Abgasanlage einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine

Abstract

 Bei einer zweiflutigen Abgasanlage mit einem Katalysator (3) werden die beiden Abgasströme (7a, 7b) zunächst in einem Misch­rohr (9) nebeneinanderliegend zusammengeführt, um an­schließend daran dieses Mischrohr (9) in übereinanderlie­genden Rohren (11a, 11b) wieder zu verlassen. Diese übereinander­liegenden Rohre (11a, 11b) münden nebeneinanderliegend in ein gemeinsames Katalysatorgehäuse (3). Diese Anordnung gewähr­leistet eine homogene Abgasverteilung über dem Kataly­sator-Querschnitt. Eine lange Mischstrecke ist hiermit nicht erforderlich; darüber hinaus ist es ausreichend, eine Lambda-Sonde (13) lediglich in einem (11b) der beiden vom Mischrohr (9) zum Katalysator (3) führenden Rohr (e) vorzusehen.

Beschreibung

[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.

Ansprüche

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.

Zeichnung