WO2021139886A1 - Abgassystem einer verbrennungskraftmaschine - Google Patents

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WO2021139886A1
WO2021139886A1 PCT/EP2020/050357 EP2020050357W WO2021139886A1 WO 2021139886 A1 WO2021139886 A1 WO 2021139886A1 EP 2020050357 W EP2020050357 W EP 2020050357W WO 2021139886 A1 WO2021139886 A1 WO 2021139886A1
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Dirk VIERKOTTEN
Holger Paffrath
Patrick SUTTY
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Pierburg Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to an exhaust system of an internal combustion engine with a flow housing with a flow channel, via which an inlet of the flow housing is connected to a first outlet and a second outlet which opens into an exhaust gas recirculation line, a cylinder head with a first exhaust gas channel that connects directly to the inlet of the Flow housing is connected, and a second exhaust gas channel, which is fluidly connected to an exhaust gas outlet channel, and into which the first outlet of the flow housing opens.
  • Exhaust systems usually consist of the exhaust ducts in the cylinder head and an exhaust manifold connected to it, in which the individual exhaust ducts are brought together.
  • An exhaust line leads from the exhaust manifold to the turbine of an exhaust gas turbocharger, from which the exhaust line, in which some units for exhaust gas aftertreatment are arranged, is led to the outside.
  • an exhaust gas recirculation line branches off from the exhaust gas line upstream or downstream of the turbine, via which exhaust gas is returned to the cylinder in order to reduce pollutants. If the exhaust gas is withdrawn upstream of the turbine, this is referred to as high pressure exhaust gas recirculation, and if the exhaust gas is withdrawn behind the turbine, it is referred to as low pressure exhaust gas recirculation.
  • CN 209 53 673 U proposes a three-part exhaust manifold that is flanged to the cylinder head, each part having two connecting openings through which the exhaust gas from the 6-cylinder internal combustion engine reaches the exhaust manifold.
  • Both lateral exhaust manifold parts open into the middle part of the exhaust manifold, at which two outlets are formed which are each assigned to a cylinder group of three cylinders and which open into an exhaust gas outlet line.
  • the first group of cylinders is additionally connected in the middle exhaust manifold part to a further outlet opening to which an exhaust gas recirculation valve can be attached and which leads to a high pressure exhaust gas recirculation line.
  • the object is thus to create an exhaust system which not only requires little installation space, but is also reduced in terms of assembly effort by reducing the number of components to be assembled individually and which enables reliable regulation of the exhaust gas flow. It should also be possible to replace individual components, such as exhaust gas recirculation valves or exhaust flaps, without having to remove the entire exhaust manifold or fear repercussions on a turbocharger.
  • the exhaust system has a flow housing with a flow channel.
  • This flow channel begins at one Inlet and, behind a branch, opens into a first outlet and a second outlet.
  • the inlet is attached directly to the cylinder head and correspondingly connected to a first exhaust gas duct in the cylinder head, in which a second exhaust gas duct is also formed, which in turn leads to an exhaust gas outlet duct in which a turbine of a turbocharger can also be arranged.
  • the first outlet of the flow housing is connected to this second exhaust gas channel, while the second outlet of the flow housing is connected to an exhaust gas recirculation line.
  • a first flap is rotatably arranged in the flow channel and mounted in the flow housing, which is arranged fluidically between the inlet and the first outlet or between the inlet and the second outlet in the flow channel and is movable via an actuator. Via this flap, either the exhaust gas path to the turbine or to the exhaust gas recirculation duct can be throttled or blocked, thus dividing the amount of exhaust gas into these two ducts. No additional valve has to be installed for such a control. Instead, a division is made in a housing that is easily accessible and exchangeable without having to dismantle the cylinder head or the exhaust manifold. This reduces the influence on the turbocharger when the valve is changed, so that additional maintenance work that would otherwise be required on it is not necessary.
  • a particularly simple structure results when the second exhaust gas duct is formed in the cylinder head, so that the exhaust gas that has previously left the cylinder head through the first exhaust gas duct is returned to the cylinder head.
  • the exhaust gas can then be routed further into a normally constructed exhaust manifold, from where it continues to the turbine housing or to the exhaust gas outlet duct.
  • no additional channel from the first outlet of the flow housing has to be provided or installed for this merging.
  • a second flap is rotatably arranged in the flow channel and mounted in the flow housing, the first flap being arranged between the inlet and the first outlet in the flow channel and the second flap being arranged between the inlet and the second outlet in the flow channel .
  • both the amount of exhaust gas returned to the intake manifold and the amount of exhaust gas returned to the cylinder head or to the turbocharger can be regulated in the one flow housing.
  • the first flap and the second flap can preferably be moved independently of one another by means of the actuator. Since the entire exhaust gas has to be removed from the cylinder anyway, the resulting exhaust gas flow can be divided precisely between the two outlets depending on the operating state of the internal combustion engine.
  • an actuator housing is formed in one piece with the flow housing, which is closed by a cover.
  • the entire flow housing with the actuator and the flaps can be preassembled accordingly and attached to the cylinder head and exchanged accordingly. There is no additional fastening of an actuator housing to the flow housing, so that assembly is simplified.
  • a cooling channel is formed in the actuator housing and / or in the flow housing, via which the flaps, but above all the actuator, can also be cooled. The high temperature of the hot exhaust gas from the cylinder head does not reach the flow housing and thus the actuator.
  • the cooling channel is arranged between the actuator and the flow channel, as a result of which the actuator is thermally separated from the flow channel and is thus protected from overheating.
  • the cooling channel is formed in a flange area between the cylinder head and the flow housing, so that a significantly reduced heat flow penetrates into the flow housing.
  • the walls of the flow housing are cooled in this way and the actuator is thus protected.
  • the first flap is arranged directly opposite a wall of the cylinder head, that is to say is only supported on one side. There is no need for an additional partition in the flow housing.
  • the first exhaust channel preferably opens from a cylinder of the cylinder head into the flow housing and the second exhaust channel opens into an exhaust manifold which is connected on the inlet side to the outlets of the cylinder head and on the outlet side is fluidically connected to an inlet of a turbine housing.
  • the exhaust gas coming from the flow housing is first merged with the exhaust gas from the other cylinders via the second exhaust gas duct and then flows to the turbocharger.
  • Such an exhaust system is very easy to assemble.
  • the flow housing with the inlet, the flow channel and the two outlets is preferably designed in one piece, so that previous assembly steps are also omitted. This results in a particularly simple structure and easy interchangeability.
  • An exhaust system for an internal combustion engine is thus created with which the exhaust gas flow from a cylinder or a cylinder group to the exhaust gas outlet or into a high-pressure exhaust gas recirculation line is precisely divided in a simple manner.
  • the entire flow housing is easy to replace without having to dismantle the turbocharger or the rest of the exhaust system. In this way, the costs in the production and in the implementation of service measures can be reduced.
  • the figure shows a perspective side view of a flow housing of an exhaust system according to the invention with hatched cylinder head outlets and a partially cut-open flow housing.
  • the exhaust system consists of a cylinder head 10 of a four-cylinder internal combustion engine of a motor vehicle, to which a flow housing 12 and an exhaust manifold 14 are attached.
  • the exhaust manifold 14 has four inlets 16, which are connected to four outlets 18 of the cylinder head 10 and combine in the area of an outlet 20 of the exhaust manifold 14 to form an exhaust outlet duct 22 in which a turbine housing 24 of a turbocharger 26 is arranged.
  • the cylinder head 10 has a fifth outlet 18 which is connected to an inlet 28 of the flow housing 12. This outlet 18 is the end of a first exhaust gas duct 30, which extends from a fourth cylinder 32 of the cylinder head 10 to the outlet 18. in the
  • a flow channel 34 extends from inlet 28 to a first outlet 36, which is connected to a second exhaust gas channel 38 in cylinder head 10, and which extends from outlet 36 of flow housing 12 or the corresponding inlet of cylinder head 10 to one of the four Extends outlets 18 of the cylinder head 10, which are connected to the exhaust manifold 14, while the other three outlets 18 are each connected directly to one of the other three cylinders 32.
  • the flow housing 12 is fastened directly to the cylinder head 10 via a flange 40, so that the first outlet 36 and the inlet 28 are arranged in the common flange plane.
  • the flow channel 34 in the flow housing 12 has a branch 42 so that the flow channel 34 also extends to a connection plane offset by 90 ° to the flange plane on the side of the flow housing 12 remote from the first outlet 36, where it opens at a second outlet 44.
  • This second outlet 44 is connected to an exhaust gas recirculation line 46, via which a flux pressure exhaust gas recirculation to the internal combustion engine can be carried out.
  • a first flap 48 is rotatably arranged between the inlet 28 and the first outlet 36, via which flap a free cross section of the flow channel 34 to the first outlet 36 can be regulated.
  • This flap 48 consists of a shaft 50 on which a flap body 52 is fastened by means of not visible screws and which is mounted in the flow housing 12 on a side facing away from the cylinder head 10.
  • a wall 56 is between the flap body 52 and the cylinder head 10 which forms part of the bearing surface of the flange 40 and separates the inlet 28 from the first outlet 36, whereby this wall 56 could also be dispensed with, in which case the flap 48 would be arranged directly opposite a wall 57 of the cylinder head 10.
  • a second flap 58 via which a free cross section of the flow channel 34 to the second outlet 44 is regulated, is also rotatably arranged in the flow housing 12 between the inlet 28 and the second outlet 44.
  • This flap 58 also consists of a shaft 60 on which a flap body 62 is fastened by means of screws 64 and which is mounted in the flow housing 12 on a side facing away from the cylinder head 10.
  • a wall 66 is formed between the flap body 62 and the cylinder head 10, which also forms part of the bearing surface of the flange 40, separates the inlet 28 from the second outlet 44 and in which a first cooling channel 68 is formed, which extends around the flange plane along the Inlet 28 and the first outlet 36 extends.
  • This cooling channel 68 is designed as a groove in the flange surface, which is closed by the cylinder head 10.
  • the two shafts 50, 60 are rotatable via a common actuator 70, which consists of an electric motor 72 and a downstream gear 74, which are arranged in an actuator housing 76, which is formed in one piece with the flow housing 12 and its open side, from the the electric motor 72 and the gear 74 are assembled, is closed by a cover 78.
  • This cover 78 can also be used to hold a circuit board for control and has a plug 80.
  • a receptacle 82 of the actuator housing 76 for the electric motor 72 extends over the flow housing 12 in the direction of the cylinder head 10, with between the flow channel 34 and the Receiving 82 of the electric motor 72, a second cooling channel 84 is formed in the flow housing 12, via which the electric motor 72 is thermally shielded from the flow channel 34.
  • the first cooling channel 68 is connected to the second cooling channel 84 via a cooling line 86. Overheating of the actuator 70 can thus be effectively avoided by the first cooling channel 68 and the second cooling channel 84, although it is arranged in the hot exhaust gas area.
  • the two flap bodies 52, 62 are coupled to one another via the actuator 70 or the gear 74 in such a way that there is an offset angle of rotation of 90 ° to one another, so that when actuated, an opposite rotation is always performed.
  • there is always approximately the same total cross-section available for flow so that the exhaust gas flow flowing into the inlet 28 is divided by the two flaps 48, 58 depending on the position of the two flaps 48, 58, but without being opposed by an increased total resistance .
  • the exhaust gas flow that reaches the high-pressure exhaust gas recirculation line and the exhaust gas flow that is fed to the turbocharger can be regulated very precisely.
  • the actuator fails or a flap or the like gets stuck, only the two flange connections to the cylinder head and to the exhaust gas recirculation line have to be loosened in order to be able to carry out an exchange.
  • the flow housing with the flaps and the actuator can then be removed and, if necessary, completely or individual parts can be replaced.
  • Such an exchange does not have any effect on the turbocharger due to the connection to the cylinder head, so that both the initial assembly and the following service measures are significantly simplified.
  • the scope of protection of the present main claim is not limited to the exemplary embodiment described. This means that only one of the two flaps can be used for control or the two flaps can be operated separately.
  • the structural design of the flow housing or the mounting of the flaps can also be designed differently.
  • the use of an actuator that is not powered by an electric motor is also conceivable.
  • the first outlet can optionally also be connected to the exhaust manifold if the second exhaust duct is formed in the exhaust manifold. Other variants are also conceivable.

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Abstract

Es sind Abgassysteme von Verbrennungskraftmaschinen mit einem Strömungsgehäuse (12) mit einem Strömungskanal (34), über den ein Einlass (28) des Strömungsgehäuses (12) mit einem ersten Auslass (36) und einem zweiten Auslass (44) verbunden ist, der in eine Abgasrückführleitung (46) mündet, einem Zylinderkopf (10) mit einem ersten Abgaskanal (30), der unmittelbar mit dem Einlass (28) des Strömungsgehäuses (12) verbunden ist und einem zweiten Abgaskanal (38), der fluidisch mit einem Abgasauslasskanal (22) verbunden ist, und in den der erste Auslass (36) des Strömungsgehäuses (12) mündet, bekannt. Um auf einfache Art und Weise eine Regelung des rückgeführten Abgasstroms vornehmen zu können und dabei eine besonders einfache Montage zu gewährleisten wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass im Strömungskanal (34) eine erste Klappe (48) drehbar angeordnet ist, die fluidisch zwischen dem Einlass (28) und dem ersten Auslass (36) oder zwischen dem Einlass (28) und dem zweiten Auslass (44) im Strömungskanal (34) angeordnet ist, und über einen Aktor (70) bewegbar ist.

Description

B E S C H R E I B U N G
Abgassystem einer Verbrennungskraftmaschine
Die Erfindung betrifft ein Abgassystem einer Verbrennungskraftmaschine mit einem Strömungsgehäuse mit einem Strömungskanal, über den ein Einlass des Strömungsgehäuses mit einem ersten Auslass und einem zweiten Auslass verbunden ist, der in eine Abgasrückführleitung mündet, einem Zylinderkopf mit einem ersten Abgaskanal, der unmittelbar mit dem Einlass des Strömungsgehäuses verbunden ist, und einem zweiten Abgaskanal, der fluidisch mit einem Abgasauslasskanal verbunden ist, und in den der erste Auslass des Strömungsgehäuses mündet.
Abgassysteme bestehen üblicherweise aus den Abgaskanälen im Zylinderkopf sowie einem daran angeschlossenen Abgaskrümmer, in dem die einzelnen Abgaskanäle zusammengeführt werden. Vom Abgaskrümmer aus führt eine Abgasleitung zur Turbine eines Abgasturboladers, von dem aus die Abgasleitung, in der noch einige Aggregate zur Abgasnachbehandlung angeordnet sind, nach außen geführt wird. Zusätzlich zweigt vor oder hinter der Turbine von der Abgasleitung eine Abgasrückführleitung ab, über die zur Schadstoffreduzierung Abgas zum Zylinder zurückgeleitet wird. Wird das Abgas vor der Turbine entnommen wird dies als Hochdruckabgasrückführung bezeichnet, bei Abnahme hinter der Turbine als Niederdruckabgasrückführung. Je nach Motorbauart sind auch Abgassysteme bekannt geworden, bei denen die Abgasrückführung im Hochdruckbereich nur ausgehend von einem der Zylinder vorgenommen wird. Durch diese Ausbildungen des Abgasbereiches wird jedoch häufig im Bereich des Motorraumes im Fahrzeug zu viel Bauraum benötigt. Um den vorhandenen Bauraum möglichst optimal zu nutzen, wird in der CN 209 53 673 U ein dreiteiliger Abgaskrümmer vorgeschlagen, der an den Zylinderkopf angeflanscht wird, wobei jedes Teil zwei Verbindungsöffnungen aufweist, durch die das Abgas des 6 Zylinder- Verbrennungsmotors in den Abgaskrümmer gelangt. Beide seitlichen Abgaskrümmerteile münden in den mittleren Teil des Abgaskrümmers, an dem zwei Ausgänge ausgebildet sind, die jeweils einer Zylindergruppe von drei Zylindern zugeordnet sind und die in eine Abgasauslassleitung münden. Die erste Gruppe an Zylindern ist im mittleren Abgaskrümmerteil zusätzlich mit einer weiteren Auslassöffnung verbunden, an der ein Abgasrückführventil befestigt werden kann und welche zu einer Hochdruckabgasrückführleitung führt.
Durch diese Ausgestaltung des Abgassystems ist zwar der benötigte Bauraum im Vergleich zu bekannten Ausführungen verringert, jedoch ist der Montageaufwand relativ groß.
Es stellt sich somit die Aufgabe, ein Abgassystem zu schaffen, welches nicht nur einen geringen Bauraum benötigt, sondern auch bezüglich des Montageaufwands durch Verringerung der Anzahl an einzeln zu montierenden Bauteilen reduziert ist und eine zuverlässige Regelung des Abgasstroms ermöglicht. Dabei soll auch ein Austausch einzelner Komponenten, wie Abgasrückführventilen oder Abgasklappen ermöglicht werden, ohne den gesamten Abgaskrümmer ausbauen zu müssen oder Rückwirkungen auf einen Turbolader befürchten zu müssen.
Diese Aufgabe wird durch ein Abgassystem für eine Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des Hauptanspruchs 1 gelöst.
Das erfindungsgemäße Abgassystem weist ein Strömungsgehäuse mit einem Strömungskanal auf. Dieser Strömungskanal beginnt an einem Einlass und mündet hinter einer Verzweigung in einen ersten Auslass und einen zweiten Auslass. Der Einlass ist direkt am Zylinderkopf befestigt und entsprechend mit einem ersten Abgaskanal im Zylinderkopf verbunden, in dem auch ein zweiter Abgaskanal ausgebildet ist, der wiederum zu einem Abgasauslasskanal führt, in dem auch eine Turbine eines Turboladers angeordnet sein kann. Mit diesem zweiten Abgaskanal ist der erste Auslass des Strömungsgehäuses verbunden, während der zweite Auslass des Strömungsgehäuses mit einer Abgasrückführleitung verbunden ist. Im Strömungskanal ist zusätzlich eine erste Klappe drehbar angeordnet und im Strömungsgehäuse gelagert, die fluidisch zwischen dem Einlass und dem ersten Auslass oder zwischen dem Einlass und dem zweiten Auslass im Strömungskanal angeordnet ist, und über einen Aktor bewegbar ist. Über diese Klappe kann somit entweder der Abgasweg zur Turbine oder zum Abgasrückführkanal gedrosselt beziehungsweise versperrt werden und somit eine Abgasmengenaufteilung in diese beiden Kanäle erfolgen. Für eine derartige Regelung muss somit kein zusätzliches Ventil montiert werden. Stattdessen wird eine Aufteilung in einem Gehäuse hergestellt, welches einfach erreichbar und austauschbar ist, ohne dass der Zylinderkopf oder der Abgaskrümmer demontiert werden müsste. Dies vermindert den Einfluss bei Wechsel des Ventils auf den Turbolader, so dass sonst notwendige zusätzliche Wartungsarbeiten an diesem entfallen.
Ein besonders einfacher Aufbau ergibt sich, wenn der zweite Abgaskanal im Zylinderkopf ausgebildet ist, so dass das Abgas in den Zylinderkopf zurückgeführt wird, welches diesen zuvor durch den ersten Abgaskanal verlassen hat. Das Abgas kann dann weiter in einen normal aufgebauten Abgaskrümmer geführt werden, von wo aus es weiter zum Turbinengehäuse beziehungsweise zum Abgasauslasskanal gelangt. Für diese Zusammenführung muss entsprechend kein zusätzlicher Kanal vom ersten Auslass des Strömungsgehäuses vorgesehen beziehungsweise montiert werden. So ergibt sich vorteilhafterweise eine besonders einfache Befestigung, indem das Strömungsgehäuse am Zylinderkopf angeflanscht ist, wobei der Flansch den Einlass und den ersten Auslass des Strömungsgehäuses umgibt. Entsprechend muss das Strömungsgehäuse außer über diesen Flansch nur noch mit der Abgasrückführleitung verbunden werden, während die Verbindungen des Einlasses und des ersten Auslasses durch einen einzigen Montageschritt erfolgen.
Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn eine zweite Klappe im Strömungskanal drehbar angeordnet und im Strömungsgehäuse gelagert ist, wobei die erste Klappe zwischen dem Einlass und dem ersten Auslass im Strömungskanal angeordnet ist und die zweite Klappe zwischen dem Einlass und dem zweiten Auslass im Strömungskanal angeordnet ist. Entsprechend kann in dem einen Strömungsgehäuse sowohl die Menge des zum Saugrohr zurückgeführten Abgases als auch die Menge des zurück in den Zylinderkopf beziehungsweise zum Turbolader geführten Abgases geregelt werden.
Vorzugsweise sind mittels des Aktors, die erste Klappe und die zweite Klappe abhängig voneinander bewegbar. Da ohnehin das gesamte Abgas aus dem Zylinder abgeführt werden muss, kann der entstehende Abgasstrom präzise auf die beiden Auslässe je nach Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine aufgeteilt werden.
Dabei wird in einer bevorzugten Ausbildung ein Aktorgehäuse einstückig mit dem Strömungsgehäuse ausgebildet, welches durch einen Deckel verschlossen wird. Das gesamte Strömungsgehäuse mit dem Aktor und den Klappen kann entsprechend vormontiert am Zylinderkopf befestigt werden und entsprechend ausgetauscht werden. Eine zusätzliche Befestigung eines Aktorgehäuses am Strömungsgehäuse entfällt, so dass die Montage vereinfacht wird. Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn im Aktorgehäuse und/oder im Strömungsgehäuse ein Kühlkanal ausgebildet ist, über den die Klappen aber vor allem auch der Aktor gekühlt werden kann. Das heiße Abgas aus dem Zylinderkopf gelangt so nicht mit seiner hohen Temperatur in das Strömungsgehäuse und somit zum Aktor.
In einer bevorzugten Ausbildung ist der Kühlkanal zwischen dem Aktor und dem Strömungskanal angeordnet, wodurch der Aktor thermisch vom Strömungskanal getrennt wird und somit vor Überhitzung geschützt wird.
In einer alternativen Ausführung ist der Kühlkanal in einem Flanschbereich zwischen dem Zylinderkopf und dem Strömungsgehäuse ausgebildet, so dass ein deutlich verringerter Wärmestrom in das Strömungsgehäuse dringt. Insbesondere werden auf diese Weise die Wände des Strömungsgehäuses gekühlt und somit der Aktor geschützt.
Des Weiteren ist es vorteilhaft möglich, dass die erste Klappe unmittelbar gegenüberliegend zu einer Wand des Zylinderkopfes angeordnet ist, also lediglich einseitig gelagert ist. Auf eine zusätzliche Trennwand im Strömungsgehäuse kann so verzichtet werden.
Vorzugsweise mündet der erste Abgaskanal von einem Zylinder des Zylinderkopfes in das Strömungsgehäuse und der zweite Abgaskanal mündet in einen Abgaskrümmer, der einlassseitig mit den Auslässen des Zylinderkopfes verbunden ist, und auslassseitig fluidisch mit einem Eintritt eines Turbinengehäuses verbunden ist. Somit wird das aus dem Strömungsgehäuse kommende Abgas über den zweiten Abgaskanal zunächst mit dem Abgas aus den anderen Zylindern zusammengeführt und strömt anschließend zum Turbolader. Ein derartiges Abgassystem ist sehr einfach zu montieren. Das Strömungsgehäuse mit dem Einlass, dem Strömungskanal und den beiden Auslässen ist vorzugsweise einstückig ausgebildet, so dass auch vorherige Montageschritte entfallen. Es ergibt sich entsprechend ein besonders einfacher Aufbau und eine leichte Austauschbarkeit.
Es wird somit ein Abgassystem für eine Verbrennungskraftmaschine geschaffen, mit dem auf einfache Weise eine genaue Aufteilung des Abgasstroms aus einem Zylinder oder einer Zylindergruppe zum Abgasauslass oder in eine Hochdruckabgasrückführleitung erfolgt. Das gesamte Strömungsgehäuse ist einfach austauschbar, ohne dass der Turbolader oder die übrige Abgasanlage demontiert werden müssen. So können die Kosten bei der Herstellung und bei der Durchführung von Sevicemaßnahmen reduziert werden.
Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Abgassystems für eine Verbrennungskraftmaschine ist in der Figur dargestellt und wird nachfolgend beschrieben.
Die Figur zeigt eine perspektivische Seitenansicht eines Strömungsgehäuses eines erfindungsgemäßen Abgassystems mit schraffiert dargestellten Zylinderkopfauslässen und teilweise aufgeschnittenem Strömungsgehäuse.
Das erfindungsgemäße Abgassystem besteht im vorliegenden Ausführungsbeispiel aus einem Zylinderkopf 10 eines vierzylindrigen Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs, an dem ein Strömungsgehäuse 12 und ein Abgaskrümmer 14 befestigt sind. Der Abgaskrümmer 14 weist vier Einlässe 16 auf, die mit vier Auslässen 18 des Zylinderkopfes 10 verbunden sind und sich im Bereich eines Auslasses 20 des Abgaskrümmers 14 zu einem Abgasauslasskanal 22 vereinen, in dem ein Turbinengehäuse 24 eines Turboladers 26 angeordnet ist. Der Zylinderkopf 10 weist einen fünften Auslass 18 auf, der mit einem Einlass 28 des Strömungsgehäuses 12 verbunden ist. Dieser Auslass 18 ist das Ende eines ersten Abgaskanals 30, der sich von einem vierten Zylinder 32 des Zylinderkopfes 10 aus zum Auslass 18 erstreckt. Im
Strömungsgehäuse 12 erstreckt sich ein Strömungskanal 34 vom Einlass 28 zu einem ersten Auslass 36, der mit einem zweiten Abgaskanal 38 im Zylinderkopf 10 verbunden ist, und der sich vom Auslass 36 des Strömungsgehäuses 12 beziehungsweise dem mit diesem korrespondierenden Eintritt des Zylinderkopfes 10 zu einem der vier Auslässe 18 des Zylinderkopfes 10 erstreckt, die mit dem Abgaskrümmer 14 verbunden sind, während die anderen drei Auslässe 18 jeweils direkt mit einem der anderen drei Zylinder 32 verbunden sind. Das
Strömungsgehäuse 12 ist direkt über einen Flansch 40 am Zylinderkopf 10 befestigt, so dass der erste Auslass 36 und der Einlass 28 in der gemeinsamen Flanschebene angeordnet sind.
Der Strömungskanal 34 im Strömungsgehäuse 12 weist eine Verzweigung 42 auf, so dass sich der Strömungskanal 34 auch zu einer um 90° zur Flanschebene versetzten Anschlussebene an der vom ersten Auslass 36 entfernten Seite des Strömungsgehäuses 12 erstreckt, wo er an einem zweiten Auslass 44 mündet. Dieser zweite Auslass 44 wird mit einer Abgasrückführleitung 46 verbunden, über die eine Flochdruckabgasrückführung zum Verbrennungsmotor durchgeführt werden kann.
Im Strömungsgehäuse 12 ist zwischen dem Einlass 28 und dem ersten Auslass 36 eine erste Klappe 48 drehbar angeordnet, über die ein freier Querschnitt des Strömungskanals 34 zum ersten Auslass 36 regelbar ist. Diese Klappe 48 besteht aus einer Welle 50, auf der ein Klappenkörper 52 mittels nicht sichtbaren Schrauben befestigt ist und die an einer vom Zylinderkopf 10 abgewandten Seite im Strömungsgehäuse 12 gelagert ist. Zwischen dem Klappenkörper 52 und dem Zylinderkopf 10 ist eine Wand 56 ausgebildet, die einen Teil der Auflagefläche des Flansches 40 bildet und den Einlass 28 vom ersten Auslass 36 trennt, wobei auf diese Wand 56 auch verzichtet werden könnte, wobei dann die Klappe 48 unmittelbar gegenüberliegend zu einer Wand 57 des Zylinderkopfes 10 angeordnet wäre.
Zwischen dem Einlass 28 und dem zweiten Auslass 44 ist im Strömungsgehäuse 12 auch noch eine zweite Klappe 58 drehbar angeordnet, über die ein freier Querschnitt des Strömungskanals 34 zum zweiten Auslass 44 geregelt wird. Auch diese Klappe 58 besteht aus einer Welle 60, auf der ein Klappenkörper 62 mittels Schrauben 64 befestigt ist und die an einer vom Zylinderkopf 10 abgewandten Seite im Strömungsgehäuse 12 gelagert ist.
Zwischen dem Klappenkörper 62 und dem Zylinderkopf 10 ist eine Wand 66 ausgebildet, die ebenfalls einen Teil der Auflagefläche des Flansches 40 bildet, den Einlass 28 vom zweiten Auslass 44 trennt und in der ein erster Kühlkanal 68 ausgebildet ist, der sich entlang der Flanschebene um den Einlass 28 und den ersten Auslass 36 erstreckt. Dieser Kühlkanal 68 ist als Nut in der Flanschfläche ausgebildet, welche durch den Zylinderkopf 10 verschlossen wird.
Die beiden Wellen 50, 60 sind über einen gemeinsamen Aktor 70 drehbar, der aus einem Elektromotor 72 und einem nachgeschalteten Getriebe 74 besteht, die in einem Aktorgehäuse 76 angeordnet sind, welches einstückig mit dem Strömungsgehäuse 12 ausgebildet ist und dessen offene Seite, von der aus der Elektromotor 72 und das Getriebe 74 montiert werden, durch einen Deckel 78 verschlossen wird. Dieser Deckel 78 kann auch zur Aufnahme einer Platine zur Steuerung dienen, und weist einen Stecker 80 auf. Eine Aufnahme 82 des Aktorgehäuses 76 für den Elektromotor 72 erstreckt sich über das Strömungsgehäuse 12 in Richtung des Zylinderkopfes 10, wobei zwischen dem Strömungskanal 34 und der Aufnahme 82 des Elektromotors 72 ein zweiter Kühlkanal 84 im Strömungsgehäuse 12 ausgebildet ist, über den der Elektromotor 72 thermisch vom Strömungskanal 34 abgeschirmt ist. Der erste Kühlkanal 68 ist über eine Kühlleitung 86 mit dem zweiten Kühlkanal 84 verbunden. Durch den ersten Kühlkanal 68 und den zweiten Kühlkanal 84 kann so effektiv eine Überhitzung des Aktors 70 vermieden werden, obwohl dieser im heißen Abgasbereich angeordnet ist.
Die beiden Klappenkörper 52, 62 sind derart über den Aktor 70 beziehungsweise das Getriebe 74 miteinander gekoppelt, dass ein Drehwinkelversatz von 90° zueinander besteht, so dass bei Betätigung immer eine gegensinnige Drehung vollzogen wird. Dies bedeutet, dass immer die eine Klappe 48 in gleichem Maß in eine Schließrichtung gedreht wird, wie die andere Klappe 58 in eine Öffnungsrichtung gedreht wird und umgekehrt. Entsprechend steht immer ein etwa gleicher Gesamtquerschnitt zur Durchströmung zur Verfügung, so dass der in den Einlass 28 einströmende Abgasstrom durch die beiden Klappen 48, 58 in Abhängigkeit der Stellung der beiden Klappen 48, 58 aufgeteilt wird, jedoch ohne dass ihm ein erhöhter Gesamtwiderstand entgegengesetzt wird. So kann der Abgasstrom, der in die Hochdruckabgasrückführleitung gelangt sowie der Abgasstrom der dem Turbolader zugeführt wird, sehr genau geregelt werden.
Bei Ausfall des Aktors oder Klemmen einer Klappe oder dergleichen, müssen, um einen Austausch vornehmen zu können, lediglich die beiden Flanschverbindungen zum Zylinderkopf und zur Abgasrückführleitung gelöst werden. Daraufhin kann das Strömungsgehäuse mit den Klappen und dem Aktor entnommen und gegebenenfalls komplett oder einzelne Teile ausgetauscht werden. Eine Rückwirkung eines derartigen Austauschs auf den Turbolader entfällt aufgrund der Anbindung zum Zylinderkopf, so dass sowohl die Erstmontage als auch folgende Servicemaßnahmen deutlich vereinfacht werden. Es sollte deutlich sein, dass der Schutzbereich des vorliegenden Hauptanspruchs nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt ist. So kann auch nur eine der beiden Klappen zur Regelung verwendet werden oder die beiden Klappen können separat betätigt werden. Auch die konstruktive Gestaltung des Strömungsgehäuses oder die Lagerung der Klappen kann abweichend gestaltet werden. Auch die Verwendung eines nicht elektromotorischen Aktors ist denkbar. Des Weiteren kann der erste Auslass gegebenenfalls auch mit dem Abgaskrümmer verbunden sein, wenn der zweite Abgaskanal im Abgaskrümmer ausgebildet wird. Weitere Varianten sind ebenfalls denkbar.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
1. Abgassystem einer Verbrennungskraftmaschine mit einem Strömungsgehäuse (12) mit einem Strömungskanal (34), über den ein Einlass (28) des Strömungsgehäuses (12) mit einem ersten Auslass (36) und einem zweiten Auslass (44) verbunden ist, der in eine Abgasrückführleitung (46) mündet, einem Zylinderkopf (10) mit einem ersten Abgaskanal (30), der unmittelbar mit dem Einlass (28) des Strömungsgehäuses (12) verbunden ist, einem zweiten Abgaskanal (38), der fluidisch mit einem Abgasauslasskanal (22) verbunden ist, und in den der erste Auslass (36) des Strömungsgehäuses (12) mündet, dadurch gekennzeichnet, dass im Strömungskanal (34) eine erste Klappe (48) drehbar angeordnet ist, die fluidisch zwischen dem Einlass (28) und dem ersten Auslass (36) oder zwischen dem Einlass (28) und dem zweiten Auslass (44) im Strömungskanal (34) angeordnet ist, und über einen Aktor (70) bewegbar ist.
2. Abgassystem einer Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Abgaskanal (38) im Zylinderkopf (10) ausgebildet ist.
3. Abgassystem einer Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Strömungsgehäuse (12) am Zylinderkopf (10) angeflanscht ist, wobei der Flansch (40) den Einlass (28) und den ersten Auslass (36) des Strömungsgehäuses (12) umgibt.
4. Abgassystem einer Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Klappe (58) im Strömungskanal (34) drehbar angeordnet ist, wobei die erste Klappe (48) zwischen dem Einlass (28) und dem ersten Auslass (36) im Strömungskanal (34) angeordnet ist und die zweite Klappe (58) zwischen dem Einlass (28) und dem zweiten Auslass (44) im Strömungskanal (34) angeordnet ist.
5. Abgassystem einer Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Aktors (70) die erste Klappe (48) und die zweite Klappe (58) abhängig voneinander bewegbar sind.
6. Abgassystem einer Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Aktorgehäuse (76), welches einstückig mit dem Strömungsgehäuse (12) ausgebildet ist, durch einen Deckel (78) verschlossen ist.
7. Abgassystem einer Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Aktorgehäuse (76) und/oder im Strömungsgehäuse (12) ein Kühlkanal (68, 84) ausgebildet ist.
8. Abgassystem einer Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkanal (84) zwischen dem Aktor (70) und dem Strömungskanal (34) angeordnet ist.
9. Abgassystem einer Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 7 oder
8, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkanal (68) in einem Bereich des Flansches (40) zwischen dem Zylinderkopf (10) und dem Strömungsgehäuse (12) ausgebildet ist.
10. Abgassystem einer Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Klappe (48) unmittelbar gegenüberliegend zu einer Wand (57) des Zylinderkopfes (10) angeordnet ist.
11. Abgassystem einer Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Abgaskanal (30) von einem Zylinder (32) des Zylinderkopfes (10) in das Strömungsgehäuse (12) mündet und der zweite Abgaskanal (38) in einen Abgaskrümmer (14) mündet, der einlassseitig mit den Auslässen (18) des Zylinderkopfes (10) verbunden ist, und auslassseitig fluidisch mit einem Eintritt eines Turbinengehäuses (24) verbunden ist.
12. Abgassystem einer Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Strömungsgehäuse (12) mit dem Einlass (28), dem Strömungskanal (34) und den beiden Auslässen (36, 44) einstückig ausgebildet ist.
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