DE2129527A1

DE2129527A1 - Brennkraftmaschine mit einer Abgas-Reinigungsanordnung

Info

Publication number: DE2129527A1
Application number: DE19712129527
Authority: DE
Inventors: Ernst Dr Fiala
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1971-06-15
Filing date: 1971-06-15
Publication date: 1972-12-21

Description

Brennkraftmaschine mit einer Abgas-Reinigungsanordnung Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einer Zylinderanordnung, die zumindest einen Zylinder mit einem Saugrohr für Luft oder Kraftstoff-Luft-Gemisch enthält,und mit einer Abgas-Reinigungsanordnung. Diese Reinigungsanordnung kann in an sich bekannter Weise eine Nachverbrennung mit oder ohne Katalysator vornehmen; bekannt sind auch kombinierte Anordnungen.
Bekanntlich bieten derartige Abgas-Reinigungsanordnungen insofern Schwierigkeiten, als sie zu ihrem Betrieb eine bestimmte Mindesttemperatur erfordern, die oberhalb der normalen Emgebungstemperatur ist. Insbesondere bei einem Kaltstart ist also ohne zusätzliche Maßnahmen eine wirksame Entgiftung der Abgase durch derartige Reinigungsanordnungen nicht gewährleistet. Dieser Nachteil ist umso schwerwiegender, als gerade beim Start der Maschine die Eohlenmonoxyd- und die Kohlenwasserstoff-Anteile der Abgase besonders hoch sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine insbesondere für Kraftfahrzeuge bestimmte Brennkraftmaschine des oben beschriebenen Aufbaues zu schaffen, die diesen Gesichtspunkten der Abgasreinigung besonders Rechnung tragt. Die erfindungsgemäße Lösung die ser Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die Zylinderals auch die Reinigungsanordnung mit einer Vorheiz-Einrichtung versehen ist.
Die kennzeichnenden Merkmale der Erfindung für sich gehören bereits zum Stand der Technik. So beschreibt die US-atentschrift 2 717 586 eine Brennkraftmaschine, die zum Zwecke des erleichterten Kaltstart mit einer mit Kraftstoff betriebenen Reize in richtung für das das Gemisch den Zylindern zuführende Saugrohr versehen ist. Die schweizerische Patentschrift 313 229 offenbart eine elektrische Heizeinrichtung, die in dem Lufteinlaßrohr zum Zwecke des Vorwärmen der Ansaugluft angeordnet ist. Die deutsche Patentschrift 1 188 373 schließlich betrifft eine Abgasentgiftungsvorrichtung, die sich aus einem eigentlichen katalytischen Nachbrenner und einem vor diesem angeordneten, elektrisch beheizbaren Rilfsnachbrenner zusammengesetzt. Wahrend diese bekannten Anordnungen echte Vorheiz-Einrichtungen darstellen, die bereits-kurz vor dem Start eingeschaltet werden können, betreffen die Offenlegungsschrift 1 921 024 und die US-Patentschrift 1 931 781 die Abgaswärme ausnutzende Heizvorrichtungen für eine Abgas-Reinigungsanordnung bzw. das das Gemisch führende Saugrohr einer Brennkraftmaschine. Diese Heizeinrichtungen werden also erst dann wirksam, wenn das Abgas eine bestimmte Temperatur angenommen und seinerseits verschiedene Wände aufgeheizt hat. Demgemäß sind diese Anordnungen nicht geeignet, den Kaltstart der Maschine zu erleichtern.
Als Vorheiz-Einrichtungen im Sinne der Erfindung sind demgemäß elektrisch betriebene oder kraftstoffgespeiste Vorheiz-Einrichtungen zu verstehen, die kurz vor und/oder während des Startes der Maschine unabhängig von der Temperatur der Abgase eingeschaltet werden können. Dadurch, daß eine Vorheiz-Einrichtung der Zyl@nderanordnung zugeordn et, also entweder den Zylinderbrennra@.. oder das Saugrohr heizend ausgebildet und angeordnet ist, wird nicht nul eine Erleichterung des Anspringens der Maschine gewährleistet, sondern zugleich eine verbesserte Verbrennung und mit eine Verbesserung der Abgasemission während des Kaltstart er@ielt. Weiterhin besitzen die Abgase bereits während des Ealtstarts eine relativ hohe Temperatur, so daß sie in reaktionsfreudigem Zustand in die Abgas-Reinigungsanordnung gelangen. Die dieser selbst zugeordnete Vorheiz-Einrichtung bringt die Reinigungsanordnung sehr schnell auf ihre optimale Betriebstemperatur, wctei die durch die andere Vorheiz-Einrichtung bereits vor der Verbrennung in Zylinder erzeugte Wärme das schnelle Wirksamwerden der Abgas-Reinigungsanordnung noch unterstützt.
Die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß die Vorheiz-Einrichtungen der Zylinderanordnung ud der Reinigungsanordnung eine gemeinsame Wärmequelle sowie zu der Zylinderanordnung und zu der Reinigungsanordnung führende Leitungen für ein Heizmedium enthalten. Grundsätzlich gibt es für diese prinzipielle Ausbildung der Erfindung zwei Ausführungsformen: Die eine beinhaltet die Verbindung der Wärmequelle, der Zylinder- und der Reinigungsanordnung durch die Leitungen in Reihe, während bei der anderen Ausführungsform die Leitungen die Zylinder- und die Reinigungsanordnung parallel mit der Wärmequelle verbinden.
etracbtet man zunächst die Reihenanordnung, so kann es zweckmäßig sein, getrennte Kreise für das Heizmedium einerseits und das Gemisch bzw. die Sekundärluft für den Reiniger andererseits zu schaffen.
Während man hier also eine völlige Unabhängigkeit der 8erschiedenen Strömungsireise voneinander hat, kann es gemäß einer anderen Aiisfübruu-gsforn der Erfindung zweckmäßig sein, die Wärmequelle zugleich zur Vorheizung der Sekundärluft für die Reinigungsanordnung zu verwenden. Bei einer diesbezüglichen Ausbildung enthalten die Leitungen im Bereich der Wärmequelle eine Sekundärluftleitung der Reinigungsanordnung, in die eine Abgasausleitung des betreffenden Zylinders einmündet, ferner hinter der Reinigungsanordnung eine Abgasausleitung derselben sowie eine Abzweigleitung davon, die im Bereich der Zylinderanordnung nach Art eines Wärmetauschers ausgebildet ist. Damit man im warmen Betrieb des Motors keine zusätzliche Aufheizung der Zylinderanordnung, unter der stets der Zylinder selbst bzw. sein Saugrohr zu verstehen ist, erhält, wird man der Abzweigleitung ein Sperrorgan zuordnen. Sobald die Maschine rund läuft, erhält man, sofern das Sperrorgan die Abzweigleitung nicht sperrt, eine Abgasheizung der Zylinderanordnung. Von Bedeutung ist jedoch, daß man vor-diesem Zeitpunkt eine Aufheizung durch das hier in Form von Luft vorliegende Heizmedium hat.
Auch dann, wenn-die Leitungen die Zylinder- und die Reinigungsanordnung parallel mit der Wärmequelle verbinden, können die Leitungen eine Sekundärluftleitung der Reinigungsanordnung enthalten; sie werden dann ferner eine dazu parallele Leitung umfassen, die im Bereich-der Zylinderanordnung nach Art eines Wårmetauschers ausgebildet ist. Hier kann man der parallelen Leitung ein Umschaltventil zuordnen, das man in der Regel so betätigen wird, daß zunächst beim Starten die Zylinderanordnung, also die Brennkammer oder das Saugrohr, und dann die Reinigungsanordnung geheizt wird.
Drei Ausführungsbeispiele der Erfindung zeigen schematisch die Figuzen. Dabei beziehen sich die Figuren 1 und 2 auf eine Leitungsausbildung nach Art einer Reihenschaltung während Figur 3 auf die Parallel schaltung abgestellt ist.
In allen Figuren ist mit 1 eine Wärmequelle bezeichnet, die den Vorheiz-Einrichtungen von Zylinder- und Reinigungsanordnung gemeinsam und als kraftstoffgespeiste Einrichtung ausgebildet ist.
Derartige Brenner sind an sich bekannt, so daß auf ihren Aufbau hier nicht im einzelnen eingegangen wird.
Ferner ist in allen Figuren mit 2 ein Zylinder bezeichnet, der mit einem Einlaßventil 3 und einem AuslaBventil 4 bestückt ist.
Wenn hier auch eine Brennkraftmaschine mit äußerer Gemischbildung, beispielsweise in einem nicht dargestellten Vergaser, zudies -grunde gelegt ist, schließt die Anwendung der Erfindung bei anderen Brennkraftmaschinen, beispielsweise Ottomotoren mit Einspritzung oder Dieselmotoren, nicht aus. Schließlich ist in allen Piguren mit 5 eine Abgas-Reinigungsanordnung bezeichnet, die eine Nachverbrennung der die Abgasausleitung 6 des Zylinders 2 durchströmenden Abgase gewährleistet. Die Reinigungsanordnung 5 besitzt ihrerseits die Abgasausleitung 7.
Betrachtet man nun zunächst die Anordnung nach Figur 1, so umgibt die das Heizmedium, in der Regel Luft, führende, die Wärmequelle 1 einschließende Leitung 9 sowohl die Reinigungsanordnung 5 als auch die Saugleitung 8 nach Art eines Wärmetauschers 10 bzw. 11. Dabei wird von der Wärmequelle 1 betrachtet zunächst die Reinigungsanordnung 5 und dann die Saugleitung 8 erwärmt. Die Leitung 9 kann einen geschlossenen Kreislauf für das Heizmedium bilden, der dasselbe zur Wärmequelle 1 zurückleitet.
In dem Ausführungsbeispiel nach Figur 2 ist zwar ebenfalls eine Reihenschaltung von Reinigungsanordnung 5 und Saugrohr 8 bezüglich der Aufheizung angenommen, jedoch bildet hier die Anschlußleitung 12 für die Wärmequelle 1 zugleih die Sekundärluftzuführnng für die Reinigungsanordnung 5. Von der flgasausleitung derselben geht die Abzweigleitung 13 aus, die im Bereich des 5augrohres 8 wiederum nach Art eines Wärmetauschers 14 ausgebildet ist Hier hat man also zunächst eine Aufheizung der Sekundärluft der Reinigungsanordnung 5, wobei die aufgeheizte Sekundärluft bei in ihrer dargestellten Lage befindlicher Klappe 15 nach dem Durchsetzen der Reinigungsanordnung 5 zum Aufheizen der Saugleitung 8 dient. Sobald die Maschine gestartet ist und die Reinigungsanordnung 5 ihre optimale Betriebstemperatur angenommen hat, wird die Klappe 15, beispielsweise gesteuert durch einen Temperaturfühler in der Anordnung 5, umgelegt, so daß dann die Aufheizung des Saugrohres 8 beendet ist.-Das schließt verständlicherweise nicht aus, daß san erwünschtenfalls die Klappe 15 in ihrer gezeichneten Stellung belassen kann oder teilweise so öffnen kann, daß nach wie vor eine Aufheizung des Saugrohres 8 erfolgt, jetzt jedoch durch eine Abgasvorwärmung.
Auch bei der in Figur 3 dargestellten, nach Art einer Parallel schaltung aufgebauten Ausführungsform der Erfindung ist der Kreis des Heizmediums integriert in den Strömungskreis der Reinigungsanordnung 5. Ausgehend von der Wärmequelle 1 findet sich eine Verzweigung in zwei Leitungen 16 und 17, von denen die Leitung 16 wiederum dieSekuÜdärluftzufuhr zu der Reinigungsanordnung 5 darstellt; demgeiiiäß läuft in die Leitung 16 die Abgasausleitung 6 des Zylinders 2 ein. Die andere Leitung 17 umgibt das Saugrohr 8 nach Art eines Wärmetauschers 18, so daß an dieser Stelle - wie in dem Ausführungsbeispiel nach Figur 2 - eine Trennung der verschiedenen Kreise erfolgt. Grundsätzlich wäre es verständlicherweise auch möglich, die Leitung 17 beispielsweise als Zuführungsleitung für die Verbrennungsluft des Zylinders 2 zu benutzen.
An der Stelle der Verzweigung der beiden Leitungen 16 und 17 ist die Umschaltklappe 19 vorgesehen, die zunächst in ihre figürlich dargestellte Lage gebracht wird, so daß eine Aufheizung des Saugrohres 8 mit dem darin befindlichen Gemisch erfolgt, während anschließend die Klappe 19 in ihre gestrichelte Lage gebracht wird, so daß dann die durch die Wärmequelle 1 erwärmte Luft (gegebenenfalls nebst Abgasen) der Abgas-Reinigungsanordnung 5 zugeführt wird. Dadurch ist sichergestellt, daß der Reinigungsanordnung 5 von Anfang an warmes Abgas zugeführt wird.
Grundsätzlich ist es auch möglich, gegebenenfalls unter Verzicht auf die Aufheizung des Saugrohres eine Aufheizung der Brennkammer des Zylinders vorzunehmen. Zu diesem Zweck kann im Zylinder beispielsweise eine elektrische Beizanordnung vorgesehen sein. Es sei ferner darauf hingewiesen, daß die Erfindung nicht auf eine bestimmte Zylinderzahl beschränkt ist. Grundsätzlich kann dieselbe Wärmequelle auch für mehrere Zylinder Verwendung finden. Insbesondere kann es sinnvoll sein, jeweils einer Zylindergruppe eine Wärmequelle und eine Abgasreinigungsanordnung zuzuordnen, so daß bei einem Schaden an der Abgasreinigungsanordnung bzw. der Wärmequelle nur diese Zylinderanordnung abgeschaltet zu werden braucht, damit keine schädlichen Abgasemissionen auftreten.

Claims

A N S P R Ü C H E

1. Brennkraftmaschine mit einer Zylinderanordnung, die zumindest einen Zylinder mit einem Saugrohr für Luft oder Kraftstoff-Luft-Gemisch enthält, und mit einer Abgas-Reinigungsanordnung, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die Zylinder- (2, 8) als auch die Reinigungsanordnung (5) mit einer Vorbeiz-Einrichtung (Fig. 1: 1, 9-11) versehen ist.

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch elektische Vorheiz-Einrichtungen.

3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch kraftstoffgespeiste Vorheizeinrichtungen (1, 9-11).

4. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorheiz-Einrichtungen der Zylinderanordnung (2, 8) und der Reinigungsanordnung (5) eine gemeinsame Wärmequelle (1) sowie zu der Zylinderanordnung (2, 8) und zu der Reinigungsanordnung (5) führende Leitungen (9) für ein Heizmedium enthalten.

5. Brennkraftmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungen (9) die Wärmequelle (1),die Zylinder- (2, 8) und die Reinigungsanordnung (5) in Reihe verbinden.

6. Brennkraftmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungen im Bereich sowohl der Zylinder- (2, 8) als auch der Reinigungsanordnung (5) nach Art von Wärmetauschern (10, 11) ausgebildet sind.

7. Brennkraftmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungen im Bereich der Wärmequelle eine SekundärluSt leitung (Fig. 2:12) der Reinigungsanordnung (5),in die eine Abgasausleitung (6) des betreffenden Zylinders (2) einmündet, hiner der Reinigungsanordnung (5) eine Abgasausleitung (7) derselben sowie eine Abzweigleitung (13) davon enthalten, die im Bereich der Zylinderanordnung nach Art eines Wärmetauschers (14) ausgebildet ist

8. Brennkraftmaschine nach Anspruch 71 dadurch gekennzeichnet,-daß der Abzweigleitung (13) ein Sperrorgan (15) zugeordnet ist.

9, Brennkraftmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungen (Pig. 3: 16, 17) die Zylinder- (2, 8) und die Reinigungsanordnung (5) parallel mit der Wärmequelle (t) verbinden.

10. Brennkraftmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizmedium Luft enthält.

11. Brennkraftmaschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungen (16, 17) eine Sekundärluftzuleitung (t6) der Reinigungsanordnung sowie eine dazu parallele Leitung (t7) enthalten, die im Bereich der Zylinderanordnung (2, 8) nach Art eines Wärmetauschers ausgebildet ist.

12. Brennkraftmaschine nach Anspruch lt, dadurch gekennzeichnet, daß der Sekundärluftleitung (16) und der parallelen Leitung (17) ein Umschaltorgan (19) zugeordnet ist.

13. bremrtftaschine nach einen der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorheiz-Einrichtung der Zylinderanordnung (2, 8) den Zylinderbrennraum heizend ausgebildet ißt.

140 Brennkraftmaschine nach einen der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorheiz-Einrichtung der Zylinderanordnung (2, 8) das Saugrohr (8) heizend ausgebildet ist.

L e e r s e i t e