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Title:
MOTOR VEHICLE WITH INTERNAL COMBUSTION ENGINE AND CATALYTIC CONVERTER
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2000/001932
Kind Code:
A1
Abstract:
According to the invention, in an internal combustion engine (1) which is installed in a motor vehicle, has cylinders arranged in series and is transversally mounted, the exhaust gases are guided from that side of the internal combustion engine which is opposite the direction of travel, and around the internal combustion engine so that they face forward in the direction of travel. From there the exhaust gases reach a catalytic converter (8) positioned in the rear area of the motor vehicle. For rapid heating of the catalytic converter during cold starts the exhaust gas manifold (2) of the internal combustion engine is connected with the inlet of the catalytic converter (8) by means of a short duct (5) having a small cross section. The invention also provides for an exhaust-gas recirculation duct (15) which discharges into the ducting (4) near the catalytic converter.

Inventors:
PHLIPS PATRICK (DE)
Application Number:
PCT/EP1999/004553
Publication Date:
January 13, 2000
Filing Date:
July 01, 1999
Export Citation:
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Assignee:
FORD GLOBAL TECH INC (US)
PHLIPS PATRICK (DE)
International Classes:
F01N3/20; F02D9/04; F02M26/15; (IPC1-7): F01N3/20
Foreign References:
DE19651239C11998-04-09
US3757521A1973-09-11
US3844119A1974-10-29
DE3439998A11985-09-19
DE4218834A11993-12-16
Other References:
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 096, no. 005 31 May 1996 (1996-05-31)
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 017, no. 346 (M - 1437) 30 June 1993 (1993-06-30)
Attorney, Agent or Firm:
Droemer, Hans-carsten (Ford-Werke Aktiengesellschaft Patentabteilung NH/DRP Köln, DE)
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Claims:
PATENTANSPRÜCHE
1. Abgassystem für Kraftfahrzeuge mit einer Verbrennungskraftmaschine, bei dem die Abgase über einen Katalysator zum Heckbereich des Kraftfahr zeuges geführt werden, wobei Abgasleitungen der einzelnen Zylinder auf einer Seite der Verbrennungskraftmaschine in einer Sammelleitung zu sammengefaßt sind, von der zwei Zuleitungen mit unterschiedlicher Lei tungslänge zum Katalysator führen und die Zuleitung mit der größeren Leitungslänge durch ein Ventil absperrbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß von der längeren Zuleitung wenigstens eine Abgasrückführungsleitung ab zweigt.
2. Abgassystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuleitungen (4,5) unterschiedliche Querschnitte aufweisen, wobei die Zuleitung (4) mit dem größeren Querschnitt, unterhalb der Verbrennungs kraftmaschine (1) in Fahrtrichtung des Kraftfahrzeuges vor und unter der Verbrennungskraftmaschine (1) angeordnet, einen bogenförmigen Bereich (6) aufweist und von dort die Abgasleitung (7) entgegen der Fahrtrichtung zu dem unterhalb des Passagierraumes angeordneten Katalysator (8) ver läuft, wobei die Zuleitung (5) mit geringerem Querschnitt eine kurze Ver bindung zwischen einem Bereich (12) der Sammelleitung (11) und einem dem Katalysator (8) benachbarten Bereich (13) der Abgasleitung (7) her stellt.
3. Abgassystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungskraftmaschine (1) mit in Reihe angeordneten Zylindern quer zur Fahrtrichtung angeordnet ist und der Abgaskrümmer (2) der Zylin der in Fahrtrichtung gesehen sich hinter der Verbrennungskraftmaschine (1) befindet.
4. Abgassystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Entnahmestelle für das zurückzuführende Abgas zwischen Absper ventil (9) und dem Katalysator (8) angeordnet ist.
5. Abgassystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Absperrventil (9) im Bereich des Bogens (6) der Zuleitung (4) angeord net ist.
6. Abgassystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Abgasrückführungsleitung (15) ein Proportionalventil angeordnet ist.
Description:
Kraftfahrzeug mit einer Verbrennungskraftmaschine und Katalysator Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einer Verbrennungskraftmaschine bei der die Abgase über einen Katalysator geführt werden, wobei die Abgasleitun- gen der einzelnen Zylinder in einer Sammelleitung zusammengefaßt sind, von der zwei Zuleitungen mit insbesondere unterschiedlichem Querschnitt zum Ka- talysator führen. Eine der Zuleitungen weist zum Katalysator hin eine größere Leitungslänge auf und ist durch ein Ventil absperrbar.

Eine Anordnung ähnlicher Art geht aus der DE-OS 42 18 834 hervor. Hier ist bei einem in einem Kraftfahrzeug quer angeordneten Reihenmotor die Anordnung so getroffen, daß zwei Leitungen mit gleicher Länge, aber unterschiedlichem Querschnitt, von der Verbrennungskraftmaschine unmittelbar zum im hinteren Bereich des Kraftfahrzeuges angeordneten Katalysator geführt werden. In der Leitung mit dem größeren Querschnitt ist ein Absperrventil vorgesehen, wodurch in der Aufwärmphase die Leitung mit dem größeren Querschnitt abgesperrt und die Abgase lediglich durch die Leitung mit dünnerem Querschnitt dem Kataly- sator zugeführt werden.

In DE-OS 25 34 39 998 vorgesehen, bei zwei unterschiedlichen Zuleitungen der Abgase zum Katalysator die Zuleitungen in der Länge unterschiedlich auszubil- den.

Bei der Magerverbrennung entsteht durch die relativ hohe Temperatur in der Reaktionszone verstärkt Nox. Die Spaltung von N2 und damit auch die NOx- Bildung nimmt exponentiell mit der Temperatur zu. Auch bei Benzin-Direkt- einspritzung kann durch Abgasrückführung die Verbrennungstemperatur und damit der NOx-Anteil verringert werden.

Aufgabe der Erfindung war es, einerseits eine rasche Aufheizung des Katalysa- tors nach einem Start der Verbrennungskraftmaschine sicherzustellen, ohne daß bei Dauerbetrieb des Kraftfahrzeuges die notwendige Kühlung für die Zuleitung der Abgase zum Katalysator unterbleibt. Andererseits soll bei Benzin-Verbren- nungskraftmaschinen, die Magerverbrennungsverfahren anwenden, der NOx- Anteil durch eine konstruktive Gestaltung des Abgasrückführungsystems weiter verringert werden.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Zuleitungen für die Abgase zum Katalysator unterschiedliche Längen aufweisen, wobei die Zuleitung mit der größeren Leitungslänge einen bogenförmigen Bereich aufweist und daran an- schließend entgegen der Fahrtrichtung zu dem unterhalb des Passagierraumes angeordneten Katalysator verläuft, wobei die andere Zuleitung eine kurze Ver- bindung zwischen einem Bereich der Sammelleitung und einem dem Katalysator benachbarten Bereich der Abgasleitung herstellt und wobei von der längeren Zuleitung wenigstens eine Abgasrückführungsleitung abzweigt.

Durch diese Anordnung wird erreicht, daß das sogenannte Package innerhalb des Kraftfahrzeuges für die Abgasleitung und den Katalysator positiv gelöst wer- den kann ; die Zuleitung mit der größeren Leitungslänge liegt in einem Bereich des Kraftfahrzeuges, in dem eine optimale Kühlung möglich ist. Trotzdem wird bei einer Inbetriebnahme des Kraftfahrzeuges durch Absperren der Zuleitung mit größerem Querschnitt die andere Zuleitung für eine rasche Aufheizung des Ka- talysators sorgen. Durch die Entnahme des Abgases aus einer Stelle der länge- ren Zuleitung wird bei allen Betriebsarten ein Abgas mit einer verringerten Tem- peratur entnommen. Mit diesem"gekühlten"Abgas kann die Verbrennungstem- peratur weiter verringert werden. Außerdem wird durch verringerte Temperatur eine höhere Abgasmenge zurückgeführt, der Verbrauch sinkt und der Wirkungs- grad wird gesteigert.

In Ausgestaltung der Erfindung kann die Verbrennungskraftmaschine mit den in Reihe angeordneten Zylindern quer zur Fahrtrichtung angeordnet sein und die Abgaskrümmer der Zylinder in Fahrtrichtung gesehen sich hinter der Verbren- nungskraftmaschine befinden. Dadurch ergeben sich besonders günstige Raum- verhältnisse und die Führung der Abgasleitungen wird vereinfacht.

In Ausgestaltung der Erfindung kann das Ventil zum Absperren der Verbin- dungsleitung mit größerer Leitungslänge im Bereich des Bogens der Abgaslei- tung in Fahrtrichtung gesehen vor der Verbrennungskraftmaschine angeordnet sein ; dadurch ergeben sich zusätzliche Kühlungsmöglichkeiten für diese Ein- richtung, was für eine ordnungsgemäße Funktion wichtig ist. In diesem Fall ist die Entnahmestelle für das zurückzuführende Abgas zwischen dem Ventil und dem Katalysator angeordnet.

Vorteilhaft ist dabei auch, dieses Ventil, in Strömungsrichtung der Abgase gese- hen, vor oder hinter dem Bogen anzuordnen ; abhängig davon, wo die besseren Kühlmöglichkeiten vorhanden sind.

Bevorzugt ist in der Abgasrückführungsleitung ein Proportionalventil angeordnet.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird mit Bezug zu der Abbildung, welche eine perspektivische Darstellung der erfindungsgemäßen Anordnung mit einer Verbrennungskraftmaschine, den Abgasleitungen von der Verbrennungskraftma- schine zum Katalysator und der Abgasrückführungsleitung enthält, dargestellt.

Eine Verbrennungskraftmaschine 1 weist in Reihe angeordnete Zylinder auf ; die Anordnung der Zylinderreihe erfolgt beim Ausführungsbeispiel, so wie in den Figuren dargestellt, quer zur Fahrtrichtung. Die Abgase der Verbrennungskraft- maschine werden über einen Abgaskrümmer 2 einem Entkoppelungselement 11

zugeleitet. Von dort werden die Abgase über eine Abgasleitung, die insgesamt mit 3 bezeichnet ist, einem Katalysator 8 zugeführt. Dieser Katalysator kann auch eine Einrichtung zur Reduktion der NOx-Bestandteile der Abgase bei ma- gerem Betrieb der Verbrennungskraftmaschine enthalten.

Kurz nach dem Entkoppelungselement 11 ist eine Möglichkeit vorgesehen, die Abgase sowohl einer Zuleitung 4 mit größerer Leitungslänge zuzuführen, als auch einer Zuleitung 5, die auf kurzem Wege die Abgase einem Bereich 13 der Abgasleitung zuführt. Dabei entnimmt die Zuleitung 5 die Abgase der Zuleitung 4 in einem Bereich 12. Der Bereich 13 liegt bevorzugt in der Abgasleitung 7 kurz vor ihrer Einmündung in den Katalysator 8. Die Zuleitung 4 mit größerem Quer- schnitt verläuft dann in Fahrtrichtung zu einem bogenförmigen Bereich 6, der unterhalb der Verbrennungskraftmaschine 1 und in Fahrtrichtung gesehen vor der Verbrennungskraftmaschine 1 angeordnet ist. Die Weiterführung der Ab- gase erfolgt dann durch eine Abgasleitung 7, die entgegen der Fahrtrichtung verläuft und die Abgase dem Katalysator 8 zuführt.

Vor dem bogenförmigen Bereich 6 der Abgasleitung 3 ist ein Absperrventil 9 vorgesehen, das zwischen der Zuleitung 4 und dem bogenförmigen Bereich 6 liegt. Das Absperrventil 9 wird durch eine Betätigungsvorrichtung 10 betätigt.

Die Anordnung des Absperrventils kann insbesondere dann, wenn die Kühlver- hältnisse dort besser sind, auch nach dem bogenförmigen Bereich 6 erfolgen.

Zwischen der Entkoppelungseinrichtung 11 und dem Katalysator 8 ist die Abgas- rückführungsleitung 15 angeschlossen. Bevorzugt mündet die Abgasrückfüh- rungsleitung 15 nahe dem Bereich 13 ein. Sie enthält ein in der Zeichnung nicht dargestelltes Absperrventil, welches bevorzugt als Proportionalventil ausgebildet ist.

Beim Starten der Verbrennungskraftmaschine 1 sorgt die Betätigungsvorrichtung 10 für das Absperrventil 9 zunächst dafür, daß die Zuleitung 4 geschlossen ist.

Dadurch gelangen die Abgase über die Zuleitung 5 auf kurzem Wege zum Ka- talysator 8 und sorgen hier für eine rasche Aufheizung desselben. Durch den Unterdruck in der Abgasrückführungsleitung 15 wird über den Abschnitt 13 und die Zuleitung 5 relativ kühles Abgas angesaugt. Abhängig von der Temperatur im Katalysator wird sodann über die Betätigungsvorrichtung 10 das Absperrven- til 9 geöffnet, wodurch dann der Weg der Abgase über die Zuleitung 4, den bo- genförmigen Bereich 6 und die Abgasleitung 7 frei wird. Da die Zuleitung 4 einen größeren Querschnitt aufweist als die Zuleitung 5, gelangt so der weitaus grös- sere Teil der Abgase über die Zuleitung 4 und den bogenförmigen Bereich 6 zum Katalysator. Auch in dieser Betriebsart wird durch den Unterdruck in der Abgasrückführungsleitung 15 relativ kühles Abgas angesaugt, dann allerdings über den Bogen 6.