DE4104165A1

DE4104165A1 - Abgasanlage

Info

Publication number: DE4104165A1
Application number: DE4104165A
Authority: DE
Inventors: Heino Dipl Ing Fluess
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1990-03-09
Filing date: 1991-02-12
Publication date: 1991-09-12

Description

Die Erfindung betrifft eine Abgasanlage für eine Brennkraft maschine von Fahrzeugen gemäß dem Oberbegriff des Patentan spruchs 1.

Zur Reduzierung von in den Abgasen von Brennkraftmaschinen enthaltenen Schadstoffen werden zusätzliche Abgaskatalysato ren eingesetzt. Der Wirkungsgrad der Katalysatoren ist weit gehend abhängig von ihrer Betriebstemperatur. Diese sollte mindestens bei etwa 300°C liegen. Zur Erwärmung des Katalysa tors bis auf die Mindestbetriebstemperatur ist eine gewisse Zeitspanne erforderlich. Aus diesem Grunde ist beim Kaltstart einer Brennkraftmaschine trotz des nachgeschalteten Abgaskata lysators für einen bestimmten Zeitraum mit einer höheren Schad stoffmenge zu rechnen. Zur Vermeidung dieses Nachteils ist in der DE-OS 38 35 939 eine Einrichtung zur Aufheizung des Kata lysators vorgesehen. Dabei wird über ein Gebläse Frischluft zugeführt, erwärmt und mit Kraftstoff vermischt. Schließlich wird das Gemisch in einem Vorkatalysator verbrannt. Die aus dem Vorkatalysator austretenden heißen Abgase erwärmen schließ lich den Abgaskatalysator. Der Vorgang ist aufwendig und er fordert eine ganze Reihe von aufeinander abgestimmten Regel mechanismen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die bekannte Abgas anlage zu vereinfachen und trotzdem die Wirksamkeit des Abgaskatalysators in der Anfangszeit nach einem Kaltstart zu gewährleisten.

Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des An spruchs 1 gelöst. Im Gegensatz zum Stand der Technik, bei dem zunächst die Frischluft erwärmt wird, weist bei der Erfindung der Vorkatalysator eigene Aufheizmittel auf. Er wird demnach direkt erwärmt, ohne Umweg über eine Luftvorwärmung.

Vorteilhafterweise sind die Aufheizmittel als dem Vorkatalysa tor zugeordnete elektrische Heizmittel, vorzugsweise als Heiz drähte ausgebildet. Der Vorkatalysator ist wesentlich kleiner als der eigentliche Abgaskatalysator und entsprechend schnell mit Hilfe der von der Fahrzeugbatterie gelieferten elektrischen Energie auf seine Betriebstemperatur aufheizbar.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sowie ein entsprechendes Verfahren zum Erwärmen eines Abgaskatalysators sind den Unteransprüchen zu entnehmen. Bevorzugte Ausführungs formen der Erfindung werden im folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsge mäßen Abgasanlage,

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer anderen Aus führungsform der erfindungsgemäßen Abgasanlage.

Die Abgasanlage 10 weist einen innerhalb eines Gehäuses 11 an geordneten Abgaskatalysator 12 auf. Letzterer ist als Mowlith- Körper mit axial durchgehenden Strömungskanälen und mit einer katalytisch wirksamen Beschichtung an deren Oberfläche ausge bildet. In einem mit dem Gehäuse 11 verbundenen Vorgehäuse 13 ist ein Vorkatalysator 14 (Fig. 1) mit einer vorgeordneten, eigenen Kraftstoffzuführung 15 innerhalb einer Frischluftleitung 16 vorgesehen. Durch ein Gebläse 17 wird der in Aufbau und Wirkungsweise dem Abgaskatalysator entsprechende Vorkatalysator 14 mit Frischluft versorgt. Zwischen der Kraftstoffzuführung 15 und dem Gebläse 17 ist weiterhin eine Rückschlagklappe 18 vor gesehen.

Am Bereich des Übergangs zwischen dem Vorgehäuse 13 und dem Gehäuse 11 ist eine Abgasleitung 19 angeordnet, durch die dem Abgaskatalysator 12 die vom Motor kommenden Abgase zuführbar sind.

Der Aufbau der Abgasanlage 10 sowie die Regelung der Kraft stoffzufuhr entspricht im wesentlichen der aus der DE-OS 38 35 939 (Fig. 3) bekannten Abgasanlage. Abwandlungen sind möglich. Die Strömungsrichtungen bei der Erfindung sind durch Pfeile 20 (Frischluft), 21 (Kraftstoff), 22 (Abgas) und 23 (innerhalb des Abgaskatalysators) gekennzeichnet.

Im Gegensatz zur genannten DE-OS 38 35 939 ist bei der Erfindung keine Aufheizvorrichtung für die zuzuführende Frischluft vorge sehen. Stattdessen weist der Vorkatalysator 14 eine Besonder heit auf. Dieser ist nämlich in seinem Innern mit als Aufheizmit tel wirkenden Heizdrähten 24 versehen. Diese bewirken bei ent sprechender elektrischer Energiezufuhr eine Aufheizung des Vorkatalysators 14. Durch die im Verhältnis zum Abgaskatalysa tor 12 geringen Abmessungen des Vorkatalysators 14 erreicht dieser seine Betriebstemperatur sehr schnell.

Der eigentliche Vorwärmvorgang läuft folgendermaßen ab: Zunächst wird der Vorkatalysator 14 über die Heizdrähte 24 auf seine Betriebstemperatur erwärmt. Anschließend wird die Rückschlag klappe 18 geöffnet und Frischluft durch das Gebläse 17 in die Frischluftleitung 16 hineingedrückt. Über die Kraftstoffzuführung 15 wird Kraftstoff oder ein Kraftstoff-Luft-Gemisch mittels einer Düse oder einer Zweistoffdüse 25 mit der Frischluft ver mengt. Die Frischluftzufuhr beginnt demnach unmittelbar nach Erreichen der Betriebstemperatur im Vorkatalysator 14. Das Gemisch wird dort flammlos verbrannt.

Die aus dem Vorkatalysator 14 austretenden heißen Verbrennungs gase erwärmen auf ihrem Weg zum Abgasauslaß 26 am Ende des Gehäuses 11 den Abgaskatalysator 12. Nach Erreichen der Betriebs temperatur des Abgaskatalysators wird die Frischluftzufuhr (das Gebläse 17), die Kraftstoffzufuhr (Kraftstoffzuführung 15) beendet und die Rückschlagklappe 18 geschlossen. Anschlie ßend wird die Brennkraftmaschine des Fahrzeugs gestartet. Die Verbrennungsgase des Motors treten über die Abgasleitung 19 in die Abgasanlage 10 ein und werden bereits unmittelbar nach dem Start im auf Betriebstemperatur gebrachten Abgaskatalysator 12 weitgehend von Schadstoffen reduziert.

Die Abgasleitung 19 ist so angeordnet, daß die Abgase des Motors (Pfeil 22) nicht durch den Vorkatalysator 14 hindurchströmen. Vielmehr ist letzterer zumindest zum Teil durch in Fortsetzung der Abgasleitung 19 ausgebildete Innenwandungen 31 gegenüber den Motorabgasen abgedeckt.

Die Fig. 2 zeigt eine andere Ausführungsform der Erfindung. Dabei geht es insbesondere um die Anordnung und Ausgestaltung des Vorkatalysators 27. Dieser ist nämlich nicht am Ende der Frischluftleitung 16 mit entsprechend kleinem Querschnit, son dern vielmehr unmittelbar vor dem Abgaskatalysator 12 mit einem entsprechend großen Querschnitt angeordnet. Die auftretenden Strömungsverluste sind dadurch besonders gering. Das Gebläse 17 kann kleiner dimensioniert werden. Der Vorkatalysator 27 weist ein katalytisch beschichtetes und elektrisch beheizbares Draht gewebe 28 sowie einen diesem vorgeordneten Isolatorkörper in Gestalt einer Keramikscheibe 29 auf. Das Drahtgeflecht 28 hat die gleiche Funktion wie in der Fig. 1 die Heizdrähte 24. Die Keramikscheibe 29 ist mit Gasdurchlässen 30 versehen und soll Wärmeverluste, insbesondere durch Wärmestrahlung vermindern. Der Vorkatalysator 27 erreicht auf diese Weise noch schneller seine Betriebstemperatur. Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 durchströmen die Abgase des Motors (Pfeil 22) auch den Vorkata lysator 27. In einer hier nicht gezeigten vorteilhaften Ausfüh rungsform sind die Abgasleitung 19 und der Vorkatalysator 27 zur Verringerung der Strömungsverluste vertauscht im Vorgehäuse 13 angeordnet, so daß die Motorabgase nur den Abgaskatalysator 12 passieren.

In einer weiteren nicht gezeigten Ausführungsform ist auch der Vorkatalysator 14 gemäß Fig. 1 mit wärmedämmendem, gasdurch lässigem Isoliermaterial umgeben. In entsprechender Weise kann der Vorkatalysator 27 gemäß Fig. 2 auch an seiner dem Abgas katalysator 12 zugewandten Ende eine Wärmeisolierung aufweisen.

Bezugszeichenliste

10 Abgasanlage
11 Gehäuse
12 Abgaskatalysator
13 Vorgehäuse
14 Vorkatalysator
15 Kraftstoffzuführung
16 Frischluftleitung
17 Gebläse
18 Rückschlagklappe
19 Abgasleitung
20 Pfeil
21 Pfeil
22 Pfeil
23 Pfeil
24 Heizdrähte
25 Düse
26 Innenwandung
27 Vorkatalysator
28 Drahtgeflecht
29 Keramikscheibe
30 Gasdurchlässe

Claims

1. Abgasanlage für eine Brennkraftmaschine von Fahrzeugen mit einem Abgaskatalysator und mit einer zuschaltbaren Aufheiz einrichtung zur Erwärmung des Abgaskatalysators auf eine vorgegebene Mindesttemperatur mittels heißer Rauchgase, wobei die Aufheizeinrichtung einen Vorkatalysator zur Reduk tion der Schadstoffe in den den Abgaskatalysator erwärmen den Rauchgasen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorkatalysator (14) zu seiner Erwärmung Aufheizmittel auf weist.

2. Abgasanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufheizmittel als dem Vorkatalysator (14) zugeordnete elektrische Heizmittel, vorzugsweise als Heizdrähte (24) oder als Drahtgeflecht (28) ausgebildet sind.

3. Abgasanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorkatalysator (14) einen den elektrischen Heizmitteln vor- und/oder nachgeordneten rauchgasdurchlässigen Wärme isolator aufweist.

4. Abgasanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorkatalysator (14) eine mit Gasdurchlässen (30) versehene Keramikscheibe (29) als Wärmeisolator aufweist, vorzugsweise mit einem ausgangsseitig auf der Keramikscheibe (29) angeord neten, katalytisch beschichteten Drahtgeflecht (28).

5. Abgasanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn zeichnet, daß der Vorkatalysator (14) dem Abgaskatalysator (12) unmittelbar vorgeordnet ist und vorzugsweise etwa den selben Durchlaßquerschnitt aufweist.

6. Abgasanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn zeichnet, daß der Vorkatalysator (14) mit Abstand vom Abgas katalysator (12) angeordnet ist, so daß die (Motor-) Abgase nur durch den Abgaskatalysator (12) hindurchleitbar sind.

7. Abgasanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn zeichnet, daß der Vorkatalysator (14) einen geringeren Quer schnitt als der Abgaskatalysator (12) aufweist und insbeson dere im Auslaß einer dem Abgaskatalysator (12) angeordneten Frischluftleitung (16) angeordnet ist, innerhalb derer nach Zufuhr von Kraftstoff ein reaktionsfähiges Gemisch erzeugbar ist.

8. Verfahren zum Erwärmen einer Abgasanlage, insbesondere gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei ein Kraftstoff-Luft-Gemisch in einem Vorkatalysator verbrannt und dem Abgaskatalysator zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorkatalysator (14) zuvor elektrisch aufgeheizt wird.