EP1715162A2 - Abgasabführungssystem für eine Brennkraftmaschine sowie Absperrklappe für ein Abgasabführungssystem - Google Patents

Abgasabführungssystem für eine Brennkraftmaschine sowie Absperrklappe für ein Abgasabführungssystem Download PDF

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EP1715162A2
EP1715162A2 EP06003308A EP06003308A EP1715162A2 EP 1715162 A2 EP1715162 A2 EP 1715162A2 EP 06003308 A EP06003308 A EP 06003308A EP 06003308 A EP06003308 A EP 06003308A EP 1715162 A2 EP1715162 A2 EP 1715162A2
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EP
European Patent Office
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exhaust
exhaust gas
line
discharge system
pressure line
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EP06003308A
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French (fr)
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EP1715162A3 (de
EP1715162B1 (de
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Dietmar Schwarzenthal
Erwin Rutschmann
Thorsten Wieg
Leo Spiegel
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Dr Ing HCF Porsche AG
Original Assignee
Dr Ing HCF Porsche AG
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Publication of EP1715162A3 publication Critical patent/EP1715162A3/de
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    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
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    • F01N3/20—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control specially adapted for catalytic conversion ; Methods of operation or control of catalytic converters
    • F01N3/2053—By-passing catalytic reactors, e.g. to prevent overheating
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F01N13/00—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00
    • F01N13/009—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00 having two or more separate purifying devices arranged in series
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D9/00—Controlling engines by throttling air or fuel-and-air induction conduits or exhaust conduits
    • F02D9/04—Controlling engines by throttling air or fuel-and-air induction conduits or exhaust conduits concerning exhaust conduits
    • F02D9/06—Exhaust brakes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/12—Control of the pumps
    • F02B37/18—Control of the pumps by bypassing exhaust from the inlet to the outlet of turbine or to the atmosphere

Definitions

  • the invention relates to an exhaust gas removal system and a butterfly valve for an exhaust gas removal system of an internal combustion engine according to the features of the preambles of claims 1 and 11.
  • a multi-flow exhaust system in which the exhaust gas mass flow is controllable by a arranged in one of the two exhaust pipe strands flap element.
  • the object of the invention is to ensure with a manageable overhead that caused by leaks of the check valves exhaust leakage flows through the closed exhaust pipe harness to the outside.
  • a pressure line which is connected to a vacuum source, is connected downstream of a shut-off valve in the closable exhaust-gas line branch.
  • exhaust gas leakage flow is preferably fed back to the engine via the intake system.
  • a throttle provided in the pressure line ensures that air is not sucked in via the part of the exhaust-gas line branch which continues downstream of the shut-off valve.
  • the flow resistance of the throttle is adjusted so that it ensures a return of the exhaust gases even at a maximum leakage current.
  • two check valves are arranged in the shut-off exhaust pipe line, wherein the pressure line between the two check valves opens into the exhaust pipe line.
  • the second shut-off valve ensures that over the part of the exhaust pipe string downstream of the pressure line no secondary air is sucked from the outside.
  • the pressure line is connected to an air pump.
  • the injected between the two check valves compressed air also prevents that caused by the first check valve exhaust leakage flow exits the exhaust system via this exhaust line to the outside.
  • a fourth embodiment only one check valve is provided in the exhaust pipe line to be shut off; the upstream of the check valve in the exhaust pipe branch opening pressure line is in turn connected to an air pump.
  • the compressed air blown into the exhaust-gas line branch prevents an exhaust-gas leakage flow from reaching the outside via the shut-off exhaust-gas line branch.
  • a fifth and sixth embodiment see FIGS. 5 to 8
  • the two check valves used in the second and third embodiments are replaced by a check valve in which a flow guide for a gaseous medium is integrated for sealing against the exhaust pipe line.
  • the check valve is preferably designed as a butterfly valve, which has on its end face at least one annular groove which serves as a flow guide for the gaseous medium.
  • a pressure line is connected, which is connected to the annular groove, so that either analogously to the second embodiment (see FIG. 2), the exhaust gas leakage current is sucked through the connection of the pressure line to the intake system or analogously to the third embodiment (see FIG. 3), the annular groove is acted upon via a connected to the pressure line air pump with compressed air.
  • an air intake system hereinafter referred to as suction system 4, connected to an engine unit 2, an air intake system, hereinafter referred to as suction system 4, connected.
  • the intake system 4 is connected upstream of a throttle body 6 with a throttle valve 8, through which the engine supplied air mass flow is controllable.
  • an exhaust gas removal system is connected to the engine unit 2, which has a manifold unit 8 and two exhaust pipe strands 10 and 12 adjoining the manifold unit 8.
  • a check valve in the form of a butterfly valve 14 is integrated in the first exhaust pipe line 10 downstream of the manifold unit 8.
  • the second exhaust-gas line section 12 which runs parallel to the first exhaust-gas line section 10, has a catalyst, referred to below as start-up catalyst 16. Both exhaust pipe strands 10, 12 are merged at a point 18; downstream of the point 18, a second catalyst, hereinafter referred to as the main catalyst 20, connects.
  • a pressure line 22 Downstream of the arranged in the first exhaust pipe 10 butterfly valve 14, a pressure line 22 is connected, which is connected at its other end to the suction system 4 and thus to a vacuum source.
  • a throttle 24 In the pressure line 22, a throttle 24 is still provided, whose operation will be explained.
  • the exhaust gas removal system operates in the following manner: During the start phase, in which the engine unit and arranged in the exhaust gas discharge system catalysts 16 and 20 have not yet reached their operating temperature, the shut-off valve 14 is closed by a motor control unit, so that the entire exhaust gas mass flow exclusively through the second exhaust pipe branch 12 is guided. Thus, the smaller in size trained starting catalyst 16 can quickly reach its operating temperature, so that low emissions can be achieved even in the startup phase of the internal combustion engine.
  • the intake system 4 pressure line 22 in which a corresponding negative pressure is formed, an exhaust gas leakage current, the latter due to the not hundred percent tightness of the butterfly valve 14 latter, again supplied via the pressure line 22 of the motor unit 2 and the suction system 4 become.
  • the throttle 24 arranged in the pressure line 22 ensures that the negative pressure values are limited, so that no secondary air from outside, i. is sucked in via the open end of the exhaust-gas removal system.
  • the second exemplary embodiment differs in that a second shut-off flap 26 is arranged in the first exhaust-gas line branch 10 downstream of the first shut-off flap 14.
  • the pressure line 22 opens between the two butterfly valves 14, 26 in the first exhaust pipe line 10 a.
  • the first exhaust pipe line 10 is closed by the two shut-off valves 14, 26, so that the entire exhaust gas mass flow is again guided exclusively via the second exhaust pipe line 12.
  • Exhaust gas leakage flow, which has passed the first shut-off valve 14 can in turn be supplied via the pressure line 22 of the motor unit 2 analogously to the first exemplary embodiment.
  • the second shut-off flap 26 ensures that no secondary air is sucked in via the pressure line 22 from the outside via the end of the exhaust-gas removal system.
  • the third embodiment differs from the second embodiment in that an air pump 28 is connected to the pressure line 22.
  • the input side of the air pump 28 connected part of the pressure line 22 is connected upstream of the throttle body 6.
  • compressed air is blown via the pressure line 22 in the lying between the two butterfly valves 14, 26 part of the first exhaust pipe string 10 during start-up operation of the engine - in turn, both shut-off valves 14, 26 are closed. In this case too, it is prevented that an exhaust gas leakage flow via the blocked first exhaust gas line branch 10 leaves the exhaust gas removal system.
  • shut-off flap 14 is provided in the first exhaust-gas line run 10, with the pressure line 22 leading into the first exhaust-gas line run 10 upstream of the shut-off flap 14.
  • compressed air is blown into the first exhaust gas line 10 via the air pump 28. If the shut-off valve 14 is closed during start-up operation, it is also prevented that a part of the exhaust gas mass flow over the first exhaust pipe 10 passes to the outside. The airflow generated by the air pump 28 in this case must be greater than the exhaust gas leakage flow. Furthermore, it must be ensured that in the exemplary embodiments according to FIGS. 3 and 4 the overpressure is designed such that it is higher than the maximum achievable pressure in the exhaust-gas removal system.
  • the butterfly valve 14 ' has a housing 30 in which a disc-shaped valve body 32 is rotatably mounted on a shaft 34 between a closed and open position. As can be seen from FIG. 7, an annular groove 36 is made on the end face of the flap body 32. On the housing 30 of the butterfly valve 14 ', a line connection 38 is provided for the pressure line 22.
  • the pressure line 22 is connected analogously to the second embodiment of the intake system 4 of the internal combustion engine. During operation of the internal combustion engine and when the shut-off flap 14 'is in the closed position, the exhaust gas leakage flow is sucked off via the annular groove 36 and returned to the engine unit 2.
  • the only difference to the fifth embodiment is that the pressure line is connected to an air pump 28 analogous to the third embodiment.
  • the structural design of the butterfly valve 14 ' is unchanged. During operation of the internal combustion engine and when the shut-off flap 14 'is in the closed position, compressed air is blown into the annular groove 36 and thus an exhaust gas leakage current into the downstream part of the exhaust-gas line 10 is prevented.
  • FIG. 9 different designs for shape and geometry of the annular groove 36 are conceivable.
  • the Outside flanks 32a, 32b of the flap body 32 which laterally delimit the annular groove 36, have different diameters.
  • the smaller diameter is directed opposite to the exhaust gas stream;
  • a pressure pad can be constructed before the butterfly valve 14 ', so that the sealing function is further improved.
  • the sealing function can also be increased by inserting two or more annular grooves 36, 37 (see FIG. 10) into the valve body 32.
  • the annular grooves can also be designed as a type of thread or helix 39 (see FIG. 11).
  • FIGS. 12 and 13 show in greater detail the connection of the underpressure or overpressure connection (line connection 38) to the shut-off flap 14 'according to the fifth and sixth embodiments.
  • FIG. 12 shows the shut-off flap 14 'in the open position and FIG. 13 in the closed position.
  • the pressure supply bores 40 integrated in the shaft 34 for the annular groove 36 are separated from the two line ports 38, so that no exhaust gas can be pushed back via the annular groove 36; an elaborate seal is eliminated.
  • a puncture 42 is provided at the two shaft ends, which are connected to the pressure supply bores 40, so that the bearing 44 for the shaft 34 is also sealed.
  • the line connections 38 are aligned or correspond with the pressure supply bores 40, so that the annular groove 36 can be subjected to negative or positive pressure for sealing the shut-off flap 14'.
  • Fig. 14 the housing 30 of the butterfly valve 14 'is shown, wherein on the inside of the housing 30, two stops 46 are provided for the butterfly valve 14'. In this way, larger tolerances with regard to the dimensioning of shut-off flap 14 'and housing 30 can be permitted without sacrificing the sealing function.
  • shut-off flap 14 ' shown in FIGS. 7 to 13 in an exhaust gas discharge system as shown in FIGS. 2 and 3. That is, one would shut the valve 14 and 26 by one Shut off valve 14 '- as shown in FIGS. 7 to 13 and described - replace.
  • a modified pressure line 22 which then has a diversion to both shut-off valves 14 ', a corresponding pressurization of the two butterfly valves 14' would be possible.

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Abstract

Die Erfindung betrifft u.a. ein Abgasabführungssystem für eine Brennkraftmaschine mit mindestens zwei Abgasleitungssträngen (10, 12), wobei in mindestens einem Abgasleitungsstrang Bauteile, wie z.B. Katalysatoren, Abgasturbolader o.ä. angeordnet sind, die über Sperrventile (14, 14', 26) zu- und abschaltbar sind. Es wird vorgeschlagen, dass stromab oder stromauf des Sperrventils (14) oder direkt am Sperrventil (14') eine Druckquelle angeschlossen ist, die durch Undichtigkeiten des Sperrventils (14, 14', 26) hervorgerufene Abgas-Leckagen innerhalb des abgesperrten Abgasleitungsstranges (10) unterbindet.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Abgasabführungssystem sowie eine Absperrklappe für ein Abgasabführungssystem einer Brennkraftmaschine gemäß den Merkmalen der Oberbegriffe der Patentansprüche 1 und 11.
  • Aus der DE 196 45 226 A1 ist eine mehrflutige Abgasanlage bekannt, bei der der Abgasmassenstrom durch ein in einer der beiden Abgasleitungsstränge angeordnetes Klappenelement steuerbar ist. Durch die Absperrung eines Abgasleitungsstranges soll beispielsweise während der Startphase der Brennkraftmaschine sichergestellt sein, dass der (Start-) Katalysator in dem nicht abgesperrten Abgasleitungsstrang zur schnellen Aufheizung mit dem gesamten Abgasmassenstrom beaufschlagt wird. Hat die Brennkraftmaschine bzw. haben die (Haupt-) Katalysatoren ihre Arbeitstemperatur erreicht, kann durch eine Ansteuerung bzw. durch Öffnen der Klappenelemente der abgesperrte Abgasleitungsstrang geöffnet werden, so dass der von der Kapazität her kleiner ausgebildete (Start-) Katalysator vor einer möglichen Überhitzung geschützt ist.
  • Im Zusammenhang mit Brennkraftmaschinen mit einer Abgasturboaufladung ist die so genannte Registeraufladung bekannt. Bei dieser zweistufigen Aufladung wird für ein schnelles Ansprechverhalten zuerst nur ein relativ kleiner Abgasturbolader aktiviert, während der zweite, in einem zweiten Abgasleitungsstrang angeordnete Abgasturbolader durch das Öffnen entsprechender Sperrklappen zeitversetzt aktivierbar ist.
  • Problematisch bei den zuvor genannten mehrflutigen zu- bzw. abschaltbaren Abgasleitungssträngen ist die Tatsache, dass die Sperrventile bzw. Sperrklappen nie hundertprozentig in der Lage sind, den betreffenden Abgasleitungsstrang abzusperren.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, mit einem überschaubaren Mehraufwand sicherzustellen, dass durch Undichtigkeiten der Sperrventile hervorgerufene Abgas-Leckageströme über den abgesperrten Abgasleitungsstrang nach außen gelangen.
  • Die Aufgabe wird durch im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.
  • Durch eine im Bereich des Sperrventils angeschlossene Druckleitung wird auf vorteilhafte Art und Weise verhindert, dass ein durch das Sperrventil verursachter Abgas-Leckagestrom den abgesperrten Abgasleitungsstrang nach außen verlässt. Damit kann z.B. bei einem im nicht abgesperrten Abgasleitungsstrang angeordneten Startkatalysator sichergestellt werden, dass der gesamte Abgasmassenstrom für die Startphase der Brennkraftmaschine über den Startkatalysator geleitet wird. Dadurch kann beispielsweise das Emissionsverhalten der Brennkraftmaschine verbessert werden. Wie bereits eingangs erwähnt, sind andere Anwendungsmöglichkeiten denkbar, beispielsweise bei der so genannten ATL- Registeraufladung, bei der in beiden Abgasleitungssträngen ein Abgasturbolader angeordnet ist und für ein schnelles Ansprechverhalten bzw. zur Vermeidung des so genannten "Turbo-Loches" in der Startphase lediglich ein Abgasturbolader mit dem gesamten Abgasmassenstrom beaufschlagt wird. Hier trägt das erfindungsgemäße Abgasabführungssystem zu einer Verbesserung des Drehmomentsverhaltens der Brennkraftmaschine bei.
  • Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • In einer ersten Ausführungsform ist in dem absperrbaren Abgasleitungsstrang stromab eines Sperrventils eine Druckleitung angeschlossen, die mit einer Unterdruckquelle verbunden ist. Im Betrieb der Brennkraftmaschine wird der durch Undichtigkeiten des Sperrventils verursachte Abgas-Leckagestrom vorzugsweise über die Sauganlage dem Motor wieder zugeführt.
  • Eine in der Druckleitung vorgesehene Drossel stellt dabei sicher, dass nicht Luft über den stromab des Sperrventils weiterführenden Teil des Abgasleitungsstranges angesaugt wird. Der Strömungswiderstand der Drossel ist dabei so abgestimmt, dass sie eine Rückführung der Abgase auch bei einem maximalen Leckagestrom sicherstellt.
  • In einer zweiten Ausführungsform sind in dem absperrbaren Abgasleitungsstrang zwei Sperrventile angeordnet, wobei die Druckleitung zwischen den beiden Sperrventilen in den Abgasleitungsstrang einmündet. Damit kann der vom ersten Sperrventil hervorgerufene Abgas-Leckagestrom über die Sauganlage der Brennkraftmaschine zugeführt werden. Das zweite Absperrventil stellt dabei sicher, dass über den Teil des Abgasleitungsstranges stromab der Druckleitung keine Nebenluft von außen angesaugt wird.
  • In einer dritten vorteilhaften Ausführungsform, bei der wiederum in dem abzusperrenden Abgasleitungsstrang zwei Sperrventile vorgesehen sind, ist die Druckleitung im Gegensatz zur vorhergehenden Ausführungsform an eine Luftpumpe angeschlossen. Die zwischen die beiden Sperrventile eingeblasene Druckluft verhindert ebenfalls, dass ein durch das erste Sperrventil verursachter Abgas-Leckagestrom die Abgasanlage über diesen Abgasleitungsstrang nach außen verlässt.
  • In einer vierten Ausführungsform ist in dem abzusperrenden Abgasleitungsstrang lediglich ein Sperrventil vorgesehen; die stromauf des Sperrventils in den Abgasleitungsstrang einmündende Druckleitung ist wiederum an eine Luftpumpe angeschlossen. Damit wird analog zum vorhergehenden Ausführungsbeispiel über die in den Abgasleitungsstrang eingeblasene Druckluft verhindert, dass ein Abgas-Leckagestrom über den abgesperrten Abgasleitungsstrang nach außen gelangt.
  • In einer fünften und sechsten Ausführungsform (siehe Fig. 5 bis 8) sind die im zweiten und dritten Ausführungsbeispiel verwendeten zwei Sperrventile durch ein Sperrventil ersetzt, in dem zur Abdichtung gegenüber dem Abgasleitungsstrang eine Strömungsführung für ein gasförmiges Medium integriert ist.
  • Das Sperrventil ist vorzugsweise als Absperrklappe ausgebildet, die auf ihrer Stirnseite mindestens eine Ringnut aufweist, die als Strömungsführung für das gasförmige Medium dient. An das Abgasklappengehäuse ist eine Druckleitung angeschlossen, die mit der Ringnut verbunden ist, so dass entweder analog zum zweiten Ausführungsbeispiel (siehe Fig. 2) der Abgas- Leckagestrom durch den Anschluss der Druckleitung an die Sauganlage abgesaugt oder analog zum dritten Ausführungsbeispiel (siehe Fig. 3) die Ringnut über eine an die Druckleitung angeschlossene Luftpumpe mit Druckluft beaufschlagt wird.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand der einzelnen Ausführungsbeispiele mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert.
  • Dabei zeigen:
    • Fig. 1
    eine schematische Darstellung eines Abgasabführungssystems gemäß einer ersten Ausführungsform,
    Fig. 2
    ein Abgasabführungssystem gemäß einer zweiten Ausführungsform,
    Fig. 3
    ein Abgasabführungssystem gemäß einer dritten Ausführungsform,
    Fig. 4
    ein Abgasabführungssystem gemäß einer vierten Ausführungsform,
    Fig. 5
    ein Abgasabführungssystem gemäß einer fünften Ausführungsform
    Fig. 6
    ein Abgasabführungssystem gemäß einer sechsten Ausführungsform,
    Fig. 7
    eine Darstellung einer Absperrklappe für die fünfte und sechste Ausführungsform,
    Fig. 8
    einen Schnitt durch die Absperrklappe entlang der Linie VIII-VIII in Fig. 7,
    Fig. 9 bis 11
    weitere Ausführungsformen einer Absperrklappe gemäß der fünften und sechsten Ausführungsform des Abgasabführungssystem,
    Fig. 12
    eine Darstellung der Absperrklappe in geöffneter Stellung,
    Fig. 13
    eine Darstellung der Absperrklappe in geschlossener Stellung und
    Fig. 14
    ein Gehäuse der Absperrklappe mit Anschlägen für die Absperrklappe
    1. Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1
  • An eine Motoreinheit 2 ist ein Luftansaugsystem, im folgenden als Sauganlage 4 bezeichnet, angeschlossen. Der Sauganlage 4 vorgeschaltet ist ein Drosselklappengehäuse 6 mit einer Drosselklappe 8, durch die der dem Motor zugeführte Luftmassenstrom steuerbar ist. Abgasseitig ist an die Motoreinheit 2 ein Abgasabführungssystem angeschlossen, das eine Krümmereinheit 8 sowie zwei sich an die Krümmereinheit 8 anschließende Abgasleitungsstränge 10 und 12 aufweist. In dem ersten Abgasleitungsstrang 10 ist stromab der Krümmereinheit 8 ein Sperrventil in Form einer Absperrklappe 14 integriert. Der parallel zum ersten Abgasleitungsstrang 10 verlaufende zweite Abgasleitungsstrang 12 weist einen Katalysator, im folgenden als Startkatalysator 16 bezeichnet, auf. Beide Abgasleitungsstränge 10, 12 sind an einem Punkt 18 zusammengeführt; stromab des Punktes 18 schließt sich ein zweiter Katalysator, im folgenden als Hauptkatalysator 20 bezeichnet, an.
  • Stromab der im ersten Abgasleitungsstrang 10 angeordneten Absperrklappe 14 ist eine Druckleitung 22 angeschlossen, die mit ihrem anderen Ende an die Sauganlage 4 und damit an eine Unterdruckquelle angeschlossen ist. In der Druckleitung 22 ist weiterhin eine Drossel 24 vorgesehen, deren Funktionsweise noch erläutert wird.
  • Das Abgasabführungssystem funktioniert auf folgende Art und Weise: Während der Startphase, bei der die Motoreinheit und die im Abgasabführungssystem angeordneten Katalysatoren 16 und 20 noch nicht ihre Betriebstemperatur erreicht haben, wird über eine Motorsteuereinheit die Absperrklappe 14 geschlossen, so dass der gesamte Abgasmassenstrom ausschließlich über den zweiten Abgasleitungsstrang 12 geführt ist. Damit kann der in seinem Volumen kleiner ausgebildete Startkatalysator 16 schnell seine Betriebstemperatur erreichen, so dass niedrige Emissionswerte auch in der Startphase der Brennkraftmaschine erreichbar sind. Durch die an die Sauganlage 4 angeschlossene Druckleitung 22, in der ein entsprechender Unterdruck ausgebildet ist, wird ein Abgas-Leckagestrom, der aufgrund der nicht hundertprozentigen Dichtheit der Absperrklappe 14 letztgenannte passiert, wieder über die Druckleitung 22 der Motoreinheit 2 bzw. der Sauganlage 4 zugeführt werden. Die in der Druckleitung 22 angeordnete Drossel 24 stellt sicher, dass die Unterdruckwerte begrenzt sind, so dass keine Nebenluft von außen, d.h. über das offene Ende des Abgasabführungssystems angesaugt wird.
    • 2. Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2
  • Das zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich dadurch, dass in dem ersten Abgasleitungsstrang 10 stromab der ersten Absperrklappe 14 eine zweite Absperrklappe 26 angeordnet sind. Die Druckleitung 22 mündet zwischen den beiden Absperrklappen 14, 26 in den ersten Abgasleitungsstrang 10 ein. Während der Startphase ist wiederum der erste Abgasleitungsstrang 10 durch die beiden Absperrklappen 14, 26 geschlossen, so dass der gesamte Abgasmassenstrom wieder ausschließlich über den zweiten Abgasleitungsstrang 12 geführt ist. Abgas-Leckagestrom, der die erste Absperrklappe 14 passiert hat, kann wiederum analog zum ersten Ausführungsbeispiel über die Druckleitung 22 der Motoreinheit 2 zugeführt werden. Die zweite Absperrklappe 26 stellt in diesem Fall sicher, dass von außen über das Ende des Abgasabführungssystem keine Nebenluft über die Druckleitung 22 angesaugt wird.
    • 3. Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3
  • Das dritte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich gegenüber dem zweiten Ausführungsbeispiel dadurch, dass an die Druckleitung 22 eine Luftpumpe 28 angeschlossen ist. Der eingangsseitig an der Luftpumpe 28 angeschlossene Teil der Druckleitung 22 ist dabei stromauf des Drosselklappengehäuses 6 angeschlossen. Im Gegensatz zu den beiden zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen wird beim Startbetrieb des Motors - bei dem wiederum beide Absperrklappen 14, 26 geschlossen sind - Druckluft über die Druckleitung 22 in den zwischen beiden Absperrklappen 14, 26 liegenden Teil des ersten Abgasleitungsstranges 10 geblasen. Auch in diesem Fall wird verhindert, dass ein Abgas-Leckagestrom über den gesperrten ersten Abgasleitungsstrang 10 das Abgasabführungssystem verlässt.
    • 4. Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4
  • Bei dem vierten Ausführungsbeispiel ist im ersten Abgasleitungsstrang 10 lediglich eine Absperrklappe 14 vorgesehen, wobei die Druckleitung 22 stromauf der Absperrklappe 14 in den ersten Abgasleitungsstrang 10 einmündet. Analog zum dritten Ausführungsbeispiel wird über die Luftpumpe 28 Druckluft in den ersten Abgasleitungsstrang 10 geblasen. Wenn im Startbetrieb die Absperrklappe 14 geschlossen ist, wird ebenfalls verhindert, dass ein Teil des Abgasmassenstromes über den ersten Abgasleitungsstrang 10 nach außen gelangt. Der durch die Luftpumpe 28 erzeugte Luftstrom muss in diesem Fall größer als der Abgas-Leckagestrom sein. Weiterhin muss sichergestellt werden, dass in den Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 3 und 4 der Überdruck so ausgelegt ist, dass er höher als der maximal erreichbare Druck im Abgasabführungssystem ist.
    • 5. Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5
  • Bei diesem Ausführungsbeispiel ist wiederum im ersten Abgasleitungsstrang 10 nur eine Absperrklappe 14' vorgesehen, wobei die Druckleitung 22 in diesem Fall direkt an die Absperrklappe 14' angeschlossen ist. Der genauere Aufbau dieser modifizierten Absperrklappe 14' ist in den Fig. 7 und 8 dargestellt. Die Absperrklappe 14' weist ein Gehäuse 30 auf, in dem ein scheibenförmiger Klappenkörper 32 auf einer Welle 34 zwischen einer Schliess- und Öffnungsstellung drehbar gelagert ist. Wie aus Fig. 7 ersichtlich, ist auf der Stirnseite des Klappenkörpers 32 eine Ringnut 36 eingebracht. Am Gehäuse 30 der Absperrklappe 14' ist ein Leitungsanschluss 38 für die Druckleitung 22 vorgesehen. Die Druckleitung 22 ist analog zum zweiten Ausführungsbeispiel an die Sauganlage 4 der Brennkraftmaschine angeschlossen. Im Betrieb der Brennkraftmaschine und bei geschlossener Stellung der Absperrklappe 14' wird über die Ringnut 36 der Abgas- Leckagestrom abgesaugt und der Motoreinheit 2 wieder zugeführt.
    • 6. Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6
  • Der einzige Unterschied zum fünften Ausführungsbeispiel besteht darin, dass die Druckleitung analog zum dritten Ausführungsbeispiel an eine Luftpumpe 28 angeschlossen ist. Die konstruktive Ausführung der Absperrklappe 14' ist unverändert. Im Betrieb der Brennkraftmaschine und bei geschlossener Stellung der Absperrklappe 14' wird in die Ringnut 36 Druckluft eingeblasen und somit eine Abgas- Leckagestrom in den stromab liegenden Teil des Abgasleitungsstranges 10 unterbunden.
  • Wie in den Fig. 9 bis 11 dargestellt, sind unterschiedliche Ausführungen für Form bzw. Geometrie der Ringnut 36 denkbar. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 9 weisen die Außenflanken 32a, 32b des Klappenkörpers 32, die die Ringnut 36 seitlich begrenzen, unterschiedliche Durchmesser auf. Der kleinere Durchmesser (siehe Außenflanke 32b) ist dabei dem Abgasstrom entgegen gerichtet; damit kann bereits vor der Absperrklappe 14' ein Druckpolster aufgebaut werden, so dass die Abdichtfunktion weiter verbessert ist. Alternativ oder ergänzend dazu kann die Abdichtfunktion auch dadurch erhöht werden, dass zwei oder mehrere Ringnuten 36, 37 (siehe Fig. 10) in den Klappenkörper 32 eingebracht sind. Dabei können die Ringnuten auch als eine Art Gewinde oder Wendel 39 (siehe Fig. 11) ausgebildet sein.
  • In den Fig. 12 und 13 ist die Anbindung des Unter- bzw. Überdruckanschlusses (Leitungsanschluss 38) an die Absperrklappe 14' gemäß der fünften und sechsten Ausführungsform genauer dargestellt. Fig. 12 zeigt dabei die Absperrklappe 14' in geöffneter und Fig. 13 in geschlossener Stellung. In der geöffneten Stellung sind die in der Welle 34 integrierten Druckversorgungsbohrungen 40 für die Ringnut 36 von den beiden Leitungsanschlüssen 38 getrennt, so dass kein Abgas über die Ringnut 36 zurückgedrückt werden kann; eine aufwändige Abdichtung entfällt damit. An den beiden Wellenenden ist darüber hinaus jeweils ein Einstich 42 vorgesehen, die mit den Druckversorgungsbohrungen 40 verbunden sind, so dass die Lagerung 44 für die Welle 34 ebenfalls abgedichtet ist. In der in Fig. 13 dargestellten geschlossenen Stellung der Absperrklappe 14' fluchten bzw. korrespondieren die Leitungsanschlüsse 38 mit den Druckversorgungsbohrungen 40, so dass zur Abdichtung der Absperrklappe 14' die Ringnut 36 mit Unter- oder Überdruck beaufschlagbar ist.
  • In Fig. 14 ist das Gehäuse 30 der Absperrklappe 14' dargestellt, wobei auf der Innenseite des Gehäuses 30 zwei Anschläge 46 für die Absperrklappe 14' vorgesehen sind. Damit können größere Toleranzen bzgl. der Dimensionierung von Absperrklappe 14' und Gehäuse 30 ohne Einbußen hinsichtlich der Abdichtfunktion zugelassen werden.
  • Natürlich ist es auch denkbar, die in den Fig. 7 bis 13 dargestellte Ausführung der Absperrklappe 14' bei einem Abgasabführungssystem wie in den Fig. 2 und 3 dargestellt, einzusetzen. D.h. man würde die Absperrklappe 14 und 26 durch jeweils eine Absperrklappe 14' - wie in den Fig. 7 bis 13 dargestellt und beschrieben - ersetzen. Durch eine abgeänderte Druckleitung 22, die dann eine Abzweigung zu beiden Absperrklappen 14' aufweist, wäre eine entsprechende Druckbeaufschlagung beider Absperrklappen 14' möglich.

Claims (16)

  1. Abgasabführungssystem für eine Brennkraftmaschine mit mindestens zwei Abgasleitungssträngen (10, 12), wobei in mindestens einem Abgasleitungsstrang (10, 12) Bauteile, wie z.B. Katalysatoren, Abgasturbolader o.ä. angeordnet sind, die über Sperrventile (14, 26, 14') zu- und abschaltbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass stromab oder stromauf des Sperrventils (14) oder direkt am Sperrventil (14') eine Druckquelle angeschlossen ist, die durch Undichtigkeiten des Sperrventils (14, 14', 26) hervorgerufene Abgas-Leckagen innerhalb des abgesperrten Abgasleitungsstranges (10) unterbindet.
  2. Abgasabführungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem abgesperrten Abgasleitungsstrang (10) stromab eines Sperrventils (14) eine Druckleitung (22) angeschlossen ist, die mit einer Unterdruckquelle verbunden ist.
  3. Abgasabführungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Druckleitung (22) eine Drossel (24) angeordnet ist.
  4. Abgasabführungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem absperrbaren Abgasleitungsstrang (10) zwei Sperrventile (14, 26) vorgesehen sind, wobei eine Druckleitung (22) zwischen den beiden Sperrventilen (14, 26) in den Abgasleitungsstrang (10) einmündet.
  5. Abgasabführungssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckleitung (22) an eine Unterdruckquelle der Brennkraftmaschine angeschlossen ist.
  6. Abgasabführungssystem nach Anspruch 2 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckleitung (22) an die Sauganlage (4) der Brennkraftmaschine angeschlossen ist.
  7. Abgasanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckleitung (22) an eine Luftpumpe (28) angeschlossen ist.
  8. Abgasabführungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem absperrbaren Abgasleitungsstrang (10) stromauf eines Sperrventils (14) eine Druckleitung (22) angeschlossen ist, wobei die Druckleitung (22) mit einer Luftpumpe (28) verbunden ist.
  9. Abgasabführungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass am Sperrventil (14') eine Strömungsführung (36) für ein gasförmiges Medium vorgesehen ist.
  10. Abgasabführungssystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Sperrventil (14') als Absperrklappe ausgebildet ist und der Klappenkörper (32) auf der Stirnseite mit mindestens einer Ringnut (36, 37, 39) versehen ist, die mit einer Druckleitung (22) verbindbar ist.
  11. Absperrklappe für ein Abgasabführungssystem einer Brennkraftmaschine, mit einem Gehäuse (30) und einem scheibenförmigen Klappenkörper (32), der innerhalb des Gehäuses (30) zwischen einer Schliess- und Öffnungsstellung drehbar gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Stirnseite des Klappenkörpers (32) mindestens eine Ringnut (36, 37, 39) eingebracht ist, die als Strömungsführung für ein gasförmiges Medium vorgesehen ist.
  12. Absperrklappe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringnuten (39) gewinde- oder wendelartig im Klappenkörper (32) eingebracht sind.
  13. Absperrklappe nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenflanken (32a, 32b) des Klappenkörpers (32) unterschiedliche Durchmesser aufweisen.
  14. Absperrklappe nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass am Gehäuse (30) mindestens ein Leitungsanschluss (38) für eine Druckleitung (22) vorgesehen ist.
  15. Absperrklappe nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass zur Lagerung der Absperrklappe (14') eine Welle (34) vorgesehen ist, in der Druckversorgungsbohrungen (40) für die Ringnut (36, 37, 39) eingebracht sind, wobei die Druckversorgungsbohrungen (40) in geschlossener Stellung (Fig. 13) der Absperrklappe (14') mit den Öffnungen der Leitungsanschlüsse (38) korrespondieren.
  16. Absperrklappe nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass im Klappengehäuse (30) Anschläge (46) für die Absperrklappe (14') vorgesehen sind.
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