DE3721810A1 - Abgasanlage fuer eine brennkraftmaschine mit zwei zylinderbaenken - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Abgasanlage gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Um die Vorschriften hinsichtlich der Zusammensetzung der Abgase einhalten zu können, ist es erforderlich, die Zusammensetzung des Kraftstoff-Luft-Gemisches so zu regeln, daß in allen Betriebsbereichen möglichst ein stöchiome­ trisches Gemisch vorliegt. Dies wird durch die sogenannte Lambda-Regelung angestrebt, bei der mittels einer Lambda­ Sonde der Sauerstoffgehalt im Abgas gemessen wird. Bei Brennkraftmaschinen mit zwei Zylinderbänken ist es unter anderem aus räumlichen Gründen nötig, zwei Kata­ lysatoren vorzusehen, von denen jeder die Hälfte des gesamten Abgasstromes aufnimmt. Um den Aufwand für zwei Lambda-Sonden und zwei Kraftstoff-Einspritzsysteme, jeweils eine bzw. eines für eine Zylinderbank, und die zugehörigen Regelungen zu vermeiden, werden in der Praxis die Abgasströme der beiden Zylinderbänke in eine Misch­ kammer eingeführt, von der zwei Auspuffleitungen aus­ gehen, in denen jeweils ein Katalysator angeordnet ist. Durch die Mischkammer sollen Unterschiede in der Abgas­ zusammensetzung der Abgasströme der beiden Zylinderbänke ausgeglichen werden, um zu gewährleisten, daß beiden Katalysatoren ein Abgas mit identischer Zusammensetzung zugeführt wird, was Voraussetzung dafür ist, daß die Lambda-Regelung mit einer einzigen, in der Regel in der Mischkammer angeordneten Lambda-Sonde erfolgen kann und somit für beide Zylinderbänke auch nur eine Kraftstoff-Einspritzanlage erforderlich ist. Es hat sich jedoch gezeigt, daß mit einer derartigen Mischkammer, die lediglich zwei Eingänge für die von den beiden Zylinderbänken herkommenden Abgasströme und zwei diesen gegenüberliegende Ausgänge für die Zuleitung der Abgase zu den beiden Katalysatoren aufweist, kein ausreichend homogenes Abgasgemisch erreicht werden kann. Demzufolge kann die Lambda-Sonde auch nicht mit ausreichender Sicher­ heit den wahren Sauerstoffgehalt im Abgas feststellen. Da Katalysatoren einen sehr engen Bereich haben, in welchem eine optimale Umsetzung der Schadstoffe, ins­ besondere HC und NOX, stattfindet, wirkt sich jede Abweichung von dem stöchiometrischen Kraftstoff-Luft­ verhältnis in einer Verschlechterung des Umsetzungs­ grades der Katalysatoren aus.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Abgas­ anlage der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art zu schaffen, bei der eine weitgehend vollständige Vermischung der Abgasströme der beiden Zylinderbänke erreicht wird, so daß nach der Mischstrecke ein absolut oder fast absolut homogenes Abgasgemisch vorliegt, das den beiden Katalysatoren zugeführt und dessen Sauer­ stoffgehalt durch die Lambda-Sonde auf einem konstan­ ten, eine optimale Umsetzung der Schadstoffe in den Katalysatoren erreichenden Wert gehalten wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kenn­ zeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen Vorschlag werden durch die sich teils kreuzenden und teils aneinander vorbei­ strömenden Abgasströme der beiden Zylinderbänke eine solche Durchmischung erreicht, daß, wie durch Messungen nachgewiesen, in den beiden von der Mischkammer aus­ gehenden Auspuffleitungen ein Abgasgemisch mit prak­ tisch identischer Zusammensetzung vorliegt. Demzufolge ist auch der Umsetzungsgrad in den beiden Katalysatoren identisch und optimal, da es nun gelingt, mittels einer Lambda-Sonde das Kraftstoff-Luftverhältnis des der Brenn­ kraftmaschine zugeführten Gemisches entsprechend zu regeln.

Die erfindungsgemäße Mischsstrecke erfordert nicht mehr Platz als die bekannte Mischkammer, da es praktisch nur erforderlich ist, die Abgassammelrohre mit einseitig abgeplatteten Mündungen in die Mischkammer hineinzu­ führen. Zusätzliche Bauteile sind nicht erforderlich.

Eine besonders gedrängte und damit platzsparende An­ ordnung ergibt sich, wenn die Sammelrohre in einer Ebene liegen und einen kreisförmigen Querschnitt haben und ihre Mündungen einseitig oval abgeflacht sind, wo­ bei die Abflachung der Mündung des einen Sammelrohres oberhalb und die Abflachung der Mündung des anderen Sammelrohres unterhalb der genannten Ebene liegt.

Eine gute und ausreichende Vermischung der beiden Abgas­ ströme wird bereits erreicht, wenn die Abflachung der Mündung jedes Sammelrohres etwa ein Drittel des Durch­ messers des Rohres beträgt.

Die Lambda-Sonde ist vorzugsweise in einer der von der Mischkammer ausgehenden Auspuffleitungen angeordnet, da in der Mischkammer, in welcher normalerweise die Lambda­ Sonde angeordnet ist, aufgrund der dort herrschenden Strömungsverhältnisse und Pulsationen örtliche Inhomo­ genitäten auftreten können.

Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beispielshalber beschrieben.

Fig. 1 zeigt eine Abgasanlage für eine V-6-Brennkraft­ maschine gemäß dem Stand der Technik,

Fig. 2 zeigt die Mischkammer der Abgasanlage von Fig. 1 in erfindungsgemäßer Ausführung im Schnitt, und

Fig. 3 zeigt einen Schnitt entlang Linie 3-3 in Fig. 2.

Die in Fig. 1 schematisch dargestellte Brennkraft­ maschine 1 hat zwei Zylinderbänke 2 und 3, deren Einzel­ abgasrohre 4, 5, 6 bzw. 7, 8, 9 jeweils zu einem Abgas­ sammelrohr 10 bzw. 11 zusammengefaßt sind. Die Abgas­ sammelrohre 10 und 11 münden in eine Mischkammer 12, von der zwei Auspuffleitungen 13 und 14 ausgehen, in denen jeweils ein Katalysator 15 bzw. 16 angeordnet ist. Eine Lambda-Sonde 17 in der Mischkammer 16 stellt den Sauerstoffgehalt im Abgas fest und regelt die Zusammen­ setzung des der Brennkraftmaschine 1 zugeführten Kraft­ stoff-Luft-Gemisches derart, daß stets nur ein wenig um Lambda=1 streuendes Gemisch vorliegt, das für eine maxi­ male Umsetzungsrate für NOX und HC in den Katalysatoren 15 und 16 erforderlich ist. Voraussetzung ist jedoch, daß der von der Lambda-Sonde 17 festgestellte Sauer­ stoffgehalt tatsächlich für das sowohl dem Katalysator 15 als auch dem Katalysator 16 zugeführte Abgas zutrifft. Da die Zusammensetzung der Abgase aus den beiden Zylin­ derbänken 2 und 3 aufgrund der Toleranzen der Brenn­ kraftmaschine unterschiedlich ist, kann den beiden Katalysatoren 15 und 16 nur dann ein Abgasgemisch identischer Zusammensetzung angeboten werden, wenn die durch die Sammelrohre 10 und 11 strömenden Ab­ gasströme der beiden Zylinderbänke 2 und 3 in der Mischkammer 12 zur Bildung eines homogenen Gemisches vermischt werden. Dies ist jedoch in der Praxis nicht der Fall. Vielmehr lenken sich die beiden pulsierenden Abgasströme gegenseitig in Richtung der Pfeile 18 ab, so daß der Katalysator 15 bzw. 16 Abgas in einer Zusammen­ setzung erhält, die weitgehend der Abgaszusammensetzung in dem Sammelrohr 10 bzw. 11 entspricht.

Es sei nun auf Fig. 2 und 3 Bezug genommen, die eine erfindungsgemäße Ausbildung der Mischkammer zeigen, mit der eine intensive Vermischung der durch die Abgassammel­ rohre 10′ und 11′ in die Mischkammer 12′ eintretenden Ab­ gasströme erreicht wird. Die Sammelrohre 10′ und 11′ er­ strecken sich im Gegensatz zum Stand der Technik gemäß Fig. 1 in die Mischkammer 12′ hinein und ihre Mündungen 20, 21 sind so ausgebildet, daß die aus den Sammelrohren 10′ und 11′ austretenden Abgasströme sich zum Teil kreuzen und zum Teil schneiden. Dadurch wird eine derart inten­ sive Vermischung der beiden Abgasströme erreicht, daß die aus der Mischkammer 12′ durch die Auspuffleitungen 13′ und 14′ zu den Katalysatoren geführten Abgasströme eine weitgehend identische Zusammensetzung haben. Da­ durch kann mit einer in einer der Abgasleitungen 13′, 14′ angeordneten Lambda-Sonde 17′ das für eine optimale Um­ setzungsrate in beiden Katalysatoren erforderliche Kraft­ stoff-Luft-Gemisch eingeregelt werden.

Um zu erreichen, daß sich die aus den Abgassammelrohren 10′ und 11′ austretenden Gasströme zum Teil kreuzen und zum Teil schneiden, sind die Mündungen 20 und 21 der Sammelrohre 10′ und 11′ entsprechend zueinander ver­ setzt. Dies kann auf einfache Weise dadurch erreicht werden, daß die Mündungen 20, 21 der Sammelrohre 10′ und 11′, die in einer Ebene E liegen und einen kreis­ förmigen Querschnitt haben, einseitig abgeflacht, also in der Praxis zusammengedrückt, sind, wobei die Ab­ flachung der Mündung 20 des einen Sammelrohres 10′ oberhalb und die Abflachung der Mündung 21 des anderen Sammelrohres 11′ unterhalb der genannten, in Fig. 3 mit E bezeichneten Ebene liegt. Versuche haben ergeben, daß eine sehr gute Vermischung ohne wesentliche Erhöhung des Abgasgegendruckes dann erreicht wird, wenn die Abflachung der Mündung jedes Sammelrohres etwa ein Drittel des Durch­ messers des Rohres beträgt, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist.

Wie erwähnt, ist die Anordnung so getroffen, daß sich die beiden Abgasströme teils kreuzen und teils anein­ ander vorbeiströmen. In Fig. 3 sind die sich kreuzenden Querschnitte der beiden Abgasströme kreuzschraffiert und die aneinander vorbeiströmenden Anteile der Abgasströme senkrecht schraffiert, wobei diese Darstellung nur für die Verhältnisse unmittelbar nach den Mündungen 20, 21 zutrifft, da die Gasströme durch die Abschrägungen nach unten bzw. nach oben abgelenkt werden. Die Abflachung der Mündungen 20 und 21 ermöglicht es jeweils einem Teil der Abgasströme, direkt vom Sammelrohr 10′ zur Auspuffleitung 14′ bzw. vom Sammelrohr 11′ zur Auspuff­ leitung 13′ zu strömen.

Claims (4)

1. Abgasanlage für eine Brennkraftmaschine (1) mit zwei Zylinderbänken (2, 3) und mit Lambda-Regelung des Kraftstoff-Luftverhältnisses mittels einer im Abgas angeordneten Lambda-Sone (17), wobei die Einzelab­ gasrohre (4-6) der ersten Zylinderbank (2) zu einem ersten Abgassammelrohr (10) und die Einzelabgasrohre (7-9) der zweiten Zylinderbank (3) zu einem zweiten Abgassammelrohr (11) zusammengefaßt sind und die beiden Sammelrohre (10, 11) in einem von 180° ab­ weichenden Winkel in eine Mischkammer (12) münden, von der zwei Auspuffleitungen (13, 14) ausgehen, in denen jeweils ein Abgaskatalysator (15 bzw. 16) angeordnet ist, wobei jeweils ein Sammelrohr und eine Auspuffleitung im wesentlichen in der gleichen Richtung in die Mischkammer einmünden bzw. von dieser ausgehen, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Sammelrohre (10′, 11′) in die Misch­ kammer (12′) hineingeführt sind und in einem ge­ ringen Abstand voneinander enden, und daß ihre Mündungen (20, 21) derart gegeneinander versetzt sind, daß die aus den Sammelrohren (10′, 11′) aus­ tretenden Abgasströme sich zum Teil kreuzen und zum Teil aneinander vorbeiströmen.

2. Abgasanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammelrohre (10′, 11′) in einer Ebene (E) liegen und einen kreisförmigen Querschnitt haben, daß ihre Mündungen (20, 21) einseitig oval abge­ flacht sind und daß die Abflachung der Mündung (20) des einen Sammelrohres (10′) oberhalb und die Ab­ flachung der Mündung (21) des anderen Sammelrohres (11′) unterhalb der genannten Ebene (E) liegt.

3. Abgassystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abflachung der Mündung (20 bzw. 21) jedes Sammelrohres (10′ bzw. 11′) etwa ein Drittel des Durchmessers des Rohres beträgt.

4. Abgassystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die Lambda-Sonde (17′) in einem der von der Mischkammer (12′) ausgehenden Auspuffleitungen (13′ bzw. 14′) angeordnet ist.