DE2715951C2

DE2715951C2 - Brennkraftmaschine mit einer Gemischbildungs- und einer Abgasnachbehandlungsvorrichtung

Info

Publication number: DE2715951C2
Application number: DE2715951A
Authority: DE
Inventors: Reinhard Dipl.-Ing. 8080 Fürstenfeldbruck Hofmann
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 1977-04-09
Filing date: 1977-04-09
Publication date: 1985-02-28
Also published as: DE2715951A1; SE7803171L; JPS53126432A; SE442133B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennkraftmaschinenanlage mit einer Gemischbildungsvorrichtung in der Brennkraftmaschinen-Saugleitung, die vor einer Drosselklappe einen Luftmengenmesser aufweist und ein konstantes Gesamt-Luft-Kraftstoff-Verhältnis einstellt, mit einer Abgasnachbehandlungsvorrichtung in der Abgasleitung, und mit einem steuerbaren Nachbrennluftkanal, der zwischen dem Luftmengenmesser und der Drosselklappe von der Saugleitung abzweigt, vor der Abgasnachbehandlungsvorrichtung in die Abgasleitung mündet, und dessen Durchsatz in Abhängigkeit von Betriebsmeßwerten der Brennkraftmaschinenanlage gesteuert ist.

Bei einer bekannten derartigen Anlage (DE-OS 22 16 705) ist der Durchsatz des Nachbrennluftkanals in Abhängigkeit von der Temperatur der Abgasnachbehandlungsvorrichtung gesteuert. Bei tiefen Temperaturen wird eine Sekundärluftpumpe im Nachbrennluftkanal an die Brennkraftmaschine angekoppelt und läuft dann mit derselben Drehzahl wie diese. Mit Hilfe einer einstellbaren Drossel im Nachbrennluftkanal wird dessen Durchsatz reziprok zur Temperatur der Abgasnachbehandlungsvorrichtung gesteuert. Bei tiefen Temperaturen ergibt sich damit ein hoher Durchsatz, der bei Ansteigen dieser Temperatur allmählich verringert wird. Hat die Abgasnachbehandlungsvorrichtung ihre Betriebstemperatur erreicht, so wird die Sekundärluftpumpe wieder abgekuppelt. Bei der bekannten Anlage führt die allein auf die Belange der Abgasnachbehandlungsvorrichtung abgestellte Steuerung des Durchsatzes der Nachbrennluftmenge zu einer erheblichen Beeinträchtigung des Motorbetriebs. Die Brennkraftmaschine wird einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis ausgesetzt, das nicht frei entsprechend den eigenen Betriebsmeßwerten, sondern das abhängig vom Betriebszustand der Abgasnachbehandlungsvorrichtung eingestellt ist.

Hat die Abgasnachbehandlungsvorrichtung ihre Betriebstemperatur erreicht, so ist das Luft-Kraftstoff-Verhältnis für die Brennkraftmaschine konstant Es ist dann z. B. nicht mehr möglich, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis während einer Beschleunigungsphase zum Erzielen eines »fetten« Gemischs zu verändern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brennkraftmaschinenanlage der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der, trotz Beibehaltung der für die Abgasreinigung günstigen Konstanz des Gesamt-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, für die verschiedenen Betriebszustände der Brennkraftmaschine die jeweils günstigen Werte der Gemischzusammensetzung für die Arbeitszylinder mit geringem steuerungstechnischen Aufwand erzielt werden.

Die Erfindung löst die Aufgabe dadurch, daß der Durchsatz der Nachbrennluftmenge in Abhängigkeit von Betriebsmeßwerten der Brennkraftmaschine gesteuert ist.

Die Einstellung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses für die Arbeitszylinder erfolgt somit durch entsprechende Steuerung des Durchsatzes im Nachbrennluftkanal. Von der mit Hilfe des Luftmengenmessers bestimmten gesamten Luftmenge wird dabei gerade so viel an der Brennkraf*maschine vorbeigeleitet, daß die verbleibende Luftmenge ein für den Betrieb der Brennkraftmaschine optimales Luft-Kraftstoff-Verhältnis ergibt. Dabei können sowohl das für den Betrieb der Brennkraftmaschine optimale Luft-Kraftstoff-Verhältnis als auch das für den Betrieb der Abgasnachbehandlungsvorrichtung optimale Gesamt-Luft-Kraftstoff-Verhältnis gesteuert eingestellt werden und erfordern keine teure Regelung.
Das Gesantt-Luft-Kraftstoff-Verhältnis kann insbesondere stöchiometrisch sein; in diesem Fall kann ein konstruktiv einfach und relativ billiger Einbett-Katalysator als Abgasnachbehandlungsvorrichtung verwendet werden. Das Gesamt-Luft-Kraftstoff-Verhältnis kann aber auch einen gegenüber einem stöchiometrischen Verhältnis um einen Faktor (A) zwischen 1,05 und 1.15 größeren Luftanteil aufweisen, wie an sich aus Motortechnische Zeitschrift 33 (1972), Seite 63, bekannt ist. Dies führt zu einer besonders geringen Emission an Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxid.

Die Steuerung des Durchsatzes der Nachbrennluftmenge kann wie bei der eingangs genannten, bekannten Anlage mit Hilfe einer im Nachbrennluftkanal angeordneten steuerbaren Drossel in Verbindung mit einer Luftpumpe erfolgen, die drehzahlsynchron von der Brennkraftmaschine angetrieben ist. Demgegenüber ergibt sich eine Verringerung des konstruktiven Aufwands bei Verwendung einer Luftpumpe mit steuerbarem Antrieb, wie sie an sich aus der DE-OS 21 46 798 im Prinzip bekannt ist.

Eine schematisch dargestellte Brennkraftmaschine 1 mit mehreren Zylindern 2, von denen einer gezeigt ist und je einen Kolben 3, ein Einlaßventil 4 und ein Auslaßventil 5 aufweist, besitzt in einer Saugleitung 6 als Elemente einer Gemischbildungsvorrichtung 7 hintereinander einen Luftmengenmesser 8, eine Drosselklappe 9 und ein Kraftstoff-Einspritzventil 10. Zwischen dem eine Stauklappe enthaltenden Luftmengenmesser 8 und der Drosselklappe 9 zweigt ein Luftführungskanal (Nachbrennluftkanal) 11 ab, der in einer Abgasleitung 12 vor einem thermischen Reaktor 13 als Abgasnachbehandlungsvorrichtung einmündet.

Im Luftführungskanal 11 ist eine Luftpumpe 14 angeordnet, deren Antrieb durch ein im einzelnen nicht dar-

gestelltes elektronisches Steuergerät 15 gesteuert ist In einer Kraftstoff-Zufübrungsleitung 16 des Einspritzventils Ki liegt ein Magnetventil 17, das ebenfalls durch das Steuergerät 15 gesteuert ist

Das Magnetventil 17 steuert die Krafkioffmenge zu den Einspritzventilen 10 proportional zu der mit dem Luftmengenmesser 8 bestimmten Luftmenge in der Saugleitung 6; dadurch wird auf einfache Weise ein über den ,gesamten üetriebsbereich der Brennkraftmaschine 1 konstantes Luft-Kraftstoff-Verhältnis für die Abgasnachbehandlungsvorrichtung (13) eingestellt

Die Einstellung des den Zylindern 2 zugeführten Kraftstoff-Luft-Gemisches geschieht durch das elektronische Steuergerät 15. Dieses steuert den Antrieb der Luftpumpe 14 und damit die von der Saugleitung 6 über den I uftführungskanal 11 abgezweigte Luftmenge abhängig von den Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine 1 derart, daß das den Zylindern 2 zugeführte Kraftstoff-Luft-Gemisch für den jeweiligen Betriebszustand optimal ist; sie stellt z. B. Lm Vollastbetrieb einen Luf' anteil des Gemisches ein, der etwa gleich dem 0,85 bis 0,9fachen des Luftanteils bei einem stöchiometrischen Verhältnis ist. Die den Zylindern 2 zugeführte Luftmenge ist die Differenz aus der mit dem Luftmengenmesser 8 bestimmten Luftmenge in der Saugleitung 6 und der davon abgezweigten Luftmenge im Luftführunijskanal 11. Für die Einstellung der abgezweigten Luf:menge erhält das elektronische Steuergerät 15 als Einjjangsparameter beispielsweise die Werte der Drehzahl der Brennkraftmaschine 1, der Stellung der DrosselUappe 3 und der Temperaturen von Kühlwasser, Ansaugluft und Brennräumen 18 der Zylinder 2, sowie des atmosphärischen Luftdrucks.

Das in der Gemischbildungseinrichtung 7 eingestellte Luft-Kraftstoff-Verhältnis besitzt beispielsweise einen Luftanteil, der gleich dem l.lOfachen des Anteils bei einem stöchiometrischen Verhältnis ist. Damit ist in Ve rbindung mit der über den gesamten Betriebsbereich der Brennkraftmaschine hinweg gegebenen Konstanz dieses Verhältnisses sichergestellt, daß der thermische Reaktor 13 stets gleichmäßig mit hohem Konvertierungsgrad arbeiten kann und dadurch sowohl eine lange Lebensdauer besitzt als auch eine gleichbleibend geringe Schadstoffemission aufweist. Die Luftpumpe 14 im Luftführungskanal 11 stellt gleichzeitig mit konstruktiv und steuerungstechnisch geringem Aufwand das den Zylindern 2 der Brennkraftmaschine 1 zugeführte Kraftstoff-Luft-Gemisch in jedem Betriebszustand optimal ein.

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Claims

Patentansprüche:

1. Brennkraftmaschinenanlage mit einer Gemischbildungsvorrichtung in der Brennkraftmaschinen-Saugleitung, die vor einer Drosselklappe einen Luftmengenmesser aufweist und ein konstantes Gesamt-Luft-Kraftstoff-Verhältnis einstellt, mit einer Abgasnachbehandlungsvorrichtung in der Abgasleitung, und mit einem steuerbaren Nachbrennlnftkanal, der zwischen dem Luftmengenmesser und der Drosselklappe von der Saugleitung abzweigt, vor der Abgasnachbehandlungsvorrichtung in die Abgasleitung mündet, und dessen Durchsatz in Abhängigkeit von Betriebsrneßwerten der Brennkraftmaschinenanlagc> gesteuert ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchsatz der Nachbrennluftmenge in Abhängigkeit von Betriebsmeßwerten der Brennkraftmaschine (1) gesteuert ist.

2. Brennkraftmaschinenanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gesamt-Luft-Kraftstoff-Verhältnis zwischen dem 1,05- und dem l,15fachen des stöchiometrischen Verhältnisses liegt (A = 1,05... 1,15).

3. Brennkraftmaschinenanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Nachbrennluftkanal eine Luftpumpe (14) mit steuerbarem Antrieb (Steuergerät 15) enthält.