DE3603378A1

DE3603378A1 - Exhaust gas system for an internal combustion engine

Info

Publication number: DE3603378A1
Application number: DE19863603378
Authority: DE
Inventors: Edgard Dipl.-Ing. Grundmann; Axel Dr.-Ing. 3180 Wolfsburg König
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1985-02-16
Filing date: 1986-02-05
Publication date: 1986-08-21

Abstract

In an exhaust gas system (2) of an internal combustion engine (1) which contains, in an exhaust gas line (3), an exhaust gas throttle (4) which is closed at low engine output levels and contains, in a bypass line (5) which bypasses the said throttle (4), a heat exchanger (6) of a heating system (7), a control valve (9) to which the exhaust gas back pressure is fed as a control variable upstream of the heat exchanger (6) is arranged in the bypass line (5) downstream of the heat exchanger (6) so that by changing the flow cross-section in the control valve (9) fluctuations in the exhaust gas flow losses in the heat exchanger (6) are compensated as a result of different operating modes of the internal combustion engine (1), (Fig. 1). <IMAGE>

Description

Abgassystem für eine Brennkraftmaschine Exhaust system for an internal combustion engine

Die Erfindung betrifft ein Abgassystem für eine Brennkraftmaschine, insbesondere eine solche in einem Kraftfahrzeug, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1. Ein derartiges Abgassystem beschreibt die DE-OS 31 03 199, B60H 1/18, in der Weise, daß in dem einen Bestandteil eines Fahrzeugheizungssystems bildenden Wärmetauscher ein Düsenboden in Abhängigkeit von der jeweiligen Motorleistung bewegt wird.The invention relates to an exhaust system for an internal combustion engine, especially one in a motor vehicle, with the features of the preamble of claim 1. Such an exhaust system is described in DE-OS 31 03 199, B60H 1/18, in such a way that one part of a vehicle heating system forming a nozzle base depending on the respective engine power is moved.

Wie in der zitierten Offenlegungsschrift ausführlich dargelegt, reicht insbesondere bei niedriger Motorleistung die von dem Motor über Kühlwasser und Abgas abgegebene Wärmeleistung nicht aus, um das Heizmedium, in der Regel Wasser, der Fahrzeugheizung hinreichend zu erwärmen. Durch Erhöhen des Abgasgegendrucks wird eine Vergrößerung der Motorlast und eine Erhöhung der Abgaswärme hervorgerufen, die über Wärmetauscher der Fahrzeugheizung zugeführt wird. Bei dem beschriebenen Stand der Technik wird durch Veränderung des Strömungsquerschnitts im Wärmetauscher betriebsmäßigen Änderungen der Last der Brennkraftmaschine Rechnung getragen, so daß eine stufenlose Regelung des Wärmeangebots in dem Wärmetauscher bei unterschiedlichen Matorbelastungen erfolgt.As set out in detail in the cited laid-open specification, is sufficient especially when the engine is low, that of the engine via cooling water and exhaust gas The heat output does not depend on the heating medium, usually water, of the To heat the vehicle heater sufficiently. By increasing the exhaust back pressure, caused an increase in the engine load and an increase in exhaust heat, which is fed to the vehicle heating system via heat exchangers. With the one described The state of the art is achieved by changing the flow cross-section in the heat exchanger operational changes in the load of the internal combustion engine are taken into account, so that a stepless control of the heat supply in the heat exchanger at different Mator loads takes place.

Der Erfindung liegt eine andere Aufgabe zugrunde. Sie soll ein Abgassystem gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 so ausbilden, daß auch bei Verwendung kom- pakter, einen hohen Druckabfall der sie durchströmenden Abgase bewirkende Wärmetauscher mit hohem Wirkungsgrad der die Brennkraftmaschine belastende /Nbgasgegendruck bei unterschiedlichen Nutzlasten der Maschine im wesentlichen konstant bleibt.The invention has a different object. You should form an exhaust system according to the preamble of claim 1 so that even when using com- more compact, a high pressure drop in the exhaust gases flowing through it, with a high degree of efficiency, and the gas counterpressure that loads the internal combustion engine remains essentially constant for different payloads of the machine.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht in den kennzeichnender Merkmalen des Patentanspruchs 1, eine vorteilhafte Ausbildung des Regelventils beschreibt der Unteranspruch.The inventive solution to this problem consists in the characterizing Features of claim 1, describes an advantageous design of the control valve the subclaim.

Ein besonderer Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß das Regelventil bei geöffneter Abgasdrossel infolge des dann geringen Abgasgegendrucks geschlossen ist und so eine unerwünschte Durchströmung des Wärmetauschers, d.h. eine unerwünschte Erhöhung der Temperatur des Heizmediums, verhindert.A particular advantage of the invention can be seen in the fact that the control valve closed when the exhaust gas throttle is open due to the then low exhaust gas back pressure and so an undesired flow through the heat exchanger, i.e. an undesired one Raising the temperature of the heating medium is prevented.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen: Fig. 1 weitgehend schematisch das Abgas- und Heizungssystem und die Fig. 2 u. 3 in vergrößertem Maßstab das Regelventil in seinen beiden Endlagen.An embodiment of the invention is described below with reference to the Drawing explained. They show: FIG. 1, largely schematically, the exhaust gas and heating system and Figures 2 and 3 show, on an enlarged scale, the control valve in its two end positions.

Betrachtet man zunächst Fig. 1, so ist der Brennkraftmaschine 1, hier dem Antriebsmotor eines Kraftfahrzeugs, das allgemein mit 2 bezeichnete Abgassystem zugeordnet, das als wesentliche Bestandteile die Abgasleitung 3 mit der als Abgasdrcssel dienenden Absperrklappe 4 und die Abgas-Bypassleitung 5 enthält, die die Absperrklappe 4 überbrückt und den Abgas-Wasser-Wärmetauscher 6 enthält. Dieser bildet einen Bestandteil des Fahrzeuginnenraum-Heizungssystems 7, das von Kühlwasser des Motors durchströmt ist und zumindest einen Wasser-Luft-Wärmetauscher 8 enthält.If one looks first at FIG. 1, the internal combustion engine 1 is here the drive engine of a motor vehicle, the exhaust system generally designated 2 assigned, the main components of the exhaust pipe 3 with the exhaust gas valve serving butterfly valve 4 and the exhaust gas bypass line 5 contains the butterfly valve 4 bridged and the exhaust-water heat exchanger 6 contains. This forms a component of the vehicle interior heating system 7, through which the engine cooling water flows and contains at least one water-air heat exchanger 8.

Bei niedriger Motorleistung, also im unteren Teillastgebiet, gibt die Brennkraftmaschine 1 über das Kühlwasser und das Abgas nur verhältnismäßig geringe Wärmemengen ab, die zu einer ausreichenden HeiZ wirkung durch den Heizungswärme tauscher 8 nicht ausreicht. Aus diesem Grunde wird durch teilweises odei vollständigs Sperren der Abgasleitung 3 mittels der Absperrklappe 4 zumindest ein großer Teil der Abgase gemäß den Pfeilen gezwungen, die Bypassleitung 5 und damit den Wärmetauscher 6 zu durchströmen. Dadurch entsteht, nicht zuletzt durch den Strömungswiderstand des Wärmetauschers 6, eine Erhöhung des Abgasgegendrucks, wodurch eine Erhöhung der Abgastemperatur erzielt wird.At low engine power, ie in the lower partial load area, the internal combustion engine 1 emits only relatively small amounts of heat via the cooling water and the exhaust gas, which is insufficient for a sufficient heating effect through the heating heat exchanger 8. For this reason, through partial odei becomes complete Blocking the exhaust line 3 by means of the shut-off valve 4, at least a large part of the exhaust gases according to the arrows are forced to flow through the bypass line 5 and thus the heat exchanger 6. This results in an increase in the exhaust gas back pressure, not least due to the flow resistance of the heat exchanger 6, whereby an increase in the exhaust gas temperature is achieved.

Durch veränderliche Betriebsweise der Brennkraftmaschine 1 treten unterschiedliche Strömungsverluste im Wärmetauscher 6, d.h. unterschiedliche Druckabfälle in diesem, auf. Außerdem besteht bei hohem Abgasangebot auch bei voll geöffneter Absperrklappe 4 die Möglichkeit, daß eine geringe Abgasmenge die Bypassleitung 5 und den Wärmetauscher 6 durchströmt und in diesem das Heizmedium, also hier das Kühlwasser, in unerwünschter Weise aufheizt.Step by changing the mode of operation of the internal combustion engine 1 different flow losses in the heat exchanger 6, i.e. different pressure drops in this, on. In addition, there is a high level of exhaust gas even when it is fully open Butterfly valve 4 allows a small amount of exhaust gas to pass through the bypass line 5 and the heat exchanger 6 flows through and in this the heating medium, so here the Cooling water, heats up in an undesirable manner.

Diesen beiden Nachteilen wird durch Vorsehen des pneumatischen Regelventils 9 entgegengewirkt, das in der Bypassleitung 5 strömungsabwärts des Wärmetauschers 6 angeordnet ist und dem über die Druckleitung 10 als Regelgröße der Abgasgegendruck vor dem Wärmetauscher 6 zugeführt wird.Both of these disadvantages are addressed by the provision of the pneumatic control valve 9 counteracted that in the bypass line 5 downstream of the heat exchanger 6 is arranged and the exhaust gas back pressure via the pressure line 10 as a control variable is fed in front of the heat exchanger 6.

Wie insbesondere die Fig. 2 und 3 zeigen, besitzt das Regelventil 9 den Ventilteller 11, der mit seiner Ebene parallel zur Strömungsrichtung der Abgase in der Bypassleitung 5 weist und dem in dieser der Ventilsitz 12 zugeordnet ist. Der Ventilstößel 13 ragt in das Gehäuse 14 hinein, das an seinem oberen Ende die Druckkammer 15 umschließt, die über die Druckleitung 10 mit dem Abgasgegendruck beaufschlagt ist. Die Druckkammer 15 wird durch die Membrananordnung 16 begrenzt, die durch den Druck in der Druckkammer 15 entgegen der Ventilschließfeder 17 federnd nachgiebig ausgebildet ist.As shown in particular in FIGS. 2 and 3, the control valve has 9 the valve disk 11, the plane of which is parallel to the direction of flow of the exhaust gases in the bypass line 5 and to which the valve seat 12 is assigned in this. The valve stem 13 protrudes into the housing 14, which at its upper end the Pressure chamber 15 encloses which via the pressure line 10 with the exhaust gas back pressure is applied. The pressure chamber 15 is limited by the membrane arrangement 16, which by the pressure in the pressure chamber 15 against the valve closing spring 17 is resilient is designed to be resilient.

Wird bei niedriger Motorlast vorzugsweise selbsttätig die Absperrklappe 4 geschlossen, so tritt eine Vergrößerung des Abgasgegendrucks und damit des Drucks in der Druckkammer 15 auf, so daß das Ventil entgegen der Kraft der Schließfeder 17 entsprechend der Auslegung dieser Feder mehr oder weniger weit öffnet. Die Auslegung der Feder 17 ist so getroffen, daß bei einem vorgegebenen einzuhaltenden Wert des Abgasgegendrucks in Strömungsrichtung vor dem Wärmetauscher 6 sich der Ventilteller 11 in einer Lage zwischen seinem Sitz 12 und seiner in Fig. 3 dargestellten voll geöffneten Position befindet. Tritt dagegen eine Erhöhung des Abgasgegendrucks infolge einer Vergrößerung des Abgasangebots der Brennkraftmaschine auf, wird das Ventil weiter geöffnet, so daß der Druckabfall in der Bypassleitung 5 zumindest annähernd konstant bleibt. Das Entgegengesetzte geschieht bei einer Verringerung des Abgasangebots und demgemäß einer Verringerung des Abgasgegendrucks.If the engine load is low, the butterfly valve is preferably activated automatically 4 closed, there is an increase in the exhaust gas back pressure and thus the pressure in the pressure chamber 15 so that the valve against the force of the closing spring 17 opens to a greater or lesser extent according to the design of this spring. The interpretation the spring 17 is made so that at a predetermined value to be maintained Exhaust back pressure in the flow direction upstream of the heat exchanger 6 is the valve disc 11 in a position between its seat 12 and its shown in FIG fully open position. If, on the other hand, there is an increase in the exhaust gas back pressure as a result an increase in the exhaust gas supply of the internal combustion engine, the valve opened further, so that the pressure drop in the bypass line 5 is at least approximately remains constant. The opposite happens when the exhaust gas supply is reduced and accordingly a reduction in exhaust back pressure.

In diesem Falle wird durch Bewegung des Ventils in Richtung Schließstellung der Druckabfall in der Bypassleitung 5 vergrößert und dadurch die Temperatur der Abgase erhöht.In this case, the valve is moved towards the closed position the pressure drop in the bypass line 5 increases and thereby the temperature of the Exhaust increased.

Mit der Erfindung ist demgemäß eine Möglichkeit geschaffen, die durch unterschiedliche Betriebsweisen der Brennkraftmaschine hervorgerufenen Schwankungen der Strömungsverluste im Wärmetauscher zu kompensieren.The invention accordingly creates a possibility that by different operating modes of the internal combustion engine caused fluctuations to compensate for the flow losses in the heat exchanger.

Claims

PATENT CLAIMS 1. Exhaust system for an internal combustion engine with a Exhaust pipe and one arranged in it, only when the engine load is low in their active position moving exhaust gas throttle, at least one exhaust gas heating medium heat exchanger in an exhaust gas bypass line lying parallel to the exhaust gas throttle and an exhaust gas dam device in this, characterized in that the damming device is a heat exchanger (6) the downstream pneumatic control valve (9), which is used as the control variable for the exhaust gas back pressure is fed in front of the heat exchanger (6).

2. Exhaust system according to claim 1, characterized in that the control valve (9) one with a valve body (11) connected axially against the force of a valve closing spring (17) contains flexible wall (16) which is connected to the via a pressure line (10) Exhaust backpressure acted upon pressure chamber (15) limited.