DE3439998A1

DE3439998A1 - Abgasanlage

Info

Publication number: DE3439998A1
Application number: DE19843439998
Authority: DE
Inventors: Klaus le Dipl.-Phys. 8071 Eitensheim Vrang
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 1984-11-02
Filing date: 1984-11-02
Publication date: 1985-09-19

Description

Audi

Ingolstadt, den 22. Oktober 1984 3439 9 98 AUDINSUAUTOUNiON

IP 1995 Vg/Lie λ Aktiengesellschaft

Abgasanlage

Die Erfindung betrifft eine Abgasanlage entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Um die schädlichen Bestandteile von Motorabgasen zu vernichten, werden Katalysatoren eingesetzt. Insbesondere sind heute Dreiweg-Katalysatoren üblich, die Kohlenmonoxide, Stickoxide und Kohlenwasserstoffe gleichzeitig zerlegen. Für den Betrieb eines derartigen Katalysators im Abgas ist das Einhalten eines bestimmten Temperaturbereiches notwendigt, wobei es insbesondere nach dem Kaltstart eines Kraftfahrzeuges mit Brennkraftmaschine wichtig ist, daß der Katalysator schnell auf die vorgesehene Temperatur gebracht wird. Je schneller der Katalysator aufgeheizt wird, desto früher setzt seine katalytische Wirkung ein, die die schädlichen Anteile in den Abgasen stark vermindert.

Andererseits ist eine Überhitzung des Katalysators schädlich, da er dann nicht mehr richtig und wirkungsvoll arbeitet, außerdem kann er durch Überhitzung beschädigt werden.

Aus der DE-PS 24 36 421 ist ein Verfahren bekannt, den Katalysator nach dem Start einer Brennkraftmaschine schnell auf die vorgesehene Temperatur zu bringen und dann auf einem gleichmäßigen Temperaturniveau zu halten. Es wird dort vorgeschlagen, den Zündzeitpunkt so einzuregeln, daß in der Aufheizperiode der Zündzeitpunkt nach spät verschoben wird, was heißere Abgase produziert. Ist der Katalysator dann auf Betriebstemperatur, wird der Zündzeitpunkt in Richtung früh verschoben, so daß die Abgase abkühlen und der Katalysator nicht weiter aufgeheizt wird.

Ein derartiges Verfahren ist jedoch problematisch, da die Zündzeitpunktverschiebung gleichzeitig verschiedene andere Betriebsparameter

des Motors beeinflußt, insbesondere kann auch die Leistung des Motors

beeinflußt werden. Auch eine verminderte Kraftstoffausnutzung, also

ein schlechterer Wirkungsgrad, wird durch die Verschiebung des Zündzeitpunktes in Kauf genommen.

Aufgabe der Erfindung ist es, den Katalysator schnell aufzuheizen, jedoch nicht zu überhitzen, ohne den Zündzeitpunkt zu beeinflussen.

Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Hauptanspruchs.

Erfindungemäß ist vorgesehen, daß von dem Verbrennungsmotor mindestens zwei Zuleitungen zu dem Katalysator führen, wobei die Wärmeverluste auf den Zuleitungen unterschiedlich sind.

Soll der Katalysator aufgeheizt werden, wird die Zuleitung mit den geringsten Wärmeverlusten zum Katalysator aktiviert, so daß die heißen Abgase vom Motor sehr schnell und noch in relativ heißem Zustande zu dem Katalysator gelangen. Ist nach kurzer Zeit jedoch die Betriebstemperatur des Katalysators erreicht worden, wird entweder auf eine andere Zuleitung umgeschaltet mit Hilfe der Absperreinrichtung, in der größere Wärmeverluste auftreten, oder aber es wird das Abgas vom Verbrennungsmotor zum Katalysator aufgeteilt auf zwei Zuleitungen, wobei sich vor dem Katalysator dann ein Gemisch von weniger abgekühltem Abgas und stärker abgekühltem Abgas einstellt. Durch diese Maßnahmen ist die Temperatur des Abgases vor dem Katalysator gut steuerbar und optimierbar.

Die Unteransprüche kennzeichnen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung, die Unteransprüche 2 und 3 kennzeichnen Ausführungsformen, in denen die verschiedenen Zuleitungen nur ein- und ausgeschaltet werden können bzw. in denen auch ein Gemisch der Abgase in den verschiedenen Zuleitungen einstellbar ist.

Anspruch 4 kennzeichnet eine Möglichkeit, exakt die relevante Größe zu erfassen, die maßgebend ist für die Auswahl der Zuleitung von dem

Verbrennungsmotor zum Katalysator. Eine Temperatursonde, die direkt die vor dem Katalysator auftreffenden Abgase mißt, dient dazu, die Absperreinrichtungen, die die einzelnen Zuleitungen öffnen oder schließen, derart zu steuern, daß die optimale Temperatur vor dem Katalysator erreicht wird. Es handelt sich dabei nicht nur um eine Steuerung, sondern da das Öffnen und Schließen der Absperrvorrichtungen der einzelnen Zuleitungszweige wiederum Rückeinfluß auf die Temperatur vor dem Katalysator hat, um einen Regelvorgang.

Alternativ ist es, wie im Unteranspruch 5 gekennzeichnet, auch möglich, einen Sensor zu nehmen, der nicht die Abgastemperatur direkt mißt, sondern eine mit der Abgastemperatur korrelierte Größe erfaßt, beispielsweise den Schadstoffausstoß hinter dem Katalysator. Damit läßt sich die Gesamtanlage auf den tatsächlich interessierenden Wert optimieren .

Die Unteransprüche 6 bis 8 beschreiben verschiedene Möglichkeiten, um unterschiedliche Wärmeverluste auf den einzelnen Zuleitungszweigen hervorzurufen. Eine Möglichkeit ist, daß der Zuleitungszweig, in dem ein größerer klärmeverlust stattfinden soll, länger ist als der Zuleitungszweig mit geringerem Wärmeverlust.

Alternativ oder ergänzend dazu kann einer der Zuleitungszweige mit einer Wärmeisolierung versehen werden, um noch geringere Wärmeverluste .auf diesem Zuleitungszweig zu haben, während der andere Zuleitungszweig ohne Isolierung ausgebildet ist, so daß hier ein größerer Abkühlungseffekt des Abgases, das durch diesen Zweig strömt, erreicht wird.

Es ist, wiederum alternativ oder ergänzend dazu, möglich, eine der Zuleitungen dem Fahrtwind auszusetzen, während die anderen abgeschirmt sind, so daß ein zusätzlicher Kühleffekt in einer der Zuleitungen erreicht wird.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Figur erörtert.

Mit dem Bezugszeichen 10 ist schematisch ein Motor, hier ein Vierzylinder-Motor dargestellt, der einen Auspuff 12 besitzt, der in ein Vorrohr 14 mündet. Im Bereich des Vorrohres 14 teilt sich die Abgasanlage in einen ersten Zweig 16 und einen zweiten Zweig 18, die beide zu einem Katalysator 20 führen.

Wie der Figur entnommen werden kann, führt der Zweig 16 auf kurzem Weg zu dem Katalysator, während der Zweig 18 eine Biegung aufweist und somit länger ist als der Zweig 16.

Beide Zweige sind an ihrem Eingang mit Absperreinrichtungen 22 und 24 vorgesehen, von denen jeweils mindestens eine geöffnet sein muß. Vor dem Katalysator befindet sich eine Temperatursonde 26.

Wird nun der Motor angelassen und beginnt im Betrieb seine Aufheizphase, wird der Zweig 18 geschlossen, indem die Absperreinrichtung 22 geschlossen wird, die Absperreinrichtung 24 ist geöffnet, und die heißen Abgase, die von dem Motor 10 über den Abgaskrümmer 12 und das Vorrohr 14 sowie den Zweig 16 zum Katalysator 20 fließen, gelangen auf dem kürzestmöglichen Weg zu dem Katalysator 20. Zusätzlich kann um den Zweig 16 noch eine Wärmeisolierung vorgesehen sein, damit möglichst geringe Wäremverluste auf dem Weg vom Motor 10 zum Katalysator 20 auftreten. Auf diese"Weise wird der Katalysator durch die Abgase verhältnismäßig rasch aufgeheizt, wird jedoch bereits nach kurzem Betrieb eine Temperatur erreichen, die seiner Betriebstemperatur entspricht, um dann von den Abgasen noch weiter aufgeheizt zu werden.

Um die weitere Aufheizung zu verhindern, wird die Absperreinrichtung 24 gedrosselt oder gar geschlossen, während die Absperreinrichtung 22 zumindest teilweise geöffnet wird, so daß zumindest ein Teil der Abgase über den Zuleitungszweig 18 fließen muß, wobei diese Abgase einer stärkeren Abkühlung ausgesetzt sind. Dies wird zum einen durch den längeren Weg bewirkt, auf dem selbstverständlich Wärme verloren geht, außerdem kann dieser Effekt noch unterstützt werden durch fehlende Wärmeisolierung des Zweiges 18 oder dadurch, daß ein Teil des

Fahrtwindes- über den Zweig 18 streicht. Sind beide Absperreinrichtungen 22 und 24 teilweise geöffnet, stellt sich an der Temperatursonde 26 ein Gemisch aus dem kälteren Abgas, das über den Zweig 18 geflossen ist und dem wärmeren Abgas, das über den Zweig 16 geflossen ist ein, wobei durch den Öffnungsgrad der Absperrvorrichtung 22 und 24 versucht wird, die Temperatur so zu optimieren, daß der Katalysator auf seiner idealen Reaktionstemperatur gehalten wird.

Auf diese Weise wird eine einfache Steuerung der Temperatur für den Katalysator erzielt, bei der in weitem Bereich die Brennkraftmaschine belastbar ist, ohne daß die Abgasreinigung darunter leidet.

Selbstverständlich können die Zweige 16 und 18 um einen dritten und ggf. weitere Zweige ergänzt werden, wobei es insbesondere sinnvoll ist, einen weiteren Zweig dann vorzusehen, wenn die Maschine unter Vollast läuft, so daß selbst der für den üblichen Betrieb vorgesehene Zweig 18 keine ausreichende Kühlung der Abgase bewirken kann. Diese Dreiteilung ermöglicht einen Betrieb, bei dem der Katalysator beim Kaltstart schnell aufgeheizt wird, und auch bei Vollast über längere Strecke hin nicht nachteilig beeinflußt wird.

- Leerseite -

Claims

Audi

Ingolstadt, den 22. Oktober 1984 34399 9'8 AUDI NSU AUTO UNION

IP 1995 Wg/Lie . Aktiengesellschaft

Patentansprüche

IJ Abgasanlage für ein mit einem Verbrennungsmotor ausgerüsteten Kraftfahrzeug, wobei in der Abgasanlage ein Katalysator vorgesehen ist, der schädliche Abgasbestandteile durch Konvertierung aufbereitet, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Zuleitungen (16, 18) von dem Motor (10) zu dem Katalysator (20) vorgesehen sind, wobei die Wärmeverluste der heißen Abgase in den verschiedenen Zuleitungen (16, 18) unterschiedlich sind, und daß mindestens eine Absperreinrichtung (22, 25) vorgesehen ist, die die Aufteilung der Abgase auf die Zuleitungen (16, 18) einstellt.
2. Abgasanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Absperreinrichtung (22, 24) wahlweise nur eine der Zuleitungen (16, 18) öffnet.
3. Abgasanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Absperreinrichtung (22, 24) die Einstellung eines Mischungsverhältnisses der Abgase auf die verschiedenen Zuleitungen (16, 18) ermöglicht.
4. Abgasanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Absperreinrichtung (16, 18) über einen auf die Abgastemperatur ansprechenden Sensor (26) gesteuert oder geregelt wird.
5. Abgasanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Absperreinrichtung (22, 24) über einen Sensor, der eine mit der Abgastemperatur korrelierte Größe erfaßt, gesteuert oder geregelt wird.
6. Abgasanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuleitungen (16, 18) sich in ihrer Länge unterscheiden.
7. Abgasanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Zuleitungen (16, 18) sich in ihrer Wärmeisolierung unterscheiden.
8. Abgasanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß die Zuleitungen (16, 18) in unterschiedlichem Maße außengekühlt sind.