DE19705421C1 - Verfahren zur Entgiftung von Abgasen einer Kolbenbrennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entgiftung von Ab­ gasen einer Kolbenbrennkraftmaschine.

Den Zylindern einer Kolbenbrennkraftmaschine wird jeweils über eine Einlaßleitung Frischgas in einem Massenstrom zu­ geführt, welcher von einer einstellbaren Drosselklappe ge­ steuert ist. Im Betrieb der Brennkraftmaschine wird die Frischluft mit jeweils einer Zündung zugemessener Kraft­ stoffmenge zu einem Frischgas gemischt und in den Zylindern verbrannt. Die Drosselklappe steuert mit ihrem Anstellwin­ kel den Frischgas-Massenstrom und damit die Leistung der Kolbenbrennkraftmaschine. Die Leistungsanforderung erfolgt üblicherweise durch einen verstellbaren Signalgeber, zum Beispiel ein Gaspedal, wobei die Drosselklappe zur Leistungserhöhung gegen eine Rückstellkraft bewegt wird. Bei einer Rücknahme der Leistungsanforderung an die Brenn­ kraftmaschine schließt die Drosselklappe zunehmend und ver­ ringert den Frischgas-Massenstrom bis zu einer völligen Sperrung im Stillstand.

Das Abgas der Zylinder wird jeweils über eine Auslaßöffnung abgeführt und vor dem Ausstoß in die Umwelt durch einen Ka­ talysator geleitet, welcher die Schadstofffracht das Abgas­ stromes entfernt. Im Betrieb der Brennkraftmaschine wird durch die fortlaufende Abgasproduktion der Zylinder ein Druck erzeugt, welcher den Abgasstrom durch den Katalysator zwingt.

Beim Abschalten der Kolbenbrennkraftmaschine wird üblicher­ weise die Kraftstoffzufuhr unterbrochen und die Zündung ausgeschaltet, so daß die Kolben in den Zylindern nicht mehr getrieben werden und die Brennkraftmaschine rasch zum Stillstand kommt. Somit verbleiben die Abgase der letzten befeuerten Arbeitsspiele der Zylinder vor dem Abschalten der Kolbenbrennkraftmaschine in den Brennräumen der Zylin­ der bzw. in dem stromauf des Katalysators liegenden Teil des Abgassystems. Diese Abgase können ungereinigt aus der Kolbenbrennkraftmaschine während des Stillstandes entwei­ chen, ebenso wie gegebenenfalls nach dem letzten Ver­ brennungstakt verbleibende Kraftstoffreste. Auch eine Ent­ giftung durch den Katalysator bei Wiederinbetriebnahme der Brennkraftmaschine ist nicht möglich. Der Katalysator ist in der Zwischenzeit so weit abgekühlt, daß die Abgase un­ gereinigt durchströmen und in die Umwelt entlassen werden.

Die ältere, nicht vorveröffentlichte DE 196 08 060 C1 schlägt ein Verfahren zur Verhinderung von Stillstands­ korrosion in Abgasanlagen von Kraftfahrzeugen vor, bei dem nach jedem Abstellen des Motors mittels Luft die Rauchgase aus der Abgasanlage ausgespült werden. Die Spülluft wird von einem Gebläse bereitgestellt, welches Umgebungsluft fördert, oder einem Druckluftspeicher entnommen und über einen Stutzen in die Abgasleitung geleitet. Eine Absperr­ armatur schließt im Betrieb des Motors die Verbindung zwi­ schen Abgasanlage und Luftzuführung. Die Einrichtungen zur Bereitstellung der Spülluft brauchen Bauraum, der insbeson­ dere bei Kraftfahrzeugen knapp ist und sind darüber hinaus Energieverbraucher, die ein Zeitrelais zur Abschaltung nach kurzer Zeit und somit weiteren baulichen Aufwand erfordern. Eine vollständige Ausspülung der Abgase nach dem Abstellen des Motors ist nicht möglich, da selbst bei einer Anordnung des Stutzens kurz hinter der Abgassammelleitung des Motors noch schädliche Abgasvolumina in den Zylindern verbleiben, die ungehindert in die Umwelt entweichen können.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Ent­ giftung von Abgasen der vor dem Abschalten der Kolbenbrenn­ kraftmaschine letzten befeuerten Arbeitsspiele zu schaffen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.

Das vollständige öffnen der Drosselklappe beim Abschalten der Kolbenbrennkraftmaschine bewirkt eine Spülung der Zy­ linder und Auslaßleitungen mit Frischluft. Das Trägheits­ moment des mit der Kurbelwelle der Kolbenbrennkraftmaschine umlaufenden Schwungrades gestattet beim Abschalten einen Nachlauf von einigen Umdrehungen der Kurbelwelle, in denen die mit laufenden Kolben in den Zylindern Frischluft durch die geöffneten Einlaßleitungen ansaugen und in die Auslaß­ leitungen pumpen. Die nachgepumpte Frischluft drückt dabei die schadstoffhaltigen Abgase der letzten befeuerten Ar­ beitsspiele der Zylinder und gegebenenfalls unverbrannte Kraftstoffreste der unmittelbar nach Abstellen der Brenn­ kraftmaschine folgenden ungezündeten Arbeitsspiele zur Ent­ giftung durch den Katalysator.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend an­ hand der Zeichnung näher erläutert.

Die einzige Zeichnungsfigur zeigt in schematischer Dar­ stellung eine Kolbenbrennkraftmaschine 1 mit vier Zylindern 2. Jedem Zylinder 2 ist über eine Einlaßleitung 3 Frisch­ luft zuführbar, welche mit Kraftstoff einer nicht darge­ stellten Kraftstoff-Zumeßvorrichtung gemischt wird und in den Zylindern 2 zum Antrieb der darin befindlichen Kolben verbrannt wird. Die Einlaßleitungen 3 aller Zylinder 2 wer­ den von einem gemeinsamen Saugrohr 4 gespeist, wobei der Frischluft-Massenstrom von dem Anstellwinkel einer in dem Saugrohr 4 verstellbar angeordneten Drosselklappe 5 ge­ steuert ist.

Der Abgastrakt der Brennkraftmaschine 1 zur Abführung der Abgase aus den Zylindern 2 besteht aus einer Auslaßleitung 6 pro Zylinder 2, welche zu einem gemeinsamen Abgasrohr 7 verbunden sind. In dem Abgasrohr 7 ist ein Katalysator 8 angeordnet, durch den die im Abgasrohr 7 gesammelten Abgase der Zylinder 2 geleitet werden. Nach der Konvertierung der Schadstoffe im Katalysator 8 wird der Abgasstrom 19 aus dem Abgasrohr 7 in die Umwelt ausgestoßen.

Die Drosselklappe 5 im Saugrohr 4 wird elektromotorisch von einem Drosselklappensteller 11 einer elektronischen Motor­ leistungssteuerung EMS 10 gesteuert. Die EMS 10 steuert den Drosselklappensteller 11 und damit die Drosselklappe 5 unter Zugrundelegung der Lastanforderung an die Kolben­ brennkraftmaschine 1, welche durch eine entsprechende Stel­ lung eines Gaspedals 13 anforderbar ist. Ein nicht darge­ stellter Pedalwegsensor übermittelt dabei der EMS 10 durch Signalübertragung die jeweilige Stellung des Gaspedals 13 und damit die Lastanforderung an die Brennkraftmaschine 1.

Im Betrieb der Brennkraftmaschine 1 wird mit zunehmender Öffnung der Drosselklappe 5 der Massenstrom des Frischgases und damit die Leistungsabgabe der Brennkraftmaschine 1 er­ höht. Mit abnehmender Lastanforderung wird die Drossel­ klappe 5 zunehmend geschlossen und schließt üblicherweise im Stillstand der Brennkraftmaschine 1 das Saugrohr 4 völ­ lig ab. Um beim Abschalten der Brennkraftmaschine 1 die Ab­ gase der letzten befeuerten Arbeitsspiele der Zylinder zu entgiften, öffnet die EMS 10 über den Drosselklappensteller 11 die Drosselklappe 5 vollständig. Das Abschalten der Brennkraftmaschine 1 erfolgt dabei durch eine Betätigung eines Zündschlosses 12, wobei der EMS 10 ein Betätigungs­ signal 17 des Zündschlosses 12 zugeführt wird und der Vor­ gang der Öffnung der Drosselklappe 5 in die Wege geleitet wird. Mit der Restenergie des Schwungrades 9 dreht die Kur­ belwelle 16 der Brennkraftmaschine 1 nach dem Abschalten noch einige Umdrehungen weiter, wobei die Kolben in den Zylindern 2 Frischluft durch das geöffnete Saugrohr in die Auslaßleitungen 6 pumpen. Dabei werden die in den Zylindern 2 und in den Auslaßleitungen 6 befindlichen Abgase durch das Abgasrohr 7 in Richtung des Katalysators 8 gedrängt. Die ungehinderte Luftdurchströmung infolge der geöffneten Drosselklappe 5 mindert gleichzeitig die Abbremsung der Kurbelwelle 16, so daß die Pumpleistung der Kolben in den Zylindern 2 nach dem Ausschalten der Kolbenbrennkraft­ maschine 1 und damit die Spülluftmenge erhöht ist. Der Um­ drehungswinkel der Kurbelwelle 16 im Nachlauf nach dem Aus­ schalten der Zündung wird weiterhin dadurch erhöht, daß Ne­ benaggregate 15, welche von der Kurbelwelle 16 angetrieben werden und somit die Kurbelwelle 16 bremsen, abgekuppelt werden. Das Abkuppeln der Nebenaggregate 15, wie zum Bei­ spiel eine Lichtmaschine, kann durch die EMS 10 erfolgen, welche ohnehin verschiedene Betriebsparameter der Brenn­ kraftmaschine 1 steuert und daher über die zur Abkopplung der Nebenaggregate 15 notwendigen Steuereinrichtungen ver­ fügt.

Ein Nachlaufsteuergerät 14 erhöht nach Zuführung des Betä­ tigungssignals 17 des Zündschlosses 12 zur Anzeige des Ab­ schaltens der Kolbenbrennkraftmaschine 1 kurzfristig die Drehzahl der Kurbelwelle 16 mit einer Nachlaufautomatik. Durch die höhere Drehzahl dreht die Kurbelwelle 16, ange­ trieben durch die Restenergie des Schwungrades 9 den ange­ saugten Frischluft-Massenstrom 18 zur Spülung der abgasfüh­ renden Bauteile.

Durch das Nachlaufsteuergerät 14 kann auch die Abkopplung der Nebenaggregate 15 erfolgen. Durch den erhöhten Nachlauf der Kurbelwelle 16 nach dem Abschalten der Kolbenbrenn­ kraftmaschine 1 wird eine genügend große Frischluftmenge angesaugt, welche die nach dem Abschalten der Brennkraft­ maschine 1 die in den Zylindern 2, den Auslaßleitungen 6 und dem Abgasrohr 7 stromauf des Katalysators 8 verbleiben­ den Abgase übersteigt. Der Frischluft-Massenstrom 18 drängt nach dem Abschalten der Brennkraftmaschine 1 die Restabgase vollständig durch den Katalysator 8, so daß ein von Schad­ stoffen befreiter Abgasstrom 19 aus dem Abgasrohr 7 stromab des Katalysators in die Umwelt entlassen wird.

Claims (5)

1. Verfahren zur Entgiftung von Abgasen einer Kolbenbrenn­ kraftmaschine (1) mit mindestens einem Zylinder (2), denen jeweils durch eine Einlaßleitung (3) Frischgas in einem von einer stellbaren Drosselklappe (5) ge­ steuerten Massenstrom zugeführt wird und Abgas durch eine Auslaßleitung (6) abgeführt und vor dem Ausstoß in die Umwelt durch einen Katalysator (8) geleitet wird, wobei beim Abschalten der Kolbenbrennkraftmaschine (1) die Drosselklappe (5) geöffnet wird, wodurch die vor dem Abschalten der Brennkraftmaschine (1) während der letzten befeuerten Arbeitsspiele der Zylinder (2) erzeugten Abgase aus der Abgasanlage mittels Frischluft ausgestoßen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselklappe (5) von einem Drosselklappensteller (11) einer elektronischen Motorleistungssteuerung (10) der Kolbenbrennkraft­ maschine (1) elektromotorisch betätigt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein zum Abschalten der Kol­ benbrennkraftmaschine (1) betätigtes Zündschloß (12) der elektronischen Motorleistungssteuerung (10) ein Be­ tätigungssignal (17) zuleitet.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig mit dem Öffnen der Drosselklappe (5) die Last mindestens eines von einer Kurbelwelle (16) der Kolbenbrennkraftmaschine (1) getriebenen Nebenaggregates (15) von der Kurbelwelle (16) abgekoppelt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Nachlaufsteuergerät (14) beim Abschalten der Kolbenbrennkraftmaschine (1) die Drehzahl der Kurbelwelle (16) erhöht.