DE29825214U1

DE29825214U1 - Brennkraftmaschine mit einem Einlass- und einem Auslasssystem

Info

Publication number: DE29825214U1
Application number: DE29825214U
Authority: DE
Original assignee: AVL List GmbH
Current assignee: AVL List GmbH
Priority date: 1997-11-20
Filing date: 1998-11-18
Publication date: 2006-04-20
Anticipated expiration: 2008-11-19

Abstract

Brennkraftmaschine (1) mit einem Einlasssystem (2) und einem Auslasssystem (3), in welchem zumindest ein erster Abgaskatalysator (5) angeordnet ist, sowie mit einem Abgasrückführsystem (4), wobei zur externen Abgasrückführung stromabwärts des ersten Abgaskatalysators (5) eine Abgasrückführleitung (4a) vom Auslasssystem (3) abzweigt und in das Einlasssystem (2) mündet, dadurch gekennzeichnet, dass dem ersten Abgaskatalysator (5) ein durch einen Speicherkatalysator gebildeter zweiter Abgaskatalysator (6) nachgeschaltet ist, wobei die Abgasrückführleitung (4a) stromaufwärts des zweiten Abgaskatalysators (6) vom Auslasssystem (3) abzweigt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einem Einlasssystem und einem Auslasssystem, in welchem zumindest ein erster Abgaskatalysator angeordnet ist, sowie mit einem Abgasrückführsystem, wobei zur externen Abgasrückführung stromabwärts des ersten Abgaskatalysators eine Abgasrückführleitung vom Auslasssystem abzweigt und in das Einlasssystem mündet.
Es ist bekannt, die Abgasrückführung als effektive Maßnahme bei selbst- und fremdgezündeten Brennkraftmaschinen zur NO_x -Reduktion einzusetzen. Darüberhinaus kann bei Otto-Motoren mit Saugrohreinspritzung mittels Abgasrückführung durch eine mögliche Entdrosselung eine Verringerung des Kraftstoffverbrauches erzielt werden.
Einerseits kann dabei das Abgas intern rückgeführt werden. In diesem Zusammenhang wird das Abgas oft als Restgas bezeichnet, da es im Wesentlichen im Zylinder der Brennkraftmaschine verbleibt. Realisiert wird die interne Abgasrückführung bei großen Abgasrückführraten unter anderem durch variable Ventilsteuerungen, die ein teilweises Rückschieben des verbrannten Abgases vom Brennraum in den Ansaugtrakt ermöglichen, welches anschließend wieder angesaugt wird.
Andererseits ist es bekannt, das Abgas extern rückzuführen, wobei das Abgas unmittelbar nach dem Auslassventil bzw. dem Auslasskanal abzweigt und in den Ansaugtrakt zurückgeführt wird.
Aus der EP 0 558 072 A1 ist ein Abgasrückführsystem bekannt, bei dem das rückzuführende Abgas durch den Zylinderkopf in den Ansaugkanal im Zylinderkopf zylinderselektiv geleitet wird. Nachteilig ist dabei die zusätzliche Aufheizung des Zylinderkopfs mit heißem Abgas und die Ablagerungsbildung in den erzwungenermaßen kleinen Abgasrückführkanälen.
Aus der US 4 213 430 A ist eine Brennkraftmaschine mit externer Abgasrückführung bekannt, bei der das Abgasrückführsystem stromaufwärts eines Dreiweg-Katalysators abzweigt. Anordnungen dieser Art sind weit verbreitet und stellen sozusagen die klassische Art der Abgasrückführung bei Systemen mit einem Katalysator dar. Aus volumens- und thermischen Gründen ist der Katalysator nicht zu knapp beim Motor angeordnet.
Aus der US 5 443 547 A ist eine Zweitakt-Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art bekannt, bei der das Abgasrückführsystem stromabwärts eines Abgaskatalysators und stromaufwärts eines Schalldämpfers vom Auslasssystem abzweigt. Dadurch werden teilweise gereinigte Abgase zurückgeführt.
Des Weiteren ist aus der DE 195 43 219 C1 eine Diesel-Brennkraftmaschine mit einem Speicherkatalysator bekannt, in welchem Speicherkatalysator Stickoxide absorbiert, desorbiert und reduziert werden. Stromaufwärts dieses Speicherkatalysators zweigt eine Abgasrückführleitung vom Abgassystem ab, welche Abgase in das Einlasssystem rückführt. Zur Regelung der Abgasrückführung ist in der Abgasrückführleitung ein Steuerorgan angeordnet. Bei Erreichen eines kennfeldmäßig in Abhängigkeit von Drehzahl und Last variierenden NO_x-Speicher-Schwellwertes wird von einem Betrieb mit einem Lambda-Wert größer 1 auf einen Betrieb mit einem Lambda-Wert kleiner 1 umgeschaltet. Während des Betriebes mit λ < 1 wird der Speicherkatalysator regeneriert und damit die Stickoxide reduziert. Der Regenerationsbetrieb wird dabei durch Abgasrückführung eingeleitet. Dadurch können die NO_x Emissionen eines Dieselmotors wesentlich verringert werden.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine weitere Verbesserung der Emissionen, insbesondere der NO_x-, HC- und CO-Emissionen zu erreichen.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erwirkt, dass dem ersten Abgaskatalysator ein durch einen Speicherkatalysator gebildeter zweiter Abgaskatalysator nachgeschaltet ist, wobei die Abgasrückführleitung stromaufwärts des zweiten Abgaskatalysators vom Auslasssystem abzweigt. Das rückzuführende Abgas wird dabei nach dem ersten Abgaskatalysator entnommen und in den Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine geleitet. Dadurch lassen sich niedrige HC-Emissionen im Abgas erzielen. Der erste Katalysator kann dabei unmittelbar stromabwärts der Zusammenführung von zumindest zwei Abgassträngen angeordnet sein. Die Abgasrückführleitung kann so möglichst kurz gehalten werden. Dies ist insbesondere dann möglich, wenn der erste Abgaskatalysator als Vorkatalysator bzw. Startkatalysator ausgebildet ist und dadurch volumensmäßige oder thermische Anforderungen geringer sind.
Sowohl direkteinspritzende fremd- oder selbstgezündete Brennkraftmaschinen, als auch Brennkraftmaschinen mit Schicht- oder Magerbetrieb enthalten hohe Anteile von Restsauerstoff im Abgas. Der erste Katalysator kann somit als Oxidationskatalysator oder als oxidierend betriebener Drei-Weg-Katalysator ausgebildet sein, um die CO- und HC-Emissionen wesentlich zu verringern. Durch die Oxidationsprozesse im Katalysator enthält das rückgeführte Abgas nur sehr geringe Sauerstoffmengen, wodurch der Inert- und Verdünnungseffekt des rückgeführten Abgas wesentlich größer ist. Es sind somit viel geringere Mengen von rückgeführtem Abgas zur Erzielung des gleichen Effektes notwendig. Die Abgasrückführleitung kann dadurch kleiner dimensioniert werden als bei herkömmlichen Systemen.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass in der Abgasrückführleitung ein Abgasrückführkühler angeordnet ist. Dies ermöglicht zusätzlich eine Senkung der NO_x-Emissionen, da das Abgas auf einem sehr niedrigen Temperaturniveau der Ansaugluft zugeführt wird. Um die Kondensationsbildung möglichst gering zu halten, kann dabei des Weiteren vorgesehen sein, dass die Einmündung der Abgasrückführleitung in das Einlasssystem unmittelbar vor dessen Eintritt in den Zylinderkopf der Brennkraftmaschine angeordnet ist.
Die Erfindung wird anhand der Figur näher erläutert.
Die schematisch dargestellte Brennkraftmaschine 1 weist ein Einlasssystem 2, ein Auslasssystem 3 und ein Abgasrückführsystem 4 auf. Im Auslasssystem 3 ist ein erster, als Oxidationskatalysator oder als Drei-Weg-Katalysator ausgebildeter Abgaskatalysator 5 und ein zweiter, als Speicherkatalysator ausgebildeter Abgaskatalysator 6 angeordnet. Die Abgasrückführleitung 4a des Abgasrückführsystems 4 zweigt dabei vom Auslasssystem 3 stromabwärts des ersten Abgaskatalysators 5 und stromaufwärts des zweiten Abgaskatalysators 6 ab. In der Abgasrückführleitung 4a ist weiters ein Abgasrückführventil 7 zur Steuerung der Abgasrückführung vorgesehen. Das Abgasrückführsystem 4 mündet in den Einlasssammler 8 des Einlasssystems 2 unmittelbar vor dem Eintritt in den Zylinderkopf 1a.
Mit dieser Anordnung können sehr niedrige HC-Emissionen erreicht werden. Es treten dabei nur geringe und/oder gleichmäßige Pulsationen auf, wodurch eine genaue Zumessung des rückgeführten Abgases über das Abgasrückführventil 7 möglich wird. Die Abzweigung der Abgasrückführleitung 4a erfolgt erst nach der Vereinigung von zwei oder mehreren Auslassstränge, wodurch eine Vergleichmäßigung der Druckpulsation erfolgt.
Zusätzlich kann in der Abgasrückführleitung 4a ein Abgasrückführkühler 9 vorgesehen sein, wodurch sich eine weitere NO_x-Absenkung ermöglichen lässt.

Claims

Brennkraftmaschine (1) mit einem Einlasssystem (2) und einem Auslasssystem (3), in welchem zumindest ein erster Abgaskatalysator (5) angeordnet ist, sowie mit einem Abgasrückführsystem (4), wobei zur externen Abgasrückführung stromabwärts des ersten Abgaskatalysators (5) eine Abgasrückführleitung (4a) vom Auslasssystem (3) abzweigt und in das Einlasssystem (2) mündet, dadurch gekennzeichnet, dass dem ersten Abgaskatalysator (5) ein durch einen Speicherkatalysator gebildeter zweiter Abgaskatalysator (6) nachgeschaltet ist, wobei die Abgasrückführleitung (4a) stromaufwärts des zweiten Abgaskatalysators (6) vom Auslasssystem (3) abzweigt.
Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Abgaskatalysator (5) unmittelbar stromabwärts der Zusammenführung von zumindest zwei Abgassträngen angeordnet ist.
Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Katalysator (5) als Vorkatalysator bzw. als Startkatalysator ausgebildet ist.
Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Katalysator (5) als Oxidationskatalysator oder als Drei-Weg-Katalysator ausgebildet ist.
Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in der Abgasrückführleitung (4a) ein Abgasrückführkühler (9) angeordnet ist.
Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche l bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Einmündung der Abgasrückführleitung (4a) in das Einlasssystem (3) unmittelbar vor dessen Eintritt in den Zylinderkopf (1a) der Brennkraftmaschine (1) angeordnet ist.