DE4127596A1 - Einrichtung zur katalytischen reinigung der abgase einer brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Die wirkungsvollste Abgasreinigungsmaßnahme bei fremdgezündeten Brennkraftmaschinen ist der Einsatz eines geregelten Dreiwege-Ka­ talysators. In ihm treten gleichzeitig oxidierende und reduzie­ rende Reaktionen mit verschiedenen Abgasbestandteilen auf. Bei Luftüberschuß (durch Sekundarluftzufuhr) ist es aber möglich, in bzw. an einem derartigen Katalysator nur oxidierende Reaktionen hervorzurufen, die mit Wärmeerzeugung verbunden sind. Wird dagegen die Brennkraftmaschine mit Luftmangel betrieben, so ruft derselbe Katalysator nur reduzierende Reaktionen hervor. In diesem Fall muß zusätzlich ein zweiter Katalysator mit Oxidationswirkung (also mit Sekundärluftzufuhr) eingesetzt werden. Mit diesem Zweibett-Konzept kann ein Konvertierungsgrad von über 95% erreicht werden, beim Dreiwegebetrieb etwa 90%.

Der Konvertierungsgrad gibt die Wirksamkeit bzw. den Wirkungsgrad eines Katalysators in Prozent wieder, d. h. den Umfang, in dem die angeführten chemischen Reaktionen im Katalysator tatsachlich ab­ laufen. Dieser Konvertierungsgrad ist temperaturabhängig; damit der Katalysator seine volle Wirkung erreicht, muß eine als An­ springtemperatur bezeichnete Mindesttemperatur überschritten sein. Diese demgemäß entscheidend wichtige Temperatur steigt mit Alte­ rung des Katalysators an; gleichzeitig verschlechtert sich der ma­ ximal erreichbare Konvertierungsgrad.

Während demgemäß dafür gesorgt werden muß, daß die definierte Min­ desttemperatur im Betrieb der Brennkraftmaschine möglichst schnell auch nach einem Kaltstart erreicht wird, muß andererseits auch für eine Begrenzung der Temperatur nach oben gesorgt werden, da zu ho­ he Temperaturen überproportional den Alterungsvorgang des Kataly­ sators beschleunigen. Um für eine lange Lebensdauer einen hohen Konvertierungsgrad des Katalysators sicherzustellen, muß er demge­ mäß in einem mit zunehmender Betriebszeit immer enger werdenden Temperaturbereich, gegeben durch eine im wesentlichen konstante obere Grenztemperatur und die mit der Zeit ansteigende Mindesttem­ peratur, betrieben werden.

Nun treten aber während des normalen Betriebs einer Brennkraftma­ schine, insbesondere einer ein Kraftfahrzeug antreibenden Ma­ schine, große Schwankungen der Abgastemperatur und damit letztlich der Katalysatortemperatur auf, die zumindest in bestimmten Be­ triebsweisen der Brennkraftmaschine den optimalen Katalysatorbe­ trieb verhindern.

Die gattungsbildende DE-AS 14 51 881 beschreibt eine Vorrichtung zum katalytischen Nachverbrennen von Abgasen einer Brennkraftma­ schine, bei der nach einem Kaltstart zwei in Reihe geschaltete Ka­ talysatoren von den Abgasen aller Brennräume beaufschlagt werden. Nach Erwärmung der Abgase wird durch Freigabe eines Bypasses der den Brennräumen näherliegende und sich demgemäß schneller erwär­ mende, kleinere Katalysator aus der Abgasströmung ausgeschaltet und lediglich der den Brennräumen fernerliegende, größere Kataly­ sator zur Abgasreinigung verwendet. Diese bekannte Einrichtung verhält sich in zweierlei Hinsicht günstig bezüglich einer schnel­ len Abgasreinigung nach einem Kaltstart: Zum einen erwärmen die Abgase den brennraumnahen, kleineren Katalysator praktisch ohne Wärmeverlust in Zuleitungen relativ schnell, und zum anderen erfolgt gleichzeitig durch die diesen verlassenden heißen Abgase eine Aufheizung des zweiten, größeren Katalysators, die durch wärmeisolierende Umhüllungen noch beschleunigt werden kann. Dennoch ist die Zeitspanne bis zu einer ausreichenden Abgasreini­ gung relativ groß, und außerdem trägt diese bekannte Einrichtung dem Erfordernis der Begrenzung der Katalysatortemperatur zwecks Verlängerung der Lebensdauer nicht Rechnung. Sie bietet nämlich keine Möglichkeit zur Begrenzung der Temperatur der Katalysatoren; insbesondere dann, wenn zwecks schneller Aufheizung der Katalysa­ toren diese und Verbindungsleitungen zwischen ihnen wärmeisoliert ausgebildet sind, geht dies zu Lasten einer schnellen Alterung der Katalysatoren.

Zwecks schnellen Erreichens der Anspringtemperatur eines Katalysa­ tors ist es aus der DE-OS 20 62 500 bereits bekannt, die Abgase vor ihrem Eintritt in den - einzigen - Katalysator eine elektri­ sche Heizung passieren zu lassen, die vor, während und/oder nach Starten der Brennkraftmaschine betätigt wird. Diese Vorrichtung benötigt relativ viel Energie für die Heizeinrichtung, da diese allein für die Beschleunigung des Aufheizens des einzigen Kataly­ sators ausgelegt sein muß; außerdem berücksichtigt dieser Stand der Technik nicht die Notwendigkeit der Begrenzung der Katalysa­ tortemperatur.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Ein­ richtung so auszubilden, daß einerseits nach einem Kaltstart der Brennkraftmaschine die Warmlaufzeit, also die Zeit bis zum Errei­ chen der Anspringtemperatur für die katalytische Umwandlung, mit allenfalls geringfügiger Zufuhr von Fremdenergie erheblich ver­ kürzt ist, andererseits die Temperatur der Katalysatoranordnungen nach Erreichen der Anspringtemperatur auf einen hinsichtlich einer vorzeitigen Alterung unkritischen Wert beschränkt bleibt.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht in den kenn­ zeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1, vorteilhafte Ausbil­ dungen der Erfindung beschreiben die Unteransprüche.

Ein besonderer Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß sie zur Lösung der definierten Aufgabe auf das unterschiedliche Ver­ halten von Dreiwege-Katalysatoren bei unterschiedlichem Luftgehalt der ihnen zugeführten Abgase, nämlich oxidierende und/oder redu­ zierende Wirkung, Gebrauch zu machen gestattet, indem die Einrich­ tung so ausgebildet ist, daß sie die erste Katalysatoranordnung zunächst mit Sekundärzuluft zu betreiben gestattet, so daß durch den sich dann abspielenden Oxidationsprozeß Wärme erzeugt wird, und daß sie später durch Abschaltung dieser Sekundärluftzufuhr ei­ nem Ansteigen der Temperatur der ersten Katalysatoranordnung auf kritische Werte entgegenwirkt. In dem zuletzt beschriebenen Be­ triebszustand erfolgt dann die Oxidation oxidierbarer Abgasbe­ standteile in der zweiten Katalysatoranordnung, deren Sekundär­ luftzuführung zumindest jetzt wirksam ist.

Gemäß Anspruch 9 bietet die Erfindung auf zwei Wegen die vorteil­ hafte Möglichkeit, bei hoher Lastanforderung, die sonst zu hohem NO_x-Ausstoß führt, die NO_x-Abgabe zu vermindern. Durch Betrieb der Maschine mit Luftmangel wird die NO_x-Bildung deutlich verringert, und durch Zweibett-Betrieb der beiden Katalysatoranordnungen wird der Konvertierungsgrad für alle kritischen Abgaskomponenten gegenüber Dreiwegebetrieb vergrößert. Zwar bedingt der Betrieb mit Luftmangel (fettes Gemisch) einen höheren Kraftstoffverbrauch, jedoch ist dieser bei zeitlich begrenzten Beschleunigungsvorgängen sekundär.

Wie bereits die Verwendung "Katalysatoranordnung" zum Ausdruck bringt, können jeweils mehrere Katalysatoren zusammengefaßt sein.

Da beide Katalysatoranordnungen über Abgassammelrohre gespeist werden, die mit Abgas von allen Brennräumen (Zylindern) der Brenn­ kraftmaschine beaufschlagt werden, wird beiden Katalysatoranord­ nungen Abgas gleicher Zusammensetzung zugeführt. Die zweite Katalysatoranordnung nebst ihrer Abgasleitung (und verständlicher­ weise auch das zugeordnete zweite Abgassammelrohr) müssen für die maximal anfallende Abgasmenge ausgelegt sein, wobei auf einen mög­ lichst geringen Strömungswiderstand Rechnung zu legen ist. Als Ventile zum - ggf. mit einem allmählichen Übergang erfolgenden - Umschalten der Abgaszufuhr von dem ersten Abgassammelrohr auf das zweite Abgassammelrohr können gemäß Anspruch 2 in vorteilhafter Weise für die maximal auftretende Abgasmenge dimensionierte, den einzelnen Brennräumen zugeordnete Auslaßventile vorhanden sein, d. h. je Brennraum zumindest zwei Ventile. Zur Betätigung derarti­ ger demgemäß zeitweise desaktivierter Ventile können Nockenwellen mit desaktivierbaren Nocken Einsatz finden, wie sie beispielsweise die DE-OS 37 32 687 und 39 20 938 beschreiben. Der zu einer derar­ tigen Nockenwellenanordnung gehörenden Steuereinrichtung werden zwecks Erzeugung von Umsteuersignalen für die genannten Auslaßven­ tile Signale für die in Strömungsrichtung der Abgase hinter der ersten Katalysatoranordnung gemessenen Temperaturen zugeführt.

Verständlicherweise wird man in diese Umschaltung auch verschie­ dene Parameter der Brennkraftmaschine, wie Luftdurchsatz, Luftver­ hältnis, Zündzeitpunkt, Leerlaufdrehzahl und Abgastemperatur ein­ beziehen. Auch wird man Prioritäten setzen, beispielsweise während des Leerlaufbetriebs der Brennkraftmaschine Drehzahlstabilität, hoher Konvertierungsgrad der Katalysatoranordnungen und Ver­ brauchsminimum. Außerhalb des Leerlaufbetriebs gelten andere Prio­ ritäten, beispielsweise in der Reihenfolge Konvertierungsgrad und niedrigster Verbrauch.

Wie in den Unteransprüchen zum Ausdruck gebracht, können die bis­ her allgemein umrissenen erfindungsgemäßen Maßnahmen auch kombi­ niert sein mit Maßnahmen an der Brennkraftmaschine selbst. Bei­ spielsweise kann zur Beeinflussung der Abgastemperatur und damit der Temperatur in den Katalysatoranordnungen bei einer fremdgezün­ deten Brennkraftmaschine auch eine Steuerung bzw. Regelung des Zündzeitpunkts erfolgen. Liegt beispielsweise die Abgastemperatur am Ausgang der ersten Katalysatoranordnung oberhalb eines vorgege­ benen Werts, so kann der Zündzeitpunkt vorverlegt werden, was auch im Hinblick auf verbrauchsoptimalen Betrieb der Brennkraftmaschine vorteilhaft ist.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert, die schematisch nur die hier interessierenden Teile einer Brennkraftmaschine, insbesondere des Abgassystems, wiedergibt.

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel liegt eine Brennkraftma­ schine 1 mit vier Zylindern 2, 3, 4 und 5 vor, denen jeweils ein erstes Auslaßventil 6, 7, 8 und 9 sowie ein zweites Auslaßventil 10, 11, 12 und 13 zugeordnet sind. Die ersten Auslaßventile 6 bis 9 dienen zur Herstellung bzw. Unterbrechung einer Abgasströ­ mung in das erste Abgassammelrohr 14, während die zweiten Auslaßventile 10 bis 13 die Abgaseinströmung in das zweite Abgassammelrohr 15 zu steuern gestatten. Beide Abgassammelrohre 14 und 15 sind mit getrennten, mit Sekundärluftventilen 16 und 17 bestückten Sekundärluftzuführungen 18 und 19 versehen.

Betrachtet man zunächst den Ausgang des ersten Abgassammelrohrs 14, so speist dieser die erste Katalysatoranordnung 20, die, wie die Zeichnung zeigt, relativ nah an der Maschine angeordnet und demgemäß mit praktisch ungekühltem Abgas beliefert wird und der die elektrische Katalysatorheizung 21 zugeordnet ist. Vor und hin­ ter dem eigentlichen Katalysator 22 erkennt man je einen Tempera­ tursensor 23 und 24; bei einer exotherm ablaufenden Reaktion am Katalysator 22 kann aus der so erfaßten Temperaturdifferenz am Ka­ talysator 22 eine Aussage über den jeweiligen Konvertierungsgrad desselben gewonnen werden.

Ausgangsseitig ist die Katalysatoranordnung 20 strömungsmäßig ver­ bunden mit der Abgasleitung 25, die direkt vom zweiten Abgassam­ melrohr 15 abgeht und in deren Zuge die zweite Katalysatoranord­ nung 26 mit dem eigentlichen Katalysator 27 liegt; nach Passieren des zweiten Katalysators 27 tritt das gereinigte Abgas - ggf. über Schalldämpfer und Wärmetauscher für eine Fahrzeugheizung - ins Freie aus. Auch vor und hinter dem eigentlichen zweiten Katalysa­ tor 27 erkennt man Temperaturfühler 28 und 29, die unter anderem zur Ermittlung des jeweiligen Konvertierungsgrads des Katalysators 27 dienen.

Sensormäßig wird die beschriebene Einrichtung vervollständigt durch jeweils eine Abgas-Sonde 30 bzw. 31 in Abgasströmungsrich­ tung vor den Katalysatoranordnungen 20 und 26. Mit diesen Sonden kann bekanntlich die Zusammensetzung des Abgases, insbesondere ihr Sauerstoffgehalt, erfaßt werden.

Die Ausgangssignale der verschiedenen angegebenen Sensoren gelan­ gen ebenso wie durch den Pfeil 32 angedeutete Signale über Motor­ parameter, insbesondere Luftdurchsatz, Luftverhältnis, Zündzeit­ punkt und Leerlaufdrehzahl, in den zentralen Mikroprozessor 33, der daraus Ansteuersignale für die beiden Sekundärluftventile 16 und 17, die Betätigungseinrichtung 34 für desaktivierbare, den Auslaßventilen 6-13 zugeordnete Nocken einer nicht dargestellten Nockenwelle sowie Zündzeitpunktverstellsignale für die Zündein­ richtung 35 der hier angenommenen fremdgezündeten Brennkraftma­ schine 1 erzeugt. Derartige Mikroprozessoren sind beispielsweise für das Motormanagement in Personenkraftwagen bekannt. Ebenso sind verständlicherweise Einrichtungen zur Zündzeitpunktverstellung und, wie eingangs belegt, Nockenwellen mit desaktivierbaren Nocken Stand der Technik, so daß hierauf im einzelnen nicht eingegangen zu werden braucht.

Wie aus der Zeichnung ersichtlich, sind die Katalysatoranordnungen 20 und 26 unterschiedlich groß bzw. haben unterschiedliche Massen und liegen in unterschiedlicher Nähe zur Brennkraftmaschine. Der Katalysator 22 hat einen Metallträger, der Katalysator 27 einen Keramikträger. Die kleine Masse des ersten Katalysators 22, seine Nähe zur Brennkraftmaschine sowie die Verwendung von Wärmeisolati­ onen 36 um das erste Abgassammelrohr 14 und ggf. die den ersten Katalysator 22 enthaltende Leitung stellen sicher, daß auch im Kaltstartfall der erste Katalysator 22 sehr schnell auf seine Anspringtemperatur gebracht und demgemäß hinsichtlich der Abgas­ reinigung wirksam wird. Die Steuerung der Auslaßventile 6 bis 13 erfolgt bei Kaltstart demgemäß so, daß zunächst nur die ersten Auslaßventile 6 bis 9 geöffnet sind, demgemäß nur das erste Sam­ melsaugrohr 14 und daher nur die erste Katalysatoranordnung 20 mit Abgas beschickt wird; da durch Zufuhr von Sekundärluft über die Sekundärluftzuführung 18 (Sekundärluftventil 16 geöffnet) der erste Katalysator 22 mit Sauerstoffüberschuß betrieben wird, wirkt er oxidierend, d. h. die chemische Reaktion in ihm ist exotherm, wodurch seine Aufheizung und die Aufheizung der ihn verlassenden Abgase beschleunigt wird. Seine heißen Abgase gelangen in den zweiten Katalysator 27, der dadurch aufgeheizt wird. Diese Aufhei­ zung erfolgt ebenfalls relativ schnell, da die zweite Katalysator­ anordnung 26 zunächst nicht direkt mit Abgas über das zweite Sam­ melsaugrohr 15 (die zweiten Auslaßventile 10 bis 13 sind noch geschlossen) beschickt wird. Die zweite Katalysatoranordnung 26 ist im Gegensatz zu der relativ kleinen ersten Katalysatora­ nordnung 20 für die Reinigung des maximal zu erwartenden Abgasaus­ stoßes der Brennkraftmaschine 1 ausgelegt; auch das zweite Abgas­ sammelrohr 15 und die Abgasleitung 25 haben zwecks Erzielung eines nur kleinen Strömungswiderstands für die Abgase große Strömungs­ querschnitte.

Im einzelnen erfolgt der Betrieb der dargestellten Einrichtung nach folgendem Verfahren: Vor dem Starten der kalten Brennkraftmaschine 1 wird beispiels­ weise über den Zündschlüssel des mit dieser ausgerüsteten Kraft­ fahrzeugs der erste Katalysator 22 über die Katalysatorheizung 21 so weit vorgeheizt, daß er auf seine Anspringtemperatur kommt. Verständlicherweise muß während der Einschaltphase der elektri­ schen Heizung 21 der Ladungsstand der Batterie des Fahrzeugs dau­ ernd überprüft werden, damit, sofern dieser Ladungszustand einen Mindestwert unterschreitet, die Maschine 1 ohne Rücksicht auf die Temperatur des ersten Katalysators 22 gestartet werden kann. Vor dem Starten werden die zweiten Auslaßventile 10 bis 13 desakti­ viert, so daß sie durch ihre Schließfedern in die dargestellte Schließlage bewegt bzw. in dieser gesichert werden.

Für den sich anschließenden Leerlaufbetrieb der Brennkraftmaschine werden zweckmäßigerweise über den Mikroprozessor 33 Prioritäten für die Festlegung von Betriebsparametern der Maschine, insbeson­ dere Luftdurchsatz, Luftverhältnis, Zündzeitpunkt und Leerlauf­ drehzahl sowie Abgastemperatur, gesetzt. Im Leerlaufbetrieb ergibt sich die Prioritätenreihenfolge Drehzahlstabilität, hoher Konver­ tierungsgrad des ersten Katalysators 22 sowie ggf. des zweiten Katalysators 27 und schließlich minimaler Kraftstoffverbrauch. Im einzelnen bedeutet dies, daß nach einem Kaltstart das Kraftstoff- Luft-Gemisch der Maschine so stark angefettet wird, daß ein stabiler Lauf der Brennkraftmaschine sichergestellt ist. Anschlie­ ßend wird durch Zurücknahme des Zündzeitpunkts bei gleichzeitiger Überwachung des Laufverhaltens der Brennkraftmaschine 1 die Abgas­ temperatur am Ort des Temperaturfühlers 23, also vor dem ersten Katalysator 22, so weit erhöht, daß diese Temperatur oberhalb der Anspringtemperatur des Katalysators 22 bleibt. Wie bereits ange­ führt, wird dies durch Zufuhr von Sekundärluft über die Sekundär­ lufteinspeisung 18 unterstützt, so daß der erste Katalysator 22 oxidierend und demgemäß exotherm betrieben wird.

Verständlicherweise wird die elektrische Heizung 21 des ersten Ka­ talysators 22 abgeschaltet, sobald dies die Temperatur des Kataly­ sators erlaubt.

Soweit das Verfahren bisher beschrieben wurde, dient es der Erzie­ lung eines schnellen Wirksamwerdens der katalytischen Abgasreini­ gung. Im Hinblick darauf, daß die Verhältnisse im Bereich der er­ sten Katalysatoranordnung 20 speziell für die schnelle Aufheizung des Katalysators 22 gewählt sind, ergibt sich relativ bald eine vom Temperaturfühler 24 hinter dem ersten Katalysator 22 erfaßte Abgastemperatur, die oberhalb eines vorgegebenen Werts liegt, der im Hinblick auf die Lebensdauer des ersten Katalysators 22 gewählt ist. Beim Eingehen entsprechender Temperatursignale erzeugt der Mikroprozessor 33 Ansteuersignale für die Zündeinrichtung 35, die - während ständiger Überwachung der Abgastemperatur am Ort des Temperatursensors 24 - den Zündzeitpunkt so weit vorverlegen, bis der für das Verbrauchsoptimum der Maschine geeignete Wert erreicht ist.

Ein nächster Verfahrensschritt besteht nun darin, das Sekundär­ luftventil 16 zu schließen und das Sekundärluftventil 17 zu öff­ nen, so daß bei Luftmangel der erste Katalysator 22 reduzierend arbeitet. Die beiden Katalysatoranordnungen 20 und 26 zusammen arbeiten nunmehr nach dem Zweibett-Verfahren. Allerdings ist die Freigabe der Sekundärluftzuführung 19 nur dann erforderlich, wenn über die Abgas-Sonden 30 und 31 in Strömungsrichtung vor den Katalysatoranordnungen 20 und 26 das Vorhandensein von CO und HC im Abgas angezeigt wird. Diese oxidierbaren Abgasbestandteile liegen bei Zündaussetzern und starker Abmagerung oder Überfettung des Kraftstoff-Luft-Gemisches vor. Zündaussetzer in größerer Zahl können beispielsweise bei einem Defekt der Zündeinrichtung der Maschine auftreten. In einem solchen Fall reichen die bisher beschriebenen Maßnahmen zur Begrenzung der Abgastemperatur nicht aus.

Der nächste mit der erfindungsgemäßen Einrichtung durchgeführte Verfahrensschritt besteht in diesem Ausführungsbeispiel in der Aktivierung der zweiten Auslaßventile 10 bis 13, so daß die zweite Katalysatoranordnung 26 direkt mit Abgas beliefert wird. Verständ­ licherweise bedeutet das Auftreten einer hohen Anzahl von Zündaus­ setzern einen Fehler, der zwecks Verringerung der Leistung der Maschine bis zum Abstellen derselben sofort angezeigt werden muß. Kurzzeitig auftretende Abmagerungen, z. B. bei Lastwechseln, be­ deuten dagegen in der Regel, keine Gefahr für die Katalysatoren. Einen Sonderfall stellt die Schubabschaltung dar, da durch sie die Katalysatoren zu stark, nämlich unter ihre Anspringtemperatur, abgekühlt werden können. Über die Temperatursensoren 23, 24 und 28, 29 kann eine kritische Abkühlung erfaßt und daraus ein Signal zum Abschalten der Schubabschaltung mittels des Mikroprozessors 33 gewonnen werden.

Unter fünf Gesichtspunkten kann eine Überfettung des Kraftstoff- Luft-Gemischs vorteilhaft sein:
Sicherer Maschinenlauf nach Kaltstart,
Beschleunigungs-Anreicherung,
Absenken der NO_x-Emissionen,
bei Vollast zur Erzielung eines höheren Drehmoments und
zum Schutz der Katalysatoren vor Überhitzung bei längerem Hochleistungsbetrieb der Maschine.

In den ersten drei Fällen ist es zweckmäßig, die Katalysatoren 22 und 27, wie beschrieben, nach dem Doppelbett-Verfahren arbeiten zu lassen, wobei durch Öffnen der zweiten Auslaßventile 10 bis 13 dem der zweiten Katalysatoranordnung 26 zuzuführenden Abgas Sekundär­ luft beigemischt wird. In Sonderfällen kann es zweckmäßig sein, unter Ausnutzung der Signale zumindest einer der Abgas-Sonden 30 und 31 das Kraftstoff-Luft-Verhältnis der Brennkraftmaschine so einzustellen, daß sich am Ort der jeweiligen Abgas-Sonde im Abgas ein Luftverhältnis Lambda 1 ergibt.

Mit der Erfindung ist demgemäß eine Einrichtung der gattungsgema­ ßen Art - und letztlich auch ein Verfahren - geschaffen, die bzw. das unter Ausnutzung der Eigenschaften von Dreiwege-Katalysatoren sowohl eine schnelle Aufheizung derselben als auch einen Schutz gegen ihre Lebensdauer beeinflussende Übertemperaturen sicher­ stellt sowie die Zahl der zur Optimierung des Betriebs der Maschine veränderbaren Parameter vergrößert. Die Erfindung ist mit Vorteil auch bei Betrieb mit Luftüberschuß (Magerbetrieb) anwend­ bar.

Claims (10)

1. Einrichtung zur katalytischen Reinigung der Abgase einer Brennkraftmaschine mit zwei allen Brennräumen der Maschine ab­ gasseitig nachgeschalteten Katalysatoranordnungen mit Sekun­ därluftzufuhr, von denen eine für die Abgasreinigung bei kal­ ter Maschine ausgelegt und maschinennah angeordnet ist, wäh­ rend die zur Abgasreinigung bei maximaler Maschinenleistung ausgelegte zweite Katalysatoranordnung maschinenfern in Reihe mit der ersten Katalysatoranordnung in einer Abgasleitung an­ geordnet ist, und mit in Abhängigkeit von einer Temperatur im Bereich der ersten Katalysatoranordnung gesteuerten Ventilen zur direkten Abgaszufuhr zur zweiten Katalysatoranordnung un­ ter zumindest weitgehender Umgehung der ersten Katalysatoran­ ordnung bei hohen Werten dieser Temperatur, dadurch gekenn­ zeichnet, daß allen Brennräumen (2, 3, 4, 5) der Maschine (1) zwei Abgassammelrohre (14, 15) gemeinsam sind, die mittels der Ventile (6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13) wahlweise mit Abgas be­ aufschlagbar sind, von denen ein erstes Abgassammelrohr (14) nur die erste Katalysatoranordnung (20) speist, während von dem zweiten Abgassammelrohr (15) die Abgasleitung (25) abgeht und die beide mit unabhängig steuerbaren Sekundärluftzuführun­ gen (18, 19) für oxidierende Betriebsweise der Dreiwege-Kata­ lysatoren (22, 27) enthaltenden Katalysatoranordnungen (20, 26) versehen sind.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventile durch dem ersten Abgassammelrohr (14) vorgeschaltete erste Auslaßventile (6, 7, 8, 9) und dem zweiten Abgassammel­ rohr (15) vorgeschaltete zweite Auslaßventile (10, 11, 12, 13), die nur bei hohen Werten der Temperatur im Bereich der ersten Katalysatoranordnung (20) zugeschaltet sind, aller Brennräume (2, 3, 4, 5) gebildet sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der ersten Katalysatoranordnung (20) eine elektrische Hei­ zung (21) zugeordnet ist.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das erste Abgassammelrohr (4) mit einer Wärme­ isolation versehen ist.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß bei einer Maschine (1) mit Fremdzündung diese bei Überschreitung eines vorgegebenen Werts der Temperatur im Bereich der ersten Katalysatoranordnung (20) in Richtung Vorverlegung des Zündzeitpunkts auf einen verbrauchsoptimierten Wert verstellt wird.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Sekundärluftzuführung (18) des ersten Abgas­ sammelrohrs (14) nur außerhalb der Phasen direkter Abgaszufuhr zur zweiten Katalysatoranordnung (26) wirksam ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärluftzuführung (18) des ersten Abgassammelrohrs (14) unterbrochen wird, wenn die Temperatur im Bereich der ersten Katalysatoranordnung (20) einen vorgegebenen Wert über­ schreitet.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei Überschreitung des vorgegebenen Werts der Temperatur im Bereich der ersten Katalysatoranordnung (20), insbesondere direkter Abgaszufuhr zur zweiten Katalysatoranordnung (26) die Sekundärluftzuführung (19) zum zweiten Abgassammelrohr (15) wirksam wird (Zweibettbetrieb).

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß Beschleunigungsvorgänge mit hoher Lastforderung mit Luftmangel und ohne direkte Abgaszufuhr zur zweiten Katalysatoranordnung (26) gefahren sowie die Sekundärluftzuführung (19) zum zweiten Abgassammelrohr (15) wirksam wird.

10. Einrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine Abgassonde (30, 31) zur Ermittlung des Gehalts der Abgase an oxidierbaren Bestandteilen vorgesehen ist und die Sekundärluftzuführung (19) zumindest zum zweiten Abgassammelrohr (15) nur dann wirksam ist, wenn diese Bestand­ teile vorgegebene Mindestwerte überschreiten.