DE4114745A1

DE4114745A1 - Exhaust system for four-stroke combustion engine - has two pulsating exhaust gas flows supplied via a common exhaust manifold allowing exhaust gases to leave by a common pipe

Info

Publication number: DE4114745A1
Application number: DE19914114745
Authority: DE
Inventors: Hans-Juergen Breuer; Rolf Brueck
Original assignee: Emitec Gesellschaft fuer Emissionstechnologie mbH
Current assignee: Vitesco Technologies Lohmar Verwaltungs GmbH
Priority date: 1991-05-06
Filing date: 1991-05-06
Publication date: 1992-11-12

Abstract

In a four-stroke combustion engine exhaust system the engine operates at a pulsating working frequency driven by a number of cylinders each of which has an outlet to a manifold for the pulsating emission of exhaust gases. Two pulsating exhaust gas flows are passed through a catalyst matrix phase shifted against each other from one third to two thirds of the period of the working frequency. Each pulsating exhaust flow is supplied via a manifold merged from groups of two cylinders; and the resulting common exhaust manifolds conjoin the catalytic converter matrix from opposite ends. The treated exhaust gases leave the catalytic matrix by a common exhaust pipe. USE/ADVANTAGE - The arrangement improves the catalytic converter efficiency in cleaning exhaust gases from a four-stroke combustion engine by exploiting the dynamic characteristics of pulsating exhaust gases in driving the catalytic cleaning process. Further, the arrangement exploits the properties of metallic honeycomb catalytic substrate structures.

Description

Die Erfindung betrifft ein Auspuffsystem für einen mit einer Arbeitsfrequenz pulsierend zu betreibenden Verbrennungsmotor mit einer Mehrzahl von Arbeitseinheiten, welches Auspuffsystem eine Mehrzahl von Katalysatormatrizen zur Umsetzung reagibler Agenzien in dem von dem Verbrennungsmotor ausgestoßenen Abgas aufweist.The invention relates to an exhaust system for one with a Working frequency pulsating internal combustion engine with a plurality of work units, which exhaust system a plurality of catalyst matrices to make them more reactive Agents in the exhaust gas emitted by the internal combustion engine having.

Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf die katalysierte Umsetzung reagibler Agenzien in den Abgasen aus Verbrennungsmotoren in Kraftfahrzeugen. Die reagiblen Agenzien in den Abgasen sind dabei in erster Linie Schadstoffe wie z. B. Kohlenmonoxid, Kohlenwasserstoffe und Stickoxide; u. U. treten auch Aerosole wie z. B. feinverteilter Ruß auf. Zur Umsetzung solcher Schadstoffe sind in den der Ableitung der Abgase an die Umgebung dienenden Auspuffsystemen sog. Kataly satormatrizen, von dem Abgas durchströmbare Trägermatrizen aus Metall oder Keramik mit Beschichtungen aus Katalysatoren, vorgesehen. Auspuffsysteme, also Rohrleitungsanordnungen zur Ableitung der Abgase von den Auslässen der Verbrennungsmotoren an die Umgebung, mit Katalysatoren sind in Ansehung der weltweiten einschlägigen Gesetzgebung mittlerweise Standardkomponenten von Kraftfahrzeugen.The invention relates in particular to the catalyzed Implementation of reactive agents in the exhaust gases Internal combustion engines in motor vehicles. The reactive agents In the exhaust gases there are primarily pollutants such as e.g. B. carbon monoxide, hydrocarbons and nitrogen oxides; u. U. occur also aerosols such. B. finely divided soot. To Implementation of such pollutants are in the derivation of the Exhaust gases to the surrounding exhaust systems, so-called Kataly sator matrices, carrier matrices through which the exhaust gas can flow Metal or ceramic with coatings from catalysts, intended. Exhaust systems, i.e. pipe arrangements for Discharge of exhaust gases from the internal combustion engine outlets to the environment, with catalysts are considered worldwide relevant legislation meanwhile Standard components of motor vehicles.

Als Trägermatrizen für Katalysatoren sind sowohl keramische als auch metallische Wabenkörper, neben keramischen Schüttgutsubstraten, bekannt. Unter einem Wabenkörper wird ein Körper verstanden, der eine Vielzahl von engen, von den Abgasen zu durchströmenden Kanälen mit Wandungen aufweist, die mit den als Katalysatoren wirkenden Substanzen (beispielsweise Edelmetallgemischen) zu beschichten sind. Ein solcher Waben körper bietet einem ihn durchströmenden Fluid eine Oberfläche von beträchtlicher Größe dar und vermag so zu gewährleisten, daß in diesem Abgas jedwede Schadstoffkomponente irgendwann die mit dem Katalysator beschichtete Wandung erreicht und umgesetzt werden kann. Solche Wabenkörper, insbesondere metallische Wabenkörper aus aus Blechen geschichteten und gewundenen oder verschlungenen Stapeln, sind beschrieben in der EP-02 45 736 E1, der EP 02 45 737 E1, der EP 02 45 738 81, der WO 89/10 470 A1, der WO 89/10 471 A1 und der WO 90/03 220 A1. Auch der Einsatz solcher Wabenkörper als Katalysatormatrizen in Auspuffsystemen von Verbrennungsmotoren ist in diesen Schriften ausführlich erläutert.Ceramic support matrices are both ceramic as well as metallic honeycomb bodies, in addition to ceramic Bulk substrates, known. Under a honeycomb body is a Understood the body of a variety of narrow, from the Exhaust gases to flow through channels with walls that with the substances acting as catalysts (for example Precious metal mixtures) are to be coated. Such a honeycomb body provides a surface for a fluid flowing through it of considerable size and can thus ensure that any pollutant component at some point in this exhaust gas reaches the wall coated with the catalyst and can be implemented. Such honeycomb bodies, in particular metallic honeycomb made of sheet metal and layered convoluted or tortuous stacks are described in EP-02 45 736 E1, EP 02 45 737 E1, EP 02 45 738 81, WO 89/10 470 A1, WO 89/10 471 A1 and WO 90/03 220 A1. The use of such honeycomb bodies as catalyst matrices in exhaust systems of internal combustion engines is in these Writings explained in detail.

Die Einbeziehung einer Katalysatormatrix in ein Auspuffsystem für einen gemäß üblicher Praxis eine Vielzahl von Arbeitseinheiten, insbesondere Zylindern, aufweisenden Verbrennungsmotor erfolgte bislang in der Weise, daß zunächst die Abgase aus den Auslässen der Arbeitseinheiten zusammenge führt und in einem an die Zusammenführungsstelle anschließenden Auspuffrohr der Katalysatormatrix zugeleitet wurden. Alternativ zur Zusammenführung der Abgase sämtlicher Auslässe in ein einziges Auspuffrohr ist auch bereits die zumindest teilweise Aufteilung des Abgasstroms auf zwei einander parallel geschaltete Auspuffrohre, gegebenenfalls jedes mit einer eigenen Katalysatormatrix, erwogen worden. Stets aber ist die Katalysatormatrix hinter der in aller Regel notwendigen Zusammenführungsstelle für die Abgase aus zumindest mehreren der vielzähligen Arbeitseinheiten des Verbrennungsmotors angeordnet.The inclusion of a catalyst matrix in an exhaust system for a variety of according to common practice Units of work, in particular cylinders So far, internal combustion engine has been done in such a way that initially the exhaust gases from the outlets of the work units leads and in one to the merging point subsequent exhaust pipe fed to the catalyst matrix were. As an alternative to combining all of the exhaust gases Outlets in a single exhaust pipe is already that at least partially splitting the exhaust gas flow into two Exhaust pipes connected in parallel, if necessary each with its own catalyst matrix. However, the catalyst matrix is always behind that as a rule necessary meeting point for the exhaust gases at least several of the many work units of the Internal combustion engine arranged.

Die Erfindung basiert auf der Aufgabe, ein Auspuffsystem für einen Verbrennungsmotor der erwähnten Art zu schaffen, bei dem die Ausnutzung des Katalysators zur Reinigung des Abgases durch Ausnutzung spezifischer Eigenschaften des Abgases verbessert ist. The invention is based on the task of an exhaust system for to create an internal combustion engine of the type mentioned, in which the utilization of the catalyst for cleaning the exhaust gas by using specific properties of the exhaust gas is improved.

Erfindungsgemäß weist ein Auspuffsystem für einen mit einer Arbeitsfrequenz pulsierend zu betreibenden Verbrennungsmotor mit einer Mehrzahl von Arbeitseinheiten, deren jede einen Auslaß zum pulsierenden Ausstoßen eines Abgases hat, welches unter Bildung zumindest zweier pulsierender Abgasströme, die um ein Drittel bis zwei Drittel der Periode der Arbeitsfrequenz gegeneinander phasenverschoben sind, von dem Verbrennungsmotor abführbar ist, folgende Bestandteile auf:According to the invention, an exhaust system for one with a Working frequency pulsating internal combustion engine with a plurality of work units, each one Has an outlet for pulsating exhaust of an exhaust gas which forming at least two pulsating exhaust gas flows, the by a third to two thirds of the period Working frequency are phase shifted from each other, by the Internal combustion engine is removable, the following components:

a) at least two outlet arrangements, each with at least an engine exhaust pipe, each for discharging a Exhaust gas flow can be connected to at least one outlet;
b) a mixing chamber for mixing the exhaust gas flows into the each outlet arrangement on at least one associated first one Mouth opens where one of the exhaust gas flows to flowing catalyst matrix is arranged;
c) an exhaust assembly with at least one exhaust pipe that at an associated second mouth into the mixing chamber flows out to discharge the exhaust gas into the environment.

Ein wesentliches Element der Erfindung ist die Ausnutzung der Pulsation des Abgases, die durch die pulsierende Arbeitsweise der Arbeitseinheiten des Verbrennungsmotors bedingt ist. Unter der Arbeitsfrequenz des Verbrennungsmotors ist, insbesondere im Fall eines Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotors, die Drehzahl der Kurbelwelle zu verstehen. Im Falle eines Viertakt-Ver brennungsmotors ist dem Abgas eine Pulsfrequenz entsprechend der halben Arbeitsfrequenz aufgeprägt, da für jeweils zwei aufeinander folgende Umdrehungen der Kurbelwelle für einen etwa einer halben Umdrehung entsprechenden Zeitraum, also einem Zeitraum entsprechend der halben Periode der Arbeitsfrequenz, Abgas ausgestoßen wird. Die pulsierende Abgabe des Abgases aus dem Verbrennungsmotor bedingt in einer Abgasleitung, die an einen Auslaß (oder, in noch zu erläuternder Weise, an eine Mehrzahl nicht miteinander wechselwirkender Auslässe) angeschlossen ist, das Auftreten von Druckwellen mit erheblicher Amplitude, wobei jeder einzelne Abgasausstoß eine Druckwelle verursacht, die ihrerseits eine Sogwelle, also eine Zone gegenüber dem Umgebungsdruck verringerten Drucks, nach sich zieht. Gemäß der Erfindung werden sowohl die Druckwellen als auch die Sogwellen ausgenutzt, um das Abgas durch in dem Auspuffsystem angeordnete Katalysatormatrizen zu treiben. Insbesondere ist hierzu das aus den Auslässen des Verbrennungsmotors ausgestoßene Abgas zu zumindest zwei pulsierenden Abgasströmen zusammenzufassen, die bezüglich der Arbeitsfrequenz eine bestimmte Phasenbeziehung zueinander haben und durch zwei Auslaßanordnungen geführt werden, deren jeder an einer Mischkammer zur Vermischung der beiden Abgasströme eine eigene Katalysatormatrix zugeordnet ist. Die Phasenbeziehung der beiden Abgasströme ist erfindungsgemäß so einzustellen, daß sie um ein Drittel bis zwei Drittel der Periode der Arbeitsfrequenz, vorzugsweise um etwa die Hälfte der Periode, gegeneinander phasenverschoben sind. Im Falle eines Zweizylinder-Viertakt-Verbrennungsmotors ist dies z. B. dadurch zu bewerkstelligen, daß die beiden Zylinder so an die Kurbelwelle angeschlossen sind, daß sie gegenphasig laufen. Der Ausstoß von Abgas aus den beiden Zylindern erfolgt dann stets in der Weise, daß die Zylinder während zweier unmittelbar aufeinanderfolgender Zeiträume entsprechend der Dauer der halben Periode der Arbeitsfrequenz Abgas ausstoßen. Gemäß der Erfindung wird die auf die von dem ersten Zylinder bewirkte Druckwelle folgende Sogwelle ausgenutzt, um das unmittelbar im Anschluß ausgestoßene Abgas des zweiten Zylinders durch die diesem zugeordnete Auslaßanordnung zu ziehen, und zwar nicht nur durch die dieser Auslaßanordnung zugeordnete Katalysatormatrix, sondern zumindest teilweise auch durch die der Auslaßanordnung des ersten Zylinders zugeordnete Katalysatormatrix. Das beschriebene Zweizylinder-System kann durch Hinzufügung zumindest eines weiteren Zylinders dahingehend ergänzt werden, daß die auf die Druckwelle in der Auslaßanordnung jedes Zylinders folgende Sogwelle die Druckwelle in der Auslaßanordnung eines anderen Zylinders unterstützt. Selbstverständlich sind beispielsweise in einem Dreizylinder-System, wobei die drei Zylinder jeweils um ein Drittel der Periode der Arbeitsfrequenz gegeneinander phasenverschoben arbeiten, die gegenseitigen Phasenverschie bungen der Abgasströme nicht notwendig optimal; für die Zwecke der Erfindung erweist sich jedoch eine Phasenverschiebung, die mit einer Toleranz von etwa einem Drittel der Periode der Arbeitsfrequenz mit der als ideal anzusehenden Gegenphase übereinstimmt, als ausreichend.An essential element of the invention is the exploitation of the Exhaust gas pulsation due to the pulsating mode of operation of the working units of the internal combustion engine. Under the working frequency of the internal combustion engine, in particular in the case of a motor vehicle internal combustion engine, the speed to understand the crankshaft. In the case of a four-stroke ver internal combustion engine is a pulse frequency corresponding to the exhaust gas half the working frequency, since there are two successive revolutions of the crankshaft for one period corresponding to half a revolution, i.e. one Period corresponding to half the period of the working frequency, Exhaust gas is emitted. The pulsating emission of the exhaust gas the internal combustion engine conditionally in an exhaust pipe an outlet (or, to be explained, to a Majority of non-interacting outlets) is connected with the occurrence of pressure waves considerable amplitude, with each individual exhaust emission Pressure wave, which in turn causes a suction wave, i.e. a Zone compared to the ambient pressure of reduced pressure pulls itself. According to the invention, both the pressure waves as well as the suction waves exploited by the exhaust gas in the Exhaust system to drive arranged catalyst matrices. In particular, this is from the outlets of the Internal combustion engine exhausted exhaust gas to at least two summarize pulsating exhaust gas flows that are related to the Working frequency a certain phase relationship to each other have and are passed through two outlet arrangements, the each at a mixing chamber to mix the two Exhaust gas flows is assigned its own catalyst matrix. The The phase relationship of the two exhaust gas streams is according to the invention adjust that by a third to two thirds of the Period of the working frequency, preferably by about half of the period are out of phase with each other. In the event of a two-cylinder four-stroke internal combustion engine, this is e.g. B. to accomplish that the two cylinders so to the Crankshafts are connected so that they run in opposite phases. Exhaust gas is then expelled from the two cylinders always in such a way that the cylinders during two successive periods corresponding to the Eject exhaust gas for half the period of the working frequency. According to the invention, that is based on that of the first cylinder caused pressure wave following suction wave exploited to the immediately afterwards exhausted exhaust gas of the second Cylinder through the associated outlet arrangement pull, and not only through this outlet arrangement assigned catalyst matrix, but at least partially also by the exhaust arrangement of the first cylinder assigned catalyst matrix. The described two-cylinder system can by adding at least one more Cylinders are supplemented so that the on the Pressure wave in the outlet arrangement of each cylinder following Sogwelle the pressure wave in the outlet arrangement of another Cylinder supports. Of course, for example in a three-cylinder system, the three cylinders each around one third of the period of the working frequency against each other work out of phase, the mutual phase shift exercises of the exhaust gas streams not necessarily optimal; for the purposes However, the invention proves a phase shift that with a tolerance of about a third of the period of Working frequency with the counter phase to be regarded as ideal matches as sufficient.

Die Erfindung macht besonders vorteilhaften Gebrauch von der mechanischen Robustheit insbesondere der aus zumindest teilweise strukturierten Blechen gebildeten metallischen Wabenkörper, die inzwischen entwickelt worden sind; die Erfindung ermöglicht auch erstmals die Ausnutzung der dynamischen Eigenschaften der Abgasströme aus üblichen Verbrennungsmotoren zum Zwecke ihrer katalytischen Reinigung. Wie bereits erwähnt, können erfindungsgemäß u. U. die Abgase aus mehreren Arbeitseinheiten eines Verbrennungsmotors zur Bildung eines pulsierenden Abgasstroms miteinander kombiniert werden. In einem Viertakt-Verbrennungsmotor liefert eine Arbeitseinheit, wie bereits erwähnt, einen Abgasstrom, der mit der halben Arbeitsfrequenz des Verbrennungsmotors pulsiert. Eine zu dieser Arbeitseinheit gleichphasig laufende Arbeitseinheit kann einen Abgasstrom liefern, der zu dem Abgasstrom der ersten Verbrennungseinheit entweder gleichphasig oder, bezogen auf die halbe Arbeitsfrequenz, gegenphasig ist. Die Druckwellen in solcherart gegenphasigen Abgasströmen beeinflussen einander nicht wesentlich, zeigen also allenfalls geringe Wechselwirkung, da ihr zeitlicher Abstand zu groß ist. Sie können aus diesem Grunde zu einem einzigen Abgasstrom miteinander kombiniert werden. Besonders vorteilhaft ist dieses z. B. im Falle eines üblichen Vierzylinder-Verbrennungsmotors, in dem gemäß üblicher Praxis jeweils zwei Paare von Zylindern gleichphasig laufen und die Phasen der Paare, bezogen auf die Arbeitsfrequenz, einander entgegengesetzt sind. Die Abgase der Paare gleichphasiger Zylinder können vorteilhafterweise jeweils zu einem einzigen Abgasstrom kombiniert werden, wobei die beiden entstandenen Abgasströme die für die Erfindung wesentliche Phasenverschie bung, im konkreten Fall im wesentlichen genau die ideale Phasenverschiebung, aufweisen.The invention makes particularly advantageous use of the mechanical robustness especially from at least partially structured metal sheets formed Honeycomb bodies that have since been developed; the Invention also allows the exploitation of the dynamic properties of the exhaust gas flows from usual Internal combustion engines for the purpose of their catalytic cleaning. As already mentioned, u. U. the exhaust gases from several working units of an internal combustion engine Formation of a pulsating exhaust gas flow combined will. In a four-stroke internal combustion engine, one delivers Unit of work, as already mentioned, an exhaust gas flow with half the working frequency of the internal combustion engine pulsates. One running in phase with this work unit Unit of work can provide an exhaust gas flow leading to the Exhaust gas flow from the first combustion unit either in phase or, based on half the working frequency, is in phase opposition. The pressure waves in such a phase Exhaust gas flows do not significantly influence each other, show So at best little interaction, because you are temporal Distance is too large. Because of this, you can become one single exhaust gas stream can be combined. Especially this is advantageous z. B. in the case of a usual Four-cylinder internal combustion engine, in the usual practice two pairs of cylinders run in phase and the Phases of the pairs, based on the working frequency, each other are opposite. The exhaust gases of the couples are in phase Cylinders can advantageously each be a single Exhaust gas flow can be combined, the two resulting Exhaust gas flows the phase shift essential for the invention Exercise, in the specific case essentially exactly the ideal Phase shift.

Um das erfindungsgemäße Auspuffsystem möglichst platzsparend auszulegen, weist günstigerweise jede Auslaßanordnung nur ein Motorauslaßrohr auf, welches Motorauslaßrohr u. U. um ein Verbindungsstück zum Anschluß an eine Mehrzahl von Auslässen des Verbrennungsmotors erweitert sein kann. Mit dieser Weiterbildung ist insbesondere eine "motornahe" Anordnung der Katalysatormatrizen möglich, was die Ausnutzung eines weiteren Vorteils der inzwischen zur Verfügung stehenden, insbesondere metallischen Katalysatormatrizen erlaubt. Ein im praktischen Betrieb wesentlicher Vorteil eines Auspuffsystems mit in der Nähe des Verbrennungsmotors angeordneten Katalysatormatrizen ist deren rasche Aufwärmung im Anschluß an die Inbetriebnahme des Verbrennungsmotors, da der Wärmeverlust des Abgases auf dem Weg zu den Katalysatormatrizen durch die kurzen Abstände im Auspuffsystem besonders gering ist. Die Produktion von nicht umsetzbaren Schadstoffen in der Inbetriebnahmephase eines Verbrennungsmotors kann auf diese Weise ohne besondere weitergehenden Maßnahmen klein gehalten werden.To save the exhaust system according to the invention as space-saving as possible to interpret, each outlet arrangement advantageously has only one Engine exhaust pipe on which engine exhaust pipe u. Maybe by one Connector for connection to a plurality of outlets of the internal combustion engine can be expanded. With this Training is in particular a "close to the engine" arrangement of the Catalyst matrices possible, which is the exploitation of another Advantage of the now available, in particular metallic catalyst matrices allowed. A practical one Operation essential advantage of an exhaust system with in the Catalyst matrices arranged near the internal combustion engine is their rapid warm-up after commissioning of the internal combustion engine because of the heat loss of the exhaust gas the way to the catalyst matrices through the short distances is particularly low in the exhaust system. The production of unreachable pollutants in the commissioning phase an internal combustion engine can be used in this way without any special further measures can be kept small.

Eine günstige Ausgestaltung der Mischkammer zur Zusammen führung und Vermischung der Abgasströme vor der Ableitung durch ein Auspuffrohr oder eine Mehrzahl solcher Rohre ist dadurch gekennzeichnet, daß die Mischkammer zumindest einen bezüglich einer Achse etwa prismatischen, insbesondere etwa zylindrischen, Rohrabschnitt mit zwei axialen Enden und einem dazwischenliegenden Mittelbereich aufweist, wobei die zweite Mündung zum Anschluß des Auspuffrohres in dem Mittelbereich angeordnet ist und an jedem axialen Ende der Rohrabschnitt mit einer Katalysatormatrix in der Weise ausgefüllt ist, daß die zweite Mündung zwischen den Katalysatormatrizen liegt; jedes axiale Ende ist mit einer Haube verschlossen, in der jeweils eine der Auslaßanordnungen an zumindest einer ersten Mündung einmündet. Eine solche Mischkammer ist sehr kompakt und erfüllt alle an sie zu stellenden Anforderungen; insbesondere können die die Auslaßanordnungen relativ zur Mischkammer abschließenden Katalysatormatrizen relativ dicht nebeneinander angeordnet werden, was zur Gewährleistung der korrekten Phasenbeziehung zwischen den mehreren Abgasströmen von Bedeutung sein kann. Ein Auspuffsystem unter Einbeziehung einer Mischkammer der vorbeschriebenen Art eignet sich insbesondere zur Verwendung in einem Verbrennungsmotor mit einer geraden Zahl von Arbeitseinheiten, die in zwei Gruppen aufteilbar sind, wobei mit den Abgasen der Arbeitseinheiten jeder Gruppe ein besonderer Abgasstrom gebildet wird und beide Abgasströme die erwünschte Phasenbeziehung untereinander aufweisen.A favorable design of the mixing chamber for together Management and mixing of the exhaust gas flows before discharge through an exhaust pipe or a plurality of such pipes characterized in that the mixing chamber at least one with respect to an axis approximately prismatic, in particular approximately cylindrical, tubular section with two axial ends and one has intermediate region, the second Mouth for connecting the exhaust pipe in the middle area is arranged and at each axial end of the pipe section a catalyst matrix is filled in such a way that the second mouth lies between the catalyst matrices; each axial end is closed with a hood in each one of the outlet arrangements on at least one first mouth flows into. Such a mixing chamber is very compact and fulfills all requirements to be placed on them; in particular can the outlet arrangements relative to the mixing chamber final catalyst matrices relatively close to each other be arranged what to ensure the correct Phase relationship between the multiple exhaust gas flows of Meaning can be. An exhaust system with inclusion a mixing chamber of the type described above is suitable especially for use in an internal combustion engine an even number of work units divided into two groups are divisible, with the exhaust gases of the work units a special exhaust gas flow is formed for each group and both Exhaust gas flows the desired phase relationship with each other exhibit.

Eine alternative Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Auspuffsystems zeichnet sich dadurch aus, daß zu jeder Auslaßanordnung die zugehörige Katalysatormatrix in einem metallischen Mantelrohr angeordnet ist, das an einem ersten Ende mit einer Haube verschlossen ist, in der sich die erwähnte zugehörige erste Mündung befindet, und welches Mantelrohr an einem zweiten Ende in die Mischkammer einmündet. Ein solches Auspuffsystem ist insbesondere für Anwendungen geeignet, bei denen jeder einer Vielzahl von Arbeitseinheiten eines Verbrennungsmotors eine eigene Auslaßanordnung mit einer zugehörigen Katalysatormatrix zugeordnet sein soll; dies ist insbesondere der Fall bei Dreizylinder-Verbrennungsmotoren und bei Sechszylinder-Verbrennungsmotoren, insbesondere bei Sechszylinder-Verbrennungsmotoren in Boxeranordnung, die Paare von gleichphasig laufenden Zylindern aufweisen und somit mit drei Auslaßanordnungen zur Führung dreier Abgasströme, die untereinander um ein Drittel bzw. zwei Drittel der Periode der Arbeitsfrequenz gegeneinander phasenverschoben sind, versehen werden müssen.An alternative embodiment of the invention Exhaust system is characterized in that for everyone Outlet arrangement the associated catalyst matrix in one metallic jacket tube is arranged on a first Is closed with a hood in which the associated associated first mouth is located, and which Casing tube opens into the mixing chamber at a second end. Such an exhaust system is particularly for applications suitable where each of a variety of work units an internal combustion engine with its own exhaust arrangement should be assigned to the associated catalyst matrix; This is especially the case with three-cylinder internal combustion engines and in six-cylinder internal combustion engines, especially in Six-cylinder internal combustion engines in a boxer arrangement, the pairs of cylinders running in phase and thus with three outlet arrangements for guiding three exhaust gas flows, the with each other by a third or two thirds of the period Working frequency are phase-shifted against each other, provided Need to become.

Wie bereits erwähnt, eignen sich zur Verwendung in dem erfindungsgemäßen Auspuffsystem jedweder Ausgestaltung insbesondere Katalysatormatrizen, die auf der Basis metallischer Wabenkörper gebildet sind.As already mentioned, are suitable for use in the Exhaust system according to the invention of any configuration especially catalyst matrices based on that metallic honeycomb body are formed.

Zum Einsatz eines Auspuffsystems gemäß der Erfindung kann insbesondere ein Viertakt-Ottomotor, dessen Arbeitseinheiten jeweils zumindest ein Einlaßventil an einem Einlaß zur Zuführung von Brennstoff-Luft-Gemisch sowie zumindest ein Auslaßventil an dem Auslaß zur Abführung des Abgases aufweisen, weitergebildet werden: Die Steuerung der Einlaß- und Auslaßventile, die diese pulsierend mit der halben Arbeitsfrequenz zu verstellen hat, wobei bekanntermaßen an jeder Arbeitseinheit das zumindest eine Einlaßventil unmittelbar im Anschluß an die Öffnung des zumindest einen Auslaßventils zu öffnen ist, dahingehend ausgebildet wird, daß das Auslaßventil noch geöffnet bleibt, während das Einlaßventil bereits öffnet. Mit dieser Maßnahme kann die auf die durch das ausströmende Abgas bewirkte Druckwelle in der Auslaßanordnung folgende Sogwelle durch die Sogwirkung unterstützt werden, die in der Arbeitseinheit bei der Aufnahme frischen Brennstoff-Luft-Gemisches aufgebaut wird; die erwähnte Durchströmung der im Auspuffsystem befindlichen Katalysatormatrizen in zwei Richtungen, und damit die verbesserte Ausnutzung der Katalysatoren, wird damit weiter unterstützt.To use an exhaust system according to the invention especially a four-stroke gasoline engine, whose work units in each case at least one inlet valve at an inlet for Supply of fuel-air mixture as well as at least one Exhaust valve at the outlet for exhaust gas discharge have further training: The control of the inlet and Exhaust valves that pulsate with half Working frequency has to be adjusted, as is known each work unit has at least one inlet valve immediately following the opening of the at least one Exhaust valve is to be opened, is formed in that the exhaust valve remains open while the Inlet valve already opens. With this measure the the pressure wave caused by the exhaust gas flowing out in the Outlet arrangement following suction wave by the suction effect are supported in the work unit when recording fresh fuel-air mixture is built up; the flow mentioned in the exhaust system Catalyst matrices in two directions, and thus the improved utilization of the catalysts will continue supported.

Generell bietet die Erfindung eine Möglichkeit zur Ausnutzung des in einer Katalysatormatrix befindlichen Katalysators von beiden möglichen Seiten; die im Rahmen der bislang üblichen Verwendungen stets auftretende einseitige Abnutzung des Katalysators in der Katalysatormatrix kann damit durch eine, wenn auch nicht unbedingt vollständig symmetrische, zweiseitige Ausnutzung des Katalysators, mit der daraus folgenden Verlängerung seiner Gebrauchsdauer, abgelöst werden.In general, the invention offers a possibility for exploitation of the catalyst in a catalyst matrix from both possible sides; the usual Usage always occurring one-sided wear of the Catalyst in the catalyst matrix can be if not necessarily completely symmetrical, two-sided utilization of the catalyst, with the result subsequent extension of its useful life.

Selbstverständlich bietet die vorliegende Erfindung auch die Möglichkeit, in dem zur Ableitung des Abgases von der Mischkammer dienenden Auspuffrohr eine weitere Katalysator matrix anzuordnen, beispielsweise um eine gewisse Redundanz an verfügbarem Katalysator zu erzielen.Of course, the present invention also offers the Possibility in which to discharge the exhaust gas from the Exhaust pipe serving mixing chamber another catalyst to arrange the matrix, for example to provide a certain redundancy to achieve available catalyst.

Die weitere Erläuterung der Erfindung erfolgt anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele, welche zum Zwecke der Verdeutlichung der Erfindung teilweise nicht maßstäblich, schematisiert und/oder leicht verzerrt sind. Im einzelnen zeigen:The further explanation of the invention is based on the in the drawing illustrated embodiments, which to Partly not for the purpose of illustrating the invention are to scale, schematic and / or slightly distorted. in the single show:

Fig. 1 einen Verbrennungsmotor mit einem schematisiert dargestellten Auspuffsystem gemäß der Erfindung; FIG. 1 shows an internal combustion engine with a schematically illustrated exhaust system according to the invention;

Fig. 2 einen teilweise schematisierten Querschnitt durch Teile eines erfindungsgemäßen Auspuffsystems; Fig. 2 is a partially schematic cross section through parts of an exhaust system according to the invention;

Fig. 3 eine Anordnung aus Mischkammer, Wabenkörpern und Auslaßanordnung im Sinne der Erfindung. Fig. 3 shows an arrangement of the mixing chamber, honeycomb bodies and outlet arrangement in the sense of the invention.

Fig. 1 zeigt, schematisiert und von oben gesehen, einen Verbrennungsmotor 1, und zwar einen Vierzylinder-Viertakt-Motor. Der Verbrennungsmotor 1 weist vier Arbeitseinheiten 2, nämlich vier Zylinder, auf, denen jeweils durch einen Einlaß 21 Brennstoff-Luft-Gemisch zuführbar und durch jeweils einen Auslaß 3 Abgas abführbar ist - jeweils über Einlaßventile bzw. Auslaßventile, die, wie zum Betrieb des Verbrennungsmotors 1 gleichermaßen notwendige Zündkerzen und weitere Komponenten, der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt sind. Jeder Auslaß 3 ist an eine Motorauslaßanordnung angeschlossen und dabei, gegebenenfalls über ein Verbindungsstück 11, mit einem Motorauslaßrohr 4 verbunden, wobei jeweils zwei Auslässen 3 ein Motorauslaßrohr 4 zukommt. An jeweils einem Motorauslaß rohr 4 angeschlossen sind die beiden äußeren Arbeitseinheiten 2 bzw. die beiden inneren Arbeitseinheiten 2; dies entspricht der üblichen Praxis, in einem Vierzylinder-Verbrennungsmotor jeweils die beiden äußeren bzw. die beiden inneren Zylinder gleichphasig zu betreiben, wobei die äußeren Zylinder gegenphasig zu den inneren Zylindern laufen. Im Rahmen der erfindungsgemäßen Auspuffanordnung verbinden die Motorauslaßrohre 4 jeweils zwei Auslässe 3 mit der Mischkammer 5, von der zur Ableitung der Abgase aus dem Verbrennungsmotor 1 an die Umgebung ein Auspuffrohr 8 mit einem Schalldämpfer 10 abgeht. Die Mischkammer 5 ist gebildet mit einem bezüglich einer Achse 12 etwa zylindrischen Rohrabschnitt 13 mit einem Mittelbereich 15 und zwei axialen Enden 14, wobei der Mittelbereich 15 die zweite Mündung 9 für das Auspuffrohr 8 aufweist und der Rohrabschnitt 13 an jedem axialen Ende 14 mit einer Katalysatormatrix 7 ausgefüllt ist. Jedes axiale Ende 14 ist verschlossen mit einer Haube 16, in der sich jeweils eine erste Mündung 6 für eines der Motorauslaßrohre 4 befindet. Es ist zu bemerken, darauf hinzuweisen, daß die Darstellung von Motorauslaßrohren 4 und Verbindungsstücken 11 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht in der Weise dargestellt ist, daß sie mit den an ein derartiges Leitungssystem zu stellenden Anforderungen übereinstimmt, nämlich daß die Wege von der Mischkammer 5 zu den Auslässen 3 sämtlich ungefähr gleich lang sind. Diese Anforderung ist allerdings einschlägig bekannt und bei der Realisierung des erfindungsgemäßen Auspuffsystems in angemessener Weise zu berücksichtigen. Diese Berücksichtigung kann z. B. erfolgen durch das Einfügen von Rohrbögen in Verbindungsstücke 11 und/oder Motorauslaßrohre 4. Die Wirkung des erfindungsgemäßen Auspuffsystems bei der Abführung von Abgasen von den Auslässen 3 erfolgt derart, daß eine aus einem ersten Motorauslaßrohr 4 austretende Druckwelle mit einer aus dem zweiten Motorauslaßrohr 4 austretenden Sogwelle zusammenfällt, so daß durch die Sogwelle Abgas aus dem ersten Motorauslaßrohr 4 heraus- und in das zweite Motorauslaßrohr 4 hineingesaugt wird; auf diese Weise sind zur Umsetzung der Schadstoffe in den aus jedem der Motorauslaßrohre 4 austretenden Abgasen beide Katalysatormatrizen 7 wirksam; jede Katalysatormatrix 7 wird in beiden möglichen Richtungen durchströmt und damit von beiden Seiten beansprucht, was zu einer wesentlich vorteilhafteren Abnutzung des auf ihr befindlichen Katalysators führt. Fig. 1 shows, schematically and seen from above, an internal combustion engine 1 , namely a four-cylinder four-stroke engine. The internal combustion engine 1 has four working units 2 , namely four cylinders, to which a fuel-air mixture can be fed through an inlet 21 and exhaust gas can be removed through an outlet 3 - in each case via inlet valves or outlet valves, which, like for the operation of the internal combustion engine 1 equally necessary spark plugs and other components, not shown for the sake of clarity. Each outlet 3 is connected to an engine outlet arrangement and is connected, possibly via a connecting piece 11 , to an engine outlet pipe 4 , two outlets 3 being provided with an engine outlet pipe 4 . Connected to each engine outlet pipe 4 , the two outer work units 2 and the two inner work units 2 ; This corresponds to the usual practice of operating the two outer and the two inner cylinders in phase in a four-cylinder internal combustion engine, the outer cylinders running in phase opposition to the inner cylinders. In the context of the exhaust arrangement according to the invention, the engine exhaust pipes 4 each connect two outlets 3 to the mixing chamber 5 , from which an exhaust pipe 8 with a muffler 10 extends to discharge the exhaust gases from the internal combustion engine 1 to the environment. The mixing chamber 5 is formed with a pipe section 13 which is approximately cylindrical with respect to an axis 12 and has a central region 15 and two axial ends 14 , the central region 15 having the second opening 9 for the exhaust pipe 8 and the pipe section 13 at each axial end 14 with a catalyst matrix 7 is filled out. Each axial end 14 is closed with a hood 16 , in each of which there is a first mouth 6 for one of the engine exhaust pipes 4 . It should be noted that, for reasons of clarity, the illustration of engine outlet pipes 4 and connecting pieces 11 is not shown in such a way that it complies with the requirements to be placed on such a pipe system, namely that the paths from the mixing chamber 5 are closed the outlets 3 are all approximately the same length. However, this requirement is known in a relevant manner and must be taken into account in an appropriate manner when realizing the exhaust system according to the invention. This consideration can e.g. B. done by inserting pipe bends in connectors 11 and / or engine exhaust pipes 4th The effect of the exhaust system of the invention in the removal of exhaust gases from the outlets 3 is performed so that a leaving of a first Motorauslaßrohr 4 pressure wave coincides with an exiting the second Motorauslaßrohr 4 suction wave, so that through the suction wave exhaust gas from the first Motorauslaßrohr 4 chal- and sucked into the second engine exhaust pipe 4 ; in this way, both catalyst matrices 7 are effective for converting the pollutants into the exhaust gases emerging from each of the engine exhaust pipes 4 ; each catalyst matrix 7 is flowed through in both possible directions and thus stressed from both sides, which leads to a much more advantageous wear of the catalyst located on it.

Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Mischkammer 5, in die vier Motorauslaßrohre 4 mit jeweils einem zugehörigen Wabenkörper 7 einmünden. Jede Katalysatormatrix 7 ist in ein etwa zylindrisches Mantelrohr 17 eingesetzt, das seinerseits in die Wandung der Mischkammer 5 eingelassen ist und mit einem ersten Ende 18 in diese hinein- und mit einem zweiten Ende 19 aus dieser herausragt. Jedes Mantelrohr 17 ist an seinem zweiten Ende 19 mit einer Haube 20 verschlossen, wobei sich in jeder Haube 20 eine erste Mündung 6 für ein Motorauslaßrohr 4 befindet. Weiterhin weist die Mischkammer 5 zwei zweite Mündungen 9 auf, an deren jede sich ein Auspuffrohr B anschließt. Die mit Fig. 2 ausschnittsweise dargestellte erfindungsgemäße Anordnung ist insbesondere verwendbar für einen Verbrennungsmotor mit vier Arbeitseinheiten, beispielsweise den in Fig. 1 schematisiert dargestellten Vierzylinder-Ottomotor, wobei jeder Arbeitseinheit ein Motorauslaßrohr 4 nebst Katalysatormatrix 7 zuzuordnen ist, oder für einen Verbrennungsmotor mit acht Arbeitseinheiten, insbesondere einen Achtzylinder-Ottomotor, wobei jedem Motorauslaßrohr 4 zwei Arbeitseinheiten zukommen. Ein Achtzylinder-Ottomotor besteht üblicherweise aus zwei Einheiten mit vier Zylindern, die nach Art eines V zueinander angeordnet sind; jede Einheit mit vier Zylindern kann an zwei Motorauslaßrohre 4 ähnlich der in Fig. 1 gezeigten Anordnung angeschlossen werden. Fig. 2 shows an embodiment for a mixing chamber 5 , in which four engine outlet pipes 4 each with an associated honeycomb body 7 open. Each catalyst matrix 7 is inserted into an approximately cylindrical jacket tube 17 , which in turn is embedded in the wall of the mixing chamber 5 and projects into it with a first end 18 and protrudes from it with a second end 19 . Each casing tube 17 is closed at its second end 19 with a hood 20 , with a first mouth 6 for an engine exhaust pipe 4 being located in each hood 20 . Furthermore, the mixing chamber 5 has two second mouths 9 , each of which is connected to an exhaust pipe B. The cutout of which is shown with Fig. 2 assembly according to the invention is particularly useful for an internal combustion engine having four working units, for example, in Fig. 1 schematically four-cylinder gasoline engine shown, each work unit, a Motorauslaßrohr 4 is assigned in addition to the catalyst matrix 7, or for an engine with eight work units , in particular an eight-cylinder gasoline engine, with each engine outlet pipe 4 having two working units. An eight-cylinder gasoline engine usually consists of two units with four cylinders, which are arranged in the manner of a V to one another; each four cylinder unit can be connected to two engine exhaust pipes 4 similar to the arrangement shown in FIG .

Fig. 3 zeigt, stark schematisiert, eine Anordnung mit drei Katalysatormatrizen 7 nebst Hauben 20 und daran anschließenden Motorauslaßrohren 4, wobei die drei Katalysatormatrizen 7 eine Mischkammer 5 mit dreieckigem Querschnitt begrenzen. Eine zweite Mündung 9 für ein Auspuffrohr oder dergleichen ist gleichfalls angedeutet. Die Anordnung gemäß Fig. 3 kann beispielsweise verwendet werden für einen Ottomotor mit drei oder sechs Zylindern, wobei im Falle der sechs Zylinder jeweils zwei Zylinder gleichphasig zueinander betrieben werden (dies ist beispielsweise beim Sechszylinder-Boxermotor der Fall) und solche gleichphasig laufenden Zylinder an jeweils ein Motorauslaßrohr 4 angeschlossen werden. Selbstverständlich müssen in einem solchen Fall die Auslässe der Zylinder nicht erst über Verbindungsstücke miteinander in Verbindung gebracht werden; zur Verbindung jedes Auslasses mit der Mischkammer 5 kann auch jeweils ein besonderes Motorauslaßrohr 4 vorgesehen werden. Fig. 3 shows, highly schematically, an arrangement with three Katalysatormatrizen 7 together with covers 20 and adjoining Motorauslaßrohren 4, wherein the three Katalysatormatrizen 7 define a mixing chamber 5 having a triangular cross-section. A second mouth 9 for an exhaust pipe or the like is also indicated. The arrangement according to FIG. 3 can be used, for example, for a gasoline engine with three or six cylinders, with two cylinders each being operated in phase with one another in the case of the six cylinders (this is the case, for example, with the six-cylinder boxer engine) and such cylinders running in phase with each other an engine exhaust pipe 4 can be connected. In such a case, of course, the outlets of the cylinders do not first have to be connected to one another via connecting pieces; A special motor outlet pipe 4 can also be provided in each case for connecting each outlet to the mixing chamber 5 .

Erfindungsgemäß wird ein an einem pulsierend zu betreibenden Verbrennungsmotor mit einer Mehrzahl von Arbeitseinheiten einsetzbares Auspuffsystem angegeben, das die Ausnutzung der durch die Betriebsweise des Verbrennungsmotors in den von diesem abgeführten Abgasströmen bewirkten Druck- und Sogwellen in der Weise ermöglicht, daß jeder Abgasstrom nicht nur durch eine ihm in dem Auspuffsystem zugeordnete Katalysatormatrix, sondern außerdem zumindest teilweise durch zumindest eine einem anderen Abgasstrom zugeordnete Katalysatormatrix gezogen wird. Erfindungsgemäß können die auf den Katalysatormatrizen befindlichen Katalysatoren wesentlich gleichmäßiger abgenutzt werden, als dies im Rahmen der Auspuffsysteme des Standes der Technik möglich war.According to the invention, one is to be operated in a pulsating manner Internal combustion engine with a plurality of work units usable exhaust system specified that the exploitation of the by the operation of the internal combustion engine in the of this exhaust gas flows caused pressure and suction waves in such a way that each exhaust gas flow not only through a catalyst matrix assigned to it in the exhaust system, but also at least partially by at least one another catalyst stream assigned to another exhaust gas stream becomes. According to the invention on the catalyst matrices existing catalysts worn much more uniformly be considered as part of the exhaust systems of the prior art Technology was possible.

Claims

1. Exhaust system for an internal combustion engine ( 1 ) to be operated pulsatingly with a plurality of working units ( 2 ), each of which has an outlet ( 3 ) for the pulsating emission of an exhaust gas, which forms at least two pulsating exhaust gas flows, which by one third up to two thirds of the period of the working frequency are phase-shifted from one another, can be removed from the internal combustion engine ( 1 ) with

a) at least two outlet arrangements, each with at least one engine outlet pipe ( 4 ), each of which can be connected to at least one outlet ( 3 ) for discharging an exhaust gas flow;
b) a mixing chamber ( 5 ) for mixing the exhaust gas flows into which each outlet arrangement opens at at least one associated first mouth ( 6 ), where a catalyst matrix ( 7 ) to be flowed through by the exhaust gas flow is arranged;
c) an exhaust arrangement ( 8 ; 10 ) with at least one exhaust pipe ( 8 ) which opens into the mixing chamber ( 5 ) at an associated second mouth ( 9 ) for discharging the exhaust gas into the environment.

2. Exhaust system according to claim 1, wherein each exhaust arrangement has only one engine exhaust pipe ( 4 ).

3. Exhaust system according to claim 2, wherein each engine exhaust pipe ( 4 ) has a connector ( 11 ) for connection to a plurality of outlets ( 3 ).

4. Exhaust system according to one of the preceding claims, in which

a) the mixing chamber ( 5 ) has at least one with respect to an axis ( 12 ) approximately prismatic, in particular approximately cylindrical tube section ( 13 ) with two axial ends ( 14 ) and an intermediate central region ( 15 ) in which the second mouth ( 9 ) lies ;
b) the pipe section ( 13 ) is filled with a catalyst matrix ( 7 ) at each axial end ( 14 ), the second opening ( 9 ) being located between the catalyst matrices ( 7 );
c) each axial end ( 14 ) is closed with a hood ( 16 ) in which an outlet arrangement opens at at least one first mouth ( 6 ).

5. Exhaust system according to one of claims 1 to 3, in which for each outlet arrangement the associated catalyst matrix ( 7 ) is arranged in a metallic jacket tube ( 17 ) which is closed at a first end ( 18 ) with a hood ( 20 ) which which has at least one associated first mouth ( 6 ) and which opens into the mixing chamber ( 5 ) at a second end ( 19 ).

6. Exhaust system according to one of the preceding claims, in which each catalyst matrix ( 7 ) has a metallic honeycomb body.

7. Use of an exhaust system according to one of the preceding claims for discharging the exhaust gas from an internal combustion engine ( 1 ), in particular a four-stroke gasoline engine, with a plurality of working units ( 2 ), a special exhaust gas flow being formed at each outlet ( 3 ).

8. Use of an exhaust system according to one of claims 1 to 6 for discharging the exhaust gas from an internal combustion engine ( 1 ), in particular a four-stroke gasoline engine, with a plurality of work units ( 2 ) which are divided into a plurality of groups with work units operated approximately in phase ( 2 ) are arranged, a special exhaust gas flow being formed for each group.

9. Use of an exhaust system according to one of claims 1 to 6 for discharging the exhaust gas from an internal combustion engine ( 1 ), in particular a four-stroke gasoline engine, at least one group being formed with two pulsating exhaust gas flows, which exhaust gas flows by a third to two thirds of the period the working frequency, in particular by about half the period of the working frequency, are mutually phase shifted.