DE19534903A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Abgasbehandlung von Brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Abgasbehandlung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 bzw. 4.

Aus der DE-42 39 079 A1 ist eine gattungsgemäße Vorrichtung zur Abgasbehandlung bekannt. Diese offenbart eine mit einer Sekun­ därlufteinblasung versehene Brennkraftmaschine, in deren Abgas­ strang ein Brennersystem zum Beispiel zur schnellen Kataly­ sator-Aufheizung angeordnet ist. Dieses System entnimmt dem Kraftstoffeinspritzsystem der Brennkraftmaschine Brennstoff, welcher mittels von einem Sekundärluftgebläse gelieferter Luft in einer Brennerkammer zerstäubt und durch eine Zündvorrichtung entflammt wird.

Wenngleich der genannte Stand der Technik eine rasche Aufhei­ zung des Katalysators bewirkt, so ist hierfür ein erheblicher Bauteilaufwand betreffend Leitungen, Steuer- und Regelventilen, Brenner und Steuerung etc. erforderlich. Zudem kann die bau­ liche Integration des Brenners in einem Kraftfahrzeug zu er­ heblichen Bauraumproblemen führen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Vorrichtung zur Abgasbehandlung von Brennkraftmaschinen mit Se­ kundärlufteinblasung zu schaffen, welche mit geringstem Aufwand an benötigten Bauteilen und Bauraum eine wirksame Reduktion von schädlichen Abgasbestandteilen gewährleistet.

Zusätzlich soll ein diesbezügliches Verfahren zur Abgasbehand­ lung angegeben werden.

Die Lösung der Aufgabe gelingt mit den Merkmalen der Patentan­ sprüche 1 bzw. 4.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den ab­ hängigen Ansprüchen angegeben.

Wenn bei einer gattungsgemäßen Vorrichtung die sekundärluftzu­ führende Leitung mit einer Aufnahme zur Einspeisung von Brenn­ stoff versehen ist und in dieser ein von der elektronischen Steuerung betätigtes Absperrorgan angeordnet ist, so ist in einfachster Weise mit geringsten Aufwand an Bauteilen und Bau­ raum eine deutliche Reduktion von Schadstoffen im Abgas dadurch gegegeben, daß das durch die Zusammenführung von Sekundärluft und Brennstoff entstehende Gemisch im Abgastrang gezündet wird und die exotherme Reaktion durch die Nachverbrennung des Abga­ ses den stromabliegenden Katalysator rasch auf seine Umwand­ lungstemperatur aufheizt. Somit tritt eine Schadstoffreduktion durch die Nachverbrennung und das schnelle Anspringen des Kata­ lysators ein.

Die Applikation an Brennkraftmaschinen mit vorhandener Sekun­ därlufteinblasung ist in einfacher und kostengünstiger Weise möglich, da zusätzlich lediglich eine Verbindung vom vorhande­ nen Kraftstoffversorgungssystem in die vorhandene Sekundärluft­ leitung und ein ansteuerbares Absperrorgan erforderlich ist.

In vorteilhafter Ausgestaltung läßt sich eine den Brennstoff­ druck und die durchgesetzte Menge begrenzende Mengenkalibrier­ düse in die Brennstoffleitung so einsetzen, daß basierend auf der bekannten Menge von eingeblasener Sekundärluft stromab der Brennstoffzumischung ein stöchiometrisches Verhältnis, das heißt Lamda gleich 1, vorliegt.

Eine zuverlässige Entzündung des zugeführten Gemisches ist durch eine auslaßkanalnahe Einspeisung dieses Gemisches gewähr­ leistet, wobei die Zündung durch die bei geöffnetem Auslaßven­ til in den Auslaßkanal schlagende Abgasflamme erfolgt.

Der Betrieb einer erfindungsgemäßen Vorrichtung erfolgt in der Weise, daß nach dem Starten der Brennkraftmaschine eine Abfrage einer relevanten Abgastemperatur vor, im oder hinter dem Kata­ lysator erfolgt, auf deren Basis die Steuerung entscheidet, ob das Absperrorgan zur Brennstoffzufuhr geöffnet wird. Bei einem Kaltstart ist dies der Regelfall, so daß anschließend sowohl der Katalysator als auch die Lamda-Sonde im Abgasstrang schnell erwärmt werden. Hierdurch kann gegebenenfalls eine separate Lamda-Sondenbeheizung entfallen.

Erreicht die aktuell erfaßte Abgastemperatur einen voreinge­ stellten Grenzwert, schließt die Steuerung das Absperrorgan und die Sekundärluftquelle wird erforderlichenfalls im Nachlauf be­ trieben. Dieser Grenzwert ist derart gewählt, daß bei Über­ einstimmung mit der aktuell erfaßten Abgastemperatur die er­ forderliche Umwandlungstemperatur des Katalysators sicher er­ reicht ist.

Eine schematische Zeichnung eines Ausführungsbeispiels der Er­ findung wird nachfolgend näher erläutert.

Eine mit Hubkolben 1 und Gaswechselventilen 2 versehene Brenn­ kraftmaschine 3 weist einen Abgasstrang 4 auf, bestehend aus Auslaßkanälen 5, einem in ein Abgasrohr 6 eingesetzten Kataly­ sator 7 und einem Auslaß 8. Eine elektronische Steuerung 9 für die Brennkraftmaschine steuert unter anderem eine nicht gezeig­ te, als Sekundärluftpumpe ausgebildete Sekundärluftquelle, wel­ che über eine sekundärluftführende Leitung 10 Luft in den Aus­ laßkanal 5 fördern kann. Zwischen der Sekundärluftquelle und einer Verbindungsstelle 11 der Leitung 10 mit dem Abgasstrang 4 ist in der Leitung 10 eine als Zerstäuber 12 ausgebildete Auf­ nahme 13 angeordnet.

Die Brennkraftmaschine 3 weist weiterhin ein nicht gezeigtes Kraftstoffversorgungssystem für Einspritzventile 14 auf, wobei dieses Kraftstoffversorgungssystem eine Brennstoffleitung 15 aufweist, welches mit dem Zerstäuber 12 zur Kraftstoffeinspei­ sung in die Leitung 10 verbunden ist.

In die Brennstoffleitung 15 ist eine Mengenkalibrierdüse 16 eingesetzt und stromab dazu ein von der Steuerung 9 betätigba­ res Absperrorgan 17 angeordnet.

Zwischen Verbindungsstelle 11 und Katalysator 7 weist der Ab­ gasstrang 3 weiterhin eine ebenfalls mit der Steuerung 9 zusam­ menwirkende Lamda-Sonde 18 auf, während im Katalysator 7 ein Thermoelement 18 zur Erfassung einer aktuellen Abgastemperatur TA angeordnet ist.

Der Betrieb der vorbeschriebenen Vorrichtung erfolgt in der nachfolgend beschriebenen Weise.

Nach dem Starten der Brennkraftmaschine 3 erfaßt das Thermoele­ ment 19 die aktuelle Abgastemperatur TA im Abgasstrang 3. Gleichzeitig wird durch Einschalten der Sekundärluftquelle Se­ kundärluft durch die Leitung 10 in den Abgasstrang 4 eingebla­ sen. In der Steuerung 9 wird der Wert der Abgastemperatur TA mit einem voreingestelltem Temperaturreferenzwert TR vergli­ chen. Unterschreitet der Wert von TA diesen voreingestellten Wert TR wird von der Steuerung 9 das Absperrorgan 17 geöffnet, so daß über die Brennstoffleitung 15 der mittels der Mengenka­ librierdüse 16 mengenbegrenzte und im Druck reduzierte Kraft­ stoff aus dem Kraftstoffversorgungssystem der Brennkraftmaschi­ ne 3 dem Zerstäuber 12 zugeführt wird. Dieser ist zwecks er­ leichterter Einspeisung und guter Zerstäubung als Venturidüse ausgeführt. Das stromab des Zerstäubers vorliegende Kraftstoff-Luft-Gemisch gelangt in den Auslaßkanal 5 und wird von der bei geöffnetem Gaswechselventil 2 in diesen Kanal schlagenden Abgasflamme entzündet. Die dabei entstehende exo­ therme Reaktion führt zu einer raschen Erwärmung sowohl der Lamda-Sonde 18 wie auch des Katalysators 7, wobei die vom Ther­ moelement 19 erfaßte Temperatur TA in der Steuerung 9 ständig aktualisiert wird. Erreicht diese Temperatur TA eine in der Steuerung 9 abgespeicherte voreingestellte Grenztemperatur TG, so schließt die Steuerung 9 das Absperrorgan 17 und unterbindet somit eine weitere Einspeisung des Kraftstoffes in die Leitung 10. Die Sekundärluftquelle kann dabei gleichzeitig abgeschaltet werden oder erforderlichenfalls für eine bestimmte Zeit im Nachlauf betrieben werden.

Claims (6)

1. Vorrichtung zur Abgasbehandlung von Brennkraftmaschinen, mit einem in einen Abgasstrang eingesetzten Katalysator, mit einer elektronisch gesteuerten Einrichtung zur Zufuhr von Sekundärluft mittels einer Leitung stromauf des Kataly­ sators in den Abgasstrang, und mit Mitteln zur Zufuhr von Kraftstoff aus dem Kraft­ stoffversorgungssystem der Brennkraftmaschine in das Abgas stromauf des Katalysators, dadurch gekennzeichnet, daß die sekundärluftzuführende Lei­ tung (10) zwischen einer Sekundärluftquelle und ihrer Ver­ bindungsstelle (11) mit dem Abgasstrang (4) mit einer Aufna­ me (13) zur Kraftstoffeinspeisung versehen ist und die Mit­ tel eine Brennstoffleitung (15) umfassen, welche mit der Aufnahme (13) verbunden ist und stromauf dieser Aufnahme (13) ein von der elektronischen Steuerung (9) betätigbares Absperrorgan (17) in der Brennstoffleitung (15) angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel aus der Aufnahme (13), der Brennstoffleitung (15) und einer Mengenkalibrierdüse (16) gebildet sind, wobei stromauf dieser der Systemdruck des Kraftstoffversorgungssystemes der Brennkraftmaschine (3) anliegt und stromab dieser ein ver­ minderter Kraftstoffdruck vorliegt.

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Aufnahme (13) als Zerstäuber (12) ausge­ bildet ist, stromab dessen ein stöchiometrisches Kraftstoff-Luft-Gemisch vorliegt, welches mittels der Ver­ bindungsstelle (11) eng benachbart von Außlaskanälen (5) der Brennkraftmaschine (3) in den Abgasstrang (14) eingespeist wird.

4. Verfahren zur Abgasbehandlung von Brennkraftmaschinen, mit einem in einem Abgasstrang eingesetzten Katalysator, mit einer elektronisch gesteuerten Einrichtung zur Zufuhr von Sekundärluft mittels einer Leitung stromauf des Kataly­ sators in den Abgasstrang, und mit Mitteln zur Zufuhr von Kraftstoff aus dem Kraft­ stoffversorgungssystem der Brennkraftmaschine in das Abgas stromauf des Katalysators, gekennzeichnet durch die Schritte

• - Starten der Brennkraftmaschine (3),
• - Erfassen von mindestens einer für die Umwandlungsrate des Katalysators (7) relevanten, aktuellen Abgastempe­ ratur (TA) im Abgasstrang (4) in der elektronischen Steuerung (9)
• - Einblasen von Sekundärluft in den Abgasstrang (4) durch Einschalten einer Sekundärluftquelle,
• - Vergleichen der erfaßten Abgastemperatur (TA) mit einem vor eingestellten Temperaturreferenzwert (TR) in der Steuerung (9) und
• - Öffnen eines von der Steuerung (9) betätigbaren Absperr­ organes (17) in einer Brennstoffleitung (15), wenn die Ab­ gastemperatur (TA) unterhalb des Temperaturrefrenzwertes (TR) liegt und Einspeisen von Brennstoff mittels der Brennstoffleitung (15) in die sekundärluftführende Leitung (10).

5. Verfahren nach Anspruch 4 mit den Schritten

• - Beaufschlagen einer in der Brennstoffleitung (15) stromauf des Absperrorganes (17) angeordnete Mengenkalibierdüse (16) mit dem Systemdruck des Kraftstoffversorgungssystemes der Brennkraftmaschine (3),
• - Einspeisen des mengenkalibrierten Brennstoffes in eine in der sekundärluftführenden Leitung (10) angeordneten Zer­ stäuber (12), wobei stromab des Zerstäubers (12) ein stöchiometrisches Kraftstoff-Luft-Gemisch vorliegt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, mit den Schritten

• - Schließen des Absperrorganes (17) bei Erreichen einer voreingestellten Grenztemperatur (TG) durch die Abgastemperatur (TA) mittels der Steuerung (9) und
• - gegebenenfalls Abschalten der Sekundärluftquelle.