DE19948148B4 - Motor vehicle with an internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine mit katalytischer Abgasreinigung über mindestens einen hinter einem Abgaskrümmer eingesetzten Katalysator, wobei im Kraftfahrzeug ein Luftleitschacht (1) angeordnet ist, der in einem Bereich der Front des Kraftfahrzeuges eine Eintrittsöffnung (2) aufweist und mit seinem Ende in ein dem Abgaskrümmer (9) zugeordnetes Wärmeabschirmblech (11) mündet, das sich zwischen Brennkraftmaschine (10) und Katalysator (7) erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass im Luftleitschacht (1) ein flexibles Element (16) zur schwingungstechnischen Entkopplung von Brennkraftmaschine (10) und Karosserie vorgesehen ist.Motor vehicle with an internal combustion engine with catalytic exhaust gas purification via at least one catalytic converter inserted behind an exhaust manifold, wherein in the motor vehicle an air duct (1) is arranged, which has an inlet opening (2) in an area of the front of the motor vehicle and with its end in an exhaust manifold ( 9) associated heat shield (11) opens, extending between the internal combustion engine (10) and catalyst (7), characterized in that in the air duct (1) is provided a flexible element (16) for vibration-decoupling of internal combustion engine (10) and body ,
Description
Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine mit katalytischer Abgasreinigung über mindestens einen hinter einem Abgaskrümmer eingesetzten Katalysator, insbesondere Vorkatalysator, wobei im Kraftfahrzeug ein Luftleitschacht angeordnet ist, der in einem Bereich der Front des Kraftfahrzeuges eine Eintrittsöffnung aufweist und mit seinem Ende in ein dem Abgaskrümmer zugeordnetes Wärmeabschirmblech mündet, das sich zwischen Brennkraftmaschine und Katalysator erstreckt, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The The invention relates to a motor vehicle with an internal combustion engine with catalytic emission control via at least one rear an exhaust manifold used catalyst, in particular pre-catalyst, wherein im Motor vehicle an air duct is arranged in an area the front of the motor vehicle has an inlet opening and with his End in an exhaust manifold associated heat shield flows, that extends between the internal combustion engine and the catalyst, according to the preamble of claim 1.
Bekannte Kraftfahrzeugmotoren mit direkter Kraftstoffeinspritzung arbeiten in einem weiten Teil eines Motorbetriebskennfeldes mit einem Luftüberschuss, was eine deutliche Verringerung des Kraftstoffverbrauchs ermöglicht. Unter diesen Randbedingungen können zur Konvertierung der Stickoxide keine konventionellen Drei-Wege-Katalysatoren eingesetzt werden. Für die Stickoxidkonvertierung von magerem Abgas werden deshalb unter anderem NOx-Speicherkatalysatoren eingesetzt.Known Automotive engines operate with direct fuel injection in a large part of an engine operating map with an excess of air, which allows a significant reduction in fuel consumption. Under these conditions can to convert the nitrogen oxides no conventional three-way catalysts be used. For The nitrogen oxide conversion of lean exhaust gas are therefore under used other NOx storage catalysts.
Mit solchen NOx-Speicherkatalysatoren können ausreichend hohe Konvertierungsraten jedoch nur in einem schmalen Abgastemperaturfenster erreicht werden, wodurch der den Wirkungsgrad steigernde Magerbetriebsbereich des Motors stark begrenzt wird. Somit ist es notwendig, den Motorbetrieb und das Katalysatorsystem so aufeinander abzustimmen, dass die Abgastemperaturen am Eintritt in den oder die Speicherkatalysator/en über einen möglichst großen Motorbetriebsbereich innerhalb dieses Temperaturfensters liegen. Bei höheren Fahrzeuggeschwindigkeiten ist diesbezüglich die obere Temperaturgrenze problematisch. Für die Erweiterung des Motorbetriebsbereiches bei höheren Motordrehzahlen und Motorbelastungen sind daher Maßnahmen sinnvoll, die zur Abkühlung des Abgases und damit auch der Absenkung der Katalysatortemperatur führen. With Such NOx storage catalysts can have sufficiently high conversion rates however only be achieved in a narrow exhaust gas temperature window, whereby the efficiency increasing lean operating range of the Motors is severely limited. Thus, it is necessary to engine operation and to coordinate the catalyst system so that the exhaust gas temperatures at the entrance to the storage catalyst (s) via a the largest possible engine operating range lie within this temperature window. At higher vehicle speeds is in this regard the upper temperature limit is problematic. For the extension of the engine operating range at higher Engine speeds and engine loads are therefore appropriate measures, for cooling the exhaust gas and thus the lowering of the catalyst temperature to lead.
Aus
der gattungsbildenden
Ein
Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine, einem in einen Abgasstrang
eingesetzten katalytischen Konverter und einem im Kraftfahrzeug
angeordneten Luftleitschacht, welcher in einem Bereich der Front
des Kraftfahrzeuges eine Eintrittsöffnung aufweist, ist aus der
In einer zweiten Ausführungsform dieser bekannten Anordnung ist die Abgasführung lediglich einwandig ausgeführt, und ein von der Kraftfahrzeugfront ausgehender Luftleitschacht führt in einer getrennten Leitung Kühlluft zu einem den Konverter ringförmig umgebenden Kühler.In a second embodiment this known arrangement, the exhaust system is executed only single-walled, and an outgoing from the vehicle front Luftleitschacht leads in a separate line cooling air to a circular converter surrounding radiator.
Aus
der
Die
Die
Aus
der
Die
Aufgabe der Erfindung ist nicht nur, ein Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine zur Verfügung zu stellen, dessen katalytische Abgasreinigung in vergleichsweise einfacher und bauraumsparender Art und Weise über einen erweiterten Motorbetriebsbereich optimiert werden kann, sondern zugleich Maßnahmen zur schwingungstechnischen Entkopplung von Brennkraftmaschine und Karosserie sowie zum Ausgleich von Einbautoleranzen anzugeben. Die Aufgabe wird durch ein Kraftfahrzeug der oben genannten Art mit den in Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegebenen.task The invention is not only a motor vehicle with an internal combustion engine to disposal to provide, the catalytic exhaust gas purification in comparatively simple and space-saving way over an extended engine operating range can be optimized, but at the same time measures for vibration engineering Decoupling of internal combustion engine and body and to compensate specify installation tolerances. The task is performed by a motor vehicle of the type mentioned above with the features characterized in claim 1 solved. Advantageous developments of the invention are specified in the dependent claims.
Bei einem Kraftfahrzeug der oben genannten Art ist also vorgesehen, dass dem Abgaskrümmer ein Wärmeabschirmblech zugeordnet ist, in welches das Ende des Luftleitschachtes mündet, wobei sich dieses Wärmeabschirmblech zwischen Brennkraftmaschine und Katalysator erstreckt. Erfindungsgemäß ist im Luftleitschacht ein flexibles Element zum schwingungstechnischen Entkoppeln von Brennkraftmaschine und Karosserie angeordnet. Die Anordnung dieses Elementes im Luftleitschacht und nicht an seinen Enden verleiht ihm eine Flexibilität, die eine Kompensation von Einbautoleranzen und eine leichte Formgebung des Elements zusätzlich zu der schwingungstechnischen Entkopplung sicherstellt.at A motor vehicle of the above type is thus provided that the exhaust manifold a heat shield is assigned, in which the end of the Luftleitschachtes opens, wherein yourself this heat shield extends between the engine and the catalyst. According to the invention is in Air duct a flexible element for vibration control Decoupling of internal combustion engine and body arranged. The Arrangement of this element in the air duct and not on his Ends gives it a flexibility that compensates for Installation tolerances and a slight shaping of the element in addition to the ensures vibration-decoupling.
Die schwingungstechnische Entkopplung durch das flexible Element im Luftleitschacht stellt sicher, dass in nahezu allen Motorbetriebsbereichen, d. h. auch bei abrupten Lastwechseln und dementsprechenden Relativbewegungen der Brennkraftmaschine gegenüber dem Kraftfahrzeug, eine ausreichende, katalytische Abgasreinigung zur Verfügung gestellt ist.The Vibration decoupling by the flexible element in the Air duct ensures that in almost all engine operating ranges, d. H. even with abrupt load changes and corresponding relative movements the engine opposite the motor vehicle, a sufficient, catalytic emission control made available is.
Der Luftleitschacht, der in einem Bereich der Front des Kraftfahrzeuges eine Eintrittsöffnung aufweist, kann mit einer steuerbaren Schaltklappe versehen sein. Dies hat den Vorteil, dass die steuerbare Schaltklappe in einer Betriebsstellung den Kühlluftstrom in Richtung auf einen Kühlwasser-Wärmetauscher umlenkt und so sichergestellt werden kann, dass beispielsweise bei einer Bergfahrt des Kraftfahrzeuges unter hoher Last und zu hoher Kühlmitteltemperatur der Brennkraftmaschine der Luftstrom zur zusätzlichen Kühlung des Kühlwasser-Wärmetauschers genutzt werden kann. In einem solchen Betriebsfall kann dann der Bauteileschutz für den Vorkatalysator und den Speicherkatalysator über eine erhöhte Anreicherung des Verbrennungsgemisches gewährleistet werden.Of the Air duct, which is located in an area of the front of the motor vehicle an entrance opening may be provided with a controllable switching flap. This has the advantage that the controllable switching flap in one Operating position the cooling air flow towards a cooling water heat exchanger diverted and can be ensured that, for example, at an uphill ride of the motor vehicle under high load and high Coolant temperature the internal combustion engine, the air flow can be used for additional cooling of the cooling water heat exchanger can. In such an operating case then the component protection for the Pre-catalyst and the storage catalyst via an increased enrichment ensured the combustion mixture become.
Über den Luftleitschacht lässt sich insbesondere bei höheren Fahrgeschwindigkeiten der Auspuffkrümmer und damit das Abgas herunterkühlen, so dass sich ebenfalls die Temperaturen eines Vor- und Speicherkatalysators verringern. Ein weiterer Vorteil der Abgaskühlung besteht darin, dass bei hohen Motordrehzahlen und Lasten die thermische Belastung von Vor- und Speicherkatalysator herabgesenkt wird, was erheblich zur Verlängerung der Bauteilelebensdauer beiträgt.On the Air duct allows especially at higher levels Travel speeds of the exhaust manifold and thus the exhaust cool down, so that also the temperatures of a pre-storage and storage catalyst reduce. Another advantage of the exhaust gas cooling is that at high engine speeds and loads, the thermal load of and storage catalyst is lowered, which significantly prolongs the component life contributes.
Wenn im weiteren Text ein Vor- und/oder ein Hauptkatalysator erwähnt wird, so können hierunter auch jeweils mehrere solcher Katalysatoren an einem einzigen Kraftfahrzeug gemeint sein.If in the text below a pre-catalyst and / or a main catalyst is mentioned, so can Including in each case several such catalysts at a single Motor vehicle meant.
Die im Bereich der Eintrittsöffnung des Luftleitschachtes angeordnete Schaltklappe kann entweder zwei Schaltzustände, geöffnet und geschlossen, aufweisen oder stufenlos regelbar ausgebildet sein.The in the area of the entrance opening arranged the Luftleitschachtes switching flap can either two Switching states, open and closed, have or be continuously adjustable.
Zur Vergrößerung der Effektivität der Abgaskühlung kann die Eintrittsöffnung Luftleitlöcher aufweisen, die trichterförmig ausgebildet sind, sowie im Bereich der Eintrittsöffnung ein Gebläse angeordnet sein, um auch bei niedrigeren Geschwindigkeiten eine befriedigende Kühlung des Abgases bzw. der Katalysatoren gewährleisten zu können.to Magnification of the effectiveness the exhaust gas cooling can the entrance opening Air guiding holes have funnel-shaped are formed, and arranged in the region of the inlet opening a fan, even at lower speeds a satisfactory cooling of the To ensure exhaust gas or the catalysts.
Zusätzlich können neben diesen Maßnahmen zur Erhöhung des Luftdurchsatzes und der Strömungsgeschwindigkeit im Luftleitschacht Luftführungsbleche angeordnet sein, um eine gezielte Führung der Luftströmung um die zu kühlenden Bauteile zu verwirklichen. Weiterhin kann die gesamte Abgasanlage ergänzend oder optional optimiert ausgebildet sein, beispielsweise über eine Verrippung oder über den Einsatz von speziellen Rohrgeometrien mit größerer Oberfläche, über eine Beschichtung der Abgasanlage zur Erhöhung der Emissionskoeffizienten und damit der Wärmeabgabe durch Strahlung ebenso wie Maßnahmen zur Erhöhung des Wärmeübergangs zwischen Abgas- und Abgasanlage vorgesehen sein können.In addition, besides these measures to increase the air flow and the flow velocity in the air duct air ducts be arranged to purposefully guide the flow of air around the ones to be cooled To realize components. Furthermore, the entire exhaust system additional or optionally optimized, for example via a Ribbing or over the Use of special pipe geometries with larger surface area, over one Coating the exhaust system to increase the emission coefficient and thus the heat emission by radiation as well as measures to increase the heat transfer can be provided between exhaust and exhaust system.
Die Schaltklappe wird bevorzugterweise über eine elektronische Steuerung des Motormanagements bedient, wobei die Schaltklappe in einer Ruhestellung oder einer Default-Stellung aufgesteuert ist und während den nachfolgend aufgezählten Betriebsbedingungen zugesteuert ist: während des Aufheizens des Vor- und Hauptkatalysators nach einen Motorstart oder wenn eine Entschwefelung des Vor- und Hauptkatalysators erforderlich ist; wenn die Abgastemperatur nach dem Hauptkatalysator geringer ist als der Taupunkt oder wenn die Kühlmitteltemperatur geringer ist als eine Minimumschwelle; wenn die Abgastemperatur vor dem Vorkatalysator kleiner ist als eine Minimumschwelle und die Abgastemperatur nach dem Vorkatalysator kleiner ist als eine Minimumschwelle und gleichzeitig die Temperatur des Hauptkatalysators kleiner ist als eine Minimumschwelle oder wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit geringer ist als eine Minimumschwelle.The switching flap is preferably operated via an electronic control of the engine management, wherein the switching flap is opened in a rest position or a default position and is controlled during the operating conditions enumerated below: during the heating of the pilot and main catalytic converter after an engine start or if a desulfurization of the Pre- and main catalyst is required; when the exhaust gas temperature after the main catalyst is lower than the dew point or when the coolant temperature is lower than a minimum threshold; if the exhaust gas temperature upstream of the precatalyst is less than a minimum threshold and the exhaust gas temperature downstream of the precatalyst is less than a minimum mumschwelle and at the same time the temperature of the main catalyst is less than a minimum threshold or when the vehicle speed is less than a minimum threshold.
Die Schaltklappe ist in eine Umlenkstellung gesteuert, wenn die Kühlmitteltemperatur der Brennkraftmaschine größer ist als eine Maximumschwelle und die Abgas- bzw. Katalysatortemperatur größer ist als eine Maximumschwelle.The Switching flap is controlled in a deflection position when the coolant temperature the internal combustion engine is larger as a maximum threshold and the exhaust gas or catalyst temperature is greater than a maximum threshold.
Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:following is an embodiment the invention described in more detail with reference to the drawings. Show it:
Ein
Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine
Eine
steuerbare Schaltklappe
Eine
konkretere Ausführungsform
weist, wie in den
Innerhalb
des Belüftungsschachtes
Die
Steuerung der Schaltklappe
Weiterhin
kann, wie in
Gemäß weiterer,
zeichnerisch nicht dargestellter Ausführungsformen der Erfindung
kann entweder zur Erhöhung
des Luftdurchsatzes und der Strömungsgeschwindigkeit
durch den Luftleitschacht
Bei
der in
Die
in
Eine
weitere Homogenisierung der Luftströmung bei der Abgaskühlung in
der Version gemäß
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