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Diese
Erfindung betrifft Brennkraftmaschinen und insbesondere ein System
zur Schadstoffbegrenzung für
eine Brennkraftmaschine, das während des
Warmlaufens des Motors verringerte Kohlenwasserstoffemissionen ermöglicht.
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Das
Ausrüsten
einer Brennkraftmaschine mit einem System zur Schadstoffbegrenzung
mit einem Katalysator zur Verringerung von Kohlenwasserstoffemissionen
des Motors während
des Laufens des Motors ist bekannt.
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Bei
einem herkömmlichen
System zur Schadstoffbegrenzung tritt aber das Problem auf, dass
Kohlenwasserstoffemissionen erzeugt werden, sobald der Motor startet,
ein herkömmlicher
Katalysator aber nicht in der Lage ist, diese Emissionen zu konvertieren,
bis er eine vorbestimmte Temperatur erreicht hat, die normalerweise
als seine Anspringtemperatur bezeichnet wird. Daher gibt es nach
einem Kaltstart einen Zeitraum, in dem die Kohlenwasserstoffemissionen
sehr hoch sind, bis der Katalysator aktiv wird.
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Daher
wurde zum Beispiel in US Patent Nr. 5,937,637 vorgeschlagen, einen
Kohlenwasserstoff-Filter in das System zur Schadstoffbegrenzung zu
integrieren, um diese Kohlenwasserstoffe während des Zeitraums des anfänglichen
Warmlaufens zu absorbieren.
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Derartige
Vorrichtungen verwenden Zeolite wie Moldenit oder ein Zeolit des
Typs Y, die beim Absorbieren von Kohlenwasserstoffen unter einem
ersten bzw. Speicher-Temperaturgrenzwert sehr wirksam sind, d.h.
normalerweise in dem Bereich von 150°C bis 180°C, und dann die zurückgehaltenen Kohlenwasserstoffe
automatisch freisetzen, wenn die Temperatur diesen Speicher-Temperaturgrenzwert überschreitet.
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Ein
Nachteil des in US Patent 5,937,637 vorgeschlagenen Systems ist,
dass eine separate Lufteinspritzeinrichtung verwendet wird, was
nicht nur die Kosten des Motor/Antriebstrangs erhöht, sondern auch
dessen Komplexität
und die Schwierigkeit, den Motor/Antriebstrang in den Grenzen eines
kleinen Motorraums unterzubringen.
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Eine
Aufgabe dieser Erfindung besteht darin, ein verbessertes System
zur Schadstoffbegrenzung für
einen Motor an die Hand zu geben.
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Nach
einer ersten Ausgestaltung der Erfindung wird ein System zur Schadstoffbegrenzung
für einen
Motor mit einem Lufteinlass zum Einlassen von Luft in den Motor
und mit einem Abgaskrümmer
zum Leiten von Abgasen weg vom Motor an die Hand gegeben, wobei
das System zur Schadstoffbegrenzung umfasst: einen mit dem Abgaskrümmer verbundenen Katalysator
zur Aufnahme von Abgasen von diesem, einen stromabwärts des
Katalysators angeordneten Kohlenwasserstoff-Filter zur Aufnahme
von Abgasen von diesem, eine Bypass-Leitung zum gezielten Umgehen des Kohlwasserstoff-Filters,
ein Bypass-Ventil zum Regeln des Strömens von Abgasen durch die Bypass-Leitung,
ein stromabwärts
des Kohlenwasserstoff-Filters angeordnetes Stromregelventil zum Regeln
des Strömens
von Abgasen durch den Kohlenwasserstoff-Filter und eine Gasrückführungsleitung
zur Verwendung beim gezielten Rückführen von in
dem Kohlenwasserstoff-Filter gespeicherten Kohlenwasserstoffen durch
den Motor, wobei die Gasrückführungsleitung
zwischen dem Lufteinlass des Motors und einer stromabwärts des
Kohlenwasserstoff-Filters, aber stromaufwärts des Stromregelventils angeordneten
Position angeschlossen ist.
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Der
Katalysator kann ein motornah angeschlossener Dreiwegekatalysator
sein.
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Der
Kohlenwasserstoff Filter kann in einem Gehäuse eingebaut werden, das einen
ersten Durchlass, in dem sich der Kohlenwasserstoff-Filter befindet,
sowie einen die Bypass-Leitung bildenden zweiten Durchlass bildet.
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Das
Bypass-Ventil und das Stromregelventil können durch ein einzelnes gemeinsames
Ventil, das stromabwärts
des Kohlenwasserstoff-Filters angeordnet ist, gebildet werden.
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Das
einzelne gemeinsame Ventil kann mindestens eine Stellung, in der
Strömen
durch die Bypass-Leitung verhindert und Strömen durch den Kohlenwasserstoff-Filter zu einem Auslass
aus dem System zur Schadstoffbegrenzung gestattet wird, sowie eine
zweite Stellung, in der Strömen
von dem Kohlenwasserstoff-Filter durch die Gasrückführungsleitung umgeleitet wird
und Strömen
durch die Bypass-Leitung
zum Auslass aus dem System zur Schadstoffbegrenzung gestattet wird,
aufweisen.
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In
der Gasrückführungsleitung
kann ein Abgasrückführungsventil
zum Regeln des Strömens von
Abgasen durch dieses vorgesehen werden.
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Der
Lufteinlass des Motors kann ein Ansaugkrümmer des Motors sein.
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Ein
Abgaskühler
kann stromaufwärts
des Kohlenwasserstoff-Filters eingebaut werden, um die in den Kohlenwasserstoff-Filter
eindringenden Abgase zu kühlen.
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Der
Abgaskühler
kann in dem ersten Durchlass stromaufwärts des Kohlenwasserstoff-Filters eingebaut
werden.
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Nach
einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung werden ein Motor mit einem
Lufteinlass zum Einlassen von Luft in den Motor und mit einem Abgaskrümmer zum
Leiten von Abgasen weg vom Motor sowie ein System zur Schadstoffbegrenzung
nach der ersten Ausgestaltung der Erfindung, das direkt mit dem
Abgaskrümmer
des Motors verbunden ist, an die Hand gegeben.
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Die
Gasrückführungsleitung
kann Teil eines Abgasrückführungssystems
des Motors bilden, das zum Rückführen von
Abgasen zurück
zum Lufteinlass des Motors dient.
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Nach
einer dritten Ausgestaltung der Erfindung wird ein Verfahren zum
Steuern eines Systems zur Schadstoffbegrenzung für einen Motor mit einem Lufteinlass
und einem Abgaskrümmer
an die Hand gegeben, wobei das System zur Schadstoffbegrenzung umfasst:
einen mit dem Abgaskrümmer
verbundenen Katalysator zur Aufnahme von Abgasen von diesem, einen
stromabwärts
des Katalysators befindlichen Kohlenwasserstoff-Filter zur Aufnahme
von Abgasen von diesem, eine Bypass-Leitung zum gezielten Umgehen
des Kohlenwasserstoff-Filters sowie eine Gasrückführungsleitung zur Verwendung beim
gezielten Rückführen von
in dem Kohlenwasserstoff-Filter gespeicherten Kohlenwasserstoffen durch
den Motor, wobei das Verfahren während
eines anfänglichen
Motorwarmlaufzeitraums im Anschluss an einen Kaltstart, während dessen
der Katalysator nicht anspringt, was im Wesentlichen alle Abgase aus
dem Motor durch den Kohlenwasserstoff-Filter strömen lässt, das Ermitteln, wenn der
Katalysator anspringt, und wenn das Anspringen des Katalysators
ermittelt ist, das Zulassen eines Strömens von Abgasen durch die
Bypass-Leitung und das Umleiten von durch den Kohlenwasserstoff-Filter
strömenden Abgasen
durch die Gasrückführungsleitung
zurück zum
Lufteinlass des Motors zur neuerlichen Verbrennung umfasst.
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Das
Verfahren kann weiterhin das Verzögern des Öffnens der Bypass-Leitung und
des Umleitens der Abgase durch die Gasrückführungsleitung über eine
vorbestimmte Zeitdauer nach dem Anspringen des Katalysators umfassen.
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Das
Verfahren kann weiterhin das Umleiten von durch den Kohlenwasserstoff-Filter strömenden Abgasen
umfassen, wenn ermittelt wurde, dass der Katalysator oberhalb eines
vorbestimmten Leistungsgrads arbeitet.
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Nun
wird die Erfindung beispielhaft unter Bezug auf die Begleitzeichnungen
beschrieben. Hierbei zeigen:
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1 ein
schematisches Diagramm einer ersten Ausführung eines Motors und eines
Systems zur Schadstoffbegrenzung gemäß der Erfindung;
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2 ein
schematisches Diagramm eines Motors und eines Systems zur Schadstoffbegrenzung
nach einer zweiten Ausführung
der Erfindung; und
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3 ein
kurzes Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Steuern eines Systems
zur Schadstoffbegrenzung gemäß der Erfindung.
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Unter
speziellem Bezug auf 1 wird ein System zur Schadstoffbegrenzung
für eine
Brennkraftmaschine 10 mit einem Luftansaugrohr 11,
durch welches Luft hinein zu einem Lufteinlass in Form eines Ansaugkrümmers 12 zum
Einlassen von Luft in den Motor 10 gesaugt wird. In der
Praxis befindet sich ein Luftfilter zwischen den Luftansaugrohr 11 und
dem Ansaugkrümmer 12,
um die in den Ansaugkrümmer 12 eindringende
Luft zu filtern. Der Motor 10 weist ferner einen Abgaskrümmer 13 zum
Leiten von Abgasen weg vom Motor 10 auf.
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Das
System zur Schadstoffbegrenzung umfasst einen Dreiwegekatalysator 15,
der mit einem Abgaskrümmer 13 des
Motors verbunden ist, einen Kohlenwasserstoff-Filter 18,
eine Bypass-Leitung 21 und ein einzelnes gemeinsames Bypass-
und Stromregelventil 22. Ein solcher Dreiwegekatalysator 15 wird
aufgrund seiner Anordnung nahe den Abgasauslässen des Motors 10 häufig als „motornah
angeschlossener Katalysator" bezeichnet.
Lambda-Sonden 14, 16 sind zum Überwachen der Zusammensetzung
der aus dem Motor 10 austretenden Abgase und der Leistung
des Dreiwegekatalysators 15 stromaufwärts und stromabwärts des
Dreiwegekatalysators 15 angeordnet.
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Der
Dreiwegekatalysator 15 ist über ein biegsames Rohr 17 mit
einem gemeinsamen Gehäuse 20 verbunden,
welches einen ersten Durchlass, in dem der Kohlenwasserstoff-Filter 18 angeordnet
ist, und einen zweiten Durchlass, der die Bypass-Leitung 21 bildet,
verbunden. Das System zur Schadstoffbegrenzung weist einen Auslass
in Form einer Abgasleitung 30 auf, die mit dem gemeinsamen
Gehäuse 20 verbunden
ist und Abgase aus diesem zu einem stromabwärts befindlichen Schalldämpfer und
dann über
ein (nicht dargestelltes) Endrohr hinaus an die Atmosphäre leitet.
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Die
Bypass-Leitung 21 verläuft
von einer Stelle stromaufwärts
des Kohlenwasserstoff-Filters 18 zu einer Stelle stromabwärts des
Kohlenwasserstoff-Filters 18,
so dass, wenn die Bypass-Leitung 21 offen ist, Abgase bei
sehr geringem Strömwiderstand von
dem Dreiwegekatalysator 15 zu dem Auslass 30 strömen können. Es
versteht sich, dass die Bypass-Leitung durch einen separaten Kanal
gebildet werden könnte
und dass die Erfindung nicht auf eine Ausführung beschränkt ist,
bei der der Kohlenwasserstoff-Filter und die Bypass-Leitung in einem
gemeinsamen Gehäuse
ausgebildet sind.
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Das
einzelne gemeinsame Bypass- und Stromregelventil 22 dient
zum Regeln des Strömens von
Abgasen durch die ersten und zweiten Durchlässe und ist stromabwärts des
Kohlenwasserstoff-Filters 18 angeordnet. Das gemeinsame
Ventil 22 hat mindestens eine erste Stellung, in der Strömen durch die
Bypass-Leitung 21 verhindert
und Strömen
durch den Kohlenwasserstoff-Filter 18 zu dem Auslass 30 gestattet
wird, sowie eine zweite Stellung, in der Strömen von dem Kohlenwasserstoff-Filter 18 durch
eine Gasrückführungsleitung 23 umgeleitet
wird und Strömen
durch die Bypass-Leitung 21 zu dem Auslass 30 gestattet
wird. In dem gezeigten Beispiel wird eine einfache Luftklappe gezeigt,
doch versteht sich, dass jedes geeignete Ventil verwendet werden
könnte.
Es versteht sich ferner, dass separate Regel- und Bypass-Ventile
zum Regeln des Strömens
von Abgasen durch den ersten und den zweiten Durchlass verwendet
werden könnten.
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Das
gemeinsame Steuerventil 22 in dem dargestellten Beispiel
wird über
einen (nicht dargestellten) Unterdrucksteller, der durch ein (nicht
dargestelltes) elektronisches Steuergerät gesteuert wird, durch Unterdruck
betätigt.
Es versteht sich aber, dass das gemeinsame Ventil 22 auf
andere Weise durch das elektronische Steuergerät betätigt werden könnte.
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Das
elektronische Steuergerät
empfängt mehrere
Eingaben, darunter Messungen des Kraftstoff-/Luftverhältnisses
von den Lambda-Sonden 14, 16 sowie Messungen der
Temperatur an verschiedenen Stellen entlang der Strömstrecke
durch das, System zur Schadstoffbegrenzung. Diese Eingaben können durch
das elektronische Steuergerät
zum Steuern der Stellung des gemeinsamen Ventils 22 verwendet
werden.
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Die
Gasrückführungsleitung 23 ist
zwischen den Ansaugkrümmer 12 und
einer Stelle stromabwärts
des Kohlenwasserstoff-Filters 18, aber stromaufwärts des
gemeinsamen Ventils 22 angeschlossen. In der Gasrückführungsleitung 23 ist
ein Abgasrückführungsventil 24 für das Regeln
des Strömens von
Abgasen durch diese angeordnet. Die Gasrückführungsleitung 23 stellt
einen Teil eines Abgasrückführungssystems
für den
Motor 10 dar.
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Sobald
der Motor gestartet wird, beginnt das elektronische Steuergerät zu arbeiten,
um die Stellung des gemeinsamen Ventils 22 zu steuern.
Wird der Motor nach längerer
Ruhezeit kalt gestartet, ist es wahrscheinlich, dass der Dreiwegekatalysator 15 im Wesentlichen
Umgebungstemperatur aufweist und daher erheblich unter seiner Anspringtemperatur
von etwa 250°C
bis 350°C
liegt, bei der er Kohlenwasserstoffe aus den Abgasen zu entfernen
beginnt. Unter diesen Bedingungen hat der Dreiwegekatalysator 15 keine
reduzierende Wirkung auf Kohlenwasserstoffemissionen, und daher
ist es wünschenswert,
dass alle Abgase durch den Kohlenwasserstoff-Filter 18 strömen. Der
hier verwendete Begriff "angesprungen" bedeutet, dass der
Dreiwegekatalysator 15 bei einer über seiner Anspringtemperatur
liegenden Temperatur arbeitet.
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Das
elektronische Steuergerät
ist daher dafür
programmiert, das gemeinsame Ventil 22 in eine Stellung
zu steuern bzw. zu bewegen, in der das Strömen von Abgasen durch den zweiten
Durchlass bzw. die Bypass-Leitung 21 (wie in 1 gezeigt)
gesperrt ist, das Strömen
von Abgasen durch die erste Strömstrecke
und somit durch den Kohlenwasserstoff-Filter 18 zu dem
Auslass 30 aber ungehindert ist.
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Während dieses
anfänglichen
Motorwarmlaufzeitraums strömen
die gesamten Abgase durch den Kohlenwasserstoff-Filter 18,
der sämtliche
Kohlenwasserstoffe in den Abgasen absorbiert. Dieser Warmlaufzustand
dauert solange, bis die Anspringtemperatur des Dreiwegekatalysators 15 erreicht
ist. Diese Temperatur kann unter Verwendung von Temperaturmodellierung
oder durch Verwendung der Eingabe eines (nicht dargestellten) Temperaturmessfühlers, der
nahe dem Dreiwegekatalysator 15 angeordnet ist, vorausberechnet
werden.
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Wenn
der Motor weiter läuft,
steigt die Temperatur der durch den Dreiwegekatalysator 15 strömenden Abgase
weiter an, bis nach Verstreichen einer bestimmten Zeitspanne die
Temperatur der Abgase hoch genug ist, so dass die Träger des
Dreiwegekatalysators 15 ihre Anspringtemperatur erreichen können und
der Dreiwegekatalysator 15 beginnt, die Kohlenwasserstoffemissionen
des Motors 10 erheblich zu reduzieren. Es versteht sich,
dass der Dreiwegekatalysator 15 bei dieser Temperatur nicht
bei Spitzenleistung arbeitet, aber ausreichend Konvertierungsleistung
erreicht hat, um die Absorbiereigenschaften des Kohlenwasserstoff-Filters 18 überflüssig zu
machen. Dieser Vorgang tritt etwa 30 bis 50 Sekunden nach dem ersten
Motorkaltstart ein, wenn der Motor entsprechend einem typischen
Emissionstestzyklus betrieben wird. Ein Vorteil bei der Verwendung
eines "motornah
angeschlossenen Katalysators" ist,
dass die zeitliche Verzögerung
bis zum Anspringen minimiert wird und daher die Speicherkapazität des Kohlenwasserstoff-Filters 18 nicht
so groß sein
muss, wie sie sein müsste,
wenn der Katalysator weiter weg vom Motor 10 angeordnet
ist.
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Um
aber sicherzugehen, dass alle Kohlenwasserstoffe aus dem Dreiwegekatalysator 15 und dem
den Dreiwegekatalysator 15 mit dem Kohlenwasserstoff-Filter 18 verbindenden
biegsamen Rohr 17 gespült
wurden, ist das elektronische Steuergerät so programmiert, dass es
das Öffnen
der Bypass-Leitung 21 und
das Umleiten der Abgase von dem Kohlenwasserstoff-Filter 18 durch
die Gasrückführungsleitung 23 eine
vorbestimmte Zeit lang verzögert.
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Wenn
der Dreiwegekatalysator 15 anspringt und die vorbestimmte
zeitliche Verzögerung
verstrichen ist, wird das gemeinsame Ventil 22 in seine zweite
Stellung bewegt und Abgase dürfen
ungehindert von dem Dreiwegekatalysator 15 durch die Bypass-Leitung 21 zu
dem Auslass 30 strömen,
werden aber am Strömen
von dem Kohlenwasserstoff-Filter 18 zu dem Auslass 30 gehindert.
In dieser zweiten Stellung leitet das gemeinsame Ventil 22 alle
durch den Kohlenwasserstoff-Filter 18 strömenden Abgase in
die Gasrückführungsleitung 23 um,
durch die sie, wenn das Abgasrückführungsventil 24 offen
ist, zurück
zum Ansaugkrümmer 12 des
Motors 10 geleitet werden.
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Alle
Kohlenwasserstoffe, die in dem Kohlenwasserstoff-Filter 18 gespeichert
sind, können
jetzt zur neuerlichen Verbrennung zurück zum Motor 10 zurückgeführt werden.
Eines der Merkmale eines Kohlenwasserstoff-Filters 18 ist,
dass er temperaturempfindlich ist und dass die gespeicherten Kohlenwasserstoffe
freigesetzt werden, wenn die Temperatur des Kohlenwasserstoff-Filters 18 eine
vorbestimmte Temperatur erreicht. Diese Freisetzungstemperatur hängt von
dem für
den Kohlenwasserstoff-Filter 18 verwendeten Material ab,
pflegt aber in dem Bereich von 150°C bis 180°C zu liegen. Wenn die Temperatur
des Kohlenwasserstoff-Filters 18 die Freisetzungstemperatur
erreicht, werden daher allmählich
Kohlenwasserstoffe von dem Kohlenwasserstoff-Filter 18 freigesetzt
und strömen,
wenn das Abgasrückführungsventil 24 offen
ist, durch die Gasrückführungsleitung 23 zurück zum Motor 10.
Dies ist aber kein Problem, da zum Zeitpunkt, da das Abgasrückführungsventil 24 geöffnet hat,
der Dreiwegekatalysator 15 bei einer annehmbaren Betriebsleistung arbeitet
und daher aus dem Motor 10 austretende Kohlenwasserstoffe
von dem Dreiwegekatalysator 15 konvertiert werden. D.h.
das Abgasrückführungsventil 24 kann
geschlossen bleiben, nachdem sich das gemeinsame Ventil 22 in
seine zweite Stellung bewegt hat, wenn der Dreiwegekatalysator 15 einen vorbestimmten
Konvertierungsleistungsgrad nicht erreicht hat. Die Konvertierungsleistung
des Dreiwegekatalysators 15 wird durch das elektronische
Steuergerät
unter Verwendung der stromaufwärts
und stromabwärts
befindlichen Lambda-Sonden (Hego) 14, 16 ermittelt.
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Einer
der Vorteile der Erfindung ist, dass der Kohlenwasserstoff-Filter 18 einfach
Kohlenwasserstoffe zurückhält und dann
freisetzt. Dies bedeutet, dass bei seiner Konstruktion keine Metalle
der Platingruppe verwendet werden müssen. Dies senkt die Fertigungskosten
des Kohlenwasserstoff-Filters erheblich und erhöht aufgrund der Blockierwirkung,
die Metalle der Platingruppe auf die in einem Kohlenwasserstoff-Filter
verwendeten Zeoliten haben, die wirksame Speicherkapazität pro Volumeneinheit
des Kohlenwasserstoff-Filters 18. Metalle der Platingruppe
sind nicht erforderlich, da die freigesetzten Kohlenwasserstoffe
durch den Motor 10 recycelt werden und von dem Dreiwegekatalysator 15 behandelt
werden.
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Da
die geltenden Schadstoffbestimmungen sehr streng sind, ist das Abgasverhalten
während des
Startens ein Problem, und daher neigen herkömmliche Systeme zur Schadstoffbegrenzung
dazu, zur Verkürzung
der Zeit, nach der ein Anspringen erreicht wird, bei dem motornah
angeschlossenen Dreiwegekatalysator hohe Belegungen mit Metallen der
Platingruppe zu verwenden. Es besteht auch die Tendenz, längere Zeiträume, in
denen der Motor ineffizient läuft,
zu verwenden, um ein schnelles Aufwärmen des Dreiwegekatalysators
nicht nur bis zum Anspringen, sondern auch auf eine Temperatur zu
verwirklichen, bei der er nahe seiner Spitzenleistung arbeitet.
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Weitere
Vorteile der Erfindung sind, dass die Belegung mit Metallen der
Platingruppe in dem motornah angeschlossenen Katalysator durch Verwenden
eines erfindungsgemäßen Systems
zur Schadstoffbegrenzung erheblich reduziert werden kann, da es
nicht länger
wesentlich ist, den Dreiwegekatalysator sobald wie möglich anspringen
zu lassen, da während
des ersten Warmlaufs des Motors 10 Kohlenwasserstoffe von
dem Kohlenwasserstoff-Filter 18 zurückgehalten werden.
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Unter
Bezug auf 3 wird ein Ablaufdiagramm gezeigt,
welches das von dem elektronischen Steuergerät zum Steuern der Stellung
des gemeinsamen Ventils 22 verwendete Verfahren zeigt.
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Das
Verfahren setzt sein, wenn der Motor bei Schritt 110 startet,
was einem Zustand "Zündung ein" entspricht.
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Der
erste Funktionsschritt bei Schritt 110 ist das Stellen
des gemeinsamen Ventils 22 auf seine erste Stellung, in
der Abgase durch den Kohlenwasserstoff-Filter 18, aber
nicht durch die Bypass-Leitung 21 strömen. Dies soll sicherstellen,
dass die über
den Auslass 30 aus dem System zur Schadstoffbegrenzung
austretenden Abgase keine hohen Werte an Kohlenwasserstoffen enthalten.
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Bei
Schritt 120 wird entweder durch Verwendung einer direkten
Temperaturmessung oder durch Modellierung ermittelt, ob der Dreiwegekatalysator 15 angesprungen
ist. Wenn ermittelt wird, dass der Dreiwegekatalysator 15 nicht
angesprungen ist, dann wiederholt das Verfahren Schritt 120,
wenn aber ermittelt wird, dass der Dreiwegekatalysator 15 angesprungen
ist, dann geht das Verfahren zu Schritt 130 weiter, wo
eine vorbestimmte zeitliche Verzögerung verwendet
wird, um ein Spülen
von Kohlenwasserstoffen aus dem Dreiwegekatalysator 15 und
aus den den Dreiwegekatalysator 15 mit dem Kohlenwasserstoff-Filter 18 verbindenden
Rohren 17 zu ermöglichen.
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Dann
geht das Verfahren zu Schritt 140 weiter, bei dem das gemeinsame
Ventil 22 durch das elektronische Steuergerät in seine
zweite Stellung bewegt wird, was Abgase durch die Bypass-Leitung 21 zum
Auslass 30 strömen
lässt und
durch den Kohlenwasserstoff-Filter 18 strömende Abgase
in die Gasrückführungsleitung 23 umleitet.
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Bei
Schritt 150 wird das Abgasrückführungsventil 24 geöffnet, so
dass Abgase von dem Kohlenwasserstoff-Filter 18 durch die
Gasrückführungsleitung 23 zurück zum Motor 10 zu
strömen
beginnen. Schritt 150 tritt ein, wenn das elektronische
Steuergerät
ermittelt hat, dass der Dreiwegekatalysator 15 bei oder
oberhalb einer vorbestimmten Betriebsleistung arbeitet. Es versteht
sich, dass das gemeinsame Ventil 22 in seine zweite Stellung
bewegt werden kann, doch bis zum Öffnen des Abgasrückführungsventils 24 kein
Strömen
zurück
zum Motor 10 erfolgt.
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Tatsächlich bleiben
während
dieses Zeitraums alle in dem Kohlenwasserstoff-Filter 18 zurückgehaltenen
Kohlenwasserstoffe im Kohlenwasserstoff-Filter 18 oder
werden, wenn sie freigesetzt werden, in der Gasrückführungsleitung 23 gehalten. Das
ist wichtig, da es nicht erwünscht
ist, die Kohlenwasserstoffe durch den Motor 10 zu recyceln,
bis der Dreiwegekatalysator 15 nahe seiner maximalen Konvertierungsleistung
arbeitet. Es versteht sich, dass während dieses Zeitraums kein
wesentliches Strömen
von Abgasen durch den Kohlenwasserstoff-Filter 18 erfolgt,
da die Strömstrecke
von dem Kohlenwasserstoff-Filter 18 zu dem Auslass 30 durch
das gemeinsame Ventil 22 gesperrt wird und die Gasrückführungsleitung 23 durch
das geschlossene Abgasrückführungsventil 24 gesperrt
wird.
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Wenn
das Abgasrückführungsventil 24 geöffnet wird,
beginnen Abgase durch den Kohlenwasserstoff-Filter 18 zu
strömen,
und aufgrund der hohen Temperatur dieser Abgase werden zurückgehaltene Kohlenwasserstoffe
aus dem Kohlenwasserstoff-Filter 18 freigesetzt und strömen über die
Gasrückführungsleitung 23 zurück zum Motor 10.
Dieser Prozess wird fortgesetzt, bis alle gespeicherten Kohlenwasserstoffe
freigesetzt sind, woraufhin die Strömstrecke durch den Kohlenwasserstoff-Filter 18 lediglich
Teil des an dem Motor 10 angebrachten Abgasrückführungssystems
bildet.
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Es
versteht sich, dass ein (nicht dargestelltes) drittes Ventil stromaufwärts des
Kohlenwasserstoff-Filters angeordnet werden könnte. Wenn alle Kohlenwasserstoffe
aus dem Kohlenwasserstoff-Filter freigesetzt sind, könnte dieses
Ventil geschlossen werden, was ein Strömen von Abgasen durch den Kohlenwasserstoff-Filter
verhindert und sie durch eine (nicht dargestellte) zweite Gasrückführungsleitung
zurück
zum Abgasrückführungsventil 24 umleitet.
Das würde
die Zeitspanne reduzieren, in der der Kohlenwasserstoff-Filter den
heißen
Abgasen ausgesetzt sein muss. Ferner könnte dieses dritte Ventil zum
Absperren des Zugangs zum Kohlenwasserstoff-Filter verwendet werden,
um ein Rückströmen von
Kohlenwasserstoffen von diesem in dem Zeitraum zu verhindern, da
die Abgase durch die Bypass-Leitung strömen, das Abgasrückführungsventil aber
noch nicht geöffnet
hat.
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Unter
Bezug auf 2 wird ein System zur Schadstoffbegrenzung
gezeigt, das in den meisten Punkten mit dem vorstehend unter Bezug
auf 1 beschriebenen identisch ist, und wird daher
nicht nochmals eingehend beschrieben.
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Der
einzige wesentliche Unterschied zwischen dem in 2 gezeigten
System zur Schadstoffbegrenzung und dem in 1 gezeigten
ist, dass stromaufwärts
des Kohlenwasserstoff-Filters 18 ein wassergekühlter Abgaskühler 25 angeordnet
ist, so dass alle durch den Kohlenwasserstoff-Filter 18 strömenden Abgase
zuvor von dem Abgaskühler 25 gekühlt wurden
und der Kohlenwasserstoff-Filter 18 daher nie einer vollen
Abgastemperatur ausgesetzt wird.
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Der
Abgaskühler 25 ist
mit einem (nicht dargestellten) Hauptkühlkreislauf des Motors 10 verbunden,
von wo er mit Motorkühlmittel
versorgt wird. Das Kühlmittel
strömt
durch den Abgaskühler 25 und
wird dann zurück
zu dem Hauptkühlkreislauf
des Motors geleitet. Der Abgaskühler 25 kann
daher einen Teil der Wärme
der Abgase zurückgewinnen
und sie dem Hauptkühlkreislauf
zurückgeben.
Das ist nach dem Kaltstarten des Motors vorteilhaft, da es das Warmlaufen
des Motors beschleunigt, wodurch Motorwarmlaufemissionen reduziert
werden, was die Warmlauf-Kraftstoffwirtschaftlichkeit erhöht und die Leistung
der Fahrzeuginnenraumheizung verbessert.
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Die
Funktion des Abgaskühlers 25 besteht darin,
die Temperatur des Kohlenwasserstoff-Filters 18 längere Zeit,
als sonst der Fall ist, unter der Kohlenwasserstoff-Freisetzungstemperatur
zu halten. Dies ist nützlich,
da es die verfügbare
Zeit zum Aufwärmen
des Dreiwegekatalysators verlängert
und daher die Kosteneinsparungen maximiert, die durch Verringern
der Platinbelegung des Dreiwegekatalysators verwirklicht werden
können,
und sicherstellt, dass ein ineffizienter Motorbetrieb beendet werden kann,
sobald der Dreiwegekatalysator 15 angesprungen ist, und
nicht fortgesetzt werden muss, um die Kraftstoffwirtschaftlichkeit
während
dieses Zeitraums zu maximieren.
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Die
Verwendung des Abgaskühlers 25 senkt auch
das Risiko eines Austretens von Kohlenwasserstoffen während des
Zeitraums, da die Bypass-Leitung offen ist, das Abgasrückführungsventil
aber noch nicht geöffnet
hat, indem die Temperatur des Kohlenwasserstoff-Filters während dieses
Zeitraums unter seiner Freisetzungstemperatur gehalten wird. Wenn
zum Beispiel die Freisetzungstemperatur des Kohlenwasserstoff-Filters
bei 180°C
liegt, die Anspringtemperatur des Dreiwegekatalysators 275°C beträgt, der
Dreiwegekatalysator bei der vorbestimmten Leistung bei einer Mindesttemperatur
von 380°C arbeitet
und der Abgaskühler 25 die
Temperatur der durch ihn strömenden
Abgase um 200°C
senkt, dann setzt der Kohlenwasserstoff-Filter keine nennenswerten
Mengen an Kohlenwasserstoffen frei, bis die Abgastemperatur einen
Wert von über
380°C erreicht.
Ohne Abgaskühler
dagegen kann es zu einer gewissen Freisetzung von Kohlenwasserstoffen
aus dem Kohlenwasserstoff-Filter kommen, bevor das Abgasrückführungsventil öffnet, wenngleich
dies davon abhängt,
ob ausreichend Wärme
von den durch die Bypass-Leitung strömenden Abgasen auf den Kohlenwasserstoff-Filter übertragen
wird. D.h. ohne Abgaskühler
könnte
die Temperatur in dem Kohlenwasserstoff-Filter 180°C übersteigen, bevor der Dreiwegekatalysator
380°C erreicht,
bei welchem Wert seine Leistung hoch genug ist, um ein effizientes Rückführen der
gespeicherten Kohlenwasserstoffe zu erlauben.
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Wie
zuvor ist der Kohlenwasserstoff-Filter 18 einfach ein Filter,
der Kohlenwasserstoffe zurückhält und dann
freisetzt. Dies bedeutet, dass bei seiner Konstruktion keine Metalle
der Platingruppe verwendet werden müssen.
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Der
Betrieb des Systems zur Schadstoffbegrenzung ist genau wie oben
unter Bezug auf 1 und 3 beschrieben.
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Es
ist für
den Fachmann auf dem Gebiet offensichtlich, dass die Erfindung beispielhaft
unter Bezug auf eine oder mehrere Ausführungen beschrieben wurde,
sie aber nicht auf die offenbarten Ausführungen beschränkt ist
und dass Abwandlungen der offenbarten Ausführungen oder alternative Ausführungen
konstruiert werden könnten,
ohne vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen.
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Es
ist zwar zum Beispiel im Hinblick auf die Kosten vorteilhaft, einen
keine Metalle der Platingruppe aufweisenden Kohlenwasserstoff-Filter
zu verwenden, doch versteht sich, dass die Erfindung nicht auf einen
solchen Kohlenwasserstoff-Filter beschränkt ist und mit vorteilhafter
Wirkung unter Verwendung eines beliebigen geeigneten Kohlenwasserstoff-Filters
eingesetzt werden kann, darunter solche, die Metalle der Platingruppe
aufweisen.