegenden Erfindung sind selbstverständlich die Merkmale der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele in zweckmäßiger Weise miteinander kombinierbar. Insbesondere kann das Ausführungsbeispiel nach
1 durchaus einen oder mehrere Katalysatoren umfassen. - Eine konstruktive Ausgestaltung des Ausführungsbeispiels nach
1 zeigt3 , gemäß der die von den Zylindergruppen beaufschlagten Abgasrohre302 ,304 jeweils zwei im Abgasstrom nachgeordneten Rohren312 ,316 bzw.314 ,318 zugeordnet sind; der Abgasstrom des Rohres302 beaufschlagt sowohl das Rohr312 als auch das Rohr316 , der Abgasstrom des Rohres304 beaufschlagt die Rohre314 und318 . Die vier Rohre312 ,314 ,316 ,318 weisen gemeinsam einen Kreisquerschnitt auf, wobei jedes der Rohre vorliegend einen 90°-Kreissektor einschließt. Im Abgasweg nachfolgend ist die Schalteinrichtung310 angeordnet, welche im wesentlichen eine drehbare Blende360 mit den Rohren312 ,314 ,316 ,318 entsprechenden Bereichen364 zur Abdeckung des Rohrquerschnitts und Bereichen366 zur Freigabe des Rohrquerschnitts sowie ein Zahnsegment362 für den Angriff einer hier nicht näher dargestellten Antriebseinrichtung umfasst. - In einer ersten Stellung der Schalteinrichtung
310 sind die Querschnitte der Rohre312 und314 mit den Bereichen364 der drehbaren Blende360 abgedeckt, so dass der Abgasstrom der Rohre302 und304 , freigegeben durch die Bereiche366 der Blende360 , durch die Rohre316 und318 strömt. In einer zweiten Stellung der Schalteinrichtung310 sind die Querschnitte der Rohre316 und318 mit den Bereichen364 der drehbaren Blende360 abgedeckt, dass Abgas strömt durch die Rohre312 und314 . Gegebenenfalls ist es auch zweckmäßig, wenn die Schalteinrichtung310 Zwischenstellungen entnimmt, so dass sich die Abgasströme der Rohre302 und304 entsprechend der Stellung der Blende360 auf die Rohre312 und316 respektive314 und318 aufteilen. - Zum hier nicht näher dargestellten Antrieb der drehbaren Blende
360 ist ein mit dem Zahnsegment362 in Eingriff stehendes Zahnrad oder eine Schnecke vorgesehen, welche mittels eines Elektromotors antreibbar ist; die Ansteuerung des Elektromotors erfolgt zumindest mittelbar mittels der Motorelektronik. Ebenso zweckmäßig ist es, zum Antrieb der drehbaren Blende360 einen elektromagnetischen Antrieb vorzusehen. - Die Schalteinrichtung
310 ist in einem Schaltgehäuse angeordnet, zwischen drehbarer Blende360 und den angrenzenden Rohrenden sind jeweils temperaturfeste Dichtungen vorgesehen, alternativ wird eine ausreichende Dichtheit durch ein sehr geringes Spiel, beispielsweise mit einer Ausgestaltung in Keramik, erreicht, wobei selbstverständlich die Rohrdurchführungen am Schaltgehäuse entsprechend zu dichten sind. Sehr zweckmäßig ist es, wenn der Antrieb der drehbaren Blende360 mit im Gehäuse untergebracht wird, anderenfalls ist bei Durchführung eines Kraftübertragungselementes wie einer Welle durch die Schaltgehäusewand ebenfalls eine entsprechende Dichtung vorzusehen. - Stromab der Schalteinrichtung
310 ist eine erste Übersprechstelle320 zum Gas- und Druckausgleich zwischen den Rohren312 und314 vorgesehen, weiter stromabwärts ist eine zweite Übersprechstelle322 zum Gas- und Druckausgleich zwischen den Rohren316 und318 vorgesehen. Im Folgenden werden die Abgasströme der Rohre314 und318 im Rohr326 sowie die Abgasströme der Rohre312 und316 im Rohr324 zusammengeführt.
Claims (12)
- Abgaseinrichtung für eine Mehrzylinderbrennkraftmaschine mit wenigstens zwei Zylindergruppen sowie diesen zugeordneten motornahen Abgassträngen, gekennzeichnet durch – mehrere parallele jeweils einem motornahen Abgasstrang (
102 ,104 ) zugeordnete motorferne Abgasstränge (112 ,114 ,116 ,118 ) und – eine Schalteinrichtung (110 ) zum schalten des Abgasstromes eines jeden motornahen Abgasstranges (102 ,104 ) zwischen den ihm zugeordneten motorfernen Abgassträngen (112 ,114 ,116 ,118 ). - Abgaseinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Schalteinrichtung (
110 ) zum gemeinsamen Schalten der Abgasströme der motornahen Abgasstränge (102 ,104 ) zwischen den parallelen motorfernen Abgassträngen (112 ,114 ,116 ,118 ). - Abgaseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Schalteinrichtung (
310 ) die abgasführenden Rohre (312 ,314 ,316 ,318 ) kreissektorförmig ausgebildet sind und gemeinsam einen kreisförmigen Querschnitt überdecken. - Abgaseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung (
310 ) eine drehbare Blende (360 ) mit den abgasführenden Rohren (312 ,314 ,316 ,318 ) entsprechenden kreissektorförmigen Bereichen (364 ,366 ) zum Abdecken bzw. Freigeben der Rohre (312 ,314 ,316 ,318 ) aufweist. - Abgaseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in einer ersten Stellung der drehbaren Blende (
360 ) der Abgasstrom eines jeden motornahen Abgasstranges (302 ,304 ) einem diesem zugeordneten ersten motorfernen Abgasstrang (312 ,314 ) zugeleitet und in einer zweiten Stellung der Blende (360 ) der Abgasstrom eines jeden motornahen Abgasstranges (302 ,304 ) einem diesem zugeordneten zweiten motorfernen Abgasstrang (316 ,318 ) zugeleitet wird. - Abgaseinrichtung nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Drehantrieb der Blende (
360 ) mechanisch mittels Zahnstang, Schnecke und/oder Zahnrad erfolgt. - Abgaseinrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Drehantrieb der Blende (
360 ) elektromagnetisch erfolgt. - Abgaseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die einem motornahen Abgasstrang (
102 ,104 ) zugeordneten motorfernen Abgasstränge (112 ,114 ,116 ,118 ) jeweils Übersprechstellen (120 ,122 ) mit unterschiedlichem Abstand in Strömungsrichtung zur Schalteinrichtung (110 ) aufweisen. - Abgaseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die ersten als auch die zweiten motorfernen Abgasstränge jeweils einen Katalysator umfasst.
- Abgaseinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Katalysator in Strömungsrichtung unterschiedlich weit von der Schalteinrichtung beabstandet sind.
- Abgaseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils nur einer der einem motornahem Abgasstrang (
202 ,204 ) zugeordneten motorfernen Abgasstränge (212 ,214 ) einen Katalysator (240 ,242 ) umfasst. - Abgaseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die einem motornahen Abgasstrang zugeordneten und/oder die unterschiedlichen motornahen Abgassträngen zugeordneten motorfernen Abgasstränge (
212 ,214 ,216 ,218 ) wieder zusammengeführt werden, wobei gegebenenfalls die zusammengeführten Abgasstränge einen Katalysator (244 ) umfassen.
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