DE4117874A1 - Brennkraftmaschine mit einer abgas-nachbehandlungsvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einer stromab eines Brennraum-Auslaßventiles vorgesehenen zu­ schaltbaren Abgas-Nachbehandlungsvorrichtung. Gezeigt ist eine derartige Abgasanlage beispielsweise in der EP 04 17 412 A2.

Dort ist die zuschaltbare Abgas-Nachbehandlungs­ vorrichtung als sog. Startkatalysator ausgebildet, der sich möglichst nahe am Zylinderkopf der Brennkraftma­ schine befindet. Hierdurch kann bereits in der Warmlauf­ phase der Brennkraftmaschine eine erfolgreiche Abgasnach­ behandlung erfolgen, da der Startkatalysator seine für eine erfolgreiche Konvertierung schädlicher Abgasbestand­ teile erforderliche Betriebstemperatur binnen kurzer Zeit erreicht. Im stationären Dauerbetrieb der Brennkraftma­ schine hingegen gilt es, den Startkatalysator vor allzu hohen Temperatureinwirkungen durch die heißen Brennkraft­ maschinen-Abgase zu schützen, so daß dann diese Abgas- Nachbehandlungsvorrichtung abgeschaltet wird.

Bei der in der oben genannten Schrift gezeigten Abgasan­ lage erfolgt das Zuschalten bzw. Abschalten der Abgas- Nachbehandlungsvorrichtung durch Öffnen bzw. Schließen eines Bypass-Kanales. Diese Lösung erfordert eine aufwen­ dige, außerhalb der Brennkraftmaschine liegende und daher störanfällige Betätigungsvorrichtung.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine demgegenüber be­ triebssicherere Möglichkeit zum Zuschalten bzw. Abschal­ ten einer Abgas-Nachbehandlungsvorrichtung aufzuzeigen.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist vorgesehen, daß neben zu­ mindest einem die zuschaltbare Abgas-Nachbehandlungsvor­ richtung nicht beaufschlagenden Haupt-Auslaßventil der Brennkraftmaschine ein der Abgas-Nachbe­ handlungsvorrichtung zugeordnetes zu- oder abschaltbares Brennraum-Auslaßventil vorgesehen ist. Vorteilhafte Aus­ und Weiterbildungen der Erfindung beschreiben die Unteransprüche.

Der Brennraum der Brennkraftmaschine weist somit zumin­ dest ein Haupt-Auslaßventil auf, das in bekannter Weise insbesondere von einem Nocken betätigt wird und den Weg in einen Abgaskanal freigibt, der einen Bypass zur zu­ schaltbaren Abgas-Nachbehandlungsvorrichtung, d. h. ins­ besondere zu einem Startkatalysator, bildet. Selbstver­ ständlich kann analog der oben genannten Schrift in einer gewissen Entfernung von der Brennkraftmaschine ein stets von Abgasen beaufschlagter Haupt-Katalysator vorgesehen sein, zu dem auch der Abgaskanal des Haupt-Auslaßventiles führt. Neben dem Haupt-Auslaßventil ist der Brennraum der Brennkraftmaschine jedoch mit einem weiteren zu- oder ab­ schaltbaren Auslaßventil versehen, dessen Abgaskanal in der zuschaltbaren Abgas-Nachbehandlungsvorrichtung mündet und das wiederum von einem Nocken betätigt werden kann. Die zuschaltbare Abgas-Nachbehandlungsvorrichtung kann dabei ihrerseits analog der oben genannten Schrift wieder mit dem Haupt-Katalysator verbunden sein.

Bevorzugt werden sowohl das bzw. die Haupt-Auslaßven­ til(e) als auch das zuschaltbare Auslaßventil unter Zwi­ schenschaltung geeigneter bzw. bekannter Betätigungsele­ mente von einem rotierenden Nocken betätigt. Dabei ist es möglich, das Betätigungselement des zuschaltbaren Auslaß­ ventiles bedarfsweise an das stets betriebene Betäti­ gungselement des Haupt-Auslaßventiles anzukoppeln. Es ist jedoch auch möglich, entweder das Haupt-Auslaßventil oder das der zuschaltbaren Abgas-Nachbehandlungsvorrichtung zugeordnete Auslaßventil zu betätigen. Das Zu- bzw. Ab­ schalten der Auslaßventile kann dabei mittels geeigneter, bekannter schaltbarer Betätigungselemente, so beispiels­ weise mit verstellbaren Hebeln erfolgen. Bevorzugt er­ folgt das Zuschalten des einen Auslaßventiles sowie das Abschalten des anderen Auslaßventiles durch Betätigung eines gemeinsamen Steuerhebels. Daneben ist die Erfindung in besonders einfacher Weise jedoch auch mit hydraulisch oder elektromagnetisch betätigten Ventilen realisierbar.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles erläutert. Fig. 1 zeigt eine Prin­ zipskizze, Fig. 2 eine beispielhafte Betätigungsvorrich­ tung für die Auslaßventile.

Im Zylinderkopf 1 einer mehrzylindrigen Brennkraftma­ schine sind Brennräume 2 vorgesehen, die Einlaßventile 3a, 3b sowie Auslaßventile 4a, 4b aufweisen. Über den Einlaßventilen 3a, 3b vorgelagerte Einlaßkanäle 5a, 5b gelangt bei geöffneten Einlaßventilen Frischgas in den Brennraum 2, das nach erfolgter Verbrennung bei geöffne­ ten Auslaßventilen 4a, 4b über die Auslaßkanäle 6a, 6b in die Umgebung abgeführt wird.

Die Auslaßkanäle 6a setzen sich in Auslaßleitungen fort, die zu einer Abgasleitung 7 zusammengeführt sind. In die­ ser Abgasleitung 7 ist ein Haupt-Katalysator 8 vorgese­ hen. Stromauf dieses Haupt-Katalysators 8 münden in die Abgasleitung 7 die die Fortsetzung der Auslaßkanäle 6b bildenden Auslaßleitungen. In diesen Auslaßkanälen 6b bzw. in den sich daran anschließenden Auslaßleitungen ist jeweils eine zuschaltbare Abgas-Nachbehandlungsvorrich­ tung 9 in Form eines Start-Katalysators vorgesehen.

Die zur Abgasnachbehandlung vorgesehenen Katalysatoren benötigen für eine erfolgreiche Schadstoffkonvertierung eine gewisse Betriebstemperatur. Diese Betriebstemperatur erreichen die Katalysatoren nach einem Kaltstart der Brennkraftmaschine umso schneIler, je näher sie am Brenn­ raum 2 angeordnet sind. Bei vollständig erwärmter Brenn­ kraftmaschine hingegen dürfen die Abgaskatalysatoren nur mit zumindest geringfügig abgekühltem Abgas beaufschlagt werden, um Überhitzungsschäden zu vermeiden.

Unter Berücksichtigung dieser Anforderungen sind die Aus­ laßventile 4b, stromab derer die Startkatalysatoren 9 vorgesehen sind, zu- bzw. abschaltbar. In der Brennkraft­ maschinen-Warmlaufphase werden diese schaltbaren Auslaß­ ventile 4b somit wie bekannt geöffnet, so daß in den zu­ schaltbaren Abgas-Nachbehandlungsvorrichtungen 9 kurzfri­ stig eine erfolgreiche Schadstoffkonvertierung erfolgen kann. Bei Dauerbetrieb der betriebswarmen Brennkraftma­ schine hingegen bleiben diese schaltbaren Auslaßventile 4b geschlossen, so daß das Abgas dann lediglich über den bereits gegen Ende der Warmlaufphase erwärmten Haupt- Katalysator 8 geführt wird. Solange das schaltbare Aus­ laßventil 4b in Betrieb ist, kann das Haupt-Auslaßventil 4a außer Betrieb gesetzt sein; dann werden die Abgase vollständig über die zuschaltbare Abgas-Nachbehandlungs­ vorrichtung 9 geführt. Alternativ ist es jedoch auch mög­ lich, das Haupt-Auslaßventil 4a auch während der Brenn­ kraftmaschinen-Warmlaufphase zu betreiben, so daß dann lediglich ein Teil des Abgasstromes durch die Start-Kata­ lysatoren gelangt.

Wie ersichtlich, ist es aufgrund der Zu- bzw. Abschaltung der Start-Katalysatoren 9 mit Hilfe der schaltbaren Aus­ laßventile 4b möglich, diese zuschaltbaren Abgas-Nachbe­ handlungsvorrichtungen 9 äußerst nahe am Brennraum 2 an­ zuordnen. Hierbei bietet sich nicht nur eine direkt am Zylinderkopf 1 angrenzende Anordnung an, sondern es ist darüber hinaus sogar möglich, den Start-Katalysator 9 di­ rekt im Zylinderkopf 1 vorzusehen. Dies ist einer schnel­ len Erwärmung der zuschaltbaren Abgas-Nachbehandlungsvor­ richtung 9 besonders förderlich.

Ein Ausführungsbeispiel für die Zu- bzw. Abschaltung der Auslaßventile 4a, 4b zeigt Fig. 2. Betätigt werden diese geringfügig versetzt hintereinander angeordneten Auslaß­ ventile 4a, 4b von zwei Nocken 10a, 10b einer Nocken­ welle, die über Schlepphebel 11a, 11b auf Tassenstößel 12a, 12b einwirken, die auf den Schäften der Auslaßven­ tile 4a, 4b aufliegen. An den beiden Schlepphebeln 11a, 11b greift ein um die Achse 13 verschwenkbarer Steuerhe­ bel 14 an. Die Schlepphebel 11a, 11b sind mit ihrer den Nocken 10a, 10b zugewandten Fläche so geformt, daß in der gezeigten Position des Steuerhebels 14 lediglich der vorne liegende Schlepphebel 11a in der Lage ist, den Hub des Nockens 10a auf das Auslaßventil 4a zu übertragen. Wird hingegen der Steuerhebel 14 entsprechend der Pfeil­ richtung um einen definierten Winkel verschwenkt, so kann lediglich der hinten liegende Schlepphebel 11b den Hub­ verlauf des Nockens 10b auf den Tassenstößel 12b und so­ mit auf das Auslaßventil 4b übertragen. In gewünschter Weise ist es somit möglich, entweder das Haupt-Auslaßven­ til 4a oder das schaltbare Auslaßventil 4b zu betätigen. Dabei sind jedoch auch andere Gestaltungen, Anordnungen oder Schaltprinzipien möglich, die unter den Inhalt der Patentansprüche fallen.

Claims (3)

1. Brennkraftmaschine mit einer stromab eines Brenn­ raum-Auslaßventiles vorgesehenen zu- oder abschalt­ baren Abgas-Nachbehandlungsvorrichtung (9), dadurch gekennzeichnet, daß neben zumindest einem die zuschaltbare Abgas-Nachbehandlungsvorrichtung (9) nicht beaufschlagenden Haupt-Auslaßventil (4a) ein der Abgas-Nachbehandlungsvorrichtung (9) zugeordnetes zu- oder abschaltbares Auslaßventil (4b) vorgesehen ist.

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Betätigungselement für das zuschaltbare Auslaßventil (4b) an ein Betä­ tigungselement des Haupt-Auslaßventiles (4a) ankop­ pelbar ist.

3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das der Abgas-Nachbe­ handlungsvorrichtung (9) zugeordnete Auslaßventil (4b) und das Haupt-Auslaßventil (4a) von gemeinsam verstellbaren Hebeln (11a, 11b) betätigt werden.