DE3618762A1

DE3618762A1 - Abgasleitungsanordnung

Info

Publication number: DE3618762A1
Application number: DE19863618762
Authority: DE
Inventors: Dieter Dipl.-Ing. 3171 Calberlah Pundt
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1985-06-13
Filing date: 1986-06-04
Publication date: 1986-12-18

Description

3180 Wolfsburg

K 3746/1770-we-sch

Abgasleitungsanordnung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Zuführung der in einer Brennkraftmaschine erzeugten Verbrennungsabgase zu einer nachgeschalteten Abgasreinigungsanlage gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Zum Zwecke der Reinigung der in einer Brennkraftmaschine, insbesondere einem Kraftfahrzeugmotor, erzeugten Verbrennungsabgase von darin enthaltenen Schadstoffen ist es bekannt, der Brennkraftmaschine eine Abgasreinigungsanlage, beispielsweise eine mit Katalysatoren arbeitende Nachverbrennungsanlage, nachzuschalten. Um mit einer derartigen Nachverbrennungsanlage günstige Arbeitsergebnisse zu erzielen, ist es jedoch erforderlich, daß die Betriebstemperatur der Abgasreinigungsanlage innerhalb eines bestimmten, verhältnismäßig hoch liegenden Temperaturbereiches gehalten wird. Während unterhalb der Grenzen dieses Temperaturbereiches die Umsetzung der Schadstoffe nur unzureichend ist, besteht bei Temperaturen oberhalb dieses Bereiches die Gefahr des Ausfalls der Abgasreinigungsanlage, zum Beispiel durch Zerstörung der katalytisch wirksamen Schichten.

Für die Zuführung der in der Brennkraftmaschine erzeugten Verbrennungsabgase zu der Abgasreinigungsanlage ergeben sich daher bei den verschiedenen Betriebszuständen gegensätzliche Forderungen. Während beim Kaltstart der Brennkraftmaschine, sowie auch bei niedrigen Teillasten die Abgase möglichst ohne Wärmeentzug der Abgasreinigungsanlage zugeführt werden sollten, damit

diese in kürzester Zeit die zur Erzielung befriedigender Abgaswerte erforderliche Betriebstemperatur erreichen oder halten kann, sollen bei höheren Teillasten oder im Vollastbetrieb der Brennkraftmaschine, wenn die aus der Brennkraftmaschine austretenden Abgase sehr hohe und damit die Abgasreinigungsanlage gefährdende Temperaturen aufweisen, diese Abgase nicht ungekühlt der Abgasreinigungsanlage zugeführt werden.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht daher darin, eine Anordnung zur Zuführung der in einer Brennkraftmaschine erzeugten Verbrennungsabgase zu einer nachgeschalteten Abgasreinigungsanlage zu schaffen, mit deren Hilfe die bei den verschiedenen Betriebszuständen der Brennkraftmaschine auftretenden Forderungen hinsichtlich des Temperaturverhaltens der der Abgasreinigungsanlage zugeführten Verbrennungsabgase ohne größeren Aufwand erfüllt werden können.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich gemäß dem Kennzeichen des Patentanspruchs 1. Erfindungsgemäß wird also in der Abgasleitung eine Rohrleitungsanordnung eingeschaltet, die aus einer relativ kurzen Innenrohrleitung und einer diese Innenrohrleitung in Form einer schleifenförmigen Leitungsführung umgebenden Außenrohrleitung besteht, wobei der Anfang und das Ende dieser Außenrohrleitung mit der Innenrohrleitung in Verbindung steht. Zweckmäßigerweise wird in der Innenrohrleitung eine betriebszustandsabhängig betätigbare Umlenkklappe vorgesehen, die die Beaufschlagung der Außenrohrleitung steuert. Während bei geöffneter Umlenkklappe das Abgas unmittelbar nur durch die Innenrohrleitung strömt, wird bei geschlossener Umlenkklappe zusätzlich noch der schleifenförmige Leitungsweg der Außenrohrleitung hinzugeschaltet. Dabei ergibt sich bei geöffneter Umlenkklappe und Durchströmung allein der Innenrohrleitung ein sehr schneller Transport der Verbrennungsabgase zu der Abgasreinigungsanlage, bei dem durch die isolierende Wirkung der mit im wesentlichen ruhendem Abgas gefüllten Außenrohrleitung kaum Wärmeverluste des Abgases an die Umgebung auftreten. Im anderen Fall, nämlich bei geschlossener Umlenkklappe, wird das Gas auf einem relativ langen Weg zur Abgasreinigungsanlage transportiert, wobei die mit einer großen Oberfläche versehene Außenrohrleitung eine relativ große Wärmeabfuhr von dem Abgas an die Umgebung ermöglicht.

Wenn daher die Umlenkklappe in Abhängigkeit von der Leistung der Brennkraftmaschine, beispielsweise in Abhängigkeit von der Stellung des Fahrpedals

eines Kraftfahrzeugs, gesteuert wird, dann können mit Hilfe der erfindungsgemäßen Rohrleitungsanordnung auf relativ einfache Weise die bei den unterschiedlichen Betriebszuständen der Brennkraftmaschine gestellten Forderungen hinsichtlich des Temperaturverhaltens der Abgase erfüllt werden.

Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich gemäß den übrigen Unteransprüchen.

In der Zeichnung ist anhand einer schematischen Darstellung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt, das im folgenden näher erläutert wird. Die Zeichnung zeigt in einem Längsschnitt schematisch eine in der Abgasleitung zwischen einer hier nicht dargestellten Brennkraftmaschine und einer hier ebenfalls nicht gezeigten Abgasreinigungsanlage eingeschaltete Rohrleitungsanordnung 1, die aus einer Innenrohrleitung 2 und einer diese konzentrisch umgebenden Außenrohrleitung 3 besteht. Die Außenrohrleitung 3 ist an ihren Enden durch Deckel 4 bzw. 5a und 5b verschlossen und durch eine im wesentlichen längs durchlaufende Querwand 6 in zwei im Querschnitt halbkreisförmige Strömungsräume 12 und 13 unterteilt, die jeweils mit dem durch die Innenrohrleitung 2 gebildeten inneren Strömungsraum 11 über am Mantel der Innenrohrleitung 2 angeordnete Verbindungsöffnungen 8 und 9 in Verbindung stehen. Diese Verbindungsöffnungen 8 und 9 sind an dem in Strömungsrichtung hinteren Ende der Innenrohrleitung 2 vorgesehen und einander axial benachbart, wobei zwischen den beiden Verbindungsöffnungen in der Innenrohrleitung 2 eine Umlenkklappe 10 angeordnet ist. An dem den Verbindungsöffnungen 8 und 9 entgegengesetzten Ende der Außenrohrleitung 3 ist im übrigen die die Außenrohrleitung unterteilende Querwand 6 nicht bis zum Ende durchgeführt, so daß dort ein Umkehrraum 7 entsteht, über den die beiden Strömungsräume 12 und 13 miteinander verbunden sind.

Je nach Stellung der Umlenkklappe 10 ergibt sich nun eine unterschiedliche Durchströmung, insbesondere der durch die Außenrohrleitung 3 gebildeten Strömungsräume 12 und 13. So wird bei geöffneter Umlenkklappe 10 im wesentlichen nur die Innenrohrleitung 2 von dem in der Zeichnung von links nach rechts strömenden Abgas durchströmt, während in den durch die Außenrohrleitung 3 gebildeten Strömungsräumen 12 und 13 das Abgas im wesentlichen ruht. Wird dagegen die Umlenkklappe 10 in die in der Zeichnung gezeigte Stellung verstellt, dann strömt das Abgas entsprechend den in der Zeichnung eingetragenen Pfeilen zunächst durch den von der Innenrohrleitung 2 gebildeten

inneren Strömungsraum 11, tritt an dessen Ende über die Verbindungsöffnung

8 in den von der Außenrohrleitung 3 gebildeten Strömungsraum 12 über, strömt dort entgegengesetzt zur Strömungsrichtung in den inneren Strömungsraum 11' bis zu dem Umkehrraum 7, wo es nach erneuter Umlenkung und Umkehr der Strömungsrichtung durch den Strömungsraum 13 bis zu der Verbindungsöffnung

9 strömt, wo es wieder in die Innenrohrleitung 2 zum Weitertransport in die Abgasreinigungsanlage übertritt.

Während in dem zuerst geschilderten Fall der Durchströmung allein der Innenrohrleitung 2 bei geöffneter Umlenkklappe 10 das Abgas sehr schnell und auf kurzem Wege zu der Abgasreinigungsanlage gelangt, wobei durch die isolierende Wirkung des in der Außenrohrleitung 3 ruhenden Abgases die Wärmeabgabe an die die Rohrleitungsanordnung 1 umgebende Atmosphäre gering ist, wird im zweiten Fall bei geschlossener Umlenkklappe 10 zusätzlich noch die Außenrohrleitung und dies sogar doppelt, nämlich schleifenförmig, durchströmt. Vor allem während der Durchströmung der durch die Außenrohrleitung 3 gebildeten Strömungsräume 12 und 13 ergibt sich dabei eine relativ große Wärmeabfuhr an die Umgebung, zumal die mit der Außenatmosphäre in Berührung stehende Oberfläche der Außenrohrleitung relativ groß ist.

Selbstverständlich ist es möglich, mit der Umlenkklappe 10 auch Zwischenstellungen zwischen der geschlossenen und geöffneten Stellung einzustellen, wobei mit zunehmender Schließstellung der Umlenkklappe ein zunehmender Teil des Abgases durch die Außenrohrleitung 3 strömt und umgekehrt. Auf diese Weise läßt sich durch Verstellung der Umlenkklappe die Wärmeabfuhr des Abgases an die Umgebung und damit letztendlich die Temperatur der Abgase beim Eintritt in die Abgasreinigungsanlage steuern. Um dabei ein optimales Arbeiten der Abgasreinigungsanlage in einem als günstig erkannten Temperaturbereich zu erreichen, kann die Verstellung der Umlenkklappe 10 in Abhängigkeit von der Leistung der Brennkraftmaschine, beispielsweise in Abhängigkeit von der Stellung des Fahrpedals eines Kraftfahrzeugs, oder aber auch in Abhängigkeit von der Temperatur der Abgase vorgenommen werden. Zur Verstellung der Umlenkklappe könnte zweckmäßigerweise eine Servostellvorrichtung vorgesehen sein, die entsprechend angesteuert wird und die Steuerung würde so vorteilhafterweise derart erfolgen, daß die Umlenkklappe im Kaltstartzustand der Brennkraftmaschine sowie bei niedrigen Teillasten mehr geöffnet und mit zunehmender Last der Brennkraftmaschine bzw. mit zunehmender Temperatur der Abgase, zunehmend geschlossen wird.

Claims

A >· T i E N G [ b t L 1 S C ' ^ F

3180 Wolfsburg

K 3746/1770-we-sch ^,

'J C.4

ANSPRÜCHE

(1.)Anordnung zur Zuführung der in einer Brennkraftmaschine erzeugten Verbrennungsabgabe zu einer nachgeschalteten Abgasreinigungsanlage mit einer die Auslaßkanäle der Brennkraftmaschine mit der Abgasreinigungsanlage verbindenden Abgasleitung, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgasleitung eine Rohrleitungsanordnung (1) mit einer Innenrohrleitung (2) und einer die Innenrohrleitung umgebenden, zuschaltbaren Außenrohrleitung (3) aufweist, wobei die Außenrohrleitung (3) einen das Abgas schleifenförmig in aneinander anschließenden, entgegengesetzten Strömungsrichtungen führenden Leitungsweg enthält, der jeweils an seinem Anfang und Ende mit der Innenrohrleitung (2) in Verbindung steht.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenrohrleitung (2) im Bereich einer ersten, dem Anfang der Außenrohrleitung (3) zugeordneten Verbindungsöffnung (8) eine betriebszustandsabhängig betatigbare Umlenkklappe (10) aufweist.
3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlenkklappe (10) in Abhängigkeit von der Leistung der Brennkraftmaschine betätigbar ist.
4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlenkklappe (10) in Abhängigkeit von der Stellung des Fahrpedals betätigbar ist.
5. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlenkklappe (10) in Abhängigkeit von der Abgastemperatur betätigbar ist.
6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß an der Innenrohrleitung (2) eine zweite, dem Ende der Außenrohrleitung (3) zugeordnete Verbindungsöffnung (9) vorgesehen ist, die der ersten Verbindungsöffnung (8) axial benachbart und von dieser durch die Umlenkklappe (10) getrennt angeordnet ist.
7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsöffnungen (8, 9) am stromabseitigen Ende der Innenrohrleitung (2) angeordnet sind.
8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenrohrleitung (3) durch ein die Innenrohrleitung (2) konzentrisch umgebendes, an den Enden verschlossenes Rohr gebildet ist, das bis auf einen einen den Verbindungsöffnungen (8, 9) abgewandten Endbereich aussparenden Umkehrraum (7) durch eine längs durchlaufende Querwand (6) in zwei in entgegengesetzter Richtung durchströmbare Strömungsräume (12, 13) unterteilt ist.