DE19503748A1 - Verbrennungsmotor - Google Patents

Verbrennungsmotor

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Description

Die Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor mit ei­ ner Abgasleitung nach der im Oberbegriff des Anspruchs 1 näher definierten Art.
Aus verschiedenen Druckschriften, beispielsweise der DE-OS 38 26 600, ist es bekannt, Verbrennungsmotoren, insbesondere Dieselmotoren, mit Abgasturboladern zu versehen.
Um die Abgase des Verbrennungsmotors zu reinigen, ist es beispielsweise aus derselben Druckschrift bekannt, eine Abgasreinigungsvorrichtung, z. B. einen Katalysa­ tor oder ein Rußfilter, vorzusehen.
Der Katalysator oder das Rußfilter sind hierbei in Strömungsrichtung nach dem Abgasturbolader angeordnet und mit der Turbine des Abgasturboladers durch eine Abgasrohrleitung verbunden.
Nachteilig an der beschriebenen Anordnung ist insbe­ sondere, daß sich, vor allem bei langen Rohrleitungen, ein Wärmeverlust des Abgases beim Durchströmen der langen Rohrleitung ergibt, wobei durch die Temperatur­ absenkung des Abgases die Wirksamkeit des Katalysa­ tors, des Rußfilters oder anderer geeigneter Abgas­ nachbehandlungselemente, welche der Turbine des Abgas­ turboladers nachgeschaltet sind, beeinträchtigt wird.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu­ grunde, einen Verbrennungsmotor vorzusehen, der den beschriebenen Nachteil des Standes der Technik besei­ tigt, insbesondere mit dem auch bei einem vorgeschal­ teten Abgasturbolader eine hohe Wirksamkeit des Kata­ lysators oder eines anderen Abgasnachbehandlungsele­ mentes erzielbar ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch das im kenn­ zeichnenden Teil des Anspruchs 1 genannte Merkmal ge­ löst.
Durch das direkte Nachschalten eines Diffusors an den Ausgang der Turbine des Abgasturboladers ist gewähr­ leistet, daß das Abgas nur einen geringen Teil seiner Wärmeenergie bis zum Eintritt in den Katalysator oder das Rußfilter verliert, so daß der volle Wärmeinhalt des Abgases für die Katalyse genutzt werden kann.
Des weiteren ist zwischen dem Ausgang der Turbine und dem Einströmquerschnitt des Katalysators, d. h. dem En­ de des Diffusors, nur eine geringe Flächenerweiterung gegeben. Hierdurch kann der Diffusoröffnungswinkel klein gehalten werden, wodurch ein frühzeitiges Ablö­ sen der Abgasströmung von den Wänden des Diffusors weitgehend vermieden wird, so daß die Abgasströmung weitgehend laminar vom Ausgang der Turbine des Abgas­ turboladers zum Eingang des Katalysators strömt.
Ein weiterer Vorteil der Anordnung des Diffusors di­ rekt hinter dem Ausgang der Turbine des Abgasturbola­ ders ist das Abströmen des Abgases aus der Turbine mit Drall. Die Drallströmung stabilisiert hierbei die Strömung des Abgases durch den Diffusor, so daß, wie bereits erwähnt, auch hierdurch ein frühzeitiges Ablö­ sen des Abgasstromes von den Wänden des Diffusors ver­ mieden werden kann.
Außerdem ist die Spaltströmung, welche im Laufradspalt der Turbine des Abgasturboladers entsteht, sehr ener­ giereich, was dazu führt, daß der Grenzschicht im Dif­ fusor Energie zugeführt wird, wodurch der Abgasstrom im Diffusor, der auch als Diffusorströmung bezeichnet werden kann, zusätzlich stabilisiert wird. Dies wie­ derum führt zu einer gleichmäßigeren Durchströmung des Katalysators mit dem Abgas des Verbrennungsmotors.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verbren­ nungsmotors ist ein höheres Druckgefälle zwischen dem Ausgang der Turbine des Abgasturboladers und dem Kata­ lysator, so daß auch hierdurch eine gleichmäßigere Durchströmung des Katalysators gewährleistet ist, da die verhältnismäßig hohen Reibungsverluste durch das Strömen des Abgases in langen Rohrleitungen vermieden werden.
Nachfolgend ist anhand der Zeichnung ein Ausführungs­ beispiel der vorliegenden Erfindung prinzipmäßig be­ schrieben.
Es zeigt:
Fig. 1 einen Schnitt durch ein erstes Ausführungs­ beispiel der vorliegenden Erfindung, und
Fig. 2 einen Schnitt durch ein zweites Ausführungs­ beispiel der vorliegenden Erfindung.
Bezugnehmend auf Fig. 1 ist schematisch ein Abgastur­ bolader 1 dargestellt, von dem in der Fig. 1 nur die Turbine 2 eingezeichnet ist. In der Ansicht nach der Fig. 1 strömt das Abgas in Pfeilrichtung von rechts nach links durch die Turbine 2 in einen direkt am Aus­ gang der Turbine 2 angeordneten Diffusor 3. Am Ausgang des Diffusors 3 ist der Eingang eines Katalysators 4 vorgesehen, wobei anstatt des Katalysators 4 auch ein anderes geeignetes Abgasnachbehandlungselement, bei­ spielsweise ein Rußfilter, vorgesehen sein kann.
Der Diffusor 3, der sich in Richtung zu dem Katalysa­ tor 4 hin öffnet, weist eine weitgehend trichterförmi­ ge Form mit einem Öffnungswinkel δ/2 auf.
Der Diffusoröffnungswinkel δ/2 ist hierbei möglichst klein vorgesehen, um ein frühzeitiges Ablösen der Strömung des Abgasstromes von den Wänden des Diffusors 3 zu vermeiden.
Derartige Ablösungen des Abgasstromes von den Wänden des Diffusors 3 würden zu Verwirbelungen im Diffusor 3 führen und somit zu Beeinträchtigungen des Strömungs­ verhaltens des von dem Abgasturbolader 1 zum Katalysa­ tor 4 strömenden Abgases.
Fig. 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der vor­ liegenden Erfindung.
Hierbei wurde auf die Darstellung des Katalysators 4 aus übersichtlichkeitsgründen verzichtet.
Im Gegensatz zu dem Ausführungsbeispiel nach der Fig. 1 weist der Abgasturbolader 1 der Fig. 2 eine Bypass­ leitung 5 auf, welche die nicht dargestellte Abgaslei­ tung des Verbrennungsmotors mit dem Diffusor 3 verbin­ det. Die Bypass-Leitung 5 ist mittels einer Verschluß­ einrichtung, die in dem vorliegenden Ausführungsbei­ spiel als Verschlußklappe 6 ausgeführt ist, ver­ schließbar.
Über die Bypass-Leitung 5 kann wenigstens ein Teil des Abgases an der Turbine 2 bzw. dem Abgasturbolader 1 vorbei von der nicht dargestellten Abgasleitung des Verbrennungsmotors direkt zum Katalysator 4 geleitet werden, wodurch gefährlich hohe Drücke am Eingang des Abgasturboladers 1 vermieden werden. Das Abgas strömt hierbei aus der Bypass-Leitung 5 über Öffnungen 7 in der Umfangswand des Diffusors 3 in den Diffusor 3 ein und von diesem aus zum Katalysator (in Pfeilrichtung in der Fig. 2).
Die Steuerung der Verschlußklappe 6 kann beispielswei­ se über ein Steuergestänge 8 erfolgen, welches von ei­ ner geeigneten Einrichtung, beispielsweise einer Druckdose am Verdichter, angesteuert wird.
Tritt somit ein zu hoher Druck am Verdichter auf, so wird das Steuergestänge 8 aktiviert und die Verschluß­ klappe 6 geöffnet, so daß Abgas direkt aus der Abgas­ leitung bzw. dem Verdichter des Abgasturboladers 1 über die Bypass-Leitung 5 und die Öffnungen 7 in der Umfangswand des Diffusors 3 zu dem Katalysator strömen kann und hierdurch der Abgashauptströmung zugeführt wird, welche nach wie vor durch den Abgasturbolader 1 hindurchströmt.
Die Öffnungen 7 in der Umfangswand des Diffusors 3 sind vorzugsweise möglichst weit vom Ausgang des Ab­ gasturboladers entfernt angeordnet, um den durch den Diffusor 3 strömenden Abgasstrom nicht zu beeinflus­ sen.
Durch das Vorsehen der Bypass-Leitung 5 ist gewährlei­ stet, daß das gesamte vom Verbrennungsmotor erzeugte Abgas über den Katalysator strömt und nicht ungerei­ nigt in die Atmosphäre abgelassen wird, wenn sich bei­ spielsweise am Verdichter des Abgasturboladers 1 ein zu hoher Druck aufbaut.
Der Diffusor 3 und/oder der Katalysator 4 können mit dem Gehäuse des Abgasturboladers 1 einteilig ausge­ führt sein, so daß der Abgasturbolader 1 zusammen mit dem Diffusor 3 und/oder dem Katalysator 4 als eine Baugruppe einfach und kostengünstig montiert werden kann.
Der Diffusor 3, der üblicherweise aus Blech gefertigt ist, kann beispielsweise in einer Ausnehmung in der an die Austrittsöffnung angrenzenden Wand des Gehäuses des Abgasturboladers 1 angebracht sein.
Hierbei kann der Diffusor 3 beispielsweise mit seiner erweiterten Austrittsöffnung mittels eines Spannringes an einem am Gehäuse des Abgasturboladers 1 ange­ flanschten Gehäusering angebracht sein, so daß auf diese Weise eine einfache Montage des Diffusors 3 an dem Abgasturbolader 1 möglich ist.

Claims (9)

1. Verbrennungsmotor mit einer Abgasleitung und einem in der Abgasleitung angeordneten Abgasturbolader, wobei hinter dem Abgasturbolader ein Katalysator oder ein Rußfilter angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß am Ausgang der Turbine (2) des Abgasturboladers (1) ein Diffusor (3) angeordnet ist, an welchen sich unmittelbar der Katalysator (4) oder der Rußfilter anschließt.
2. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgasleitung mit dem Diffusor (3) über eine By­ pass-Leitung (5) verbunden ist.
3. Verbrennungsmotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Diffusor (3) Öffnungen (7) aufweist, durch wel­ che wenigstens teilweise das aus der Abgasleitung kommende Abgas strömt.
4. Verbrennungsmotor nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bypass-Leitung (5) durch eine Verschlußeinrich­ tung (6) verschließbar ist.
5. Verbrennungsmotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschlußeinrichtung als Verschlußklappe (6) ausgeführt ist.
6. Verbrennungsmotor nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschlußeinrichtung (6) druckgesteuert ist.
7. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Diffusor (3) und/oder der Katalysator (4) mit dem Gehäuse des Abgasturboladers (1) einteilig aus­ geführt ist.
8. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Diffusor (3) aus Blech gefertigt ist, wobei der Diffusor (3) in einer Ausnehmung in der an die Aus­ trittsöffnung angrenzenden Wand des Gehäuses des Abgasturboladers (1) angebracht ist.
9. Verbrennungsmotor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Diffusor (3) mit seiner erweiterten Austritts­ öffnung mittels eines Spannringes an einem am Ge­ häuse des Abgasturboladers (1) angeflanschten Ge­ häusering angebracht ist.
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