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Dokumentenidentifikation DE19923099C1 26.10.2000
Titel Abgasanlage für eine Brennkraftmaschine
Anmelder Dr.Ing.h.c. F. Porsche AG, 70435 Stuttgart, DE
Erfinder Rutschmann, Erwin, Dipl.-Ing., 75233 Tiefenbronn, DE;
Richter, Herwig, Dipl.-Ing., 74321 Bietigheim-Bissingen, DE;
Schultz, Willi, 75245 Neulingen, DE
DE-Anmeldedatum 20.05.1999
DE-Aktenzeichen 19923099
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 26.10.2000
Veröffentlichungstag im Patentblatt 26.10.2000
IPC-Hauptklasse F01N 3/24
Zusammenfassung Diese Abgasanlage ist an einer Brennkraftmaschine vorgesehen, die mehrere Zylinder aufweist. In die Abgasanlage integriert sind ein Vorkatalysator und ein Hauptkatalysator. Der Vorkatalysator ist an eine Auslaßvorrichtung der Brennkraftmaschine angeschlossen, und zwar vermittels einer Leitungseinrichtung.
Damit einerseits ein schnelles Anspringen der Katalysatoren sichergestellt ist und andererseits hohe spezifische Leistungs- und Drehmomentwerte der Brennkraftmaschine realisierbar sind, umfaßt die Leitungseinrichtung zwischen Auslaßvorrichtung und Vorkatalysator Rohrleitungen, wobei jede Rohrleitung einen ersten Kanal aufweist, und der Abgasstrom in einem der Kanäle steuerbar ist.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Abgasanlage für eine Brennkraftmaschine, vorzugsweise mehrere Zylinder umfassend nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Es ist eine Abgasanlage bekannt, DE 42 05 496 C1, die einen Hauptkatalysator und einen Vorkatalysator aufweist. Der Vorkatalysator ist einer Auslaßvorrichtung bzw. einem Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine unmittelbar nachgeschaltet, und die Zusammenführung von Abgasstutzen einzelner Zylinder erfolgt direkt hinter dem Vorkatalysator. Dieser Ausführung haftet der Nachteil an, daß die Zusammenführung der Abgasstutzen nahe dem Zylinderkopf - kurze Rohrlänge - einer besonderen Leistungs- und Drehmomentauslegung der Brennkraftmaschine, und zwar über einen breiten Drehzahlbereich, entgegensteht.

Sinngemäß gilt dies auch für das Katalysator-System für eine Brennkraftmaschine gemäß der EP 0 653 551 A2. Denn dort sind die Rohrstutzen einzelner Zylinder, die an Vorkatalysatoren angeschlossen sind, ebenfalls relativ kurz ausgeführt.

Die DE 44 05 189 A1 befaßt sich mit einer Brennkraftmaschine, die mit einem Ventil zur Gaswechselsteuerung versehen ist. Dieses Ventil ist in Abhängigkeit von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine zu- und abschaltbar ausgeführt.

Es ist Aufgabe der Erfindung eine Abgasanlage mit Vorkatalysator und Hauptkatalysator für eine Brennkraftmaschine zu schaffen, durch die zum einen ein rasches Anspringen der Katalysatoren sichergestellt und zum anderen die Auslegung hoher spezifischer Leistungs- und Drehmomentwerte über einen definierten Drehzahlbereich möglich ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere, die Erfindung ausgestaltende Merkmale sind in den Unteransprüchen enthalten.

Die mit der Erfindung hauptsächlich erzielten Vorteile sind darin zu sehen, daß durch die steuerbaren Kanäle der Rohrleitungen ein schnelles Anspringen der Katalysatoren, namentlich des Vorkatalysators nach dem Kaltstart der Brennkraftmaschine erzielt wird, wodurch eine bedeutende Emissionsreduktion erzielt wird. Dank der Länge der Rohrleitungen ist sichergestellt, daß die mit dieser Abgasanlage ausgestattete Brennkraftmaschine bezüglich Leistung und Drehmoment in bemerkenswerter Ausprägung optimiert ist; denn besagte Leitungen weisen dadurch eine den Ladungswechsel unterstützende Konfiguration auf. Für die steuerbaren Kanäle der Rohrleitungen eignen sich schaltbare Auslaßventile des Gaswechselsteuersystems der Brennkraftmaschine. Eine andere Möglichkeit besteht darin, in den entsprechenden steuerbaren Kanälen der Rohrleitungen Drosselklappen vorzusehen. Die Auslaßventile bzw. die Drosselklappen werden in Abhängigkeit von Parametern der Brennkraftmaschine angesteuert, was eine zielgerichtete Funktion gewährleistet. Auch ist diese Abgasanlage mit ihren Kanäle aufweisenden Rohrleitungen mit vertretbarem Aufwand realisierbar. Schließlich wird durch die besondere Zusammenführung der Kanäle, namentlich der nicht schaltbaren erreicht, daß der Vorkatalysator gerade in der Startphase innen beaufschlagt wird - Hot Spot Effect -, was die angestrebte Funktion des besagten Katalysators günstig beeinflußt.

In der Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt, das nachstehend näher beschrieben ist.

Es zeigen

Fig. 1 eine schematische Ansicht von oben auf ein Brennkraftmaschine mit der erfindungsgemäßen Abgasanlage,

Fig. 2 eine Teilansicht der Fig. 1 mit einer anderen Ausführungsform,

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Auslaßventils der Brennkraftmaschine,

Fig. 4 eine Schrägansicht von einem Teilbereich der Abgasanlage etwa in Pfeilrichtung A der Fig. 1 und teilweise im Schnitt,

Fig. 5 eine Schrägansicht gemäß Fig. 2, jedoch etwa in Pfeilrichtung B.

Eine Abgasanlage 1 ist an einer Brennkraftmaschine 2 angebracht, die beiderseits einer Mittellängsebene C-C gegenüberliegende Zylinderreihen 3, 4 aufweist, und zwar in Boxerbauart.

Die Zylinderreihen 3, 4 umfassen Zylinder 5, 6, 7 bzw. 8, 9, 10 und nicht detailliert dargestellte Auslaßvorrichtungen 11, 12 eines Zylinderkopfs der Brennkraftmaschine, von denen aus erste Leitungseinrichtungen 13, 14 zu Vorkatalysatoren 15, 16 - auch Startkatalysatoren genannt - führen. Zweite Leitungseinrichtungen 17, 18 erstrecken sich zwischen den Vorkatalysatoren 15, 16 und Hauptkatalysatoren 17', 18'; die Hauptkatalysatoren 17', 18' sind den Vorkatalysatoren 15, 16 nachgeschaltet. Die Abgasleitungen, die von den freien Seiten der Hauptkatalysatoren 17', 18' weggeführt sind, sind mit Endschalldämpfern verbunden.

Pro Zylinder z. B. 5 sind zwei Einlaßventile 19, 20 und zwei Auslaßventile 21, 22 vorgesehen. Das Auslaßventil 21 wird zwangsläufig in Abhängigkeit einer Nockenwelle 23 geöffnet und geschlossen, wogegen das Auslaßventil 22 unter Vermittlung eines Stößels 23 schaltbar ausgeführt d. h. besagtes Ventil kann ungeachtet von Rotationsbewegungen der Nockenwelle in einer Schließstellung D verharren - Fig. 3 -. Die bereits genannte DE 44 05 189 A1 beschreibt anschaulich den konstruktiven Aufbau und die Wirkungsweise eines schaltbaren Ventils.

Jede erste Leitungseinrichtung beispielsweise 17 besitzt zwischen einem Zylinder z. B. 5 der Auslaßvorrichtung 11 und dem Vorkatalysator 15 eine Rohrleitung 26. Die Rohrleitung 26 ist wenigstens mit einem ersten Kanal 27 und einem zweiten Kanal 28 versehen, die Querschnitte QI und QII beider Kanäle 27 und 28 sind im Ausführungsbeispiel in etwa gleich groß ausgeführt. Die Rohrleitungen 26 sind über einen wesentlichen Bereich ihrer Gesamtlänge GL getrennt ausgebildet, und münden nahe dem Startkatalysator 15 in eine Leitungszusammenführung 29. Dabei ist die Gesamtlänge GL der Rohrleitungen 26 - Fig. 1 - so bemessen, daß die den Ladungswechsel des Gassystems der Brennkraftmaschine 2 unterstützende Gasdynamik optimiert ist. Die Gesamtlänge GL der Rohrleitungen 26 beträgt zwischen 250 und 350 mm.

Der Gasstrom eines jeden zweiten Kanals 28 der Rohrleitung 26 ist steuerbar, d. h. beim Start und in der Warmlaufphase der Brennkraftmaschine ist der Gasstrom im Kanal 28 gesperrt. Dies kann einerseits mit dem Auslaßventil 22 - Fig. 3 - bewerkstelligt werden. Ein andere Möglichkeit besteht darin, in dem zweiten Kanal 28 eine Drosselklappe 30 vorzusehen, die benachbart der Auslaßvorrichtung 11 der Brennkraftmaschine 2 angeordnet ist. Die Drosselklappe 30 kann mittels geeigneter Einrichtungen aus einer Schließstellung SST in eine Offenstellung OST oder umgekehrt bewegt werden.

Die Leitungszusammenführung 29, die nach Art eines Deckels oder Schließteils ausgeführt sein kann, ist dem Vorkatalysator 15 zugeordnet, in die die Rohrleitungen 26 bzw. die Kanäle 27, 28 der Zylinder 5, 6, 7 münden. Dabei sind die nicht steuerbaren Kanäle 27, 27', 27" derart zusammengeführt, daß beim Start und in der Warmlaufphase eine Innenseite 31 des Vorkatalysators 15 mit Abgasen beaufschlagt wird. Die steuerbaren Kanäle 28, 28', 28" sind außerhalb der Kanäle 27, 27', 27" - Fig. 4 und 5 - an die Leitungsführung 29 herangeführt. Dadurch wird der Teilstrom der zuletzt genannten Kanäle auf kürzestem Weg dem entsprechenden Hauptkatalysator zugeführt.


Anspruch[de]
  1. 1. Abgasanlage für eine Brennkraftmaschine, vorzugsweise mehrere Zylinder umfassend, mit einem Vorkatalysator und einem Hauptkatalysator, die einerseits mittels einer ersten Leitungseinrichtung an eine Auslaßvorrichtung der Brennkraftmaschine und andererseits mittels einer zweiten Leitungseinrichtung untereinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Leitungseinrichtung (13, 14) zwischen der Auslaßvorrichtung (11, 12) eines jeden Zylinders (5, 6, 7) und dem Vorkatalysator (15, 16) eine Rohrleitung (26) mit wenigstens einem ersten Kanal (27) und einen zweiten Kanal (28) aufweist, wobei der Abgasstrom in einem der Kanäle (z. B. 28) steuerbar ist.
  2. 2. Abgasanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrleitungen (24) von den jeweiligen Zylindern (5, 6, 7) bis zu ihrer Zusammenführung nahe dem Vorkatalysator (15, 16) eine solche Länge aufweisen, daß die den Ladungswechsel der Brennkraftmaschine (2) unterstützende Gasdynamik optimiert ist.
  3. 3. Abgasanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge (L) der Rohrleitungen (24) zwischen 250 und 350 mm beträgt.
  4. 4. Abgasanlage für eine Brennkraftmaschine mit schaltbaren Ventilen zur Gaswechselsteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein schaltbares Auslaßventil (22) den Abgasstrom in einem der Kanäle (z. B. 26) steuert.
  5. 5. Abgasanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß benachbart der Auslaßvorrichtung (11, 12) in einem der Kanäle (26) eine Drosselklappe (30) vorgesehen ist.
  6. 6. Abgasanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrleitungen (26) zwischen Auslaßvorrichtung (11, 12) und Vorkatalysator (15) benachbart dem besagten Vorkatalysator (15) in eine Leitungszusammenführung (29) münden.
  7. 7. Abgasanlage nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüch dadurch gekennzeichnet, daß die nicht schaltbaren Kanäle (27) der Rohrleitungen (26) derart geführt sind, daß zumindest in der Startphase der Brennkraftmaschine (2) eine Innenseite (29) des Vorkatalysators (15, 16) mit Abgasen beaufschlagt wird.
  8. 8. Abgasanlage nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die schaltbaren Kanäle (28) außerhalb der nicht schaltbaren Kanäle (27) an die Leitungszusammenführung (29) angeschlossen sind.
  9. 9. Abgasanlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungszusammenführung (29) nach Art eines Deckels oder Schließteils an den Vorkatalysator (15, 16) herangeführt ist.






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