DE2242591A1 - Schutzeinrichtung fuer eine anordnung zur abgasentgiftung von brennkraftmaschinen - Google Patents

Schutzeinrichtung fuer eine anordnung zur abgasentgiftung von brennkraftmaschinen

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Description

  • Anlage zur Patent anmeldung Schutzeinrichtung für eine Anordnung zur Abgasentgiftung von Brennkraftmas chinen Die Erfindung betrifft eine Schutzeinrichtung für eine Anordnung zur Verminderung von schädlichen Anteilen der Abgasemission von Brennkraftmaschinen deren Auspuffsystem wenigstens einen thermischen und/oder katalytischen Reaktor zur Nachbehandlung des Abgases der Brennkraftmaschine aufweist, Bei bekannten Abgasentgiftungseinrichtungen ftlr Brennkraftmaschinen sind im Auspuffsystem der Brennkraftmaschine thermische und/oder katalytische Reaktoren vorgesehen. So sind beispielsweise sogenannte Zweibettkatalysatoren bekannt, die im Auspuffsystem, einer Brennkraftmaschine angeordnet sind, wobei die Brennkraftmaschine mit einem fetten Kraftstoffgemisch betrieben wird.
  • In einem ersten Katalysatorbett des Zweibettkatalysators werden dabei die in dem Abgas enthaltenen Stickoxide NO mit dem Kohlenmonoxid CO zu Nohlendioxid C02 und Stickstoff N2 abgebaut.
  • Im zweiten Katalysatorbett des Zweibettkatalysators werden unter ZufUgung von Sekundärluft das noch vorhandene Kohlenmonoxid CO zu Kohlendioxid C02 und die im Abgas enthaltenen Kohlenwasserstoffe CnH1 zu Kohlendioxid C02 und Wasser oxidiert.
  • Bei derartigen Abgasentglftungssystemen besteht das Problem, daß die Katalysatoren gegenüber Temperaturen, bei denen sie zerstört werden, geschützt werden müssen. Damit die Watalysatoren unter normalen Betriebsbedingungen, z,b, im Stadtbetrieb, ausreichend hohe Temperaturen für die Nachbehandlung des Abgases erreichen, werden sie möglichst nahe am Auslaß der Brennkraftmaschine eingebaut, Dadurch können unter ungUnstigen Verhältnissen, z.B. bei längerer Vollastfahrt, unzulässig hohe Temperaturen im Katalysator auftreten. Noch wesentlich gefährlicher kann die Temperaturerhöhung sein, wenn infolge von Störungen der ZUndanlage, z.B. bei abgefallenem Kerzenstecker oder bei einer defekten Zündkerze, ein oder mehrere Zylinder der Brennkraftmaschine zwar mit brennfähigem Kraftstoff-Luft-Gernisch versorgt werden, im Brennraum der Brennkraftmaschine jedoch keine Verbrennung stattfindet. Dadurch wird das zündfähige Kraftstoff-Luft-Gemisch unverbrannt oder unvollständig verbrannt ausgestoßen und gelangt in den oder die im Ausputfsystem der Brennkraftmaschine angeordneten Katalysatoren, die sich auf einem hohen Temperaturniveau befinden. Aufgrund der plötzlich zugefUhrten überschüssigen Energie wird die Temperatur in dem bzw. den Katalysatoren zusätzlich in starkem Maße erhöht, so daß die Katalysatortemperatur unzulässig hohe Werte annimmt und der Katalysator zerstört wird.
  • Um derartige Zerstörungen zu vermeiden, sind Einrichtungen bekannt geworden, bei denen die Katalysatoren umgehende, durch ein Ventil gesteuerte Bypasskanäle vorgesehen sind.
  • Wenn hier. die Katalysatortemperatur zu groß wird, wird ein Bypass zu dem bzw. den Katalysatoren geöffnet. und das Abgas an den Nachbehandlungseinrichtungen vorbeigeleitet. Dies führt dazu, daß die Abgasvorschriften in derartigen Fällen nicht eingehalten werden, da der den Katalysator umgehende Abgasstrom hohe Konzentrationen der schädlichen Bestandteile Kohlenmonoxid, Schwefelwasserstoff und Stickoxiden enthält.
  • Außerdem ist auch der konstruktive Aufwand bei derartigen Lösungen verhältnismäßig groß.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde-, zum Schutz von Anordnungen zur Abgasentgiftung eine Einrichtung zu entwickeln, die einfach und kostengünstig zu realisieren ist und die für die Abgasnachbehandlungseinrichtungen in den oben beschriebenen Fällen einen ausreichenden und zuverlässigen Schutz bietet, Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß den Verbrennungsvorgang in einzelnen Zylindern oder Zylinder gruppen charakterisierende Sensoren vorgesehen sind, die bei Vorgängen, die zu einer unzulässigen Temperaturerhöhung im Auspuffsystem bzw. wenigstens einem der Katalysatoren führen, die Abschaltung-der Zufuhr des Kraftstoffes bzw. ges Kraftstoff-Luft-Gemisches zu einzelnen, die Temperaturerhöhung verursachenden Zylindern oder Zylindergruppen auslösen.
  • Weitere vorteilhafte Aus gestaltungen und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich in Verbindung mit den Unteransprüchen aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles und aus der zugehörigen Zeichnung, die in schematischer Darstellung eine Schutzeinrichtung für eine Anordnung zur Abgasentgiftung von Brennkraftmaschinen zeigt.
  • In der Zeichnung ist eine Brennkraftmaschine 1 dargestellt, der Uber ein Ansaugrohr 2 Luft zugeführt wird. Das Ansaugrohr 2 teilt sich in einzelne Zweigleitungen 3,4,5 und 6 auf, in denen jeweils ein Einspritzventil 7,8,9 und 10 angeordnet ist. Jedes dieser Einspritzventile wird für eine von den Betriebsparametern der Brennkraftmaschine 1 abhängende Zeit von einem Steuergerät 11 geöffnet. Das Steuergerät 11 fUr die elektronisch gesteuerte Benzineinspritzung ist deshalb über Leitungen 12,13,14 und 15 mit je einem der Einspritzventile 7,8,9 und 10 verbunden. In den Verbindungsleitungen 12,13,14 und 15 ist dabei je ein öffner 16,17,18 und 19 angeordnet.
  • Im Auspuffsystem 20 der Brennkraftmaschine sind ein thermischer Reaktor 21 und ein katalytischer Reaktor 22 angeordnet, in denen der Anteil der schädlichen Stoffe des Abgases reduziert werden soll. In jedem der Reaktoren 21 und 22 ist einer von zwei Temperaturfühlern 23 und 24 angeordnet, die mit einem Steuergerät 25 verbunden sind. Außerdem ist das Steuergerät 25 mit Temperaturfühlern 26,27,28 und 29 verbunden, die in einzelnen, den Zylindern der Brennkraftmaschine zugeordneten Zweigrohren 30,31,32 und 33 des Auspuffsystems 20 der Brennkraftmaschine 1 angeordnet sind.
  • In Abhängigkeit von den durch die Temperaturfühler 23,211, 26,27,28 und 29 ermittelten Temperaturen betätigt daß Steuergerät 25 über die mit unterbrochenen Linien angedeuteten Verbindungen die Kontakte 16 bis 19 und unterbricht dabei die elektrischen Zuleitungen zu wenigstens einem der Einspritzventile 7,8,9 bzw. 10, so daß die Kraftstoffzufuhr zu dem betreffenden Zylinder der Brennkraftmaschine 1 unterbrochen wird.
  • Die Wirkungsweise der beschriebenen Schutzeinrichtung ist folgende: Wenn mit Hilfe der Temperaturfühler 23 bzw. 24 festgestellt wird, daß die Temperatur in einem der Reaktoren 21 bzw. 22 einen im Normalfall nicht erreichten Schwellwert überschritten hat, wird mit Hilfe der Temperaturfühler 26u27ß28 bzw. 29 festgestellt, in welchem der einzelnen Zylinder der Brennkraftmaschine 1 keine ordnungsgemäße Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemisches stattfindet, bzw. welcher der Zylinder der Brennkraftmaschine für die Überhöhung der Katalysatortemperatur verantwortlich ist. Ist der betreffende Zylinder der Brennkraftmaschine ermittelt,;in dem durch irgendeine Störung die Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemisches nicht stattfindet, so wird von dem Steuergerät 25 der dem ermittelten Zylinder zugehörige Kontakt 16 bzw. 17 bzw. 18 bzw. 19 betätigt und die Kraftstoffzufuhr zu dem entsprechenden Zylinder der Brennkraftmaschine unterbrochen, in dem das Ventil 7 bzw 8 bzw 9 bzw.. 10 nicht mehr von dem elektronischen Steuergerät 11 betätigt werden kann.
  • Anstelle der in den Zuleitungen zu den Einspritzventilen liegenden Schaltkontakte 16 bis 19, die als öffner ausge, -bildet sind, können auch Schließer verwendet sein, die bei Ausfall des Verbrennungsvorganges in-einem Zylinder der Brennkraftmaschine die Erregerwicklung eines der Einspritzventile 7 bis,1O kurzschließen, Anstelle der Schaltkontakte können auch Halbleiterschalter verwendet werden.
  • Damit das elektronische Steuergerät 25 einen der Schaltkontakte 15 bis 19 bei Überschreitung einer bestimmten Temperaturschwelle in einem der Reaktoren auslöst, wird die Reaktortemperatur und den Temperaturen in den Zweigleitungen 30 bis 33 der einzelnen Zylinder der Brennkraftmaschine verglichen und derjenige'Zylinder ermittelt, der die niedrigste Temperatur aufweist. Nach Ermittlung dieses Zylinders wird der Steuerstrom zu dem Einspritzventil dieses Zylinders unterbrochen. Parallel dazu werden optische oder akustische Signaleinrichtungen betätigt; um dem die Brennkraftmaschine bedienenden, beispielsweise dem Fahrer eines Kraftfahrzeuges anzuzeigen, daß ein Zylinder der Brennkraftmaschine nicht ordnungsgem!ß arbeitet.
  • Besonders vorteilhaft bei der beschriebenen Lösung ist, daß nur die Kraftstoffzufuhr zu demjenigen Zylinder unterbrochen wird, in dem ohnehin kein Verbrennungsvorgang stattfindet.
  • Damit tritt durch die Abschaltung der Kraftstoffzufuhr kein zusätzlicher Drehmomentabfall der Brennkraftmaschine ein.
  • Bei einem zweiten, weiter nicht dargestellten Ausführungsbeispiel, kann das Signal, welches angibt, daß in einem Zylinder keine oder keine vollständige Verbrennung stattfindet, auch aus den Temperaturen in den Zweigleitungen 30 bis 33 des Auspuffsystems 20 der Brennkraftmaschine gewonnen werden. In Abhängigkeit von diesen Temperaturen kann dann wieder die Zuleitung zu einem der Einspritzventile 7 bis 10 in den Zweigleitungen 3 bis 6 des Ansaugrohres 2 der Brennkraftmaschine 1 unterbrochen werden.
  • Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Temperaturen der einzelnen Zylinder nicht in den Zweigleitungen 30 bis 33 des Auspuffsystems 20 der Brennkraftmaschine zu messen, sondern durch Temperaturfühler in den Zylinderköpfen der Brennkraftmaschine zu ermitteln Dadurch kommen infolge der Zylinderkopfkühlung der Brennkraftmaschine Temperaturfehler für niedrigere Temperaturen zur Verwendung. Dies bedeutet eine Vereinfachung und Verbilligung des Aufbaus der Schutzeinrichtung.
  • Eine nicht stattfindende Verbrennung oder eine nicht vollständige Verbrennung in einem Zylinder der Brennkraftmaschine 1 läßt sich auch über den Verbrennungsdruck in den Zylindern der Brennkraftmaschine ermitteln. Zu diesem Zweck ist in jedem Zylinder der Brennkraftmaschine ein Drucksensor vorzusehen.
  • Auch über eine Ionenstrom- oder ZUndstrommessung läßt sich eine nicht einwandfrei arbeitende Zündung erkennen.
  • Eine Vereinfachung der beschriebenen Einrichtung läßt sich auch dadurch erreichen, wenn nicht die Temperaturen der einzelnen Zylinder überwacht werden und dann die den einzelnen Zylindern zugeordneten Magnetventile betätigt werden, sondern wenn Zylindergruppen und die diesen Zylindergruppen zugeordneten Magnetventile überwacht und betätigt werden.
  • Eine weitere Möglichkeit zur Verhinderung von unzulässigen Temperaturerhöhungen der Reaktoren-besteht darin, in einzelnen zu den jeweiligen Zylindern der Brennkraftmaschine führenden Ansaugrohren Steuerklappen vorzusehen, die in Abhängigkeit von der Reaktortemperatur verschwenkbar sind, wobei diejenige Klappe geschlossen wird, die in dem Ansaugrohr desjenigen Zylinders ist, der die Temperaturerhöhung auslöst.
  • Zweckmäßigerweise werden die Klappen als pneumatisch betätigbare Ventile ausgebildet, die vom Unterdruck im Ansaugrohr der Brennkraftmaschine gesteuert werden, wobei zur Servosteuerung ein Magnetventil für die Steuerluft vorgesehen ist.
  • Bei Brennkraftmaschinen mit zwei Vergasern für je zwei Zylinder wird entweder mit Hilfe von Magnetventilen die Kraftstoffzufuhr zu wenigstens einer Schwimmerkammer unterbrochen oder die Starterklappe wenigstens eines Vergasers zur Verhinderung weiterer Gemischbildung ganz geschlossen.
  • Auch im Schiebebetrieb von Brennkraftmaschinen kann es vorkommen, daß die Reaktoren unzulässig hoch erwärmt werden, da die Reaktoren mit nicht vollständig verbranntem Kraftstoff angereichert werden. Auch hier Ist es vorteilhaft, die Zufuhr des Kraftstoffes bzw. des Kraftstoff-Luft-Gemisches wenigstens teilweise zu unterbrechen. Es ist in diesem Fall jedoch zweckmäßig, zur Vermeidung von besonders hohen Abgasemissionsspitzen die Kraftstoffzufuhr mit einer Verzögerung von ca. 20 sec.
  • abzustellen. Während der Zeit von der Überschreitung der zulässigen Katalysatortemperatur bis zur verzögerten Abschaltung der Kraftstoffzufuhr wird durch Zugabe von Zusatzluft eine bessere Verbrennung erreicht.
  • Die zeitliche Steuerung der Abschaltung des Kraftstoffes kann zweckmäßigerweise mit Hilfe eines Bimetallrelais erfolgen. Die Kraftstoffzufuhr wird zur Vermeidung von Schäden an den Reåktoren erst dann wieder eingeschaltet, wenn eine bestimmte Drehzahl der Brennkraftmaschine unterschritten wird.

Claims (15)

  1. Ansprüche
    g Schutzeinrichtung für eine Anordnung zur Verminderung von schädlichen Anteilen der Abgasemission von Brennkraftmaschinen, deren Auspuffsystem wenigstens einen thermischen und/oder katalytischen Reaktor zur Nachbehandlung des Abgases der Brennkraftmaschine aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß dem Verbrennungsvorgang in einzelnen Zylindern oder Zylindergruppen charakterisierende Sensoren (26-29) vorgesehen sind, die bei zu einer unzulässigen Temperaturerhöhung im Auspuffsystem (20) bzw. wenigstens einem der Katalysatoren (21,22) führenden Vorgängen in der Brennkraftmaschine (1) die Absperrung des zugeführten Kraftstoffes bzw. des Kraftstoff-Luft-Gemisches zu einzelnen die Temperaturerhöhung verursachenden Zylindern oder Zylindergruppen auslösen.
  2. 2. Schutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Nähe jedes Zylinders bzw. jeder Zylindergruppe der Brennkraftmaschine (1) ein Temperaturfühler (26-29) vorgesehen ist, der ein der Temperatur des Abgases des Zylinders bzw. der Zylindergruppe entsprechendes elektrisches Signal liefert, das bei Überschreitung eines Schwellwertes Zufuhr des die/Kraftstoffes bzw. des Kraftstoff-Luft-Gemisches zu.
  3. dem die Uberschreitung des Schwellwertes auslösenden Zylinders unterbricht. 3. Schutzeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in wenigstens einem der vor Überhitzung zu schützenden Katalysatoren (21,22) ein Temperaturfühler (23,24) angeordnet ist, der den Schwellwert liefert, bei dem die Abschaltung der Zufuhr des Kraftstoffes bzw. des Kraftstoff-Luft-Gemisches zu dem die Temperaturerhöhung verursachenden Zylinder bzw. der Zylindergruppe erfolgt.
  4. 4q Schutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der bzw. die Temperaturfühler (26-29) zur Erfassung der Abgastemperatur aus den einzelnen Zylindern bzw. Zylindergruppen im Auslaßkrümmer des Auspuffsystems der Brennkraftmaschine angeordnet sind.
  5. 5. Schutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der bzw. die Temperaturfühler (26-29) zur Erfassung der Abgastemperatur aus den einzelnen Zylindern bzw. Zylindergruppen in den Zylinderköpfen der Brennkraftmaschine angeordnet sind.
  6. 6. Schutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein elektrisches Steuergerät (25) zur Ermittlung der Differenz zwischen der Katalysator- und der Abgastemperatur vorgesehen ist, das eine Schalteinrichtung (16-19) zur Abschaltung der Zufuhr des Kraftstoffes bzw-. des Kraftstoff-Luft-Gemisches zu wenigstens einem Zylinder bzw. einer ZylinqeTgrSuppçe azusld;st.
  7. 7. Schutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung eines den Verbrennungsvorgang in der Brennkraftmaschine charakterisierenden elektrischen Signales wenigstens ein Drucksensor vorgesehen ist, wobei bei Überschreitung eines vorgegebenen Schwellwertes die Zufuhr des Kraftstoffes bzw. des Kraftstoff-Luft-Gemisches zu einem Zylinder bzw. einer Zylindergruppe unterbrochen wird.
  8. 8. Schutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Abschaltung der Zufuhr des Kraftstoffes bzw. des Kraftstoff-Luft-Gemisches zu eine-m Zylinder bzw. einer Zylindergruppe ein Warnsignal für den Benutzer der Brennkraftmaschine ausgelöst wird.
  9. 9. Schutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch.
    gekennzeichnet, die Kraftstoffzufuhr durch Abschaltung wenigstens eines Einspritzventiles der Brennkraftmaschine unterbrochen wird.
  10. 10. Schutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, -dadurch gekennzeichnet, daß die Zufuhr des Kraftstoff-Luft-Gemisches durch Schließen von wenigstens einer verschwenkbaren Klappe in einem zu einem Zylinder der Brennkraftmaschine führenden Ansaugrohr unterbrochen wird.
  11. 11. Schutzeinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die verschwenkbaren Klappen als pneumatisch betätigbare Ventile ausgebildet sind, die vom Unterdruck im Ansaugrohr der Brennkraftmaschine steuerbar sind, wobei ein Servo-Magnetventil für die Steuerluft vorgesehen ist.
  12. 12. Schutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei Brennkraftmaschinen mit zwei Vergasern die Kraftstoffzufuhr zu einem der Vergaser, insbesondere über ein Magnetventil unterbrochen wird.
  13. 13. Schutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei Brennkraftmaschinen mit zwei Vergasern die Bildung des Kraftstoff-Luft-Gemisches durch Schließen der Starterklappe wenigstens eines Vergasers verhindert wird.
  14. 14. Schutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß während des Schiebebetriebes der Brennkraftmaschine die Absperrung des Kraftstoffes bzw.
    des Kraftstoff-Luft-Gemisches nach Überschreiten der zulässigen Xatalysatortemperaten mit einer Verzögerung erfolgt, wobei während der Verzögerungszeit dem die Temperaturerhöhung verursachenden Zylinder Zusatzluft zugeführt wird.
  15. 15. Schutzeinrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerun-g durch ein Zeitrelais, insbesondere durch ein Bimetallrelais auslösbar ist. Leerseite
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