DE3540013C1 - Method for influencing the time taken to attain the starting temperature of a catalytic converter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches.

Aus der DE-PS 14 76 614 ist es bekannt, in der Abgasleitung einer gemischverdichtenden Brennkraftmaschine stromab eines Katalysators eine Ventileinrichtung anzuordnen, durch welche der Abgasgegendruck erhöht werden soll, um dadurch die Um­ setzung von den Auspuffgasen mit der diesen zugesetzten Zu­ satzluft zu begünstigen. Der Nachteil dieser Anordnung be­ steht darin, daß die Zeitspannung nach einem Kaltstart bis zum Erreichen der Anspringtemperatur des Katalysators relativ groß ist, zum einen weil durch das Hinzufügen von Zusatz­ luft zum Abgas das gesamte Temperaturniveau in der Abgas­ leitung stark abgesenkt wird und zum anderen ist auch während der Warmlaufphase der Brennkraftmaschine in ein­ zelnen Lastbereichen eine nur geringe Erhöhung des Auspuff­ rückdruckes gegeben.

Darüber hinaus muß aufgrund des während der gesamten Betriebs­ dauer der Brennkraftmaschine in der Abgasleitung vorherrschen­ den mehr oder weniger erhöhten Abgasrückdruckes eine permanen­ te Leistungseinbuße, oder bei Ausgleich dieser Einbuße ein erhöhter Kraftstoffverbrauch in Kauf genommen werden.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung ein Verfahren der im Oberbegriff des Hauptanspruches beschriebenen Art aufzuzei­ gen, bei welchen die Zeitspanne zwischen einem Start der Brennkraftmaschine und dem Erreichen der Anspringtemperatur des Katalysators minimal gehalten ist, ohne daß jedoch während des gesamten Betriebes der Brennkraftmaschine Lei­ stungseinbußen oder ein erhöhter Kraftstoffverbrauch in Kauf genommen werden müssen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des kenn­ zeichnenden Teiles des Hauptanspruches gelöst.

Bei einer Erhöhung des Abgasgegendruckes muß, um einen Dreh­ zahlabfall zu verhindern, der der Brennkraftmaschine zuge­ führte Gemischmassestrom vergrößert werden. Dies bedeutet, daß jetzt im Abgas ein größeres Wärmeangebot je Zeiteinheit vorliegt, und zwar in Form eines erhöhten Abgasmassenstromes, dessen Temperatur jedoch nicht bzw. nur unwesentlich höher liegt, als beim Betrieb ohne erhöhten Abgasgegendruck. Dies ergibt sich dadurch, daß mit steigendem Gemischmassen­ durchsatz wohl eine größere Kraftstoffmenge verbrannt wird, diese aber auch mehr Luft aufwärmen muß. Infolge dieses ver­ größerten Energieangebotes je Zeiteinheit erwärmen sich nach einem Kaltstart die im Abgasstrang liegenden Bauteile bedeu­ tend schneller, wodurch auch der Katalysator seine Anspring­ temperatur früher erreicht.

Die unmittelbare Freigabe des Abgasleitungsquerschnittes nach dem Erreichen der Anspringtemperatur läßt - bezüglich einer wiederum konstanten Drehzahl - den Gemischmassenstrom wieder absinken, wodurch die Brennkraftmaschine, bezogen auf den jeweiligen Last- und Drehzahlzustand, wieder einen mini­ malen Kraftstoffverbrauch aufweist, bzw. eine maximale Lei­ stung abgibt.

Den Zeitpunkt des Erreichens der Anspringtemperatur des Kata­ lysators in Abhängigkeit von Betriebsparametern der Brenn­ kraftmaschine zu bestimmen, stellt eine relativ genaue Lösung zur Ermittlung dieses Zeitpunktes dar, während die Freigabe des Abgasleitungsquerschnittes nach Ablauf einer fest vorge­ gebenen Zeitspanne im Hinblick auf eine technische Durch­ führung einfach zu realisieren ist.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2 und vorteilhafte Ausgestaltungen hierzu sind den Un­ teransprüchen 3 bis 10 zu entnehmen.

Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Vorrich­ tung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer Prinzipdarstellung.

Im Verlauf der Abgasleitung 1 einer gemischverdichtenden Brenn­ kraftmaschine 2 ist ein Katalysator 3 angeordnet. Stromab des Katalysators 3 ist eine Drosselklappe 4 derart gelagert, daß durch sie der Abgasleitungsquerschnitt bis auf einen Mindest­ querschnitt verringert werden kann (gestrichelte Stellung 4′ der Drosselklappe). Dabei wird die zur Verstellung der Klappe 4 erforderliche Kraft von einem Stellantrieb 6 aufgebracht und über ein geeignetes Gestänge 7 oder einen Riemen auf die Dros­ selklappe 4 übertragen.

Der Stellantrieb 6 ist an einem Stromkreis 8 angeschlossen, in welchem noch zwei weitere Schalter S 1 und S 2 dazu in Reihe geschaltet sind. Der Schalter S 1 wird in Abhängigkeit der Temperatur am Katalysatoreingang 9 und der Schalter S 2 in Abhängigkeit des Druckes zwischen dem Katalysator 3 und der Drosselklappe 4 betätigt, wobei Temperatur und Druck durch geeignete Meßfühler M 1 und M 2 erfaßt werden. Einfache Aus­ führungsformen für eine Vereinigung von Meßfühler und Schal­ ter sind z. B. ein Temperaturschalter in Form eines Dehnstoff­ elementes und ein Druckschalter in Form einer druckbe­ aufschlagten Membrandose, deren Membran z. B. über einen Stößel einen Schalter druckabhängig öffnen bzw. schließen kann.

Einen Meßfühler im Katalysator selbst anzuordnen ist eben­ falls möglich. Den zur Betätigung des Stellantriebes 6 er­ forderlichen Strom liefert z. B. die Autobatterie 10.

Bei geschlossenen Schaltern S 1 und S 2 ist die Drosselklappe 4 in der den Abgasleitungsquerschnitt bis auf einen Mindest­ querschnitt 5 verringernden Stellung 4′ gehalten. Wird der Stromkreis 8 unterbrochen, geht der Stellantrieb 6 in seine Ausgangsstellung zurück, (entgegen der Pfeilrichtung 11) und der Abgasleitungsquerschnitt wird wieder ganz freigegeben. Der Schalter S 1 wird geöffnet, wenn am Meßfühler M 1 die An­ springtemperatur des Katalysators 3 anliegt, während der Schalter S 2 den Stromkreis 8 unterbricht, wenn der Druck an der Stelle des Meßfühlers M 2 bei geschlossener Drosselklap­ pe 4′ zu groß wird. Der Grenzüberdruck liegt hierfür in der Größenordnung zwischen 0,6 bar und 1 bar.

Mit dem Start der Brennkraftmaschine 2 wird die Drosselklappe 4 über den Stellantrieb 6 in die den Abgasleitungsquerschnitt auf einen Mindestquerschnitt 5 verringernde Stellung 4′ ge­ dreht, wodurch der Abgasgegendruck ansteigt.

Ist der Abgasgegendruck durch die Drosselklappe 4′ erhöht, wird die Brennkraftmaschine 2 stärker belastet, was sich in einem Drehzahlabfall bemerkbar macht. Zum Erhalt einer kon­ stanten Drehzahl ist somit ein größerer Gemischmassendurch­ satz erforderlich, der ein erhöhtes Energieangebot im Ab­ gas liefert. Dieses erhöhte Energieangebot liegt in Form eines angestiegenen Abgasmassentromes vor, dessen Temperatur nicht, bzw. nur unwesentlich größer ist als die Temperatur des Ab­ gasmassenstromes bei freigegebenem Abgasleitungsquerschnitt, denn die Erhöhung des Gemischmassendurchsatzes verursacht nicht nur ein Ansteigen des Kraftstoffmassenstromes, sondern es vergrößert sich auch gleichzeitig der vom verbrennenden Kraft­ stoff zu erwärmende Luftmassentrom. Infolge des größeren Energieangebotes im Abgas kommt es somit zu einem schnelleren Erreichen der Anspringtempera­ tur des Katalysators 3, wobei jedoch für Letzteren keine stärkeren Temperaturbelastungen auftreten, so daß keine be­ sondere Auslegung des Katalysators 3 auf Temperaturfestig­ keit erforderlich ist.

Ist die Anspringtemperatur erreicht, wird durch Öffnen des Schalters S 1 wieder der gesamte Abgasleitungsquerschnitt freigegeben.

Durch die infolge eines verringerten Abgasleitungsquerschnittes auftretende Drucksteigerung kommt es ferner zu einer internen Abgasrückführung in der Brennkraftmaschine 2. Diese wirkt sich günstig auf eine Reduzierung der im Abgas enthaltenen NO _x - Anteile aus. Dies ist gerade in der Warmlaufphase wichtig, solange der Katalysator 3 noch nicht aktiv ist.

Die Freigabe des Abgasleitungsquerschnittes kann auch in Abhängigkeit anderer Betriebsparameter der Brennkraftma­ schine 2 erfolgen, wie z. B. der Öltemperatur, Kühlwasser­ temperatur oder Bauteiletemperatur. Darüber hinaus ist es ebenso denkbar, den Abgasleitungsquerschnitt mittels eines Zeitschalters zu steuern, indem der Abgasleitungsquerschnitt nach Ablauf einer fest vorgegebenen Zeitspanne nach dem Kaltstart der Brennkraftmaschine 2 wieder freigegeben wird.

Claims (10)

1. Verfahren zum Beeinflussen der Zeitdauer zwischen dem An­ lassen einer gemischverdichtenden Brennkraftmaschine bis zum Erreichen der Anspringtemperatur eines in deren Abgasleitung angeordneten Katalysators mit einer stromab des Katalysators angeordneten Drosseleinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß unmittelbar nach dem Start der Brennkraftmaschine (2) durch die Drosseleinrichtung (4) der Querschnitt der Abgas­ leitung (1) bis auf einen Mindestquerschnitt (5) verringert und bei Erreichen der Anspringtemperatur des Katalysators wieder ganz freigegeben wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Freigabe des Abgasleitungsquerschnittes durch die Drosseleinrichtung (4) in Abhängigkeit von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine (2) oder nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitspanne erfolgt.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen in der Abgasleitung (1) stromauf des Katalysators (3) oder im Katalysator (3) selbst angeordneten ersten, einen Be­ triebsparameter der Brennkraftmaschine (2) aufnehmenden Meßfühler (M 1), der mit einer ersten Schalteinheit (S 1) in Wirkverbindung steht, durch einen stromab des Katalysators (3) angordneten zweiten, den Abgasgegendruck aufnehmenden Meßfühler (M 2), der mit einer zweiten Schalteinheit (S 2) in Wirkverbindung steht und durch einen die Drosseleinrichtung (4 ) betätigenden Stellantrieb (6), der in Abhängigkeit der Schaltstellungen der beiden Schalteinheiten (S 1 und S 2) an­ steuerbar ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Schalteinheiten (S 1 und S 2) und der Stellan­ trieb (6) durch Hintereinanderschalten in einem elektrischen Stromkreis (8) miteinander verbunden sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosseleinrichtung (4) bei geschlossenem Stromkreis (8) in der den Querschnitt der Abgasleitung (1) verringern­ den Stellung (4′) gehalten ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßfühler (M 1) und die erste Schalteinheit (S 1 ) in Form eines Temperaturschalters miteinander verbunden sind.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturschalter nach Erreichen der Anspringtempera­ tur geöffnet ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Meßfühler (M 2) und die zweite Schalteinheit (S 2) in Form eines Druckschalters miteinander verbunden sind.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckschalter nach Erreichen eines vorgegebenen Ab­ gasgegendruckes geöffnet ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Öffnungsgrenzdruck für den Druckschalter zwischen 0,6 bar und 1 bar liegt.