DE19933716A1 - Abgasanlage für eine Brennkraftmaschine - Google Patents
Abgasanlage für eine BrennkraftmaschineInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Abgasanlage für eine Brennkraftmaschine, mit einer in einem Abgaskanal angeordneten Katalysatoranordnung, die in Strömungsrichtung des Abgases eine Reihenschaltung eines Hauptkatalysators, eines Kohlenwasserstoff-Adsorbers und eines Axidationskatalysators umfaßt. DOLLAR A Es ist vorgesehen, daß zwischen dem Kohlenwasserstoff-Adsorber (16) und dem Oxidationskatalysator (18) eine erste steuerbare Sekundärluftzuführung (22) in den Abgaskanal (20) mündet.
Description
Die Erfindung betrifft eine Abgasanlage für eine Brenkraftmaschine mit den im
Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Merkmalen.
Abgasanlagen der gattungsgemäßen Art sind bekannt. In die Abgasanlage integrierte
Katalysatoren benötigen zum Umsetzen eine Mindesttemperatur. Bei einem Kaltstart der
Brennkraftmaschine ist die Mindesttemperatur des Katalysators noch nicht erreicht, so
daß dieser in seinem Wirkungsgrad während der Kaltstartphase eingeschränkt ist. Um
auch während der Kaltstartphase im Abgas vorhandene Kohlenwasserstoffe adsorbieren
zu können, ist bekannt, in den Abgasanlagen einen HC(Hydrocarbon-)Adsorber zu
integrieren. Diese HC-Adsorber sind in der Lage, eine Kohlenwasserstoffemission
unmittelbar nach Kaltstart der Brennkraftmaschine zu speichern. Die HC-Adsorber
besitzen hierzu Zeolithe, an denen sich die Kohlenwasserstoffmoleküle ablagern. Mit
steigender Abgastemperatur werden die in dem HC-Adsorber gespeicherten
Kohlenwasserstoffmoleküle desorbiert und vom Hauptkatalysator, beispielsweise einem
3-Wege-Katalysator, umgesetzt.
Bekannt ist, die Zeolithe in den Hauptkatalysator zu integrieren. Hierbei ist jedoch
nachteilig, insbesondere bei Brennkraftmaschinen, bei denen der Hauptkatalysator
motornah angeordnet ist, daß während des Betriebes der Brennkraftmaschine am
Katalysator Temperaturen erreicht werden, die zu einer Desaktivierung der Zeolithe
führen können.
Aus Society of Automotive Engineers, Inc. SAE-paper 1999-01-0770 "The Necessity of
Optimizing the Interactions of Advanced Post-Treatment Components in Order to Obtain
Compliance with SULEV-Legislation", Brück u. a. ist bekannt, in die Abgasanlage eine
Reihenschaltung eines Hauptkatalysators eines HC-Adsorbers und eines
Oxidationskatalysators zu integrieren. Durch eine derartige Anordnung wird erreicht, daß
beim Kaltstart der Brennkraftmaschine die im Abgas vorhandene
Kohlenwasserstoffemission durch den nach dem Hauptkatalysator angeordnete HC-
Adsorber zwischengespeichert wird. Mit steigender Temperatur des Abgases wird die
Desorptionstemperatur des HC-Adsorbers erreicht, so daß die adsorbierten
Kohlenwasserstoffmoleküle desorbiert werden und in dem nachgeschalteten
Oxidationskatalysator umgesetzt werden. Bei einer derartigen Anordnung ist jedoch
nachteilig, daß bei einem stöchiometrischen Betrieb der Brennkraftmaschine (λ = 1) das
den Hauptkatalysator verlassende Abgas praktisch sauerstofffrei ist. Hierdurch steht für
die Oxidation der aus dem HC-Adsorber desorbierten Kohlenwasserstoffatome im
nachgeschalteten Oxidationskatalysator nicht ausreichend Sauerstoff zur Verfügung, so
daß der Wirkungsgrad dieser Katalysatoranordnung für die Umsetzung von
Kohlenwasserstoffen in der Kaltstartphase der Brennkraftmaschine eingeschränkt ist.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Abgasanlage der
gattungsgemäßen Art zu schaffen, die einfach aufgebaut ist und mittels der auch in
Kaltstartphasen von Brennkraftmaschinen eine sichere Umsetzung von
Kohlenwasserstoffemissionen möglich ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Abgasanlage mit den im Anspruch 1
genannten Merkmalen gelöst. Dadurch, daß zwischen dem Kohlenwasserstoff(HC)-
Adsorber und dem Oxidationskatalysator eine erste steuerbare Sekundärluftzuführung in
den Abgaskanal mündet, ist vorteilhaft möglich, bei stöchiometrischem Betrieb der
Brennkraftmaschine oder bei sogenannten Magerbrennkraftmaschinen während der De
sorptionsphase der HC-Adsorber zusätzlich Luft in das Abgas einzubringen, so daß eine
sichere Oxidation (Umsetzung) der Kohlenwasserstoffemission im Oxidationskatalysator
erfolgen kann. Durch eine derartige Anordnung wird einerseits erreicht, daß die ther
mische Stabilität der Zeolithe des HC-Adsorbers durch eine relativ motorferne
Anordnung gewährleistet ist und andererseits genügend Sauerstoff für die Oxidation der
Kohlenwasserstoffe zur Verfügung gestellt werden kann.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß vor dem HC-Adsorber
ein Temperaturmeßelement in der Abgasanlage angeordnet ist, dessen Signalausgang
mit einem Steuergerät für die Sekundärluftzuführung verbunden ist. Durch eine derartige
Ausgestaltung wird vorteilhaft erreicht, daß eine Sekundärluftzuführung zu dem Abgas
dann erfolgt, wenn das Abgas die Desorptionstemperatur für den HC-Adsorber erreicht
hat. Durch das Messen der Abgastemperatur unmittelbar vor dem HC-Adsorber läßt sich
die tatsächlich gemessene Ist-Temperatur in einfacher Weise mit einer bekannten Soll-
Desorptionstemperatur vergleichen und in Abhängigkeit dieses Vergleiches die
Sekundärluifzuführung ansteuern, das heißt öffnen. Bevorzugt ist vorgesehen, daß das
Steuergerät für die erste Sekundärluftzuführung ein Zeitglied umfaßt. Hierdurch kann in
einfacher Weise erreicht werden, daß nach Erreichen der Desorptionstemperatur im HC-
Adsorber die erste Sekundärluftzuführung für eine vorgebbare Zeitspanne erfolgt, die
über das Zeitglied einstellbar ist. Somit wird die Zuführung der Sekundärluft tatsächlich
nur auf den Zeitraum beschränkt, in dem die Desorption des HC-Adsorbers erfolgt.
Anschließend wird die erste Sekundärluftzuführung geschlossen.
In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß stromauf des
Hauptkatalysators eine zweite steuerbare Sekundärluftzuführung in den Abgaskanal
mündet. Durch eine derartige Ausgestaltung wird vorteilhaft erreicht, daß in der
Kaltstartphase der Brennkraftmaschine zusätzlich Sauerstoff in das Abgas vor dem
Hauptkatalysator eingebracht wird. Hierdurch kann zur Verkürzung der Kaltstartphase
die Brennkraftmaschine mit einem fetten Kraftstoff-Luft-Gemisch gefahren werden. Der
hierdurch im Abgas auftretende Sauerstoffmangel zum möglichst schnellen Erreichen
der Betriebstemperatur des Hauptkatalysators wird durch die gesteuerte Zuführung der
Sekundärluft vor dem Hauptkatalysator ausgeglichen. Dieser erreicht somit schneller
seine Betriebstemperatur. Bevorzugt ist vorgesehen, daß das Erreichen der
Betriebstemperatur des Hauptkatalysators durch das Temperaturmeßglied zwischen
Hauptkatalysator und HC-Adsorber ermittelt wird. Durch Vergleich der Ist-Temperatur
mit einer vorgebbaren Soll-Temperatur läßt sich das Erreichen der Betriebstemperatur
des Hauptkatalysators in einfacher Weise detektieren.
In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die
Ansteuerung der ersten steuerbaren Sekundärluftzuführung und/oder der zweiten
steuerbaren Sekundärluftzuführung über ein in einem Motorsteuergerät der
Brennkraftmaschine abgelegtes Kennfeld in Abhängigkeit von den Parametern
Ansaugluftmassenstrom, Kraftstoffmassenstrom (daraus berechnet
Abgasmassenstrom), Drehzahl und/oder Last und Temperatur vor HC-Adsorber erfolgt.
Somit ist ein zusätzlicher Bauteileaufwand zur Realisierung der erfindungsgemäß
vorgesehenen Abgasanlage minimiert.
Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in
den Unteransprüchen genannten Merkmalen.
Die Erfindung wird nachfolgend in einem Ausführungsbeispiel anhand der zugehörigen
Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 schematisch eine Abgasanlage für eine Brennkraftmaschine und
Fig. 2 ein Zeit-Temperatur-Diagramm der Abgasanlage.
Die Fig. 1 zeigt eine insgesamt mit 10 bezeichnete Abgasanlage einer
Brennkraftmaschine 12. Die Abgasanlage 10 umfaßt einen Hauptkatalysator 14, der bei
spielsweise von einem 3-Wege-Katalysator gebildet ist, einem Kohlenwasserstoff(HC)-
Adsorber 16 sowie einem Oxidationskatalysator 18. Der Hauptkatalysator 14, der HC-
Adsorber 16 und der Oxidationskatalysator 18 sind in Reihe in einen Abgaskanal 20
integriert. In den Abgaskanal 20 mündet zwischen dem HC-Adsorber 16 und dem
Oxidationskatalysator 18 eine erste Sekundärluftzuführung 22. Die erste
Sekundärluftzuführung 22 wird von einem über ein Steuergerät 24 ansteuerbares Ventil
26 gebildet.
In den Abgaskanal 20 mündet ferner eine zweite Sekundärluftzuführung 28, die
ebenfalls ein über das Steuergerät 24 ansteuerbares Ventil 30 umfaßt. Die
Sekundärluftzuführungen 22 und 28 sind mit einer Sekundärluftquelle 32, beispielsweise
einer Pumpe, verbunden. Zwischen dem Hauptkatalysator 14 und dem HC-Adsorber ist
ein Temperaturmeßelement 34 angeordnet, dessen Signalausgang ebenfalls mit dem
Steuergerät 24 verbunden ist. Das Steuergerät 24 kann in ein Motorsteuergerät der
Brennkraftmaschine 12 integriert sein.
Die Abgasanlage 10 zeigt folgende, anhand des in Fig. 2 dargestellten Diagramms
verdeutlichte Funktion:
Zum Zeitpunkt t0, der dem Startzeitpunkt der Brennkraftmaschine 12 entspricht, wird von dem Temperaturmeßglied 34 die Temperatur T0 dem Steuergerät 24 mitgeteilt. Der am Steuergerät 24 vorgesehene Komparator 25 vergleicht die Temperatur T0 mit einer vorgegebenen Betriebstemperatur TB des Hauptkatalysators 14. Mit fortschreitender Betriebsdauer der Brennkraftmaschine 12 steigt die vom Temperaturmeßglied 34 gemessene Temperatur Tist an. Über den Komparator 25 wird die Temperatur Tist mit der Betriebstemperatur TB verglichen. Solange gilt TB < Tist wird über das Steuergerät 24 das Ventil 30 der zweiten Sekundärluftzuführung 28 geöffnet, so daß in das Abgas 13 Luft (Sauerstoff) eingeleitet wird. Diese Lufteinleitung in das Abgas 13 führt in an sich bekannter Weise zu einer Temperaturerhöhung, so daß die Anspringtemperatur TA des Hauptkatalysators 14 schneller erreicht wird. Insbesondere wird hierdurch möglich, die Brennkraftmaschine 12 in der Kaltstartphase zunächst mit einem fetten Kraftstoff-Luft- Gemisch zu betreiben.
Zum Zeitpunkt t0, der dem Startzeitpunkt der Brennkraftmaschine 12 entspricht, wird von dem Temperaturmeßglied 34 die Temperatur T0 dem Steuergerät 24 mitgeteilt. Der am Steuergerät 24 vorgesehene Komparator 25 vergleicht die Temperatur T0 mit einer vorgegebenen Betriebstemperatur TB des Hauptkatalysators 14. Mit fortschreitender Betriebsdauer der Brennkraftmaschine 12 steigt die vom Temperaturmeßglied 34 gemessene Temperatur Tist an. Über den Komparator 25 wird die Temperatur Tist mit der Betriebstemperatur TB verglichen. Solange gilt TB < Tist wird über das Steuergerät 24 das Ventil 30 der zweiten Sekundärluftzuführung 28 geöffnet, so daß in das Abgas 13 Luft (Sauerstoff) eingeleitet wird. Diese Lufteinleitung in das Abgas 13 führt in an sich bekannter Weise zu einer Temperaturerhöhung, so daß die Anspringtemperatur TA des Hauptkatalysators 14 schneller erreicht wird. Insbesondere wird hierdurch möglich, die Brennkraftmaschine 12 in der Kaltstartphase zunächst mit einem fetten Kraftstoff-Luft- Gemisch zu betreiben.
Zum Zeitpunkt t1 stellt der Komparator 25 fest, daß die Temperatur Tist des Abgases 13
nach dem Hauptkatalysator 14 die Anspringtemperatur TA des Hauptkatalysators 14
erreicht hat. Hierauf wird durch das Steuergerät 24 das Ventil 30 der zweiten
Sekundärluftzuführung 28 geschlossen. Gleichzeitig wird zum Zeitpunkt t1 das Ventil 26
der ersten Sekundärluftzuführung 22 über das Steuergerät 24 geöffnet. Das die
Anspringtemperatur TA des Hauptkatalysators 14 aufweisende Abgas 13 besitzt mit
Erreichen der Anspringtemperatur TA gleichzeitig eine Mindestdesorptionstemperatur für
den HC-Adsorber 16.
Während der Kaltstartphase der Brennkraftmaschine 10 passieren Kohlenwasserstoffe
des Abgases 13 den Hauptkatalysator 14, da dieser noch nicht seine
Anspringtemperatur TA erreicht hat, und lagern sich im HC-Adsorber 16 an den dort
vorgesehenen Zeolithen ab. Diese Einlagerung erfolgt - wie bekannt - bei einer
wesentlich niedrigeren Temperatur als der sogenannten Anspringtemperatur TA des
Hauptkatalysators 14.
Nach Erreichen der Anspringtemperatur TA durch das Abgas 13 findet eine Desorption
der in dem HC-Adsorber 16 abgelagerten Kohlenwasserstoffmoleküle statt. Gleichzeitig
mit diesem zum Zeitpunkt t1 beginnenden Prozeß wird über das Steuergerät 24 das
Ventil 26 der ersten Sekundärluftzuführung 22 geöffnet. Hierdurch wird dem Abgas 13
nach dem HC-Adsorber Luft zugeführt, so daß in dem nachgeschalteten
Oxidationskatalysator 18 genügend Sauerstoff zur Oxidation der
Kohlenwasserstoffmoleküle zur Verfügung steht. Das Ventil 26 ist bis zum Zeitpunkt t2
geöffnet. Die sich aus der Differenz t2 - t1 ergebene Zeitspanne, in der das Ventil 26
geöffnet ist; wird durch das Zeitmeßglied 27 oder durch das Steuergerät 24 bestimmt.
Diese Zeitspanne ist in Abhängigkeit bekannter Parameter des HC-Adsorbers 16,
insbesondere dessen Speicherkapazität für Kohlenwasserstoffmoleküle, vorgebbar. Das
Steuergerät 24 kann beispielsweise kennfeldgesteuert die Ansteuerung der
Sekundärluftzuführung übernehmen. Als Steuerparameter dienen beispielsweise ein aus
Luftmassenstrom und Kraftstoffmassenstrom ermittelter Abgasmassenstrom, Drehzahl
und/oder Last der Brennkraftmaschine 12 und die gemessene Temperatur Tist.
Claims (12)
1. Abgasanlage für eine Brennkraftmaschine, mit einer in einem Abgaskanal
angeordneten Katalysatoranordnung, die in Strömungsrichtung des Abgases
eine Reihenschaltung eines Hauptkatalysators, eines Kohlenwasserstoff-
Adsorbers und eines Oxidationskatalysators umfaßt, dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen dem Kohlenwasserstoff-Adsorber (16) und dem
Oxidationskatalysator (18) eine erste steuerbare Sekundärluftzuführung (22) in
den Abgaskanal (20) mündet.
2. Abgasanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Sekundärluftzuführung (22) ein Ventil (26) umfaßt, das von einem Steuergerät
(24) ansteuerbar ist.
3. Abgasanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß zwischen dem Hauptkatalysator (14) und dem
Kohlenwasserstoff-Adsorber (16) ein Temperaturmeßglied (34) angeordnet ist,
dessen Signalausgang mit dem Steuergerät (24) verbunden ist.
4. Abgasanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Sekundärluftzuführung (22) vom Steuergerät (24)
derart ansteuerbar ist, daß über ein abgelegtes Kennfeld als Steuerparameter ein
Abgasmassenstrom, eine Drehzahl und/oder Last der Brennkraftmaschine (12)
und eine Temperatur (Tist) vor dem Kohlenwasserstoff-Adsorber (16) auswertbar
sind.
5. Abgasanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß das Steuergerät (24) ein Zeitmeßglied (27) aufweist, über
das das Ventil (26) ansteuerbar ist.
6. Abgasanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß das Ventil (26) für eine Zeitspanne t2 - t1 ansteuerbar ist,
die abhängig von Parametern, insbesondere einer Speicherkapazität, des
Kohlenwasserstoff-Adsorbers (16) ist.
7. Abgasanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß stromauf des Hauptkatalysators (14) eine zweite
steuerbare Sekundärluftzuführung (28) mündet.
8. Abgasanlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die
Sekundärluftzuführung (28) ein Ventil (30) umfaßt, das von dem Steuergerät (24)
ansteuerbar ist.
9. Abgasanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Sekundärluftzuführung (28) vom Steuergerät (24)
derart ansteuerbar ist, daß über ein abgelegtes Kennfeld als Steuerparameter ein
Abgasmassenstrom, eine Drehzahl und/oder Last der Brennkraftmaschine (12)
und eine Temperatur (Tist) vor dem Kohlenwasserstoff-Adsorber (16) auswertbar
sind.
10. Abgasanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß das Steuergerät (24) einen Komparator (25) aufweist, über
den das Ventil (30) ansteuerbar ist.
11. Abgasanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß das Ventil (30) für eine Zeitspanne t1 - t0 ansteuerbar ist,
die abhängig vom Erreichen einer Anspringtemperatur (TA) des
Hauptkatalysators (14) ist.
12. Abgasanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß das Steuergerät (24) in ein Motorsteuergerät der
Brennkraftmaschine (12) integriert ist.
Priority Applications (1)
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DE1999133716 DE19933716B4 (de) | 1999-07-19 | 1999-07-19 | Abgasanlage für eine Brennkraftmaschine |
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---|---|---|---|
DE1999133716 DE19933716B4 (de) | 1999-07-19 | 1999-07-19 | Abgasanlage für eine Brennkraftmaschine |
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DE19933716B4 DE19933716B4 (de) | 2008-05-15 |
Family
ID=7915235
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE1999133716 Expired - Fee Related DE19933716B4 (de) | 1999-07-19 | 1999-07-19 | Abgasanlage für eine Brennkraftmaschine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE19933716B4 (de) |
Cited By (3)
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DE102005029585A1 (de) * | 2005-06-25 | 2007-01-04 | Deutz Ag | Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine |
EP2072774A1 (de) * | 2007-12-18 | 2009-06-24 | Delphi Technologies, Inc. | Kompressionszündungsmotor mit Drei-Wege-Katalysatorvorrichtung |
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1999
- 1999-07-19 DE DE1999133716 patent/DE19933716B4/de not_active Expired - Fee Related
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Publication number | Publication date |
---|---|
DE19933716B4 (de) | 2008-05-15 |
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