[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Abgasanlage nach dem Oberbegriff des Anspruchs
1, wobei selbstverständlich auch ein einziger Zylinder unter den Begriff der Zylindergruppe
fällt. Auch läßt sich der allgemeine Erfindungsgedanke auch auf eine größere Zahl
von Zylindergruppen-Abgasströmen übertragen.
[0002] Das technologische Umfeld zur vorliegenden Erfindung ist in der DE-OS 27 25 943 sowie
der DE-OS 27 25 944 beschrieben.
Die Abgase der einzelnen Zylinder einer Brennkraftmaschine werden üblicherweise vor
dem Eintreten in eine Abgasreinigungsvorrichtung zusammengeführt. Dabei stellen insbesondere
die als Dreiweg-Katalysatoren ausgebildeten Abgasreinigungsvorrichtungen zur Erzielung
einer möglichst vollständigen Abgasnachbehandlung bzw. erfolgreichen Konvertierung
schädlicher Bestandteile hohe Anforderungen an den ihnen zugeführten Abgasstrom. Aus
diesem Grunde wird der Brennkraftmaschine ein dem stöchiometrischen Luft-/Kraftstoffverhältnis
entsprechendes Gemisch zugeführt. Zur Regelung dieses Gemisches ist ein in den Abgasstrom
hineinragender Sauerstoffühler vorgesehen.
[0003] An mehrzylindrigen Brennkraftmaschinen können sich - beispielsweise aufgrund von
Toleranzen im Gemischbildungssystem - die Abgase der einzelnen Zylinder hinsichtlich
ihrer Zusammensetzung unterscheiden. Um dennoch eine möglichst erfolgreiche Schadstoff-Konvertierung
im Katalysator zu erzielen, wird bei der Zusammenführung der einzelnen Zylinder-Abgasströme
eine möglichst intensive Vermischung angestrebt, um eine homogene Abgasverteilung
über dem Katalysator-Querschnitt zu gewährleisten. Dazu sind jedoch lange Mischstrecken
erforderlich, welche dem bekannten Erfordernis, den Katalysator aus Temperaturgründen
möglichst nahe an der Brennkraftmaschine anzuordnen, entgegenstehen. Ferner bedingt
eine derartige lange Mischstrecke ein Zusammenführen der einzelnen Zylinder-Abgasströme
bereits kurz hinter der Brennkraftmaschine, was sich jedoch störend auf die Gasdynamik
in der Abgasanlage auswirkt und somit die von der Brennkraftmaschine erbrachte Leistung
herabsetzt. Um jenen Nachteil zu vermeiden, schlägt die DE-OS 27 25 943 vor, die einzelnen
Abgasströme auch über den Katalysator hinaus getrennt zu führen. Damit jedoch tritt
das oben geschilderte Problem der für die einzelnen Zylinder oder Zylindergruppen
verschiedenartigen Abgaszusammensetzung deutlich verstärkt zum Vorschein; eine erfolgreiche
Schadstoff-Konvertierung ist mit jener Lösung nicht möglich. In Ermangelung einer
langen Mischstrecke schafft auch der in der DE-OS 27 25 944 gemachte Vorschlag, den
Sauerstoffühler unmittelbar nach dem letzten Auspuffkrümmer so einzusetzen, daß dieser
von einem repräsentativen Gasgemisch aller Zylinder beaufschlagt wird, hier keine
Abhilfe.
[0004] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Abgasanlage einer mehryzlindrigen
Brennkraftmaschine aufzuzeigen, mit Hilfe derer das Abgas einer insbesondere katalytischen
Abgasreinigungsvorrichtung über deren Querschnitt homogen verteilt zugeführt wird.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des ersten Anspruchs gelöst.
[0005] Anstelle einer langen Mischstrecke genügt hierzu ein kurzes Mischrohr, in welchem
die beiden Abgasströme beispielsweise bei einer Fahrzeug-Abgasanlage bei Betrachtung
von oben nebeneinanderliegend zusammengeführt werden, um danach dieses relativ kurze
Mischrohr über zwei im wesentlichen übereinander liegende Rohre wieder zu verlassen.
Die nebeneinander in das Mischrohr eintretenden Abgasströme werden somit jeweils quasi
halbiert und verlassen das Mischrohr mit dem jeweils anderen hälftigen Abgasstrom.
Zwar wurde aus der DE-OS 37 40 238 eine Abgasanlage für Brennkraftmaschinen mit zwei
Zylinderbänken bekannt, welche ebenfalls nach diesem sog. Verteilerprinzip arbeitet,
jedoch weist diese bekannte Abgasanlage kein gemeinsames Mischrohr auf.
[0006] Versuche haben ergeben, daß mit einer alleinig nach dem Verteilerprinzip arbeitenden
Abgasanlage nur in wenigen Fällen bzw. Betriebspunkten der Brennkraftmaschine befriedigende
Ergebnisse erzielt werden können. Insbesondere bei gebogenen Rohrverläufen sind die
Abgasmassenströme beispielsweise durch Zentrifugalkrafteinfluß derart asymmetrisch
über den Rohrquerschnitten verteilt, daß unter Zuhilfenahme des reinen Verteilerprinzipes
keine homogene Verteilung über dem Katalysator-Querschnitt sichergestellt ist. Erfindungsgemäß
werden deshalb die beiden Abgasströme zunächst in einem Mischrohr zusammengeführt,
welches jedoch äußerst kurz gehalten werden kann. Dieses insbesondere geradlinig verlaufende
Mischrohr führt zu einer Vergleichmäßigung des Abgasmassenstromes über dem Rohrquerschnitt
und ermöglicht somit erst eine wirkungsvolle Anwendung des Verteilerprinzipes.
[0007] Da mit den kennzeichnenden Merkmalen des ersten Patentanspruches sichergestellt
ist, daß sich in den beiden vom Mischrohr zur Abgasreinigungsvorrichtung führenden
Rohren Abgas gleicher Zusammensetzung befindet, ist es gemäß Anspruch 2 ausreichend,
eine Lambda-Sonde zur Ermittlung des Sauerstoff-Restgehaltes lediglich in einem der
beiden Rohre vorzusehen. Aufwendige sog. Übersprechstellen sind somit nicht mehr erforderlich.
[0008] Während die Merkmale des dritten Anspruchs den Bauraum einer erfindungsgemäßen Abgasanlage
reduzieren, bieten die Merkmale des Anspruchs 4 insbesondere fertigungstechnische
Vereinfachungen. Derartige Isolationsumhüllungen sind an sich bekannt und sollen
eine zu intensive Wärmeabstrahlung verhindern.
[0009] Im folgenden wird die Erfindung anhand einer Prinzipskizze (Fig. 1) näher erläutert.
Fig. 2 zeigt den Teilschnitt A-A aus Fig. 1.
[0010] Die Abgase einer sechszylindrigen Brennkraftmaschine 1 werden über eine in ihrer
Gesamtheit mit 2 bezeichnete Abgasanlage einer Abgasreinigungsvorrichtung (Katalysator)
3 zugeführt. Jeweils drei Zylinder der Brennkraftmaschine sind zu Zylindergruppen
5a, 5b zusammengefaßt, deren Abgasströme über Hosenrohre 7a, 7b einem Mischrohr 9
zugeführt werden und dabei gemäß der gezeigten Projektion nebeneinanderliegend in
dieses Mischrohr 9 eintreten.
[0011] Der zusammengeführte Abgasstrom verläßt das Mischrohr 9 über zwei Rohre 11a, 11b,
welche in dieser Projektion übereinanderliegend angeordnet sind. Wieder nebeneinan
derliegend münden diese Rohre im Gehäuse des Katalysators 3, wobei stromauf der Mündung
im Rohr 11b eine Lambda-Sonde 13 vorgesehen ist.
[0012] Mit dieser Gestaltung der Abgasanlage 2 ist sichergestellt, daß der Katalysator
3 über seinem Querschnitt mit Abgas gleicher Zusammensetzung beaufschlagt wird. Beispielsweise
aufgrund von Toleranzen im Gemischbildungssystem können nämlich die Abgase der einzelnen
Zylinder bzw. Zylindergruppen 5a, 5b von unterschiedlicher Zusammensetzung sein.
Für eine optimale Konvertierung der Schadstoffe ist es jedoch erforderlich, dem Katalysator
das Abgas über dem Querschnitt homogen verteilt zuzuführen. Erforderlich ist somit
eine intensive Vermischung der beiden in den Hosenrohren 7a, 7b geführten Abgasströme.
[0013] Realisiert wird diese optimale Vermischung durch Anwendung einer an sich bekannten
Mischstrecke in Form des Mischrohres 9 - dieses kann jedoch gegenüber dem Stand der
Technik deutlich kürzer ausgeführt sein - in Verbindung mit dem Verteilerprinzip,
wonach die nebeneinander in das Mischrohr 9 eintretenden Abgasströme dieses über
die übereinanderliegenden Rohre 11 wieder verlassen.
[0014] Die damit erzielbaren Ergebnisse liegen deutlich über denen einer herkömmlichen Mischstrecke
und erlauben die Anwendung des Verteilerprinzipes nicht nur in wenigen Ausnahmefällen,
sondern über dem gesamten Betriebsbereich einer Brennkraftmaschine sowie darüber
hinaus auch bei gebogen verlaufenden Abgasrohren. Vorteilhafterweise läßt sich das
Verteilerprinzip durch Vorsehen des kurzen Mischrohres 9 sowohl konstruktiv als auch
fertigungstechnisch vereinfacht realisieren.
[0015] Ist die erfindungsgemäße Abgasanlage in einem Kraftfahrzeug vorgesehen, so empfiehlt
es sich, den erforderlichen Bauraum dadurch zu beschränken, daß die nebeneinanderliegenden
und/oder übereinanderliegenden Rohre von ovalem oder halbkreisförmigem Querschnitt
sind. Fertigungstechnische Vereinfachungen ergeben sich zusätzlich, wenn insbesondere
die beiden vom Mischrohr zur Abgasreinigungsvorrichtung führenden Rohre eine gemeinsame
Isolationsumhüllung aufweisen.
1. Abgasanlage einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine mit einer insbesondere katalytischen
Abgasreinigungsvorrichtung, wobei die Abgasströme zweier Zylindergruppen vor dem
Eintritt in die Abgasreinigungsvorrichtung zusammengeführt sind,
dadurch gekennzeichnet, daß die Abgasströme in einem Mischrohr (9) in einer Projektion
nebeneinanderliegend zusammengeführt sind und daß vom Mischrohr ausgehend zwei in
dieser Projektion im wesentlichen übereinanderliegende Rohre (11a, 11b) zur Abgasreinigungsvorrichtung
(3) führen.
2. Abgasanlage nach Anspruch 1 mit einer Lambda-Sonde,
dadurch gekennzeichnet, daß die Lamda-Sonde (13) in einem der vom Mischrohr (9) zur
Abgasreinigungsvorrichtung (3) führenden Rohre (11) vorgesehen ist.
3. Abgasanlage nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die nebeneinanderliegenden und/oder übereinanderliegenden
Rohre (7 bzw. 11) von ovalem oder halbkreisförmigem Querschnitt sind.
4. Abgasanlage nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die beiden vom Mischrohr (9) zur Abgasreinigungsvorrichtung
(3) führenden Rohre (11) eine gemeinsame Isolationsumhüllung aufweisen.