DE102017212307A1

DE102017212307A1 - Abgasanlage für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102017212307A1
Application number: DE102017212307.9A
Authority: DE
Inventors: Uli Blümelhuber; Carina Höfler
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2017-07-19
Filing date: 2017-07-19
Publication date: 2019-01-24
Also published as: WO2019015845A1; US11421576B2; EP3655634A1; US20200049055A1; EP3655634B1; CN110612384A

Abstract

Abgasanlage für eine Brennkraftmaschine eines Einspurfahrzeuges, wobei die Abgasanlage an einen Abgasauslass eines Zylinderkopfes der Brennkraftmaschine anordenbar ist und wobei eine zylinderkopfnahe erste Lambdasonde in der Abgasanlage vorgesehen ist, die in Strömungsrichtung eines Abgases vor einer Abgasreinigungsanlage angeordnet ist, wobei in Strömungsrichtung des Abgases nach der Abgasreinigungsanlage eine zweite Lambdasonde in der Abgasanlage vorgesehen ist, wobei die zweite Lambdasonde höchstens dem vierfachen Durchmesser der Abgasreinigungsanlage von der Abgasreinigungsanlage entfernt in der Abgasanlage angeordnet ist.Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Abgasanlage für eine Brennkraftmaschine eines Einspurfahrzeuges ist die Lambdasonde im Nicht-Sicht-Bereich des Einspurfahrzeuges angeordnet, bei gleichzeitiger Überprüfung der Qualität der Abgasreinigung.

Description

Die Erfindung betrifft eine Abgasanlage für eine Brennkraftmaschine eines Einspurfahrzeuges mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Aus dem Kraftfahrzeugbau ist beispielsweise aus der Deutschen Offenlegungsschrift DE 3 921 345 A1 eine Vorrichtung zum Verringern von Abgasschadstoffkomponenten einer Brennkraftmaschine bekannt. Die Brennkraftmaschine weist in ihrem Abgasstrang einen Katalysator, sowie zwei Sauerstoffsonden (Lambdasonden) auf. Die erste Sonde ist stromauf des Katalysators angeordnet, die zweite im Katalysator. Die Anordnung dieser zwei Sonden ermöglicht eine hohe Regelfrequenz unter Berücksichtigung des Katalysatorzustandes und unter Ausschluss von Wasserstoffquerempfindlichkeit. In dem, der zweiten Sonde nachgeschalteten Katalysator werden die von dieser Sonde erkannten, noch nicht vollständig umgesetzten Abgase restlos umgesetzt.
Für die Diagnose eines Abgaskatalysators und/oder eines Abgassensors eines Kraftfahrzeugverbrennungsmotors ist aus der Deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2010 050 055 A1 ein Verfahren dafür bekannt.
Hierfür weist die Abgasanlage vor dem Katalysator zwei Sauerstoffsensoren sowie nach dem Katalysator einen weiteren Sauerstoffsensor auf, deren Signale von einem Steuergerät ausgewertet werden.
Zum weiteren technischen Umfeld wird auf die Deutsche Offenlegungsschrift DE 195 41 903 A1 hingewiesen. Aus dieser Offenlegungsschrift ist ein Überwachungssystem für die Abgasreinigung einer Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug bekannt, wobei zwei Lambdasonden vorgesehen sind, von denen eine stromauf und die andere beheizbare stromab des Katalysators angeordnet ist. Ausgehend von einem Kaltstart der Brennkraftmaschine wird im Wesentlichen bis zum Erreichen der Katalysatoranspringtemperatur (lightoff-Temperatur) die stromabwärtige Sonde nicht beheizt, sondern zur Ermittlung der Abgastemperatur verwendet, wobei das Erreichen einer Mindesttemperatur binnen einer gewissen Zeitspanne überprüft wird.
Diese bekannten Abgasreinigungsvorrichtungen sind jedoch ausschließlich für Kraftfahrzeuge vorgesehen, und können nicht ohne weiteres auf ein Einspurfahrzeug, wie beispielsweise ein Motorrad, ein Moped, ein Mokick oder ein Mofa übertragen werden.
Um einen emissionsarmen Betrieb eines Motorrads mit einer Brennkraftmaschine zu gewährleisten, ist es notwendig, das von der Brennkraftmaschine produzierte Abgas über Abgasreinigungsanlage, wie z. B. einen Katalysator zu reinigen. Um dies effizient zu gestalten werden deshalb vor dem Katalysator bestimmte Werte des Abgases mit einer sogenannten Lambdasonde (Sauerstoffsonde) gemessen. Dabei findet jedoch keine Validierung zur Qualität der Abgasreinigung statt. Zudem ist dieser für Einspurfahrzeuge bekannte Stand der Technik bei weitem nicht ausreichend für zukünftige Abgasnormen wie beispielsweise der EU 5 Norm für Einspurfahrzeuge.
In nachteiliger Weise ist bis heute keine Validierung der Qualität der Abgasreinigung für Einspurfahrzeuge bekannt oder möglich. Diese erfüllen somit auch nicht zukünftige Abgasnormen wie beispielsweise die EU 5 Norm.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Maßnahme aufzuzeigen, um für Einspurfahrzeuge oben genannte Nachteile zu vermeiden.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Ziel der Erfindung ist es, die schädlichen Emissionen von Brennkraftmaschinen für Einspurfahrzeuge, wie z. B. Motorräder weiter zu reduzieren. Dabei wird erfindungsgemäß die Qualität der Abgasreinigung während des Betriebs geprüft. Dies ist über eine ideale Platzierung von zwei Lambdasonden im Abgasstrom der Brennkraftmaschine realisiert.
Die Strömungsmuster des Abgases, das direkt aus der Brennkraftmaschine austritt, sind auch aufgrund der Geometrie des Abgassystems vergleichsweise kompliziert und weisen mit zunehmender Strömungslänge höhere Inhomogenität auf. Es ist dabei vorteilhaft, die erste Lambdasonde möglichst nah am Auslass der Brennkraftmaschine (zylinderkopfnah) zu platzieren. Dieser Abstand soll maximal dem zehnfachen des Durchmessers der Auslassöffnung im Zylinderkopf der Brennkraftmaschine entsprechen.
Zur Prüfung der Qualität der Abgasreinigung wird erfindungsgemäß die zweite Lambdasonde, auch Monitorsonde genannt, hinter dem Katalysator platziert, welche den gereinigten Abgasstrom misst. Dabei soll der Abstand zwischen der zweiten Lambdasonde und dem Katalysator erfindungsgemäß maximal dem vierfachen des Katalysatordurchmessers entsprechen.
Dies erlaubt eine deutlich bessere Bauraumausnutzung innerhalb des nicht sichtbaren Bereichs des Einspurfahrzeuges. Insbesondere soll das System auch bei Abgassystemen eingesetzt werden, die einen Schalldämpfer, insbesondere einen Vorschalldämpfer verwenden. Dabei kann der Vorschalldämpfer zwischen der Brennkraftmaschine und ihrer Schwinge platziert werden. Dies gilt insbesondere für Downpipes und senkrecht durchströmte Abgasanlagenbauteile, wie z. B. Katalysatoren und Schalldämpfer zwischen Hinterrad und Schwinge des Einspurfahrzeuges.
Die erfindungsgemäße Ausgestaltung führt zu einer besseren Abgasmessung und deshalb zu einem umweltfreundlicheren Betrieb des Einspurfahrzeuges. Darüber hinaus werden in vorteilhafter Weise zukünftige Abgasnormen erfüllt, bei gleichzeitiger Ausnutzung von vorhandenem Bauraum im nicht sichtbaren Bereich des Einspurfahrzeuges, was zu einer deutlich verbesserten Package-Verträglichkeit führt.
Im Folgenden ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels in einer einzigen Figur näher erläutert.

1 zeigt eine Aufsicht auf eine Brennkraftmaschine mit einer erfindungsgemäßen Abgasanlage.

1 zeigt eine Aufsicht auf eine Brennkraftmaschine 2 mit einer erfindungsgemäßen Abgasanlage 1 für ein Einspurfahrzeug, wie beispielsweise ein Motorrad, ein Moped, ein Mokick oder ein Mofa.
Die Brennkraftmaschine 2 weist einen Zylinderkopf 3 auf, an dessen nicht bezifferten Abgasauslass eine Abgasanlage 1 angeordnet ist. Die Abgasanlage 1 besteht im Wesentlichen aus einem nicht bezifferten Abgasrohr, in dem zylinderkopfnah eine erste Lambdasonde 4 (Sauerstoffsonde) angeordnet ist. Die erste Lambdasonde 4 befindet sich zwischen dem Zylinderkopf 3 und einer Abgasreinigungsanlage 5. Die Abgasreinigungsanlage 5, wie z. B. einem Dreiwege-Katalysator, ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel von einem zusätzlichen, nicht bezifferten Blechkleid als Hitzeschutz ummantelt. Eine Strömungsrichtung des Abgases ist durch zwei Pfeile dargestellt.
In Strömungsrichtung des Abgases ist nach der Abgasreinigungsvorrichtung 5 eine zweite Lambdasonde 6 (Sauerstoffsonde) in der Abgasanlage 1 angeordnet. Erfindungsgemäß ist die zweite Lambdasonde 6 höchstens dem vierfachen Durchmesser der Abgasreinigungsanlage 5 von der Abgasreinigungsanlage 5 entfernt in der Abgasanlage 1 angeordnet. Der Durchmesser der Abgasreinigungsanlage 5 ist der Durchmesser des katalytisch beschichteten Monolithen, ohne seiner Ummantelung. Der Durchmesser gilt für den Querschnitt kreisrunder Abgasreinigungsanlagen 5. Bei im Querschnitt ovalen Abgasreinigungsanlagen 5 gilt der Abstand des vierfachen des größten Durchmessers des katalytisch beschichteten Monolithen.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist zwischen dem Zylinderkopf 3 und der ersten Lambdasonde 4 ein, in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel nicht dargestellter Schalldämpfer, angeordnet. Dieser Schalldämpfer ist bevorzugt ein Vorschalldämpfer.
Die zylinderkopfnahe Positionierung der ersten Lambdasonde 4 bedeutet, dass die erste Lambdasonde 4 höchstens den zehnfachen Durchmesser des Abgasauslasses in dem Zylinderkopf 3 von dem Zylinderkopf 3 entfernt in der Abgasanlage 1 angeordnet ist.
In einer weiteren Weiterbildung der Erfindung ist der Schalldämpfer zwischen der Brennkraftmaschine und einer Schwinge eines nicht dargestellten Einspurfahrzeuges angeordnet.
Die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Abgasanlage 1 führt zu einer verbesserten Abgasmessung und somit zu einem deutlich umweltfreundlicheren Betrieb der Brennkraftmaschine 2. Darüber hinaus ist es möglich zukünftige Abgasnormen, wie beispielsweise Euro 5, für Einspurfahrzeuge zu erfüllen. Besonders vorteilhaft ist die Ausnutzung von vorhandenem Bauraum im Nicht-Sichtbereich, bei bestmöglicher Package-Verträglichkeit.
Bezugszeichenliste

1: Abgasanlage
2: Brennkraftmaschine
3: Zylinderkopf
4: erste Lambdasonde
5.: Abgasreinigungsanlage
6.: zweite Lambdasonde

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 3921345 A1 [0002]
DE 102010050055 A1 [0003]
DE 19541903 A1 [0005]

Claims

Abgasanlage (1) für eine Brennkraftmaschine (2) eines Einspurfahrzeuges, wobei die Abgasanlage (1) an einen Abgasauslass eines Zylinderkopfes (3) der Brennkraftmaschine (2) anordenbar ist und wobei eine zylinderkopfnahe erste Lambdasonde (4) in der Abgasanlage (1) vorgesehen ist, die in Strömungsrichtung eines Abgases vor einer Abgasreinigungsanlage (5) angeordnet ist, wobei in Strömungsrichtung des Abgases nach der Abgasreinigungsanlage (5) eine zweite Lambdasonde (6) in der Abgasanlage (1) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Lambdasonde (6) höchstens dem vierfachen Durchmesser der Abgasreinigungsanlage (5) von der Abgasreinigungsanlage (5) entfernt in der Abgasanlage (1) angeordnet ist.
Abgasanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Zylinderkopf (3) und der ersten Lambdasonde (4) ein Schalldämpfer angeordnet ist.
Abgasanlage nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schalldämpfer ein Vorschalldämpfer ist.
Abgasanlage nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Lambdasonde (4) höchstens dem zehnfachen Durchmesser des Abgasauslasses von dem Zylinderkopf (3) entfernt in die Abgasanlage (1) angeordnet ist.
Einspurfahrzeug mit einer Abgasanlage nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schalldämpfer zwischen der Brennkraftmaschine und einer Schwinge des Einspurfahrzeuges angeordnet ist.