DE4038169C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einem aus Zylinderkopf und Kurbelgehäuse bestehenden Motorgehäuse nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine Brennkraftmaschine der gattungsgemäßen Bauart ist aus der GB-PS 15 63 338 bekannt. Hierbei liegt das Abgasreinigungselement nur teilweise innerhalb des Abgaskanalsystems und damit nur teilweise innerhalb des Motorgehäuses. Für den Anschluß des Abgasleitungssystems muß deshalb das Abgasreinigungselement in einem besonderen Verbindungsgehäuse angeordnet werden, das am Motorgehäuse angeflanscht ist, an welches dann das Abgasleitungssystem anschließbar ist.

Eine derartige Anordnung ist konstruktiv und fertigungstechnisch aufwendig. Außerdem muß der außerhalb des Motorgehäuses liegende Teil des Abgasreinigungselements besonders isoliert werden, um hohe Wärmeverluste zu vermeiden.

Desweiteren beschreibt die DE-OS 36 22 631 eine Brennkraftmaschine mit einem Rußfilter, der außerhalb des Motorgehäuses in einem an der Auslaßseite des Zylinderkopfes angeflanschten besonderen Gehäuse angeordnet ist.

Ferner ist aus der JP-A-61-1 64 014 eine motornahe Anordnung eines Abgasreinigungselements bekannt, das in einem an den Abgaskrümmer angeflanschten Gehäuse angeordnet ist.

Schließlich wird in der DE-OS 36 01 703 ein Dieselmotor beschrieben, dessen Abgase mittels eines Rußfilters von Partikeln gereinigt werden. Zur Verminderung von Wärmeverlusten und zur Ermöglichung einer Regeneration des Rußfilters schon bei relativ niedriger Motorlast ist jedem Zylinder der Brennkraftmaschine eine möglichst motornah gelegener Rußfilter zugeordnet. Der Rußfilter ist zu diesem Zweck in der mit dem Auslaßkanal eines Auslaßventils verbundenen Abgasleitung angeordnet. Von Nachteil dabei ist, daß der Rußfilter trotz seiner motornahen Lage durch seine Anordnung in der Abgasleitung Wärmeverlusten ausgesetzt ist und daher zum Zwecke einer Regeneration besondere Maßnahmen zum Erhalt der Temperatur vorgesehen werden müssen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Brennkraftmaschine der gattungsgemäßen Art so zu verbessern, daß die Brennkraftmaschine und das im Abgasweg angeordnete Abgasreinigungselement eine einbaufertige kompakte Einheit bilden, wobei das Abgaselement ohne zusätzliche Maßnahmen auf einem für seinen ordnungsgemäßen Betrieb erforderlichen Temperaturniveau gehalten werden kann.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Merkmal des Patentanspruchs 1 genannten Merkmale gelöst. Weitere Vorteile und Ausgestaltungen gehen aus den Unteransprüchen und der Beschreibung hervor.

Bei einer Brennkraftmaschine, die aus einem Kurbelgehäuse und einem Zylinderkopf besteht, welche zusammen das Motorgehäuse der Brennkraftmaschine bilden, führt ein von den jeweiligen Auslaßventilen der Brennräume ausgehendes und aus einzelnen Abgaskanälen bestehendes Abgaskanalsystem im Motorgehäuse zu einem die Abgase der Brennkraftmaschine in ein Auspuffsystem weiterleitendes Abgasleitungssystem. Dieses Abgasleitungssystem ist über das Motorgehäuse am Abgaskanalsystem angeschlossen. Im Abgaskanalsystem innerhalb des Motorgehäuses ist ein Abgasrei­ nigungselement angeordnet. Ein solches Abgasreinigungselement ist zum Beispiel ein Partikelfilter, kann aber auch beispiels­ weise ein Katalysator sein. Die Erfindung ist somit sowohl auf luftverdichtende, als auch auch gemischverdichtende Brenn­ kraftmaschinen anwendbar. Das so angeordnete Abgasreinigungselement weist den Vorteil auf, daß es nicht nur motornah, nämlich im Auslaßkanalsystem stromab der Auslaßventile, angeordnet ist und somit von den heißen Abgasen unmittelbar beaufschlagt wird, wodurch bei einem Katalysator das Anspringverhalten und bei einem Partikelfilter die Regeneration verbessert wird.

Günstig beeinflußt wird die Funktion des Abgasreinigungsele­ mentes, wenn der das Element aufnehmende Abgaskanal nicht nur im Motorgehäuse angeordnet ist, sondern sich in Strömungsrich­ tung entlang einer Zylinderseitenwand erstreckt, so daß sowohl günstige Temperaturbedingungen erzielt werden, als auch die Einbaubreite der Brennkraftmaschine vorteilhaft ausfällt. Ins­ besondere gilt dies für den Fall, daß das Abgasreinigungsele­ ment derart an der Zylinderseitenwand angeordnet ist, daß es im Falle von Brennkraftmaschinen mit mehreren Zylinderbänken jeweils innerhalb des von den Zylinderbänken eingeschlossenen Winkels liegt.

Ein Ausführungsbeispiel ist nachstehend anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 schematisch einen Schnitt durch den oberen Teil eines Kurbelgehäuses einer Brennkraftmaschine mit einem in den Auslaßkanal des Zylinderkopfes eingesetzten Ab­ gasreinigungselementes,

Fig. 2 eine Anordnung entsprechend Fig. 1 mit jedem Zylin­ der gesondert zugeordneten Abgasreinigungselementen von kreisförmigem Querschnitt,

Fig. 3 eine Anordnung gemäß Fig. 2 mit einzelnen Zylinder­ gruppen zugeordneten Abgasreinigungselementen von rechteckigem Querschnitt,

Fig. 4 die Anordnung eines Abgasreinigungselementes entlang einer Zylinderseitenwand im Motorgehäuse,

Fig. 5 Abgasreinigungselemente nach Fig. 4 mit kreisförmi­ gem Querschnitt,

Fig. 6 eine besondere Anordnung der Abgasreinigungselemente aus Fig. 6 im Motorgehäuse und

Fig. 7 die Anordnung von Abgasreinigungselementen bei einer Brennkraftmaschine der V-Bauart.

In der Fig. 1 ist in schematischer Darstellungsweise ge­ schnitten der obere Teil eines Kurbelgehäuses 1 einer Brenn­ kraftmaschine 2 gezeigt. In einem Zylinder 3, der von einem Kühlwassermantel 4 umgeben ist, ist in bekannter Weise ein Kolben 5 angeordnet, welcher mittels eines Kolbenbolzens 6 mit einem nicht dargestellten Pleuel verbunden ist. Dieser Kolben 5 begrenzt den Brennraum 7 des Zylinders 3, welcher wiederum über ein im Zylinderkopf 8 angeordnetes Auslaßventil 9 mit dem ebenfalls im Zylinderkopf 8 verlaufenden Abgaskanal 10 in Ver­ bindung steht. Die Strömung beim Ausschieben der Abgase aus dem Zylinder 3 in das aus den den einzelnen Zylindern 3 der Brenn­ kraftmaschine 2 zugeordneten Abgaskanälen 10 bestehende Abgas­ kanalsystem und von dort weiter in das am Zylinderkopf 8 mit­ tels der Verschraubungen 11 angeflanschte Abgasleitungssystem 12, welches wiederum mit dem hier nicht dargestellten Auspuff in Verbindung steht, ist durch die Pfeile 13 angedeutet. Im Abgasweg ist im aus Kurbelgehäuse 1 und Zylinderkopf 8 beste­ henden Motorgehäuse 14 im Verlauf des aus den Abgaskanälen 10 gebildeten Abgaskanalsystems ein Abgasreinigungselement 15 eingesetzt, welches beispielsweise ein Katalysator oder ein Partikelfilter sein kann. Durch die Anordnung dieses Abgasrei­ nigungselementes 15 in unmittelbarer Nähe des Auslaßventiles 9 wird das Reinigungselement 15 direkt von den heißen Abgasen aus dem Brennraum 7 beaufschlagt, wodurch die Aktivität eines Ka­ talysators bzw. die Regenerierbarkeit eines Partikelfilters als Reinigungselement verbessert wird. Eine in der Figur gezeigte Isolierung 16 um das Abgasreinigungselement 15 herum ist eben­ falls möglich. Stromauf bzw. stromab des Abgasreinigungsele­ mentes 15 ist je eine Dichtung 17 bzw. 18 vorgesehen, welche einerseits ein ein Umgehen des Elementes 15 verhindern bzw. andererseits den Austritt von Abgas in der Verbindungsebene zwischen Zylinderkopf 8 und Abgasleitungssystem 12 unterbinden. Außerdem zeigt die Fig. 1 einen um das Abgasreinigungselement 15 herum angeordneten Kühlwassermantel 19, welcher beispiels­ weise mit dem oben erwähnten Kühlwassermantel 4 um die Zylinder 3 verbunden sein kann und zur Kühlung insbesondere bei einem Zylinderkopfwerkstoff aus einer Aluminium-Legierung dient.

Wie aus der Zeichnung noch zu ersehen ist, kann stromauf des Abgasreinigungselementes 15 im Motorgehäuse ein die Abgaskanäle 10 verschiedener Zylinder bzw. Zylindergruppen verbindender Ausgleichskanal 20 vorgesehen werden, falls dies aus Strö­ mungsgründen günstig ist. Auch auf der stromabwärtigen Seite des Abgasreinigungselementes 15 können mehrere, den einzelnen Elementen 15 zugeordneten Abgasleitungen 12 bei Bedarf über einen weiteren Ausgleichskanal 21 miteinander in Verbindung stehen. Die Lage des Auspuffanschlusses an das Abgasleitungs­ system ist dadurch in weiten Grenzen wählbar und an bauliche Gegebenheiten anpaßbar.

In Fig. 2 ist eine solche Anordnung nach Fig. 1 nochmals schematisch dargestellt. Übereinstimmende Teile erhalten hier, wie auch in den folgenden Figuren, gleiche Bezugszeichen. So ist mit 5 wieder der Kolben mit seinem Kolbenbolzen 6 bezeich­ net, welcher in dem durch den Kühlwassermantel 4 begrenzten Zylinder 3 im Kurbelgehäuse 1 geführt ist. Das Auslaßventil 9 läßt die Abgase in Pfeilrichtung 13 in den jedem Zylinder 3 zugeordneten Abgaskanal 10 im Zylinderkopf 8 strömen. In jedem Abgaskanal 10 ist ein Abgasreinigungselement 15 derart ange­ ordnet, daß die stromabwärtige Stirnfläche 22 jedes Elementes 15 in der Verbindungsebene des über die Verschraubungen 11 an das Motorgehäuse angeflanschten, hier nicht dargestellten, Ab­ gasleitungssystems, d. h. Abgaskrümmers, liegt. Die einzelnen Abgasreinigungselemente 15 weisen kreisförmigen Querschnitt auf und sind als Patronen ausgebildet, die in einfacher Weise nach Abschrauben des Abgaskrümmers aus- und eingebaut werden kön­ nen. Auf diese Weise wird ein schneller und problemloser Wechsel einzelner oder aller Abgasreinigungselemente 15 ermöglicht. Auch hier kann wieder, wie schon oben beschrieben, ein zusätz­ licher Kühlwassermantel 19 um die Reinigungselemente 15 herum angeordnet sein. Für den Ausgleichskanal 20 gilt das schon in Fig. 1 Gesagte entsprechend.

Fig. 3 zeigt eine ähnliche Anordnung wie Fig. 2, so daß auf eine Beschreibung der gemeinsamen Teile nicht eingegangen wer­ den muß. Im Unterschied zu Fig. 2 sind die Abgasreinigungs­ elemente 15 bei diesem Ausführungsbeispiel jedoch nicht jedem Abgaskanal 10 einzeln zugeordnet, sondern es handelt sich um Elemente von rechteckigem Querschnitt, die, wie hier durch die zwei Elemente 15 angedeutet ist, zwei Gruppen von Zylindern 3 bzw. zugehörigen Abgaskanälen 10 zugeordnet sind und bei­ spielsweise durch eine Rippe 23 im Zylinderkopf 8 zur Verstei­ fung getrennt sind. Es ist dabei genausogut vorstellbar, daß allen Zylindern 3 einer Brennkraftmaschine ein gemeinsames Ab­ gasreinigungselement 15 zugeordnet ist, wenn dies die Strö­ mungsverhältnisse und die Dimensionierung des Elementes 15 zu­ lassen. Ebenfalls dargestellt ist in dieser Figur der Aus­ gleichskanal 20, der zwei einzelne Abgaskanäle 10 miteinander verbinden kann oder auch eine Gruppe bzw. alle Abgaskanäle 10. Die Auswechselbarkeit der Elemente 15 ist dabei genau so mög­ lich wie im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2.

In Fig. 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Brennkraftmaschine 2 besteht wiederum aus ei­ nem aus Kurbelgehäuse 1 und Zylinderkopf 8 gebildeten Motorge­ häuse 14. Im Zylinder 3, der von einem Kühlwassermantel 4 um­ geben ist, wird ein Kolben 5 geführt, der mittels des Kolben­ bolzens 6 mit einem Pleuel 24 verbunden ist. Außer dem die Verbindung zum Auslaßkanal 10 herstellenden Auslaßventil 9, ist hier auch noch ein am Einlaßkanal 25 vorgesehenes Einlaßventil 26 gezeichnet. Die in Richtung der Pfeile 13 strömenden Abgase verlassen den Brennraum 7 des Zylinders 3 durch den Auslaßkanal 10 im mit Kühlwasser 27 gekühlten Zylinderkopf 8. Im Gegensatz zu den vorher beschriebenen Ausführungsbeispielen ist das bzw. sind die Abgasreinigungselemente 15 nicht im Zylinderkopf 8 angeordnet, sondern im Kurbelgehäuse 1 der Brennkraftmaschine 2 entlang einer Seitenwand 28 des Zylinders 3. Auch hier ist das Abgasreinigungselement 15 von einem Kühlwassermantel 19 umge­ ben. Die Abgase aus dem Abgaskanalsystem 10 durchströmen das Element 15 und gelangen anschließend in ein über die Flansch­ verbindungen 29 mit dem Motorgehäuse 14 verbundenes, hier nicht dargestelltes, zum Auspuff führendes Abgasleitungssystem. Es ist hier ein einstückiges Abgasreinigungselement 15, z. B. ein Monolith, dargestellt, jedoch sind auch einzelne Elemente 15 denkbar, die wie weiter oben schon ausgeführt jedem Auslaßkanal 10 eines Zylinders 3 gesondert zugeordnet sind oder auch je ein Element 15 für eine Gruppe von Zylindern 3. Bei mehreren Ab­ gasreinigungselementen 15 für eine Brennkraftmaschine 2, können diese durch das Kurbelgehäuse versteifende, hier nicht darge­ stellte Rippen voneinander getrennt sein, die nebenher noch die Aufgabe haben, einen Übertritt von Abgas aus einem Element 15 in das nächste Element zu verhindern. Ein Wechsel der Abgas­ reinigungselemente ist analog zum vorherigen Ausführungsbei­ spiel nach Abnehmen des Zylinderkopfes 8 möglich. Ebenfalls können stromauf und stromab des Abgasreinigungselementes 15 die Ausgleichskanäle 20 bzw. 21 vorgesehen werden, wenn dies aus strömungstechnischen Gründen günstig ist. Wie gestrichelt an­ gedeutet ist, kann die Abgasströmung 13 nicht nur über einen Anschlußflansch, sondern auch über mehrere Anschlußflansche 29, die vom Reinigungselement 15 kommend getrennt oder gemeinsam angeströmt werden, aus dem Motorgehäuse in das nicht darge­ stellte Abgasleitungssystem zum Auspuff gelangen.

Fig. 5 zeigt schematisch eine Anordnung nach Fig. 4 mit ab­ genommenem Zylinderkopf, mit dem Unterschied, daß einzelne Ab­ gasreinigungselemente 15 vorgesehen sind, von denen jedes, wie durch die Abgasströmungspfeile 13 angedeutet, einem Zylinder 3 der Brennkraftmaschine 2 zugeordnet ist. Stromab der Elemente 15 sind die Abgase zweier Zylindergruppen getrennt zu den An­ schlußflanschen 29 geführt, an denen das Abgasleitungssystem angeflanscht ist.

Den im Prinzip gleichen Aufbau zeigt die Brennkraftmaschine 2 gemäß Fig. 6, die auch die gleichen Bezugszeichen aufweist. Zum Zwecke der Verringerung der Baubreite des Motorgehäuses 14 sind die einzelnen Abgasreinigungselemente 15 in Bezug auf die Zylinder 3 versetzt angeordnet, so daß sie teilweise in den Raum zwischen den Zylindern 3 zu liegen kommen.

Bei einer Brennkraftmaschine 2 mit mehreren Zylinderbänken 30 bzw. 31, wie z. B. bei der in Fig. 7 gezeigten Brennkraftma­ schine der V-Bauart, kann die Anordnung nach den Fig. 4 bis 6 grundsätzlich übernommen werden. Die Abgasreinigungselemente 15 können, wie in dieser Figur dargestellt, an der Außenseite der Zylinder 3 angeordnet sein, aber auch zur Verringerung der Einbaubreite der Brennkraftmaschine 2 an der Innenseite 32 der Zylinder 3 innerhalb des durch die Zylinderbänke 30 und 31 ge­ bildeten V-Winkels und somit spiegelbildlich zu einer mittel­ längsebene durch die Brennkraftmaschine 2. Entsprechende An­ ordnungen sind selbstverständlich auch für Brennkraftmaschinen mit mehr als zwei Zylinderbänken denkbar, wobei dann natürlich nur Abgasreinigungselemente auf einer Seite jeder Zylinderbank angeordnet zu sein brauchen, also nicht unbedingt spiegelbildlich wie bei Maschinen der V-Bauart.

Claims (10)

1. Brennkraftmaschine mit einem aus Zylinderkopf und Kurbel­ gehäuse bestehenden Motorgehäuse, mit einem im Motorgehäuse angeordneten Abgaskanalsystem zur Ableitung der Abgase aus dem Brennraum in ein Abgasleitungssystem und mit einem im Abgasweg angeordneten Abgasreinigungselement, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgasreinigungselement (15) im Verlauf des Abgaskanalsystems (10) vollständig im Motorgehäuse (14) angeordnet ist.

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die stromabwärtige Stirnfläche (22) des Abgasreinigungs­ elementes (15) in der Verbindungsebene eines an das Motorge­ häuse (14) angeflanschten Abgaskrümmers (12) liegt.

3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgasreinigungselement (15) entlang einer Seitenwand (28) eines Zylinders (3) der Brennkraftmaschine (2) angeordnet ist.

4. Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgasreinigungselement (15) an der Außenseite der Zy­ linder (3) einer Brennkraftmaschine (2) mit mehreren Zylinder­ bänken (30, 31) angeordnet ist.

5. Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei Brennkraftmaschinen (2) mit mehreren Zylinderbänken (30, 31) jeweils zwischen zwei benachbarten Zylinderbänken mindestens ein Abgasreinigungselement (15) angeordnet ist.

6. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgasreinigungselement (15) innerhalb eines Kühlwas­ sermantels (19) angeordnet ist.

7. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Zylinder (3) einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine (2) ein Abgasreinigungselement (15) zugeordnet ist.

8. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils einer Gruppe von Zylindern (3) einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine (2) ein Abgasreinigungsele­ ment (15) zugeordnet ist.

9. Brennkraftmaschine nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß stromauf des Abgasreinigungselementes (15) ein die Abgas­ kanalsysteme (10) wenigstens zweier Zylinder (3) verbindender Ausgleichskanal (20) vorgesehen ist.

10. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß stromab des Abgasreinigungselementes (15) ein die Abgas­ leitungssysteme wenigstens zweier Zylinder (3) verbindender Ausgleichskanal (21) vorgesehen ist.