DE3740238A1

DE3740238A1 - Abgasanlage fuer eine brennkraftmaschine mit zwei zylinderbaenken

Info

Publication number: DE3740238A1
Application number: DE19873740238
Authority: DE
Inventors: Hartmut Dipl Ing Dr Bathelt; Guenter Dipl Ing Kroemer; Reiner Ing Grad Pischke; Henning Dr Ing Hoffmann; Heinrich Dipl Ing Puetz; Friedhelm Dipl Ing Nowitzki; Gunter Dipl Phys Dr Damm
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 1986-12-04
Filing date: 1987-11-27
Publication date: 1988-06-23
Also published as: JPH02501839A; WO1988004358A1; EP0329707A1; EP0329707B1; US4926634A; DE3763219D1

Description

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

Um die Abgasvorschriften hinsichtlich der Zusammensetzung der Abgase einhalten zu können, ist es erforderlich, die Zusammensetzung des Kraftstoff-Luftgemisches so zu regeln, daß in allen Betriebsbereichen möglichst ein stöchio metrisches Gemisch vorhanden ist. 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, also insbesondere sogenannten V-Motoren, ist es u. a. aus räumlichen Gründen nötig, zwei Katalysatoren vorzusehen, von denen jeder die Hälfte des gesamten Abgasstromes auf nimmt. Um den Aufwand für zwei Lambda-Sonden und die zu gehörigen Regelungen zu vermeiden, werden die Abgasströme der beiden Zylinderbänke in eine Mischkammer eingeführt, von der zweiten Auspuffleitungen ausgehen, die jeweils zu einem Katalysator führen. Die Lambda-Sonde ist in der Mischkammer angeordnet. Durch die Mischkammer sollen Unterschiede in der Abgaszusammensetzung der Abgasströme der beiden Zylinderbänke ausgeglichen werden, um zu ge währleisten, daß beiden Katalysatoren ein Abgas mit identischer Zusammensetzung zugeführt wird, was Voraus setzung für eine einwandfreie Entgiftung ist. Es hat sich jedoch in der Praxis gezeigt, daß mit einer derartigen Mischkammer, die lediglich zwei Eingänge für die von den beiden Zylinderbänken herkommenden Abgasströme und zwei Ausgänge für die Zuleitung der Abgase zu den beiden Katalysatoren aufweist, kein homogenes Gemisch erreicht werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Abgas anlage der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art zu schaffen, bei der gewährleistet ist, daß das den beiden Katalysatoren zugeführte Abgas eine weitgehend identische Zusammensetzung hat, ohne daß Maßnahmen er forderlich sind, welche den Gegendruck der Abgasanlage in unerwünschter Weise erhöhen.

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

Bei dem erfindungsgemäßen Vorschlag wird durch die Auf teilung des Abgasstromes jeder Zylinderbank in zwei Teil ströme und das Zusammenführen jeweils eines Teilstromes des einen Abgassstromes mit einem Teilstrom des anderen Abgasstromes erreicht, daß den beiden Katalysatoren Ab gasströme identischer Zusammensetzung und auch identi schen Volumens zugeführt werden. Die Lambda-Sonde kann dann in einer der beiden zu den Katalysatoren führenden Leitungen angeordnet werden.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen be schrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine Abgasanlage für eine V-6 Brennkraft maschine gemäß einem ersten Ausführungsbei spiel in schematischer Darstellung,

Fig. 2 eine Abgasanlage für eine V-6 Brennkraft maschine gemäß einem zweiten Ausführungs beispiel in schematischer Darstellung,

Fig. 3 einen Schnitt durch die Mischkammer gemäß Linie 3-3 in Fig. 2,

Fig. 4 einen Schnitt durch die Mischkammer entlang Linie 4-4 in Fig. 2,

Fig. 5 eine weitere Ausführung einer Mischkammer im Schnitt und in schematischer Darstellung,

Fig. 6 einen Schnitt entlang Linie 6-6 in Fig. 5,

Fig. 7 einen Schnitt entlang Linie 7-7 in Fig. 5,

Fig. 8 einen Schnitt entlang Linie 8-8 in Fig. 5,

Fig. 9 eine dritte Ausführung der Mischkammer im Schnitt und in schematischer Darstellung,

Fig. 10 einen Schnitt entlang Linie 10-10 in Fig. 9,

Fig. 11 einen Schnitt entlang Linie 11-11 in Fig. 9, und

Fig. 12 einen Schnitt entlang Linie 12-12 in Fig. 9.

Die in Fig. 1 schematisch dargestellte Brennkraftmaschine 1 hat zwei Zylinderbänke 2 und 3, deren Auspuffrohre 4, 5 und 6 bzw. 7, 8 und 9 jeweils zu einem Auspuffsammel rohr 10 bzw. 11 zusammengefaßt sind. An jedes Sammel rohr 10 bzw. 11 schließt sich eine Rohrverzweigung 12 bzw. 13 an, von denen Zweigleitungen 14, 15 bzw. 16, 17 ausgehen. An die Zweigleitung 15 schließen sich eine Rohrzusammenführung 18 an, in welche die Zweigleitung 17 mündet. In gleicher Weise ist an die Zweigleitung 16 eine Rohrzusammenführung 19 angeschlossen, in welche die Zweigleitung 14 einmündet. Von der ersten Rohrzu sammenführung 15 führt eine Abgasleitung 20 zu einem ersten Reaktor 21 und von der zweiten Rohrzusammen führung 19 führt eine zweite Abgasleitung 22 zu einem zweiten Reaktor 23.

Durch die Rohrverzweigungen 12 bzw. 13 werden die Ab gasströme der beiden Zylinderbänke 2 und 3 in im wesent lichen gleiche Teilströme aufgeteilt und durch die Rohr zusammenführungen 18 und 19 wird jeweils ein Abgasteil strom der einen Zylinderbank mit einem Abgasteilstrom der an deren Zylinderbank vereinigt, so daß die Zusammen setzung sowie das Volumen der durch die Abgasleitungen 20 und 22 strömenden Abgas weitgehend identisch ist. Da durch kann mittels einer einzigen, in der Abgasleitung 20 (oder auch in der Abgasleitung 22) angeordneten Lambda- Sonde 24 der Sauerstoffgehalt im Abgas festgestellt und die Zusammensetzung des den Zylindern zugeführten Kraftstoff-Luftgemisches so geregelt werden, daß stets ein nur wenig um Lambda = 1 steuerndes Gemisch vorliegt, das für eine maximale Umsetzungsrate für NO_x und HC in den Katalysatoren 21 und 23 erforderlich ist.

Die beiden Auspuffsammelrohre 10 und 11 sowie die Zweig leitungen 15 und 16 laufen im wesentlichen parallel zu einander zu beiden Seiten der Brennkraftmaschine 1. Um beim Einbau einer derartigen Brennkraftmaschine mit der dargestellten Abgasanlage die Bodenfreiheit der sich überkreuzenden Zweigleitungen 14 und 17 so wenig wie möglich zu beeinträchtigen, da sich diese zwangsläufig unter dem gestrichelt angedeuteten Getriebe 25 er strecken müssen, liegt die Kreuzungsstelle der beiden Zweigleitungen 14 und 17 nicht in der Mitte zwischen den Zweigleitungen 15 und 16, sondern seitlich ver setzt dazu.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 bis 4, bei dem gleiche oder gleichartige Teile mit den gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1, jedoch mit einem Strich, bezeichnet sind, münden die Auspuffsammelrohre 10′ und 11′ in eine Mischkammer 30, von der die Auspuff leitungen 20′ und 22′ ausgehen, die zu den Kataly satoren 21′ und 23′ führen. Die Mischkammer 30 weist zwei durch eine erste Wand 31 voneinander getrennte Eingänge 32 und 33 auf, welche die Abgassammel rohre 10′ und 11′ angeschlossen sind, sowie zwei durch eine zweite Wand 34 getrennte Ausgänge 35 und 36 auf, an welche die Abgasleitungen 20′ und 21′ angeschlossen sind. Die Wände 31 und 34 stehen, wie aus Fig. 3 und 4 ersichtlich ist, senkrecht zueinander. Dadurch findet eine Vermischung der beiden durch die Abgassammel rohre 10′ und 11′ zugeführten Abgasströme statt, da wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel in jede Ab gasleitung 20′ bzw. 22′ jeweils eine Hälfte der Abgas ströme aus den Abgassammelrohren 10′ und 11′ ein strömt. Zur Veranschaulichung dieser Vermischung sind die Abgase aus dem Sammelrohr 10′ durch Kreise und die Abgase aus dem Sammelrohr 11′ durch Dreiecke darge stellt. Aufgrund der weitgehend identischen Zusammen setzung der durch die Auspuffleitungen 20′ und 22′ strömenden Abgase kann die Regelung des Kraftstoff- Luft-Gemisches wiederum durch eine einzige Lambda- Sonde 24′ erfolgen.

Mit dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5-8 wird ein ähnlicher Mischungseffekt erreicht wie bei der Aus führung gemäß Fig. 2-4, jedoch mit einem geringeren baulichen Aufwand. Bei dieser Ausführung ist die Misch kammer 30 a, an die einerseits die beiden Auspuffsammel rohre 10 a und 11 a und andererseits die beiden Abgas leitungen 20 a und 22 a angeschlossen sind, durch eine Trennwand 40 in zwei Teilkammern 41 und 42 unterteilt. Die angestrebte Erzeugung eines homogenen Abgasgemisches in beiden Abgasleitungen 20 a und 22 a wird dadurch er reicht, daß die eine Abgasleitung 20 a nur mit der einen Teilkammer 41 und die andere Abgasleitung 22 a nur mit der anderen Teilkammer 42 in Verbindung steht, während die beiden Auspuffsammelrohre 10 a und 11 a mit beiden Teilkammern 41 und 42 in Verbindung stehen. Die Auf teilung der Abgasströme aus den Abgassammelrohren 10 a und 11 a wird bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel da durch erreicht, daß die Trennwand 40 mit lappenartigen Fortsätzen 43 und 44 versehen ist, welche in die Mün dungen der Abgasleitungen 20 a und 22 a hineinragen und entgegengesetzt abgewinkelt sind, so daß der Abgasstrom aus der ersten Teilkammer 41 in Fig. 6 in die Abgas leitung 20 a und der Abgasstrom aus der zweiten Teil kammer 42 in die Abgasleitung 22 a angelenkt wird. Die Trennwand 40 teilt die Mündung jedes Auspuffsammelrohres 10 a und 11 a in einen oberen Abschnitt 46 und einen unteren Abschnitt 47, so daß jedes Auspuffsammelrohr sowohl mit der ersten Teilkammer 41 als auch mit der zweiten Teilkammer 42 in Verbindung steht (siehe Fig. 8). In der Wand der Mischkammer 30 a ist eine Lambda-Sonde 24 a in der Ebene der Trennwand 40 vorgesehen, und die Trenn wand 40 ist im Bereich der Lambda-Sonde 24 a mit einem Ausschnitt 45 versehen, so daß die Lambda-Sonde 24 a vom Abgas in beiden Teilkammern 41 und 42 beaufschlagt ist. Alternativ kann die Lambda-Sonde 24 a auch wie bei den vorhergehenden Beispielen in einer der Auspufflei tungen 20 a und 22 a angeordnet werden.

Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 9 bis 12 unterscheidet sich von demjenigen gemäß Fig. 5 bis 8 im Prinzip nur da durch, daß die beiden Auspuffsammelrohre 10 b und 11 b je weils nur mit einer Teilkammer 41 bzw. 42 in Verbindung stehen, während die beiden Abgasleitungen 20 b und 22 b von beiden Teilkammern 41 und 42 ausgehen. Zu diesem Zweck erstrecken sich die Fortsätze 43 und 44 der Trenn wand 40 gegensinnig abgewinkelt in die Mündungen der Aus puffsammelrohre 10 b und 11 b, während die Trennwand 40 die Mündungen der Abgasleitungen 20 a, 20 b in zwei Abschnitte 48 und 49 unterteilt, von denen der eine mit der Teil kammer 41 und der anderen mit der Teilkammer 42 in Ver bindung steht. Auf diese Weise wird der gleiche Misch effekt wie bei der Ausführung gemäß Fig. 5 bis 8 er reicht, was durch die Pfeile A und B veranschaulicht ist, von denen die Pfeile B das Abgas aus dem Sammel rohr 10 a bzw. 10 b und die Pfeile A das Abgas aus dem Sammelrohr 11 a bzw. 11 b darstellen. Der Vorteil der Aus führung gemäß Fig. 9 bis 12 gegenüber derjenigen gemäß Fig. 5 bis 8 liegt darin, daß sich die Pulsationen der beiden Abgasströme A und B weniger stark beeinflussen, so daß der Auspuffgegendruck insgesamt geringer ist.

Claims

1. Abgasanlage mit zwei Katalysatoren (21, 23) für eine Brennkraftmaschine (1) mit zwei Zylinderbänken (2, 3) und mit Lambda-Regelung des Kraftstoff-Luftverhält nisses mittels einer im Abgas angeordneten Lambda- Sonde (24), wobei die Einzelauspuffrohre (4, 5, 6) der ersten Zylinderbank (2) zu einem ersten Auspuff sammelrohr (10) und die Einzelauspuffrohre (7, 8, 9) der zweiten Zylinderbank (3) zu einem zweiten Aus puffsammelrohr (11) zusammengefaßt sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgasstrom jeder Zylinderbank (2, 3) in zwei im wesentlichen gleiche Teilströme aufgeteilt ist und jeweils ein Teilstrom der einen Zylinderbank mit einem Teilstrom der anderen Zylinderbank zusammen gefaßt ist und einem Katalysator (21 bzw. 23) zuge führt wird.

2. Abgasanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

- daß an das erste Auspuffsammelrohr (10) eine erste Rohrverzweigung (12) und an das zweite Auspuff sammelrohr (11) eine zweite Rohrverzweigung (13) angeschlossen ist,
- daß von der ersten Rohrverzweigung (12) erste und zweite Zweigleitungen (14, 15) und von der zweiten Rohrverzweigung (13) dritte und vierte Zweig leitungen (16, 17) ausgehen,
- daß eine erste Rohrzusammenführung (18) vorgesehen ist, an die die erste und die dritte Zweigleitung (15 bzw. 17) angeschlossen ist und von der eine zu einem ersten Reaktor (21) führende Abgas leitung (20) ausgeht,
- daß eine zweite Rohrzusammenführung (19) vorge sehen ist, an die die zweite und die vierte Zweig leitung (14 bzw. 16) angeschlossen ist und von der eine zu einem zweiten Reaktor (23) führende Abgas leitung (22) ausgeht,
- und daß eine Lambda-Sonde (24) in einer der Abgas leitungen (20, 22) angeordnet ist (Fig. 1).

3. Abgasanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei (15, 16) der an die beiden Rohrverzweigungen (12, 13) angeschlossenen Zweigleitungen im wesent lichen parallel zueinander verlaufen, während sich die beiden anderen Zweigleitungen (14, 17) über kreuzen, wobei die Kreuzungsstellen asymmetrisch zwischen den beiden parallelen Zweigleitungen (15, 16) liegt.

4. Abgasanlage nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Mischkammer (30) mit zwei durch eine erste Wand (31) getrennten Eingängen (32, 33), an die je weils ein Auspuffsammelrohr (10′ bzw. 11′) ange schlossen ist, und zwei durch eine zweite Wand (34) getrennten Ausgängen (35, 36), an die jeweils eine zu einem Katalysator (21′ bzw. 23′) führende Abgas leitung (20′ bzw. 22′) angeschlossen ist, wobei die beiden Wände (31, 34) senkrecht zueinander stehen und in einer der Abgasleitungen (20′, 21′) eine Lambda-Sonde (24) angeordnet ist (Fig. 2 bis 4).

5. Abgasanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mischkammer (30 a bzw. 30 b) mit Anschlüssen für die beiden Auspuffsammelrohre (10 a, 11 a bzw. 10 b, 11 b) und für zwei jeweils einen Abgaskatalysator ent haltende Abgasleitung (20 a, 22 a bzw. 20 b, 22 b) vorge sehen ist, die durch eine Trennwand (40) in eine erste und in eine zweite Teilkammer (41 bzw. 42) unter teilt ist, und daß die beiden Teilkammern jeweils mit einer Abgasleitung (20 a oder 22 a) und beiden Sammelrohren (10 a, 11 a) oder mit einem Sammelrohr (10 b oder 11 b) und beiden Abgasleitungen (20 b, 22 b) in Verbindung stehen.

6. Abgasanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand (40) sich in die Mündung der beiden Abgasleitungen (20 a, 20 b) erstreckende, ent gegengesetzt abgewinkelte Fortsätze (43, 44) auf weist, die den Abgasstrom aus der einen Teilkammer (41) in die eine Abgasleitung (20 a) und den Abgas strom aus der anderen Teilkammer (42) in die andere Abgasleitung (22 a) lenken, und daß die Trennwand (40) die Mündung der an die Mischkammer (30 a) ange schlossenen Auspuffsammelrohre (10, 11 a) in erste, mit der ersten Teilkammer (41), und in zweite, mit der zweiten Teilkammer (42) in Verbindung stehende Abschnitte (46 bzw. 47) unterteilt (Fig. 5 bis 8).

7. Abgasanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand (40) sich in die Mündungen der beiden Auspuffsammelrohre (10 b, 11 b) erstreckende, entgegengesetzt abgewinkelte Fortsätze (43, 44) aufweist, die den Abgsastrom aus dem einen Sammel rohr (10 b) in die erste Kammer (41) und den Abgas strom aus dem anderen Samelrohr (11 b) in die zweite Teilkammer (42) lenken, und daß die Trennwand (40) die Mündungen der an die Mischkammer (30 b) ange schlossenen Abgasleitungen (20 b, 22 b) in erste, mit der ersten Teilkammer (41) und in zweite, mit der zweiten Teilkammer (42) in Verbindung stehende Ab schnitte (48, 49) unterteilt (Fig. 9 bis 12).

8. Abgasanlage nach einem der Ansprüche 5 bis 7, da durch gekennzeichnet, daß die Lambdasonde (24 a) in der Mischkammer (30 a) in der Ebene der Trennwand (40) angeordnet ist und daß im Bereich der Sonde in der Trennwand ein Ausschnitt (45) vorgesehen ist.