DE2319670A1 - Verfahren und einrichtung zur abgasentgiftung von brennkraftmaschinen - Google Patents

Verfahren und einrichtung zur abgasentgiftung von brennkraftmaschinen

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Description

R. 1 4 27
28.3.1973 Ka/Kf
Anlage zur
Patentanmeldung
ROBERT BOSCH GMBH, Stuttgart
Verfahren und Einrichtung zur
Abgasentgiftung von Brennkraftmaschinen '
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verminderung der schädlichen Anteile des Abgases von Brennkraftmaschinen während der Warmlaufphase der Brennkraftmaschine und der Anwärmphase eines thermischen und/oder katalytischen Reaktors im Auspuffsystem der Brennkraftmaschine.
Zur Nachbehandlung des Abgases einer Brennkraftmaschine ist in deren Auspuffsystem häufig ein thermischer und/oder katalytischer Reaktor angeordnet. Mit, Hilfe des thermischen Reaktors werden dabei Kohlenmonoxid und Kohlenwasserstoffe verbrannt und mit Hilfe des katalytischen Reaktors werden die · in dem Abgas vorhandenen Stickoxide weitgehend reduziert.
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Sowohl die thermischen als auch die katalytischer! Reaktoren · arbeiten nur bei einer höheren Temperatur, im folgenden Betriebstemperatur genannt und sind voll wirksam in einem bestimmten Temperaturbereich. Diese Betriebstemperatur beträgt beispielsweise bei einem katalytischen Reaktor etwa 500 C. Bis. die Betriebstemperatur des jeweiligen Reaktors erreicht ist, erfolgt kein oder nur ein mangelhafter Abbau der schädlichen Anteile im Abgas der Brennkraftmaschine. Da aber gerade während der Warmlaufphase der Brennkraftmaschine das Abgas hohe Anteile an schädlichen Stoffen aufweist, ist es erforderlich, den bzw. Me Reaktoren im Auspuffsystem der Brennkraftmaschine schnell auf ihre Betriebstemperatur zu bringen, damit die schädlichen Anteile im Abgas der Brennkraftmaschine vermindert"werden können.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln, mit dessen Hilfe es möglich ist, die Betriebstemperatur des Katalysators schnell zu erreichen, wobei das Verfahren einfach sein und zuverlässig wirken soll.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß in wenigstens einem der Reaktoren die Temperatur gemessen wird, daß bei Erreichen der Zündtemperatur des Kraftstoff-Luft-Gemisches in wenigstens einem der Reaktoren einzelne " Zündvorgänge einer Zündanlage der Brennkraftmaschine unter- · drückt werden und daß nach einer weiteren Temperaturerhöhung in wenigstens einem Reaktor die Unterdrückung einzelner Zündvorgänge beendet wird. .
Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens zu schaffen. Die Einrichtung soll dabei einfach und kostengünstig in ihrem Aufbau sein und auch im rauhen Betrieb eines Kraftfahrzeuges zuverlässig arbeiten.
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- 3 - \ U 17
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß in wenigstens einem der Reaktoren ein Temperaturfühler angeordnet ist, der die Umschaltung eines in einer Zündleitung "angeordneten Schalters auslös.t.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und zweckmäßige Weiter-bildungen der Erfindung ergeben sich in Verbindung mit den Unteransprüchen aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles und aus den zugehörigen Zeichnungen. Es zeigen:
Fig. 1 in schematischer Darstellung eine Einrichtung zur schnellen Anwärmung eines Reaktors im Auspuffsystem einer Brennkraftmaschine unter Zuhilfenahme eines Zeitgliedes und
Fig. 2 eine Einrichtung zur schnellen Änwärmung eines Reaktors im Auspuffsystem einer Brennkraftmaschine unter Zuhilfenahme eines zwei Schaltschwellen aufweisenden Schwellwertschalters.
In Fig. 1 ist eine Brennkraftmaschine 10 dargestellt, die über einen bei 11.angedeuteten Auspuffkrümmer mit dem Auspuff system der Brennkraftmaschine verbunden ist. In die Abgasleitung 12 ist dabei ein katalytischer Reaktor 13 zur " Nachbehandlung der Abgase der Brennkraftmaschine 10· geschaltet. Die Brennkraftmaschine 10, öle z.B. als Vierzylinder-Brennkraftmaschine ausgebildet ist, weist vier Zündkerzen I1J, 15, 16 und 17 auf, die über Zündleitungen 18, 19, 20 und 21 mit einem Zündverteiler 22 verbunden sind. Der Zündverteiler 22 ist an die Sekundärwicklung 23 einer Zündspule 21I angeschlossen. Einseitig ist die Sekundärwicklung 23 der Zündspule 24 mit Masse verbunden. Die Primärwicklung 25 der Zündspule 2k ist mit einem Unterbrecherkontakt 26 verbunden, der von einem Nocken 27 in Abhängigkeit von der Winkelstellung einer weiter
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nicht dargestellten Kurbelwelle der Brennkraftmaschine 10 geöffnet bzw. geschlossen wird. Die Primärwicklung 25 der Zündspule 2k ist weiterhin mit einer Betriebsspannungsquelle 28 verbunden, die einseitig an Masse angeschlossen ist. Wenn der Unterbrecherkontakt 26 geschlossen ist, fließt über die Primärwicklung 25 der Zündspule 2k ein Strom. Beim Öffnen des Unterbrecherkontaktes 26 wird in der Sekundärwicklung 23 der Ζΰηάερμίβ 2k ein Hochspannungsimpuls induziert, der über den Zündverteiler 22 und eine der Zündleitungen 18 bis 21 zu einer der Zündkerzen 14 bis 17 geleitet wird. Dadurchzündet eine dieser Zündkerzen und in einem der Zylinder der Brennkraftmaschine 10 wird das verdichtete Kraftstoff-Luft-Gemisch' verbrannt.
Beim Kaltstart der Brennkraftmaschine 10 wird das von der Brennkraftmaschine 10 ausgestoßene Abgas durch den noch kalten katalytischen Reaktor nicht in dem erforderlichen Maße entgiftet, da der katalytische Reaktor erst bei Erreichen seiner Betriebstemperatur, die etwa bei 5000C liegt, voll wirksam wird. Damit diese Betriebstemperatur möglichst schnell erreicht wird, werden während der Warmlauf- und Anwärmphase der Brennkraftmaschine und des damit verbundenen Auspuffsystems der Brennkraftmaschine einzelne Zündimpulse, die von dem Zündverteiler 22 auf die Zündkerzen Ik bis 17 gegeben werden, unterdrückt. Das hat zur Folge, daß bei unterdrückter Zündung unverbranntes Kraftstoff-Luft-Gemisch von der Brennkraftmaschine ausgestoßen wird, welches in dem katalytischen Reaktor 13 verbrennt, und damit für eine schnellere Aufheizung des katalytischen Reaktors auf seine Betriebstemperatur sorgt. Da aber die Zündung des Kraftstoff-Luft-Gemisches in dem katalytischen Reaktor auch erst ab einer bestimmten Temperatur, im wesent-
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lichen erst ab etwa 25O°C, erfolgt, soll die Unterbrechung der Zündaussetzer erst ab dieser Temperatur erfolgen.
Zur Ermittlung der Temperatur in dem katalytischen Reaktor 13 ist ein Temperaturfühler 29 vorgesehen, der zweckmäßigerweise als NTC-Widerstand ausgebildet ist. Dieser Temperaturfühler 29 ist mit einem Schwellwertschalter 30 verbunden, welcher bei Erreichen der Temperatur, bei welcher das Kraftstoff-Luft-Gemisch in dem katalytischen Reaktor 13 zu zünden beginnt, von seinem ersten Schaltzustand in seinen zweiten Schaltzustand umgesteuert wird. Wenn der Schwellwertschalter 30 in seine zvreite Lage umgesteuert wird, löst er ein Zeitglied 31 aus, welches für eine bestimmte willkürlich an dem Zeitglied 31 einstellbare.Zeitdauer ein Relais 32 betätigt. Der zu dem Relais 32 gehörige Kontakt 33 ist in der Zündleitung 21, die von dem Verteiler 22 zu der Zündkerze 17 führt, angeordnet. Wird das Relais 32 durch das Zeitglied 31 erregt, wird der Kontakt 33 geöffnet und die Zündungen in dem der Zündkerze 17 zugeordneten Zylinder der Brennkraftmaschine 10 werden unterdrückt. Die Zeit, in der das Zeitglied 31 das Relais 32 erregt, ist dabei zweckmäßigerweise so bemessen, daß das Relais 32 dann wieder stromlos wird, wenn etwa die Betriebstemperatur des katalytischen Rekators 13 erreicht ist. Diese Zeit läßt sich mit Hilfe von Versuchen ermitteln, so daß sie einmal an dem Zeitglied 31 eingestellt werden muß.
Eine zusätzliche Verkürzung der Anwärmzeit des katalytischen Reaktors ergibt sich, wenn die Leerlaufdrehzahl während der Anwärmphase der Brennkraftmaschine in an sich bekannter Weise über die normale Leerlaufdrehzahl hinaus erhöht wird.
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- 6 - . 14 2 7
. In Pig. 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Abgasentgiftungseinrichtung dargestellt,, mit deren Hilfe die Anwärmzeit des kataly tischen Reaktors, im Auspuff syst em der Brennkraftmaschine verkürzt werden kann. Gleiche oder gleichwirkende Bauteile-tragen in Fig. 2 dieselben Bezugszeichen wie in Pig. Die Brennkraftmaschine 10 ist mit Zündkerzen 14., 15, 16 und versehen; die über Zündleitungen 18, 19, 20 und 21 mit dem Zündverteiler 22 verbunden sind. Durch die Zündanlage 24, 26 werden Hochspannungsimpulse auf die einzelnen Zündkerzen 14, 15, 16 und 17, der Brennkraftmaschine-10 gegeben-. In der zur
..Zündkerze 17 führenden Zündleitung 21 ist der Kontakt 32 angeordnet, der bei Erregung des Relais 32 geöffnet wird, so daß in dem der Zündkerze 17 zugeordneten Zylinder keine Verbrennungen stattfinden können. In dem katalytischen Reaktor 13 ist der Temperaturfühler 29 angeordnet, der mit einem Schwellwertschalter 34 verbunden ist. Dieser Schwellwertschalter 34 weist zwei Schaltschwellen auf. Die erste Schaltschwelle ist erreicht, wenn der Temperaturfühler 29 diejenige Temperatur ermittelt, bei der eine SeIbptzündung des Kraftstoff-Luft-Gemisches in dem katalytischen Reaktor 13 möglich ist. Diese Temperatur liegt, wie schon angedeutet, etwa bei 250 C. Die zweite Schaltschwelle des Schwellwertschalters liegt bei der Betriebstemperatur des katalytischen Reaktors, also bei etwa 500°C. In dem Temperaturbereich unterhalb der ersten Schaltschwelle des Schwellwertschalters 34 ist das Relais 32 stromlos und der Kontakt 33 geschlossen. Damit findet eine normale Zündung mit der üblichen Zündfolge statt. Wird die erste Schaltschwelle des Schwellwertschalters 34 erreicht, beginnt ein Strom von der Betriebsspannungsquelle 28 über eine Leitung 35 zu dem Relais 32 zu fließen, so daß der Kontakt 33 geöffnet wird. Damit werden die Zündungen in dem der Zündkerze 17 zugeordneten Zylinder der Brennkraftmaschine 10 unterdrückt und das unver- ■ brannte Kraftstoff-Luft-Gemisch aus diesem Zylinder de gelangt in
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den katalytischer! Reaktor 13 im Aus.puf.fsy st em der Brennkraftmaschine 10. In dem katalytischen Reaktor 13 zündet dieses Kraftstoff-Luft-Gemisch und trägt zu einer rascheren .Erwärmung des katalytischen Reaktors 13 bei. Die Zündaussetzer werden so lange aufrechterhalten, bis die zweite Temperaturschwelle des Schwellwertschalters 3^ erreicht ist. Bei dieser zweiten Temperaturschwelle wird das Relais 32 wieder stromlos und der Kontakt 33 schließt viieder. Damit wird die Zündkerze 17 wieder an den Verteiler 22 angeschlossen und das Kraftstoff-Luft-Gemisch in dem dieser Zündkerze 17 zugeordneten Zylinder wird wieder gezündet. Da nunmehr der katälytische Reaktor 13 seine Betriebstemperatur erreicht hat, findet eine ordnungsgemäße Entgiftung des Abgases statt.
Auch hier kann eine zusätzliche Verkürzung der Anwärmphase der Brennkraftmaschine und des katalytischen Reaktors 13 erreicht werden, wenn mit dem Anlassen der Brennkraftmaschine 10 die Leerlaufdrehzahl über den üblichen Wert hinaus erhöht wird.
In den Figuren 1 und 2 ist in dem Auspuffsystem der Brennkraftmaschine 10 jeweils nur ein katalytischer Reaktor angeordnet. Die beschriebenen Maßnahmen haben selbstverständlich auch dann Erfolg, wenn mehrere katälytische und/oder thermische Reaktoren im Auspuffsystem der Brennkraftmaschine angeordnet sind.
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Claims (1)

  1. - 8 - 14 2 7
    Ansprüche
    Cl.)Verfahren zur Verminderung der schädlichen Anteile des Ab-' gases von Brennkraftmaschinen während der Warmlaufphase der Brennkraftmaschine und der Anwärmphäse eines thermischen und/oder katalytischen Reaktors im Auspuffsystem der Brennkraftmaschine,, dadurch gekennzeichnet, daß in wenigstens einem der 'Reaktoren (13) die Temperatur gemessen wird, daß bei Erreichen der Zündtemperatur des Kraftstoff-Luft-Gemisches in wenigstens einem der Reaktoren (13) einzelne Zündvorgänge einer Zündanlage der Brennkraftmaschine (10) unterdrückt werden und daß nach einer weiteren Temperaturerhöhung in wenigstens einem Reaktor (13) die Unterdrückung einzelner Zündvorgänge beendet wird.
    2, Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Erreichen der Zündtemperatur des Kraftstoff-Luft-Gemisches in wenigstens einem der Reaktoren (13) ein Zeitglied (31) ausgelöst wird, das für eine willkürlich einstellbare Zeitdauer einzelne Zündvorgänge der Zündanlage (17» 22, 24) der Brennkraftmaschine (10) unterdrückt.
    3. Verfahren nach Anspruch 1, daß bei Erreichen der Zündtemperatur des Kraftstoff-Luft-Gemisches in vrenigstens einem der Reaktoren (13) die Unterdrückung einzelner Zündvorgänge
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    der Zündanlage der Brennkraftmaschine (10) eingeleitet wird und daß b'ei Erreichen eines zweiten Temperaturwertes, ins- . besondere bei Erreichen der Betriebstemperatur des Reaktors (13) die Unterdrückung einzelner Zündvorgänge beendet wird.
    4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß nach Inbetriebnahme der Brennkraftmaschine (10) die Leerlaufdrehzahl auf einen gegenüber der normalen Leerlaufdrehzahl erhöhten Wert gebracht wird.
    5. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß in wenigstens einem der Reaktoren (13) ein Temperaturfühler (29) angeordnet ist, der die Umschaltung eines in einer Zündleitung (21) angeordneten Schalters (33) auslöst.
    6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturfühler (29) mit einem Zeitglied (31) verbunden ist, das an den Schalter (32, 33) angeschlossen ist.
    7. Einrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß dem Temperaturfühler (29) ein Schwellwertschalter (30 bzw. 34) nachgeschaltet ist. - ·
    - 10 409846/0413
    . - 10 - · c
    8. Einrichtung nach Anspruch 5 oder J3 dadurch gekennzeichnet, daß der Schwellwertschalter (34) mit dem in einer Zündleitung (21) angeordneten Schalter (32, 33) verbunden ist und zwei Schaltschwellen aufweist, von denen die erste Schaltschwelle der Temperatur entspricht, bei der das Kraftstoff-Luft-Gemisch in wenigstens einem Reaktor. (13) zu zünden beginnt, und von denen die zweite Schaltschwelle der Betriebstemperatur des Reaktors (13) entspricht.
    9. Einrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwellwertschalter (30)· mit dem Zeitglied (31) verbunden ist und eine Schaltschwelle aufweist, die der Temperatur entspricht, bei der das Kraftstoff-Luft-Gemisch in wenigstens einem Reaktor (13) zu zünden beginnt.
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