DE3740238A1 - Abgasanlage fuer eine brennkraftmaschine mit zwei zylinderbaenken - Google Patents
Abgasanlage fuer eine brennkraftmaschine mit zwei zylinderbaenkenInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Abgasanlage gemäß
dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Um die Abgasvorschriften hinsichtlich der Zusammensetzung
der Abgase einhalten zu können, ist es erforderlich, die
Zusammensetzung des Kraftstoff-Luftgemisches so zu regeln,
daß in allen Betriebsbereichen möglichst ein stöchio
metrisches Gemisch vorhanden ist. Dies wird durch die
sogenannte Lambda-Regelung angestrebt, bei der mittels
einer Lambda-Sonde der Sauerstoffgehalt im Abgas gemessen
wird. Bei Brennkraftmaschinen mit zwei Zylinderbänken,
also insbesondere sogenannten V-Motoren, ist es u. a. aus
räumlichen Gründen nötig, zwei Katalysatoren vorzusehen,
von denen jeder die Hälfte des gesamten Abgasstromes auf
nimmt. Um den Aufwand für zwei Lambda-Sonden und die zu
gehörigen Regelungen zu vermeiden, werden die Abgasströme
der beiden Zylinderbänke in eine Mischkammer eingeführt,
von der zweiten Auspuffleitungen ausgehen, die jeweils zu
einem Katalysator führen. Die Lambda-Sonde ist in der
Mischkammer angeordnet. Durch die Mischkammer sollen
Unterschiede in der Abgaszusammensetzung der Abgasströme
der beiden Zylinderbänke ausgeglichen werden, um zu ge
währleisten, daß beiden Katalysatoren ein Abgas mit
identischer Zusammensetzung zugeführt wird, was Voraus
setzung für eine einwandfreie Entgiftung ist. Es hat sich
jedoch in der Praxis gezeigt, daß mit einer derartigen
Mischkammer, die lediglich zwei Eingänge für die von den
beiden Zylinderbänken herkommenden Abgasströme und zwei
Ausgänge für die Zuleitung der Abgase zu den beiden
Katalysatoren aufweist, kein homogenes Gemisch erreicht
werden kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Abgas
anlage der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen
Art zu schaffen, bei der gewährleistet ist, daß das den
beiden Katalysatoren zugeführte Abgas eine weitgehend
identische Zusammensetzung hat, ohne daß Maßnahmen er
forderlich sind, welche den Gegendruck der Abgasanlage
in unerwünschter Weise erhöhen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kenn
zeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Bei dem erfindungsgemäßen Vorschlag wird durch die Auf
teilung des Abgasstromes jeder Zylinderbank in zwei Teil
ströme und das Zusammenführen jeweils eines Teilstromes
des einen Abgassstromes mit einem Teilstrom des anderen
Abgasstromes erreicht, daß den beiden Katalysatoren Ab
gasströme identischer Zusammensetzung und auch identi
schen Volumens zugeführt werden. Die Lambda-Sonde kann
dann in einer der beiden zu den Katalysatoren führenden
Leitungen angeordnet werden.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich
aus den Unteransprüchen.
Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im
folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen be
schrieben. Es zeigt
Fig. 1 eine Abgasanlage für eine V-6 Brennkraft
maschine gemäß einem ersten Ausführungsbei
spiel in schematischer Darstellung,
Fig. 2 eine Abgasanlage für eine V-6 Brennkraft
maschine gemäß einem zweiten Ausführungs
beispiel in schematischer Darstellung,
Fig. 3 einen Schnitt durch die Mischkammer gemäß
Linie 3-3 in Fig. 2,
Fig. 4 einen Schnitt durch die Mischkammer entlang
Linie 4-4 in Fig. 2,
Fig. 5 eine weitere Ausführung einer Mischkammer im
Schnitt und in schematischer Darstellung,
Fig. 6 einen Schnitt entlang Linie 6-6 in Fig. 5,
Fig. 7 einen Schnitt entlang Linie 7-7 in Fig. 5,
Fig. 8 einen Schnitt entlang Linie 8-8 in Fig. 5,
Fig. 9 eine dritte Ausführung der Mischkammer im
Schnitt und in schematischer Darstellung,
Fig. 10 einen Schnitt entlang Linie 10-10 in Fig. 9,
Fig. 11 einen Schnitt entlang Linie 11-11 in Fig. 9, und
Fig. 12 einen Schnitt entlang Linie 12-12 in Fig. 9.
Die in Fig. 1 schematisch dargestellte Brennkraftmaschine 1
hat zwei Zylinderbänke 2 und 3, deren Auspuffrohre 4, 5
und 6 bzw. 7, 8 und 9 jeweils zu einem Auspuffsammel
rohr 10 bzw. 11 zusammengefaßt sind. An jedes Sammel
rohr 10 bzw. 11 schließt sich eine Rohrverzweigung 12
bzw. 13 an, von denen Zweigleitungen 14, 15 bzw. 16, 17
ausgehen. An die Zweigleitung 15 schließen sich eine
Rohrzusammenführung 18 an, in welche die Zweigleitung 17
mündet. In gleicher Weise ist an die Zweigleitung 16
eine Rohrzusammenführung 19 angeschlossen, in welche
die Zweigleitung 14 einmündet. Von der ersten Rohrzu
sammenführung 15 führt eine Abgasleitung 20 zu einem
ersten Reaktor 21 und von der zweiten Rohrzusammen
führung 19 führt eine zweite Abgasleitung 22 zu einem
zweiten Reaktor 23.
Durch die Rohrverzweigungen 12 bzw. 13 werden die Ab
gasströme der beiden Zylinderbänke 2 und 3 in im wesent
lichen gleiche Teilströme aufgeteilt und durch die Rohr
zusammenführungen 18 und 19 wird jeweils ein Abgasteil
strom der einen Zylinderbank mit einem Abgasteilstrom
der an deren Zylinderbank vereinigt, so daß die Zusammen
setzung sowie das Volumen der durch die Abgasleitungen 20
und 22 strömenden Abgas weitgehend identisch ist. Da
durch kann mittels einer einzigen, in der Abgasleitung 20
(oder auch in der Abgasleitung 22) angeordneten Lambda-
Sonde 24 der Sauerstoffgehalt im Abgas festgestellt
und die Zusammensetzung des den Zylindern zugeführten
Kraftstoff-Luftgemisches so geregelt werden, daß stets
ein nur wenig um Lambda = 1 steuerndes Gemisch vorliegt,
das für eine maximale Umsetzungsrate für NO x und HC
in den Katalysatoren 21 und 23 erforderlich ist.
Die beiden Auspuffsammelrohre 10 und 11 sowie die Zweig
leitungen 15 und 16 laufen im wesentlichen parallel zu
einander zu beiden Seiten der Brennkraftmaschine 1. Um
beim Einbau einer derartigen Brennkraftmaschine mit der
dargestellten Abgasanlage die Bodenfreiheit der sich
überkreuzenden Zweigleitungen 14 und 17 so wenig wie
möglich zu beeinträchtigen, da sich diese zwangsläufig
unter dem gestrichelt angedeuteten Getriebe 25 er
strecken müssen, liegt die Kreuzungsstelle der beiden
Zweigleitungen 14 und 17 nicht in der Mitte zwischen
den Zweigleitungen 15 und 16, sondern seitlich ver
setzt dazu.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 bis 4, bei
dem gleiche oder gleichartige Teile mit den gleichen
Bezugszeichen wie in Fig. 1, jedoch mit einem Strich,
bezeichnet sind, münden die Auspuffsammelrohre 10′
und 11′ in eine Mischkammer 30, von der die Auspuff
leitungen 20′ und 22′ ausgehen, die zu den Kataly
satoren 21′ und 23′ führen. Die Mischkammer 30 weist
zwei durch eine erste Wand 31 voneinander getrennte
Eingänge 32 und 33 auf, welche die Abgassammel
rohre 10′ und 11′ angeschlossen sind, sowie zwei durch
eine zweite Wand 34 getrennte Ausgänge 35 und 36 auf,
an welche die Abgasleitungen 20′ und 21′ angeschlossen
sind. Die Wände 31 und 34 stehen, wie aus Fig. 3 und 4
ersichtlich ist, senkrecht zueinander. Dadurch findet
eine Vermischung der beiden durch die Abgassammel
rohre 10′ und 11′ zugeführten Abgasströme statt, da
wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel in jede Ab
gasleitung 20′ bzw. 22′ jeweils eine Hälfte der Abgas
ströme aus den Abgassammelrohren 10′ und 11′ ein
strömt. Zur Veranschaulichung dieser Vermischung sind
die Abgase aus dem Sammelrohr 10′ durch Kreise und die
Abgase aus dem Sammelrohr 11′ durch Dreiecke darge
stellt. Aufgrund der weitgehend identischen Zusammen
setzung der durch die Auspuffleitungen 20′ und 22′
strömenden Abgase kann die Regelung des Kraftstoff-
Luft-Gemisches wiederum durch eine einzige Lambda-
Sonde 24′ erfolgen.
Mit dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5-8 wird ein
ähnlicher Mischungseffekt erreicht wie bei der Aus
führung gemäß Fig. 2-4, jedoch mit einem geringeren
baulichen Aufwand. Bei dieser Ausführung ist die Misch
kammer 30 a, an die einerseits die beiden Auspuffsammel
rohre 10 a und 11 a und andererseits die beiden Abgas
leitungen 20 a und 22 a angeschlossen sind, durch eine
Trennwand 40 in zwei Teilkammern 41 und 42 unterteilt.
Die angestrebte Erzeugung eines homogenen Abgasgemisches
in beiden Abgasleitungen 20 a und 22 a wird dadurch er
reicht, daß die eine Abgasleitung 20 a nur mit der einen
Teilkammer 41 und die andere Abgasleitung 22 a nur mit
der anderen Teilkammer 42 in Verbindung steht, während
die beiden Auspuffsammelrohre 10 a und 11 a mit beiden
Teilkammern 41 und 42 in Verbindung stehen. Die Auf
teilung der Abgasströme aus den Abgassammelrohren 10 a und
11 a wird bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel da
durch erreicht, daß die Trennwand 40 mit lappenartigen
Fortsätzen 43 und 44 versehen ist, welche in die Mün
dungen der Abgasleitungen 20 a und 22 a hineinragen und
entgegengesetzt abgewinkelt sind, so daß der Abgasstrom
aus der ersten Teilkammer 41 in Fig. 6 in die Abgas
leitung 20 a und der Abgasstrom aus der zweiten Teil
kammer 42 in die Abgasleitung 22 a angelenkt wird. Die
Trennwand 40 teilt die Mündung jedes Auspuffsammelrohres
10 a und 11 a in einen oberen Abschnitt 46 und einen
unteren Abschnitt 47, so daß jedes Auspuffsammelrohr
sowohl mit der ersten Teilkammer 41 als auch mit der
zweiten Teilkammer 42 in Verbindung steht (siehe Fig. 8).
In der Wand der Mischkammer 30 a ist eine Lambda-Sonde 24 a
in der Ebene der Trennwand 40 vorgesehen, und die Trenn
wand 40 ist im Bereich der Lambda-Sonde 24 a mit einem
Ausschnitt 45 versehen, so daß die Lambda-Sonde 24 a
vom Abgas in beiden Teilkammern 41 und 42 beaufschlagt
ist. Alternativ kann die Lambda-Sonde 24 a auch wie bei
den vorhergehenden Beispielen in einer der Auspufflei
tungen 20 a und 22 a angeordnet werden.
Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 9 bis 12 unterscheidet
sich von demjenigen gemäß Fig. 5 bis 8 im Prinzip nur da
durch, daß die beiden Auspuffsammelrohre 10 b und 11 b je
weils nur mit einer Teilkammer 41 bzw. 42 in Verbindung
stehen, während die beiden Abgasleitungen 20 b und 22 b
von beiden Teilkammern 41 und 42 ausgehen. Zu diesem
Zweck erstrecken sich die Fortsätze 43 und 44 der Trenn
wand 40 gegensinnig abgewinkelt in die Mündungen der Aus
puffsammelrohre 10 b und 11 b, während die Trennwand 40 die
Mündungen der Abgasleitungen 20 a, 20 b in zwei Abschnitte
48 und 49 unterteilt, von denen der eine mit der Teil
kammer 41 und der anderen mit der Teilkammer 42 in Ver
bindung steht. Auf diese Weise wird der gleiche Misch
effekt wie bei der Ausführung gemäß Fig. 5 bis 8 er
reicht, was durch die Pfeile A und B veranschaulicht
ist, von denen die Pfeile B das Abgas aus dem Sammel
rohr 10 a bzw. 10 b und die Pfeile A das Abgas aus dem
Sammelrohr 11 a bzw. 11 b darstellen. Der Vorteil der Aus
führung gemäß Fig. 9 bis 12 gegenüber derjenigen gemäß
Fig. 5 bis 8 liegt darin, daß sich die Pulsationen der
beiden Abgasströme A und B weniger stark beeinflussen,
so daß der Auspuffgegendruck insgesamt geringer ist.
Claims (8)
1. Abgasanlage mit zwei Katalysatoren (21, 23) für eine
Brennkraftmaschine (1) mit zwei Zylinderbänken (2, 3)
und mit Lambda-Regelung des Kraftstoff-Luftverhält
nisses mittels einer im Abgas angeordneten Lambda-
Sonde (24), wobei die Einzelauspuffrohre (4, 5, 6)
der ersten Zylinderbank (2) zu einem ersten Auspuff
sammelrohr (10) und die Einzelauspuffrohre (7, 8, 9)
der zweiten Zylinderbank (3) zu einem zweiten Aus
puffsammelrohr (11) zusammengefaßt sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Abgasstrom jeder Zylinderbank (2, 3) in zwei
im wesentlichen gleiche Teilströme aufgeteilt ist
und jeweils ein Teilstrom der einen Zylinderbank mit
einem Teilstrom der anderen Zylinderbank zusammen
gefaßt ist und einem Katalysator (21 bzw. 23) zuge
führt wird.
2. Abgasanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
- - daß an das erste Auspuffsammelrohr (10) eine erste Rohrverzweigung (12) und an das zweite Auspuff sammelrohr (11) eine zweite Rohrverzweigung (13) angeschlossen ist,
- - daß von der ersten Rohrverzweigung (12) erste und zweite Zweigleitungen (14, 15) und von der zweiten Rohrverzweigung (13) dritte und vierte Zweig leitungen (16, 17) ausgehen,
- - daß eine erste Rohrzusammenführung (18) vorgesehen ist, an die die erste und die dritte Zweigleitung (15 bzw. 17) angeschlossen ist und von der eine zu einem ersten Reaktor (21) führende Abgas leitung (20) ausgeht,
- - daß eine zweite Rohrzusammenführung (19) vorge sehen ist, an die die zweite und die vierte Zweig leitung (14 bzw. 16) angeschlossen ist und von der eine zu einem zweiten Reaktor (23) führende Abgas leitung (22) ausgeht,
- - und daß eine Lambda-Sonde (24) in einer der Abgas leitungen (20, 22) angeordnet ist (Fig. 1).
3. Abgasanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß zwei (15, 16) der an die beiden Rohrverzweigungen
(12, 13) angeschlossenen Zweigleitungen im wesent
lichen parallel zueinander verlaufen, während sich
die beiden anderen Zweigleitungen (14, 17) über
kreuzen, wobei die Kreuzungsstellen asymmetrisch zwischen
den beiden parallelen Zweigleitungen (15, 16) liegt.
4. Abgasanlage nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch
eine Mischkammer (30) mit zwei durch eine erste
Wand (31) getrennten Eingängen (32, 33), an die je
weils ein Auspuffsammelrohr (10′ bzw. 11′) ange
schlossen ist, und zwei durch eine zweite Wand (34)
getrennten Ausgängen (35, 36), an die jeweils eine
zu einem Katalysator (21′ bzw. 23′) führende Abgas
leitung (20′ bzw. 22′) angeschlossen ist, wobei die
beiden Wände (31, 34) senkrecht zueinander stehen
und in einer der Abgasleitungen (20′, 21′) eine
Lambda-Sonde (24) angeordnet ist (Fig. 2 bis 4).
5. Abgasanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Mischkammer (30 a bzw. 30 b) mit Anschlüssen
für die beiden Auspuffsammelrohre (10 a, 11 a bzw. 10 b,
11 b) und für zwei jeweils einen Abgaskatalysator ent
haltende Abgasleitung (20 a, 22 a bzw. 20 b, 22 b) vorge
sehen ist, die durch eine Trennwand (40) in eine erste
und in eine zweite Teilkammer (41 bzw. 42) unter
teilt ist, und daß die beiden Teilkammern jeweils
mit einer Abgasleitung (20 a oder 22 a) und beiden
Sammelrohren (10 a, 11 a) oder mit einem Sammelrohr
(10 b oder 11 b) und beiden Abgasleitungen (20 b, 22 b)
in Verbindung stehen.
6. Abgasanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die Trennwand (40) sich in die Mündung der
beiden Abgasleitungen (20 a, 20 b) erstreckende, ent
gegengesetzt abgewinkelte Fortsätze (43, 44) auf
weist, die den Abgasstrom aus der einen Teilkammer
(41) in die eine Abgasleitung (20 a) und den Abgas
strom aus der anderen Teilkammer (42) in die andere
Abgasleitung (22 a) lenken, und daß die Trennwand (40)
die Mündung der an die Mischkammer (30 a) ange
schlossenen Auspuffsammelrohre (10, 11 a) in erste,
mit der ersten Teilkammer (41), und in zweite, mit
der zweiten Teilkammer (42) in Verbindung stehende
Abschnitte (46 bzw. 47) unterteilt (Fig. 5 bis 8).
7. Abgasanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die Trennwand (40) sich in die Mündungen der
beiden Auspuffsammelrohre (10 b, 11 b) erstreckende,
entgegengesetzt abgewinkelte Fortsätze (43, 44)
aufweist, die den Abgsastrom aus dem einen Sammel
rohr (10 b) in die erste Kammer (41) und den Abgas
strom aus dem anderen Samelrohr (11 b) in die zweite
Teilkammer (42) lenken, und daß die Trennwand (40)
die Mündungen der an die Mischkammer (30 b) ange
schlossenen Abgasleitungen (20 b, 22 b) in erste, mit
der ersten Teilkammer (41) und in zweite, mit der
zweiten Teilkammer (42) in Verbindung stehende Ab
schnitte (48, 49) unterteilt (Fig. 9 bis 12).
8. Abgasanlage nach einem der Ansprüche 5 bis 7, da
durch gekennzeichnet, daß die Lambdasonde (24 a) in
der Mischkammer (30 a) in der Ebene der Trennwand (40)
angeordnet ist und daß im Bereich der Sonde in der
Trennwand ein Ausschnitt (45) vorgesehen ist.
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