DE2237781A1

DE2237781A1 - Brennkraftmaschine, insbesondere fuer kraftfahrzeuge, mit einer einrichtung zur beseitigung schaedlicher abgasbestandteile

Info

Publication number: DE2237781A1
Application number: DE2237781A
Authority: DE
Inventors: Bernhard Hanschel; Juergen Sandhagen
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1972-08-01
Filing date: 1972-08-01
Publication date: 1974-02-14

Description

Brennkraftmaschine, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einer Einrichtung zur Beseitigung schädlicher Abgasbestandteile Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einer an das Abgasleitungssystem der Brennkraftmaschine angeschlossenen Einrichtung, die bei ihrer Betriebstemperatur schädliche Abgasbestandteile beseitigt, sowie mit den Strömungsweg der Abgase in dem Abgasleitungssystem temperaturabhängig bestimmenden Mitteln zum Verhindern einer Überhitzung der Einrichtung.
Bekanntlich ordnet man im Abgassystem von Brennkraftmaschinen, und zwar auch stationären Brennkraftmaschinen, Einrichtungen zur katalytischen oder thermischen N6achverbrennung schädlicher Abgasbestandteile an. Eine Schwierigkeit besteht darin, daß derartige Einrichtungen, und zwar insbesondere katalytische Einrichtungen, nur bei Einhaltung bestimmter Betriebstemperaturen voll wirksam sind. So gibt es Katalysatoren mit niedriger Anspringtemperatur, d. h. niedriger Betriebstemperatur, bei der alle schädlichen Abgasbestandteile konvertiert werden, die auch eine niedrige maximal zulässig2 Betriebstemperatur aufweisen.
Allerdings gibt es auch Katalysatoren blit hohc:r zulässiger Betriebstemper2tur, aber sie haben wiederum eine hohe Anspringtemperatur. Diese Eigenschaften der heu@ @@ka@nten Katalysatormaterialien haben insofern Schwi@ @@@ite@ zur Folge, als trreits beil.l Start der Brennkraft ine infolge des dann hohen Antei.ls an Schadstoffen @@ : Abgasen eine Beseitigung derselben erfolgen muß, u@@@ls andererseits auch während des Betriebes der Brennk maschine die Schadstoffanteilc im Abgas beseitigt x. den müssen. Während dieser beiden Betriebsweisen d@@ @@ennkraftmaschine, also während des Startes und während ihres eingelaufenen Zustandes, liegen aber sehr untersshiedliche Temperaturen in der Einrichtung zur Beseitigung dcr schädlichen Abgasbestandteile vor, so daß diese nicht in beiden Betriebszuständen der Brennkraftmaschine die erforderliche Betriebstemperatur aufweist.
Aus der Patentliteratur sind Lösungen dieses Problems bekannt, die mit einer zweiteiligen Einrichtung zur Beseitigung schädlicher Abgasbestandteile zrbeiten. So weist die Einrichtung nach der DAS 1 451 881, 14 k, 3/10, eine in nnmittelbarer Nähe der Brennkraftmaschine angeordnete kleinere Katalysatormasse und eine weiter entfernt angeordnete größere Katalysatormasse sowie wahlweise einschaltbare Bypassleitungen zu diesen beiden Katalysatormassen auf. Während des Startes brauchen die Abgase nur die relativ kleine Katalysatormasse in unmittelbarer Nähe der Brennkraftmaschine aufzuheizen, die während des eingelaufenen Betriebszustandes der Brennkraftmaschine infolge Durchschaltens der ihr zugeordneten Bypassleitung und Einschaltens der größeren Katalysatormasse gegen tberhitzung geschützt wird. Auch die Anordnung nach der deutschen Patentschrift 1 299 005, 14 k, 3/10, erfordert eine zweiteilige Einrichtung, deren erster Teil durch eine Bypass'eitung geschützt werden kann. Betrachtet man schließlich die Vorrichtung nach der Offenlegung.,schrift 1 476 637, 14 k, 3/10, so findet dort ebenfalls eine zweiteilige Einrichtung mit zwei Katalysatorbetten Verwendung, und bei Gefahr der Überhitzung eines der beiden Katalysatorbetten wird die Reihenfolge der Durchströmung der beiden Teile der Einrichtung durch das Abgas geändert.
Der Erfindung liegt ebenfalls die Aufgabe zugrunde, eine Brennkraftmaschine mit einer Einrichtung zur Beseitigung schädlicher Abgastestandteile zu schaffen, die ungeachtet der Erfordernis einer bestimmten Betriebstemperatur für die Einrichtung die Wirksamkeit derselben bei den verschiedenen fletriebszuständen der Drennkraftmaschine sicherstellt. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht jedoch darin, diese Aufgabe ohne den erheblichen Mehraufwand einer zweiteiligen Einrichtung der genannten Art zu lösen.
Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet, daß das Abgasleitungssystem zumindest zwei in die Einrichtung führende Leitungen enthäit, von denen eine kurz und/oder gegen die Umgebung thermisch isoliert ist, während die andere infelge ihrer Länge und/oder infolge eines sie umgebenden Kühlmediums das sie durch£trömende Abgas kühlt, und daß den beiden Leitungen in der Weise temperaturabhängige Schaltmittel zugeordnet sind, daß die Abgas zufuhr bei unterhalb der Betriebstemperatur liegenden Temperaturen der Einrichtung zumindest überwiegend durch die eine Leitung, dagegen bei über der Betriebstempe ratur liegenden Temperaturen zumindest überwiegend durch die andere Leitung erfolgt.
Bei der Erfindung wird der Aufwand einer zweiteiligen Einrichtung, also beispielsweize das Erfordernis von zwei Y.atalysatorbetten, also dadurch vermieden, daß im Bereich des Abgasleitungssystems Maßnahmen getroffen sind, um die Temperatur des in die Einrichtung gelangenden Abgases der jeweils vorlieRenden Temperatur der Rinrichtung so anzupassen, daß diese mit ihrer optimalen Betriebstemperatur betrieben wird.
Gegenüber einer Vorwärinung oder Vorheizung der Einrichtung bietet die Erfindung ebenfalls den Vorteil einen geringeren Aufwandes; da auf eine Heizung der Einrichtung verzichtet werden kann und sich die in der anderen der beiden Abgaszuführungsleitungen erfolgende Abkühlung der Abgase relativ leicht erreichen läßt. So wird es häufig genUgen, die andere Leitung relativ lang zu machen, so daß ein intensiver Wärmeaustausch mit der Umgebung möglich ist. Bei einer für Kraftfahrzeuge verwendeten Brennkraftmaschine kann man die andere Leitung auch im Bereich des Fahrtluftstromes anordnen. Schließlich ist es auch möglich, in ihrem Zuge einen Wärmetauscher vorzusehen, der beispielsweise einen Bestandteil einer Heizvorrichtung, beispielsweise für den Fahrgastraum eines Fahrzeuges, bilden kann.
Die infolge ihrer konstruktiven Einfachheit bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß die beiden Leitungen in die Einrichtung im Bereich einer ihnen zugeordneten Umschaltklappe einmünden. Dies schließt jedoch die Möglichkeit des Vorsehens von Klappen oder anderen Ventilen im Zuge der beiden Leitungen 6 selbst nicht aus.
Die Steuerung dieser Ventile erfolgt zweckmäßigerweise über einen Stellmotor oder einen anderen Antrieb, der mit einem Temperaturfühler in der Einrichtung zur Abgasbe seitigung in Verbindung steht. Dabei kann die Beeinflussung dieses Ventils oder dergleichen so erfolgen, daß wahlweise nur die eine oder die andere der beiden Leitungen Abgas in die Einrichtung zur Beseitigung der Schadstoffanteile liefert; es ist jedoch auch eine kontinuierliche Regelung in der Weise möglich, daß beide Leitungen gleichzeitig, jedoch zu temperaturabhängig veränderlichen Anteilen Abgase in die Einrichtung liefert.
Ein Ausfühuungsteispiel der Erfindung zeigt in Draufsicht die Figur. Es handelt sich dabei um die Brennlrrnftmaschine eines Fahrzeuges, insbesondere eines Personenwagens, der eine Einrichtung zur Beseitigung schädlicher Abgasbestandteile zugeordnet ist.
Die Brennkraftmaschine selbst ist lediglich schematisch bei 1 angedeutet. Es handelt sich um eine Vierzylindermaschine, so daß vier Abgas-EinzelLeitungen 2 bis 5 sich an der DIaschine paarweise gegenüberliegen. Diese Einzelleitungen sind usammengefaßt zu Abgasleitungen 6 und 7, von denen jeweils eine auf einer Seite der Brennkraftmaschine 1 angeordnet ist. Dieses Abgasleitungssystem enthält ferner in diesem Ausführungsbeispiel zwei quer verlaufende Leitungen 8 und 9, von denen die Leitung 9 unmittelbar bei 10 in die Einrichtung 11 zur Beseitigung schädlicher Abgasbestandteile einmündet. Es handelt sich dabei in diesem Ausführungsbeispiel um eine Katalysatoranordnung.Eine weitere Einmündung findet sich bei 10a in Fortsetzung der Abgasleitung 6.
Zwischen den beiden Einmündungen 10 und IOaliegt die Regelklappe 12, deren Stellmotor 13 unter dem Einfluß des Thcrmoelements 14 in der Einrichtung 11 steht.
Ein wesentliches Merkmal der Erfindung ist darin zu sei:sn, daß die Abgasleitung 6 relativ kurz ist, so daß die sie durchströmenden Abgase allenfalls geringfügig gekühlt werden, während die Leitung 9 in diesem Aus Mhrungsbeispiel von dem Wärmetauscher 15 umgeben ist, der den Bestandteil einer lieizvorrichtung des Fahrzeuges bildet. Das durch die Pfeile angedeutete Kühlmedium im Wärme tauscher entzieht also den die Leitung 9 durchströmenden Abgas ZJärne, so daß durch die Mündung 10 der Einrichtung 11 zugeführte Abgase eine relativ niedrige Temperatur besitzen.
Betrachtet man nun zunächst den Fall, daß beispielsweise beim Starten der Brennkraftmaschine die Einrichtung 11 ei ne unter ihres optimalen Betriebstemperatur liegonde Temperatur besitzt, so muß diese Temperatur durch die zugeführten Abgase so schnell wie möglich erhöht werden. Aus diesem Grunde bewegt der Antrieb 13 die Regelklappe 12 in ihre bei 12a angedeutete Stellung, in der sie die Mündungsstelle 10 vollständig abdeckt, dagegen die Zufuhr von Abgas durch die Leitung 6 und die Leitung 8 (im Sinne der unterbrochen dargestellten Pfeile)vollständig freigibt.
Infolge der durch die heißen Abgase schnell vorgenommenen Aufheizung der Einrichtung 11 ist diese in der Lage, bereits während des Starts der Brennkraftmaschine anfallende Schadstoffe zu beseitigen. Besteht dagegen während des Betriebes der Brennkraftmaschine die Gefahr einer tiberhitzung der Einrichtung 11, so legt der Antriebsmechanismus 13 die Hegelklappe 12 in ihre bei 12b angedeutete andere Stellung, in der sie die Abgaszufuhr zur Einrichtung 11 nur durch das Rohr 9 freigibt. Jetzt. stellt sich in dem Abgasleitungssystem die durch die ausgezogenen Pfeile angedeutete Ströiaung ein, so daß in die Einrichtung 11 nur durch den Wärmetauscher 15 gekühlte Abgase gelangen können.
Verständlicherweise sind auch Zwischenstellungen der Regelklappe 12 möglich, so daß das zugeführte Abgas eine mittlere Temperatur@aufweist.
Die gercinigten Abgase gelangen durch den Schalldämpfer 16 ins Freie.
Verständlicherweise kann die Regelklappe oder ein anderes Organ auch an einer Stelle außerhalb der Einrichtung 11 vorgesehen scin, beispielsweise an der Einmündung der Leitung 8 in die Leitung 7. Auch kann das Rohr 9 in die Ab6asleitung 6 einmünden, so daß an der Einrichtung 11 nur eine Einmündung, nämlich 10 a, vorhanden ist.

Claims

ANSPRÜCHE

1. BrenSiraftmaschine, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einer an das Abgasleitungssystem der Brennkraftmaschine angeschlossenen Einrichtung, die bei ihrer Betriebstemperatur schädliche Abgasbestandteile be seitigt, sowie mit den Strömungsweg der Abgase in dem Abgasleitungssystem ternperaturabhängig bestimmenden Mitteln zum Verhindern einer Überhitzung der Einrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgasleitungsr:ystem (2 - 11) zumindest zwei in die Einrichtung (11) führcnde Leitungen (6, 9) enthält, von denen eine (6) kurz und/oder gegen die Umgebung thermisch isoliert ist, während die andere (9) infolge ihrer Länge und/ oder infolge eines sie umgebenden Kühlmediums das sie durchströmende Abgas kühlt, und daß den.beiden Leitungen (6, 9) in der Weise temperaturabhängige Schaltmittel (12) zugeordnet sind, daß die Abgaszufuhr bei unterhalb der Betriebstemperatur liegenden Temperaturen der Einrichtung (11) zumindest überwiegend durch die eine Leitung (6), dagegen bei über der Betriebstemperatur liegenden Temperaturen zumindest überwiegend durch die andere Leitung (9) erfolgt.

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Zuge der anderen Leitung (9) ein Wärmetauscher (15) liegt.

3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Leitungen (6, 9) in die Einrichtung (11) im Bereich einer ihnen zugeordneten Bmschaltklappe (12) einmünden.