DE2410417A1 - Ueberhitzungsschutz fuer einen abgasreinigungsblock - Google Patents

Ueberhitzungsschutz fuer einen abgasreinigungsblock

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Description

Daimler-Benz Aktiengesellschaft
Stuttgart-Untertürk<6|hp_m
28. Februar Daini Io o68/4
Überhitzungsschutz für einen Abgasreinigungsbloclc
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verhinderung einer tfberhitzung eines Abgasreinigungsblocks für Verbrennungsmotoren bei hohem Anteil an brennbaren Gasbestandteilen im Abgas, wobei das Abgas in einer steuerbaren Umgehungsleitung am Abgasreinigungsblock vorbeigeleitet wird. Die Erfindung betrifft daneben aber auch einen Verbrennungsmotor mit wenigstens einem in dessen Abgasleitung vorzugsweise in ilotornähe angeordneten Abgasreinigungsblock zur katalytischen Kachbehandlung der Abgase des Verbrennungsmotors, mit einer vorzugsweise durch eine Klappe steuerbaren den oder die Abgasreinigungsblocks umgehenden Umgehungsleitung für die Abgase und mit einer Verzweigungsstelle der Abgasleitung vor dem Abgasreinigungsbloclc in einen wenigstens mittelbar zu dem Abgasreinigungsblock führenden und in einen in die Umgehungsleitung übergehenden Abgaskanal sowie mit einer Einrichtung, Luft vor dem Abgasreinigungsbloclc in den Abgaskanal einzuführen.
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- *? - Dair.i Io oC C/ L
Derartige hotoren sind bekannt. Der Abgasreinigungsblock kann als sog. Monolith oder als körniges .oder faseriges Haufwerk ausgebildet sein. Die Abgasbehandlung kann ein- oder zweistufig erfolgen. Alle diese Köglichkeiten sollen in dem eingangs erwähnten Verbrennungsmotor angesprochen sein.
Die bekannten durch Klappen od.dgl. steuerbaren By-pass-Systeme bei der Abgasnachbehandlung dienen einem tberhitzungsschutz der insofern empfindlichen Abgasreinigungseinrichtungen in Fällen eines hohen Anteils an brennbaren Resten in den Motorabgasen. Bei geöffnetem By-pass kann aber entsprechend den Strömungswiderständen in den einzelnen Leitungssträngen immer noch ein den Abgasreini— gungsblock gegebenenfalls thermisch unzulässig stark belastender Teilstrom an "brennbaren" Abgasen durch ihn gelangen, sofern der "saubere" Abgasstrang nicht auch durch eine vor dom Abgasreinigungsblock angeordnete Klappe gesteuert wird. Diese doppelte Steuerung des Haupt- und des By-pass-Stranges wird aber insbesondere bei Motoren mit zwei Zylinderreihen sehr kompliziert. —
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Verfahrensweise und einen konstruktiven Lösungsweg aufzuzeigen, aufgrund dessen mit einfachen Mitteln eine Überhitzung des Abgasreinigungsblocks bei Ziindkerzenausfall od. dgl. Detriebszuständen zuverlässig vermieden werden kann.
Erfindungsgemäß wird zur Lösung dieser Aufgabe in der Weise verfahren, daß wenigstens während der Öffnungszeiten der Umgehungsleitung Luft, vorzugsweise in Form we-
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- If - Daiin Io 068/Ί
nigstens eines der normalen Abgasströmung entgegengerichteten Luftstrahles in die zum Abgasreinigungsblock führende Leitung geblasen wird, wobei vorzugsweise der oder die Luftstrahlen die Eintrittsöffnung des Abgasreinigungsblockes quer überstreichen. Hierbei kann etwa ein Luftvolumen von 2o bis 3o % des Luftdurchsatzes des Verbrennungsmotores eingeblasen werden.
Konstruktiv wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Luftzuführungssteile an der Verzweigungsstelle und/oder an einer in Strömungsrichtung hinter der Verzweigungsstelle liegenden Stelle des zu dem Abgasrei-. nigungsblock führenden Kanals vorgesehen ist und daß die Einmündungsöffnung(en) für die Luft so ausgebildet ist (sind), daß die zugeführte Luft in wenigstens einem Strahl gebündelt ist und daß sie ferner so angeordnet und ausgerichtet ist (sind), daß durch den oder die Luftstrahlen eine Strömung des Abgases in den zum Reinigungsblock führenden Zweigkanal behindert und/oder eine Strömung des Abgases in den in die Umgehungsleitung übergehenden Zweigkanal begünstigt wird.
Durch den der Strömungsrichtung des Abgasteilstromes bei geöffneter Umgehungsleitung entgegengerichtete Luftstrahl wird für den Abgasteilstrom ein Rückstau erzielt, so daß weniger Abgas in den Abgasreinigungsblock gelangt. Durch diese Luftzufuhr am Eintritt des Abgasreinigungsblocks wird aber auch zum einen das Abgas stark verdünnt und durch Zumischen von kalter Vordünnungsluft abgekühlt und zum anderen wird die Strömungsgeschwindigkeit durch den Abgasreinigungsblock hindurch gegenüber dem ursprünglichen nahezu stagnierenden Abgasstrom beträchtlich erhöht. Die erfindungsgemäße Luftzufuhr hat also zwei sich letzt-
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Daim Io o68/4
lieh temperatursenkend auswirkende Einflüsse zur Folge, nämlich: Reduzierung des verbleibenden Abgasteilstromes durch den Abgasreinigungsblock aufgrund eines sowie
RuckstauestfVerdünnung der Abgase und Abkühlung
I Diese z*ei Einflüsse zeitigen im Ergebnis ein sehr rasches Absinken der Temperatur des Abgasreinxgungsblockes bis unter dessen Zündtemperatur; selbst wenn also der Heizwert des durch den Abgasreinigungsblock gelangenden Abgas/Luft-Gemisches ausreichen sollte, um theoretisch eine Überhitzung des Abgasreinxgungsblockes herbeizuführen, so ist dies aber aufgrund der Abkühlung des Abgasreinxgungsblockes unter seine Zündtemperatur ausgeschlossen. Erst durch ein Abschalten der Blasluft und/oder durch ein Schließen der Umgehungsleitung könnte aufgrund der hohen Abgastemperaturen der Abgasreinigungsblock auf Zündtemperatur erwärmt werden und er könnte dann wieder bestimmungsgemäß arbeiten.
Es kann vorteilhafterweise am Abgasreinigungsblock ein Temperaturfühler angeordnet sein und es können Mittel vorgesehen sein dergestalt, daß beim Überschreiten der Solltemperatur am Temperaturfühler wenigstens mittelbar die Luftzufuhr angeschaltet wird und sonst ausgeschaltet ist.
Vielfach ist bei Verbrennungsmotoren außer der erwähnten Luftzufuhr (zweite Luftbedarfsstelle) noch jeweils eine weitere ie unmittelbarem Bereich eines jeden Austrittes des Abgases aus jeder Arbeitskammer in die Abgaskanäle
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Daim Io o68/4
einmündende Luftzufuhr (erste Luftbedarfsstelle) vorgesehen. Um bei derartigen Motoren mit möglichst einfachen Mitteln im Bedarfsfälle eine erfindungsgemäöe Luftzufuhr zu ermöglichen, ist es zweckmäßig, wenn für beide Luftbedarfsstellen die gleiche DruckcpeLle verwendet wird und wenn die Luftbedarfsstellen alternativ einzeln nach Ilaßgabe des Temperaturfühlers an die Druckquelle anschließbar sind. Hierbei können die beiden Luftbedarfsstellen über eine Zweigleitung an die Druckquelle angeschlossen sein und es kann an der Verzweigungsstelle der Zweigleitung ein Umschaltventil angeordnet sein, welches von den Temperaturfühler wenigstens mittelbar betätigt wird.
Die Rücketauwirkung der Einblasluft kann dadurch erzielt werden, daß die zu dem Abgasreinigungsblock führende Leitung unmittelbar vor dem Eintritt in den Abgasreinigungsblock ein Kniestück und ein geradlinig verlaufendes Leitungsteilstück davor aufweist und daß eine wenigstens im letzten Teil geradlinige, etwa gleichachsig mit dem geradlinigen Abgaslextungsteilstiick liegende Lufteinblasleitung in das Kniestück einmündet, deren Strahl der Strömungsrichtimg des Abgases vor dem Kniestück entgegengerichtet ist; dabei kann die Austrittsöffnung der Lufteinblasleitung so angeordnet sein, daß der Lxaftstrahl sich vor der Eintrittsöffnung in den Abgasreinigungsblock erstreckt. Dadurch kann viel Einblasluft in den Abgasreinigungsblock eintreten.
Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles im folgenden näher erläutert; die Figur zeigt einen V-Motor im Grundriß mit Abgasreinigungs-
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— O —
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anlage für beide Zylinderreihen jeweils mit einer Umgehungsle itung-
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Bei dem dargestellten V-Motor/sind die die beiden Zylinderreihen jeweils abdeckenden Zylinderköpfe mit 1, die daran jeweils angeflanschten Abgassammeirohre mit 2 und das den Abgasreinigungsblock 3 aufnehmende Katalysatorgehöuse mit h bezeichnet. Der Abgasstrom einer jeden Zylinderreihe geht normalerweise durch das Abgassamme1rohr über das Zwischenrohr 5 und das Kniestück 6 in das Katalysatorgehäuse. Während der Durchetrömung durch den Abgaareinigungsblock 3 wird aufgrund des auf der Oberfläche des Blocks aufgebrachten katalytisch wirksamen Materials das Abgas und der Luftüberschuß vollständig oxydiert und so schädliche unvollständig verbrannte Abgasbestandteile eliminiert, über die Abgasleitungen 7 und 8 gelangen die gereinigten Abgase dann ins Freie.
Im Bereich der Austrittsstelle des Abgases aus dem nicht dargestellten Arbeitsraum des Motors münden in die Abgaskanäle Luftleitungen 9» die von der Luftpumpe Io - angetrieben von dem V - Motor 11 - versorgt werden. Im Druckstutzen der Luftpumpe Io ist ein Umschaltventil 12 angeordnet, durch welches der Luftstrom wahlweise in die in das Abgaskniestück 6 einmündende Einblasleitung 13 umgeschaltet waden kann. Die Einblasleitung liegt etwa gleichachsig mit dem Zwischenrohr 51 so daß der der Einblasleitung entströmende Luftstrahl der durch das Zwischenrohr 5 strömenden Abgasströmung genau entgegengerichtet ist und auf sie eine Stauwirkung ausüben kann.
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Der Abgassammelraum 2 einer jeden Zylinderreihe ist über eine Umgehungsleitung 19 bzw. 2o und eine im Normalzustand geschlossene Drosselklappe mit dem ins Freie mündenden Abgasrohr 8 verbindbar, so daß die Abgase gegebenenfalls an dom Katalysator 3 vorbei und ungereinigt ins Freie geleitet werden können.
Am stromab liegenden Ende des Abgasreinigungsblocks, d.h. an dem hinsichtlich einer Überhitzung am stärksten gefährdeten Ende ist in dessen Innern ein Temperaturfühler l4 angebracht, der bei Temperaturüberschreitung aufgrund Temperaturdehnung einen Schalter 15 schließen kann. Der Schalter 15 ist durch ein Selbsthalterelais l6 überbrückbar, so daß der Schaltzustand des Schalters 15 im Endeffekt auch bei Absinken der Temperatur nach einem einmaligen Ansprechen des Temperaturfühlers erhalten bleibt· Durch das Schließen des Schalters 15 am Temperaturfühler l4 werden eine Reihe von elektrischen Verbrauchern an das aus der Batterie 17 gespeiste Bordnetz des entsprechenden Fahrzeuges angeschlossen. Da ist zunächst die Kontrollampe l8 zu nennen, die im Sichtbereich des Fahrers montiert ist und ihm das Erfordernis eines Werkstattbesuches signalisiert. Ferner ist durch den Schalter 15 der Betätigungsmagnet 21a für die By-pass-Klappe einschaltbar, so daß die Klappe bzw. die Umgehungsleitung 19/2o geöffnet wird. Außerdem wird durch das Schließen des Schalters 15 der Betätigungsmagnet 22 des Ventiles 12 eingeschaltet, so daß aufgrund der neuen Ventilstellung die Luftleitungen 9 von der Luftversorgung getrennt und statt
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- 8 - Daim Io ο6δ/4
dessen die Einblasleitungen 13 an die Luftpumpe angeschlossen sind.
Aufgrund des Einblnsens der Luft an dem Kniestück entgegen der Strötnungsrichtung des Abgases wird bei geöffneter Umgehungsleitung aufgrund der Stauwirkung des Luftstrahles eine sehr geringe unschädliche Abgasmenge über die Katalysatoren 3 geleitet und statt dessen ein verdünnend und kühlend wirkender Luftanteil durch sie hindurchgedrückt.
Eine Überhitzungsgefahr des Katalysators besteht dann« wenn nach einem ordnungsgemäßen Anlauf der Abgasreinigungsanlage die Abgase zu viel verbrennbare Bestandteile enthalten. Dies kann z.D. bei Ausfall einer Zündkerze der Fall sein, der seinerseits wiederum verschiedene kleine Schaden zur Ursache haben kann, z.B. Bruch des Zündkabels, Defekt der Kerze oder des Kerzensteckers. In solchen Fällen steigt aufgrund des hohen verbleibenden Benzinanteiles die Temperatur im Katalysator über die Ansprechtemperatur des Temperaturfühlers an. Dies bewirkt dann ein Öffnen der Umgehungsleitung und einen durch das Lüfteinblasen hervorgerufenen wirksamen aerodynamischen Verschluß der normalen Abgaswege über den Katalysator. Der Fahrer wird von dem Mangel über die Warnlampe l8 unterrichtet. Die hohe LuftVerdünnung der in den Katalysator gelangenden Restabgase und der hohe Anteil relativ kalter Frischluft kühlt den überhitzten Katalysator rasch herunter, so daß dieser nur kurzzeitig eine hohe Temperatur angenommen hat, was er noch schadlos vertragen kann.
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Claims (1)

  1. - 9 - Daim Io o6Ö/4
    Ansprüche
    l.j Verfahren zur Verhinderung einer Lberhitzung eines Abgasreinigungsblockes für Verbrennungsmotoren bei hohem Anteil an brennbaren Gasbestandteilen im Abgas, wobei das Abgas in einer steuerbaren Umgehungsleitung am Abgasreinigungsblock vorbeigeleitet wird, dadurch gekennzeichnet , daß wenigstens während der Öffnungszeiten der Umgehungsleitung (19, 2o) Luft, vorzugsweise . in Form wenigstens eines der normalen Abgasströmung entgegengerichteten Luftstrahles in die zum Abgasreinigungsblock (3) führende Leitung (5) geblasen wird, wobei vorzugsweise der oder die Luftstrahlen die Eintrittsöffnung des Abgasreinigungsblockes (3) quer überstreichen.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Luftvolumen von etwa 2o - 3° % des Luftdurchsatzes des Verbrennungsmotores eingeblasen wird.
    3· Verbrennungsmotor mit wenigstens einem in dessen Abgasleitung vorzugsweise in Motornähe angeordneten Abgasreinigungsblock zur katalytischen Nachbehandlung der Abgase des Verbrennungsmotors, mit einer vorzugsweise durch eine Klappe steuerbaren den oder die Abgasreinigungsblocks umgehenden Umgehungsleitung für die Abgase und mit einer Verzweigungsstelle der Abgasleitung vor dem Abgasreinigungsblock
    - Io -
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    Daim Io o68/h
    in einen wenigstens mittelbar zu dem Abgasreinxgungsblock führenden und einen in die Umgehungsleitung übergehenden Abgaskanal sowie mit einer Einrichtung, Luft vor dem Abgasreinxgungsblock in den Abgaskanal einzuführen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Luftzuführstelle (13) an der Verzweigungsstelle und/oder an einer in Strömungsrichtung hinter der Verzweigungsstelle liegenden Stelle (6) des zu dem Abgasreinxgungsblock (3) führenden Kanales (5, 6) vorgesehen ist und daß die Einmündungsöffnung(en) für die Luft so ausgebildet ist (sind), daß die zugeführte Luft in wenigstens einem Strahl gebündelt ist und daß sie ferner so angeordnet und ausgerichtet ist (sind), daß durch den oder die Luftstrahlen eine Strömung des Abgases in den zum Reinigungsblock führenden Zweigkanal (5) behindert und/oder eine Strömung des Abgases in den in die Umgehungsleitung (l9/2o) übergehenden Zweigkanal (2) begünstigt wird.
    h. Verbrennungsmotor nach Anspruch 3i dadurch gekennzeichnet , daß am Abgasreinxgungsblock (3) ein Temperaturfühler (.lh) angeordnet ist und daß Mittel (15, 17» 12, 22) vorgesehen sind, dergestalt, daß beim Überschreiten der Solltemperatur am Temperaturfühler (lh) wenigstens mittelbar die Luftzufuhr (ll, lo) angeschaltet wird und sonst ausgeschaltet ist.
    5- Verbrennungsmotor nach Anspruch h, bei dem außer der erwähnten Luftzufuhr (zweite Luftbedarfsstelle) noch jeweils eine weitere im unmittelbaren Bereich eines jeden
    - 11 -
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    Daim Io 068/4
    Austritts des Abgases aus jeder Arbeitskammer in die Abgaskanäle einmündende Luftzufuhr (erste Luftbedarfsstelle) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet , daß für beide Luftbedarfsstellen die gleiche Druckquelle (ll, lo) verwendet wird und daß die Luftbedarfsstellen alternativ einzeln nach Maßgabe des Temperaturfühlers (l4) an die Druckquelle (ll, Io) anschließbar sind.
    6. Verbrennungsmotor nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet , daß die beiden Luftbedarfsstellen über eine Zweigleitung (9 bzw. 13) an die Druckquelle (ll, Io) angeschlossen sind und daß an der Verzweigungsstelle der Zweigleitung ein Umschaltventil (l2) angeordnet ist, welches von dem Temperaturfühler (l4) wenigstens mittelbar betätigt wird.
    7· Verbrennungsmotor nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet , daß die zu dem Abgasreinigungsblock (3) führende Leitung (5» 6) unmittelbar vor dem Eintritt in den Abgasreinigungsblock (3) ein Kniestück (6) und ein geradlinig verlaufendes Leitungsteilstück (5) davor aufweist und daß eine wenigstens im letzten Teil geradlinige etwa gleichachsig mit dem geradlinigen Abgasleitungsteilstück (5) liegende Lufteinblaseleitung (13) in das Kniestück (6) einmündet, deren Strahlrichtung der Strömungsrichtung des Abgases vor dem Kniestück (6) entgegengerichtet ist.
    - 12 -
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    - 12 - Daim Io o6C/4
    uaxm lo oo
    241041?
    8. Verbrennungsmotor nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet , daß die Austrittsöffnung der Lufteinblaseleitung (13) so angeordnet ist, daß der Luftstrahl sich vor der Eintrittsöffnung des Abgases in den Abgasreinigungsblock (3) erstreckt.
    509837/0453
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