DE2747885A1

DE2747885A1 - Verfahren zum vermindern der schaedlichen abgasemissionen einer mehrzylindrigen brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2747885A1
Application number: DE19772747885
Authority: DE
Inventors: Rainer Dipl Ing Scholz
Original assignee: Audi NSU Auto Union AG; Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 1977-10-26
Filing date: 1977-10-26
Publication date: 1979-05-03

Description

Verfahren zum Vermindern der schädlichen Abgasemissionen
einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches.
Eine derartige fett-mager Beschickung der Brennkraftmaschine hat bekanntlich den Vorteil, daß die in Nähe des stöchiometrischen Brennstoff-Luftverhältnisses ( # £ 1) auftretenden Stickoxid-Spitzenwerte umgangen und im nachgeschalteten Selektivkatalysator durch die wechselnde Beaufschlagung mit überwiegend zu reduzierendem Abgas ( # < 1) bzw. oxidierendem Abgas ( A >1) ein guter Konvertierungsgrad erzielbar ist.
Bei mehrzylindrigen Brennkraftmaschinen ist es allgemein üblich, diese fett-mager Beschickung in der zeitlichen Verbrennungsfolge der Zylinder zu wechseln, d. h. daß alternierend auf die Zündung eines mageren Brennstoffgemisches jeweils die Zündung eines fetten Brennstoffgemisches usw.
erfolgt.
Aufgabe der Erfindung ist es, das gattungsgemäße Verfahren ohne zusätzlichen Aufwand zu verbessern bzw. einen einfach zu verwirklichenden Weg zur weiteren Verminderung der schädlichen Abgasemissionen aufzuzeigen.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß die jeweiligen Zylindergruppen durch in der Zündreihenfolge der Brennkraftmaschine hintereinanderfolgendef Zylinder gebildet werden. Wie vom Erfinder erkannt wurde, kann bei zeitlich äe Zylinder wechselnder Gemischzusammensetzung eine wechselnde Beaufschlagung des Selektivkatalysators kaum erzielt werden, da aufgrund der starken Turbulenzen in den stromauf des Selektivkatalysators angeordneten Abgasführungen wie Abgaskrümmer und Abgasvorrohr bereits eine intensive Vermischung der pulsierenden Abgase eintritt. Nachteilig ist auch die mit der Drehzahl der Brennkraftmaschine ansteigende hohe Impulsfrequenz der Abgase, wodurch der Selektivkatalysator ebenfalls mehr unter der Wirkung eines Gesamtabgaspegels als wechselnd beaufschlagt wird. Dies vermeidet die Erfindung dadurch, daß zeitlich hintereinanderfolgend eine Zylindergruppe mit relativ fettem Gemisch und dann die zweite Zylindergruppe mit relativ magerem Gemisch beschickt wird. Somit werden die Abgas in tervalle gleicher Zusammensetzung länger bzw. deren Frequenz je nach Zylinderzahl der Brennkraftmaschine niedriger.
Der Konvertierungsgrad des Selektivkatalysators wird somit deutlich verbessert bzw. die Emission schädlicher Abgase vermindert. Welche Zylinder einer Brennkraftmaschine nun eine erste bzw. eine zweite Zylindergruppe bilden, ist von der Zündfolge der Brennkraftmaschine abhängig. Bei einer Vierzylinder-Brennkraftmaschine mit der Zündfolge 1 - 3 -4 - 2 könnten erfindungsgemäß die Zylinder 1 - 3 und 4 - 2 oder die Zylinder 3 - 4 und 2 - 1 je eine Zylindergruppe bilden. Die letztgenannte Anordnung kann bei einer Brennkraftmaschine mit zwei Vergasern als Gemischbildner vorteilhafter sein, da die Saugrohrgestaltung bei zwei jeweils nebeneinanderliegenden Zylindern einfacher ist. Bei Einspritzbrennkraftmaschinen ist die tage der zeitlich hintereinander mit gleichem Gemisch zu beschickenden Zylinder zueinander weniger relevant, da hier lediglich die Steuerung der einzelnen Einspritzventile entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren zu ändern ist.
Besonders vorteilhaft kann das erfindungsgemäße Verfahren an einer Brennkraftmaschine mit einer sogenannten K-Jetronik angewandt werden , i iem die im Mengenteiler angeordneten Brennstoff-Zumeßventile derart eingestellt werden, daß sie zum jeweiligen Luftdurchsatz im Saugrohr den Zylindern der ersten Zylindergruppe eine Brennstoffmenge entsprechend einem relativ mageren Gemisch (# > 1) und den Zylindern der zweiten Zylindergruppe eine einem relativ fettem Gemisch (# < 1) entsprechende Brennstoffmenge zumessen.
Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in der Zeichnung schematisch dargestellt und nachfolgend näher beschrieben.
Es zeigt: Fig. 1 ein Diagramm der vom Brennstoff-Luftverhältnis abhängenden Abgas impulse einer Vierzylinder-Brennkraftmaschine mit je Zylinder zeitlich wechselnder fett-mager Beschickung, Fig. 2 ein Diagramm der vom Brennstoff-Luftverhältnis abhängiger Abgas impulse der gleichen Brennkraftmaschine mit je Zylindergruppe zeitlich hintereinanderfolgenden Zylindern, Fig. 3 eine schematische Darstellung einer nach dem erfindungsgemäßen Verfahren betriebenen Brennkraftmaschine mit K-Jetronik und Selektivkatalysator.
In den Fig. 1 und 2 sind zum besseren Verständnis der Erfindung die Abgasimpulse abhängig vom Brennstoff-Luftverhältnis (#) in der Ordinate über die Zeit in der Abszisse aufgetragen. Der obere Scheitelpunkt der sinusförmigen Kurven 5 bzw. 6 bezeichnet etwa 8 1,05 (mager) und der untere Scheitelpunkt etwa & 0,95 (fett). Die Abgasimpulse sind in der zeitlichen Folge bzw. in der Zündfolge 1 - 3 - 4 - 2 der Brennkraftmaschine dargestellt. Es versteht sich, daß die Kurven 5 und 6 rein vergleichende Werte unter Voraussetzung einer laminaren Strömung der Abgase darstellen. Die Gegenüberstellung der Fig. 1 (herkömmliches Verfahren) zu Fig. 2 (erfindungsgemäßes Verfahren) verdeutlicht jedoch, daß durch die zeitlich ständig alternierende Abgaszusammensetzung gemaß Fig. 1 aufgrund der Turbulenz im Abgasstrom eine wesentlich intensivere Vermischung der oberen und unteren Scheitelpunkte der Kurve 5 auftreten kann. Weiter ist ersichtlich, daß in der Kurve 6 nach Fig. 2 die Abgasimpulsfrequenz auf die Hälfte reduziert ist, wodurch auch eine zeitlich längere Beaufschlagung des Selektivkatalysators mit zu reduzierenden bzw. oxidierenden Abgasen erzielt wird. Es versteht sich, daß bei Brennkraftmaschinen mit mehr als vier Zylindern eine noch günstigere Reduzierung der Pulsationsfrequenz erzielbar ist.
In Fig. 3 ist eine Hubkolben-Brennkraftmaschine 10 mit vier Zylindern 1 - 4 dargestellt. Auf der Seite des Saugrohres 11 ist zur Brennstoffbumessung eine sogenannte K-Jetronik angeordnet, wie sie beispielsweise in der ATZ 75 (1973) Nr. 11, Seite 393 ff. näher beschrieben ist. In der am Saugrohr 11 angeschlossenen Luftzuführungsleitung 12 ist ein Luftmengenmesser 13 eingebaut, der den jeweiligen Luftdurchsatz der Brennkraftmaschine einem Mengenteiler 14 mitteilt. Im Mengenteiler 14 ist je Zylinder ein Zumeßventil bzw. Differenzdruckventil 15 (nicht näher dargestellt) vorgesehen, über das der Brennkraftmmaschine 10 proportional zum Luftdurchsatz über Einspritzventile 16 Brennstoff zugeführt wird. Erfindungsgemäß werden die Differenzdruckventile 15, die in der Regel zur Kompensation von Herstelltoleranzen verstellbar ausgebildet sind, derart eingestellt, daß sie bei einem definierten Luftdurchsatz in der Luftzuführungsleitung 12 den Zylindern 1 und 3 weniger Brennstoff (mageres Gemisch 7t 1,025 t 1,05) und den Zylindern 2 und 4 mehr Brennstoff (fettes Gemisch X 0,975 v 1,0) zumessen.
Die Abgase werden über einen Abgaskrümmer 17 und ein Abgas vorrohr 18 einem Selektivkatalysator 19 zugeführt. Im Selektivkatalysator 19 werden die aus dem fetten Brennstoff-Luftgemisch resultierenden NO -Abgase reduziert und die aus dem mageren und fetten Brennstoff-Luftgemisch resultierenden CO und CH - Abgase oxidiert. Wie Versuche gezeigt haben , kann durch die deutlich wechselnde Beaufschlagung des Selektivkatalysators eine Verringerung der schädlichen Abgasemissionen, insbesondere der NO Emission erzielt werden.

Claims

Verfahren zum Vermindern der schädlichen Abgasemissionen einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine Patentansprüche: erfahren zum Vermindern der schädlichen Abgasemissionen einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine, bei der eine erste Gruppe von Zylindern mit einem relativ mageren Brennstoff-Luftgemisch und eine zweite Gruppe von Zylindern mit einem relativ fetten Gemisch beschickt und die Abgase durch einen Selektivkatalysator geleitet werden, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweiligen Zylindergruppen durch in der Zündreihenfolge der Brennkraftmaschine hintereinanderfolgende Zylinder gebildet werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, an einer Brennkraftmaschine mit einer kontinuierlich in das Saugrohr einspritzenden Brennstoffzumeßeinrichtung, mit je Zylinder einem Einspritzventil und je einem in einem Mengenteiler angeordneten Zumeßventil, wobei letztere mittels einem vorgeschaltetem Luftmengenmesser zentral gesteuert sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Zumeßventile derart eingestellt werden, daß sie zum jeweiligen Luftdurchsatz im Saugrohr den Zylindern der ersten Zylindergruppe eine Brennstoffmenge entsprechend einem relativ mageren Gemisch (# o1) und den Zylindern der zweiten Zylindergruppe eine einem relativ fettem Gemisch (»< 1) entsprechende Brennstoffmenge zumessen.