DE2215533B2 - Vorrichtung zur Verminderung der schädlichen Anteile in den Abgasen ' einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Vorrichtung zur Verminderung der schädlichen Anteile in den Abgasen ' einer Brennkraftmaschine

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Description

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sauerstoff-Sonde (13) stromaufwärts des katalytischen Reaktors (12) angeordnet ist und eine katalytisch wirksame Oberfläche aufweist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sauerstoff-Sonde (13) stromaufwärts des katalytischen Reaktors (12) angeordnet ist und der Sonde ein nur ihr zugeordneter Katalysator vorgeschaltet ist.
4. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sauerstoff-Sonde (13) auch eine Meßgröße für die Regelung des Gemischerzeugers (18) darstellt.
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verminderung der schädlichen Anteile in den Abgasen einer Brennkraftmaschine, in deren Auspuffsystem wenigstens ein katalytischer Reaktor zur Nachbehandlung der Abgase angeordnet ist und die mittels eines Gemischerzeugers mit einem fetten Luft-Kraftstoff-Gemisch (λ<1) betreibbar ist, wobei in das Auspuffsystem stromaufwärts des katalytischen Reaktors eine Zusatzluftleitung mündet und in der Vorrichtung katalytische Oxidation der oxidierbaren Schadstoffanteile und katalytische Reduktion der reduzierbaren Schadstoffanteile vorgesehen ist.
Bei einer bekannten Vorrichtung dieser Gattung (Motortechnische Zeitschrift 1972, Heft 2, Seite 63) erfolgt keine Regelung der Menge der Zusatzluft. Soweit sich aus der Offenbarung dieser Fundstelle eine Beeinflussung der Zusatzluftmenge herauslesen läßt, wäre die Dosierung jedenfalls hinsichtlich der Erzielung enger Toleranzen einer Luftzahl X2 des resultierenden Abgases, d. h. nach Einführung der Zusatzluft in das Abgas, sehr ungenau.
Ferner ist auch schon eine Vorrichtung bekannt (US-PS 36 16 274), bei der eine Sauerstoffsonde vorgesehen ist, die das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein von freiem Sauerstoff im Abgas einer Brennkraftmaschine mißt und deren Ausgangssignal sowolii zur Anzeige des Sauerstoffgehalts als auch zur Steuerung der Gemischzusammensetzung dienen kann. Darüber hinaus aber wird auch in Spalte 4, Zeile 1 —5 vorgeschlagen, das Ausgangssignal zur Bewertung anderer Brennkraftmaschinen-Daten zu verwenden.
Ό Weiterhin ist auch eine Vorrichtung bekannt (US-PS 30 32 969), bei der stromabwärts der Einmündung einer Oxidationsmittelzufuhrleitung in das Abgas eine Abgasmenge entnommen und einer Analysiereinrichtung zugeführt wird, mit der die chemische Zusammensetzung der Abgase ermittelt wird. Entsprechend dieser Zusammensetzung wird ein in der Oxidationsmittelzufuhrleitung angeordnetes Stellventil gesteuert
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ausgehend von einer Vorrichtung der eingangs bezeichneten Gattung eine Regelung der Zufuhr der Zusatzluft ins Abgas vorzuschlagen, die bei geringem Gesamtaufwand eine besonders wirksame Verminderung sowohl der oxidierbaren als auch der reduzierbaren Schadstoffe ergibt.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß ausgehend von der eingangs bezeichneten bekannten Vorrichtung stromabwärts der Einmündung der Zusatzluftleitung im Abgasstrom eine das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein von freiem Sauerstoff im Abgas anzeigende
j0 Sauerstoff-Sonde angeordnet ist, welche über eine Regeleinrichtung (Verstärker) auf ein Stellventil in der Zusatzluftleitung als Meßgröße geschaltet ist, und die Regeleinrichtung auf eine Zusatzluftbemessung zur Erzielung einer an der Sauerstoff-Sonde vorliegenden
J5 Luftzahl des Abgases von X7=0,995 ±0,005 ausgelegt ist.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und zweckmäßige
Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Es folgt die Beschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand der Zeichnung, die ein Abgassystem einer Brennkraftmaschine mit einer Einrichtung zur Zuführung von Zusatzluft zeigt.
Für den schadstoffarmen Betrieb von Brennkraftmaschinen, insbesondere von Kraftfahrzeugmotoren, ist
v> die Anwendung katalytischer oder kombinierter thermo-chemischer und katalytischer Abgasreaktoren im Auspuffsystem zur Aufbereitung und Entgiftung des Abgases von der Brennkraftmaschine zweckmäßig. Ein besonders gutes Ergebnis bei der Abgasentgiftung wird
r>0 erreicht, wenn mindestens einem katalytischen Reaktor ein Abgas mit sehr genau definierter Zusammensetzung — besonders hinsichtlich der Sauerstoftbilanz — zugeführt wird. Dies wird dann erreicht, wenn die Luftzahl X des dtr Brennkraftmaschine zugeführten
Γ)5 Kraftstoff-Luft-Gemisches eine geringfügig unterstöchiometrische Zusammensetzung aufweist. Die Luftzahl X soll 0,995 betragen. Bei diesem Wert ist einerseits ein genügender Abbau der Kohlenwasserstoffe und des Kohlenmonoxids möglich, andererseits sind aber noch
hl) Reste des Kohlenmonoxids, z.B. 0,1%, zur Reduktion von Stickoxiden verfügbar. Da die Regelung des Verhältnisses Luft/Kraftstoff vor der Brennkraftmaschine großen Aufwand erfordert, um ständig eine Genauigkeit von ±1% einzuhalten, wird so verfahren, daß das der Brennkraftmaschine zugeführte Kraftstoff-Luftgemisch mittels Gemischerzeugern wie Vergasern, Einspritzpumpen oder anderen bekannten Einrichtuneen in herkömmlicher Weise nur erob auf einen Wert
von etwa λ=0,95 bis 0,99 entsprechend den Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine eingeregelt wird. Diess Einregelung erfolgt in Abhängigkeit von Drehzahl, Luftdruck, Temperatur und anderen Größen. Um eine genau definierte, für die Abgaajiachbehandlung optimale Zusammensetzung des Abgases zu erreichen, wird in Abhängigkeit vom Ausgangssignal einer im Abgasstrom der Brennkraftmaschine angeordneten Sauerstoff-Sonde 13 Zusatzluft stromabwärts der Verbrennungsräume der Brennkraftmaschine dem Abgasstrom zugeführt Für die Dosierung dieser Zusatzluft, die etwa 0,5 bis 5% der motoreingangsseitig zugeführten Luft ausmacht, sind die Genauigkeitsanforderungen wesentlich geringer, da ein relativer Fehler von etwa ± 10% die Luftzahl λ2 um maximal ±0,005 beeinflussen kann. Es ist dann ausreichend, nur eine dem Betrieb des Motors angepaßte Regelung des Kraftstoff-Luft-Gemisches auf der Ansaugseite der Brennkraftmaschine vorzusehen, jedoch mit einer weiteren Regelung für die dem Auspuffsystem der Brennkraftmaschine zugeführte Zusatzluft für eine genau definierte Zusammensetzung des Abgases zu sorgen. Einstellungstoleranzen und Änderungen dieser Regelung während des Laufzeitbetriebs der Brennkraftmaschine und der zugehörigen Aggregate werden durch die geregelte Zusatzluftzugabe automatisch ausgeglichen.
Eine besonders zweckmäßige Einrichtung zur Regelung der Zusatzluftzugabe zum Auspuffsystem der Brennkraftmaschine ist in der Zeichnung dargestellt. Einer Brennkraftmaschine 10 wird ein Kraftstoff-Luft-Gemisch zugeführt, wobei die Luft frei angesaugt wird und mit Kraftstoff aus einem Kraftstoffbehälter 11 mittels eines bekannten Gemischerzeugers 18 gemischt wird. Das Abgas der Brennkraftmaschine 10 wird über einen katalytischen Reaktor 12 abgeleitet Nach dem katalytischen Reaktor ist im Auspuffsystem der Brennkraftmaschine 10 eine Sauerstoff-Sonde 13 angeordnet, die die Zusammensetzung des Abgases ermittelt Entsprechend der Zusammensetzung des Abgases im Auspuffsystem der Brennkraftmaschine gibt die Sauerstoff-Sonde 13 über einen Verstärker 14 ein Signal an ein Stellventil 15, das eine zum Auspuffsystem der Brennkraftmaschine führende Zusatzluftleitung 16 mehr oder weniger freigibt. Mit diesem Stellventil 15 kann die Zufuhr von Zusatzluft zum Auspuffsystem der Brennkraftmaschine reguliert werden und so die Luftzahl X2 sehr exakt auf den gewünschten Wert eingestellt werden. Die Luft, die über die Zusatzluftleitung 16 zum Auspuffsystem der Brennkraftmaschine geführt werden soll, wird von einer Pumpe 17 gefördert. Diese Pumpe 17 kann von der Brennkraftmaschine 10 angetrieben werden, da bei gegebenem λ die erforderliche Zusatzluftmenge in erster Näherung der Drehzahl der Brennkraftmaschine proportional ist.
Bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Sauerstoff-Sonde 13 nach der Nachreini- gungseinrichtung, dem katalytischen Reaktor 12, angeordnet Die Sauerstoff-Sonde kann aber auch vor der Nachreinigungseinrichtung angeordnet sein, wenn eine Sonde mit katalytisch wirksamer Oberfläche verwendet wird. Die Sonde kann ferner auch dann vor der
ίο Nachreinigungseinrichtung angeordnet sein, wenn vor der Sonde ein nur der Sonde zugeordneter Katalysator angeordnet ist.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:
1. Vorrichtung zur Verminderung der schädlichen Anteile in den Abgasen einer Brennkraftmaschine, in deren Auspuffsystem wenigstens ein katalytischer Reaktor zur Nachbehandlung der Abgase angeordnet ist und die mittels eines Gemischerzeugers mit einem fetten Kraftstoff-Luft-Gemisch (λ<1) betreibbar ist, wobei in das Auspuffsystem stromaufwärts des katalytischen Reaktors eine Zusatzluftleitung mündet und in der Vorrichtung katalytische Oxidation der oxidierbaren Schadstoffanteile und katalytische Reduktion der reduzierbaren Schadstoffanteile vorgesehen ist, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
a) stromabwärts der Einmündung der Zusatzluftleitung (16) ist im Abgasstrom eine das Vorhandensein oder NichtVorhandensein von freiem Sauerstoff im Abgas anzeigende Sauerstoff-Sonde (13) angeordnet, welche über eine Regeleinrichtung (Verstärker 14) auf ein Stellventil (15) in der Zusatzluftleitung als Meßgröße geschaltet ist;
b) die Regeleinrichtung ist auf eine Zusatzluftbemessung zum Erzielen einer an der Sauerstoff-Sonde (13) vorliegenden Luftzahl des Abgases von X2=0,995 ± 0,005 ausgelegt.
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