DE4231575A1 - IC engine control with cold start projection for exhaust catalyser - uses secondary catalyser between main catalyser and engine to burn excess fuel during warm=up period. - Google Patents
IC engine control with cold start projection for exhaust catalyser - uses secondary catalyser between main catalyser and engine to burn excess fuel during warm=up period.Info
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine, die insbesondere eine effek tive Verminderung schädlicher Bestandteile des in der Anfangsstartphase der Brennkraftmaschine emittierten Abgases ermöglicht, und im besonderen eine Vorrichtung zur Steuerung der einer Brennkraftmaschine zugeführten Kraftstoffmenge.The invention relates to a device for control an internal combustion engine, in particular an effec tive reduction of harmful components of the in the Initial start phase of the internal combustion engine emitted Exhaust gas allows, and in particular a device to control the supplied to an internal combustion engine Amount of fuel.
Das Abgas einer Brennkraftmaschine enthält schädliche Bestandteile, wie z. B. Kohlenmonoxid (Co), Kohlenwasser stoffe (HC) und Stickoxide (NOx). Diese schädlichen Be standteile haben als Luftverunreinigungen einen nachtei ligen Einfluß auf den menschlichen Körper und behindern das Pflanzenwachstum.The exhaust gas from an internal combustion engine contains harmful Components such as B. carbon monoxide (Co), hydrocarbon substances (HC) and nitrogen oxides (NOx). These harmful be components have a disadvantage as air pollutants influence the human body and impede it the plant growth.
Um die Menge dieser im Abgas enthaltenen schädlichen Be standteile zu reduzieren, wurden Untersuchungen zur Reini gung des Brennkraftmaschinenabgases durch einen im Abgassystem vorgesehenen katalytischen Abgaskonverter mit einem Drei-Wege-Katalysator durchgeführt.To the amount of these harmful Be contained in the exhaust gas To reduce components, investigations were carried out on the Reini supply of the internal combustion engine exhaust gas by an Exhaust system provided catalytic exhaust converter carried out with a three-way catalyst.
Obwohl die Menge der schädlichen Bestandteile im Abgas durch einen Katalysator im Abgassystem reduziert werden kann, entfaltet sich das Reinigungsvermögen erst nachdem der Katalysator auf eine Temperatur angehoben wurde, bei der er aktiv wird. Bis der Katalysator auf eine Aktivierungs temperatur aufgeheizt ist, ist das Abgasreinigungsvermögen des Katalysators sehr gering, so daß die kaum abgebauten schädlichen Bestandteile an die Atmosphäre abgegeben werden.Although the amount of harmful components in the exhaust can be reduced by a catalyst in the exhaust system can, the cleaning ability unfolds only after the catalyst was raised to a temperature at which he becomes active. Until the catalyst on an activation temperature is heated, the exhaust gas cleaning ability of the catalyst very low, so that the hardly degraded harmful components are released into the atmosphere.
Die Temperatur, bei der der Abgaskatalysator aktiv wird, hängt von der Zusammensetzung des Katalysators ab und beträgt üblicherweise 250 bis 400° C, wie dies in der JP-A-54-16 018 beschrieben ist.The temperature at which the catalytic converter becomes active depends on the composition of the catalyst and is usually 250 to 400 ° C, as in the JP-A-54-16 018.
Eine Zeitdauer von näherungsweise 2 Minuten oder länger ist ab dem Start einer Brennkraftmaschine erforderlich, damit das Katalysatorgas auf 250 bis 400° C erhitzt wird. In einigen Druckschriften, z. B. der JP-A-54-79 319 ist die hierfür benötigte Zeit mit 3 bis 5 Minuten ange geben. A period of approximately 2 minutes or longer is required from the start of an internal combustion engine, so that the catalyst gas is heated to 250 to 400 ° C. In some publications, e.g. JP-A-54-79 319 the time required for this is 3 to 5 minutes give.
Für ein System zur Verminderung der schädlichen Bestand teile im Brennkraftmaschinenabgas mit einem im Abgassystem angeordneten Reinigungskatalysator ist daher von wesent licher Bedeutung, wie die für einige Minuten nach dem Brennkraftmaschinenstart bis zur Erhitzung des Katalysators auf eine Aktivtemperatur abgegebenen Schadstoffkomponenten im Abgas effektiv vermindert werden können.For a system to reduce harmful inventory parts in the internal combustion engine exhaust with one in the exhaust system arranged cleaning catalyst is therefore essential important meaning, like that for a few minutes after Starting the engine until the catalyst heats up emission of pollutant components at an active temperature can be effectively reduced in the exhaust gas.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine zu schaffen, bei der die Temperatur eines Abgasreinigungskatalysators im Abgassystem der Brennkraftmaschine unmittelbar nach dem Start der Brennkraftmaschine auf eine Katalysator-Akti vierungstemperatur angehoben werden kann.The object of the invention is a device to create an internal combustion engine control which is the temperature of an exhaust gas purification catalyst in the Exhaust system of the internal combustion engine immediately after Start of the internal combustion engine on a catalytic converter vation temperature can be raised.
Die Erfindung sieht eine Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine mit einem Kraftstoffeinspritzventil und einem Luftmengeneinstellventil in einem Luftansaug system sowie einem in einem Abgassystem angeordneten Abgasreinigungskatalysator vor. Die Vorrichtung weist Mittel auf, in die die Temperatur des im Abgassystem angeordneten Abgasreinigungskatalysators zur Steuerung des Kraftstoffeinspritzventils und des Luftmengenein stellventils im Luftansaugsystem eingegeben wird, um das Gemisch fetter zu machen als durch das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis bestimmt, wenn die Eingangs temperatur geringer als ein vorgegebener Wert ist.The invention provides a device for controlling a Internal combustion engine with a fuel injection valve and an air quantity adjustment valve in an air intake system and one arranged in an exhaust system Exhaust gas purification catalyst before. The device has Means in which the temperature of the in the exhaust system arranged exhaust gas purification catalyst for control the fuel injector and the amount of air control valve in the air intake system is entered to the Mixture to make it fatter than the stoichiometric one Air-fuel ratio determined when the input temperature is less than a predetermined value.
Der vorgegebene Temperaturwert des Abgasreinigungskataly sators ist eine Temperatur, bei der der Katalysator aktiv wird. Wenn die Temperatur des Abgasreinigungskatalysators in dem Brennkraftmaschinenabgassystem geringer ist als die Aktivierungstemperatur des Katalysators, wird die Menge des zugeführten Kraftstoffs erhöht oder die Menge der Ansaugluft verringert, um das Gemisch fetter zu ma chen als durch das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis bestimmt, um die Bestandteile im Abgas so zu ändern, daß die Katalysatortemperatur schnell angehoben werden kann.The specified temperature value of the exhaust gas cleaning catalyst sator is a temperature at which the catalyst is active becomes. When the temperature of the exhaust gas purification catalyst in the engine exhaust system is less than the activation temperature of the catalyst, the Amount of fuel supplied increases or the amount of the intake air is reduced to make the mixture richer than the stoichiometric air-fuel ratio determined to so the constituents in the exhaust gas change that the catalyst temperature raised quickly can be.
Die Bestandteile in dem Abgas der Brennkraftmaschine wer den spezifisch mit dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis geändert. Wenn die Brennkraftmaschine unter einer Bedingung betrie ben wird, in der das Gemisch fetter ist als durch das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis bestimmt, werden viel Kohlenmonoxid und relativ viele Kohlenwasser stoffe erzeugt. Es ist festzuhalten, daß bis zu 10 und mehr % Kohlenmonoxid im Abgas enthalten ist, was erheblich höher ist als die Konzentration der Kohlenwasserstoffe.The components in the exhaust gas of the internal combustion engine specifically changed with the air-fuel ratio. If the engine was operating under one condition in which the mixture is fatter than by the stoichiometric air-fuel ratio determined become a lot of carbon monoxide and a lot of hydrocarbon fabrics produced. It should be noted that up to 10 and More% carbon monoxide is contained in the exhaust, which is significant is higher than the concentration of hydrocarbons.
Wenn die Brennkraftmaschine bei einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F von 14,7 (wobei A und F jeweils Luft und Kraftstoffmassen bezeichnen) betrieben wird, ist die Kohlenmonoxidmenge geringer als 1%.If the engine is at an air-fuel ratio A / F of 14.7 (where A and F are air and Denote fuel mass) is operated Amount of carbon monoxide less than 1%.
Kohlenmonoxid wird bei einer beträchtlich geringeren Tempe ratur als Kohlenwasserstoff verbrannt. Wenn dem Brennkraft maschinenansaugsystem demgemäß ein Gemisch zugeführt wird, welches fetter ist als durch das stöchiometrische Luft- Kraftstoff-Verhältnis bestimmt, kann Kohlenmonoxid mit einem Katalysator verbrannt werden, sogar wenn die Tempe ratur des Abgases gering ist. Die Temperatur des Kataly sators kann durch die infolge dieser Verbrennung erzeugte Wärme angehoben werden.Carbon monoxide is released at a significantly lower temperature burned as hydrocarbon. If the internal combustion machine intake system accordingly a mixture is supplied, which is fatter than the stoichiometric air Determined fuel ratio, carbon monoxide can a catalyst will be burned even if the tempe exhaust gas temperature is low. The temperature of the Kataly sators can be generated by this combustion Heat to be raised.
Wenn die Brennkraftmaschine unter einer Bedingung betrie ben wird, in der das Gemisch fetter ist als durch das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis bestimmt, würde beträchtlich mehr Kohlenwasserstoff erzeugt werden. Die Menge der erzeugten Wärme pro Masseneinheit des Kohlen wasserstoffes ist 5mal so hoch wie die des Kohlenmonoxids.If the engine was operating under one condition in which the mixture is fatter than by the stoichiometric air-fuel ratio determined significantly more hydrocarbon would be produced. The amount of heat generated per unit mass of coal hydrogen is 5 times higher than that of carbon monoxide.
Wenn das Gemisch fetter gemacht wird als durch das stöchio metrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis bestimmt, wird eine katalytische Verbrennung des Kohlenwasserstoffs zusätzlich zur katalytischen Verbrennung des Kohlenmonoxids durchge führt, so daß die Temperatur des Katalysators schnell angehoben werden kann.If the mixture is made richer than the stoichio metric air-fuel ratio is determined additional catalytic combustion of the hydrocarbon for catalytic combustion of carbon monoxide leads so that the temperature of the catalyst quickly can be raised.
Dies hat zur Folge, daß schädliche Bestandteile im Abgas sogar in der Anfangsphase des Brennkraftmaschinenstartes durch schnelle Erhöhung der Katalysatortemperatur effektiv beseitigt werden können.As a result, harmful components in the exhaust gas even in the initial phase of starting the engine effective by quickly increasing the catalyst temperature can be eliminated.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung ist eine Vor richtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine mit einem Kraftstoffeinspritzventil und einem Luftmengeneinstell ventil in einem Luftansaugsystem und einem in einem Abgassystem angeordneten katalytischen Abgasreinigungs system vorgesehen. Die Vorrichtung enthält Mittel, an die die Temperatur des im Abgassystem angeordneten Abgasreinigungskatalysators zum Vergleich der Eingangs temperatur mit einem vorgegebenen Temperaturwert einge geben wird, Mittel zur Erzeugung eines Signals, um ein Gemisch fetter zu machen als durch das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis bestimmt, wenn die Temperatur des Abgasreinigungskatalysators geringer ist als der vor gegebene Temperaturwert, und Steuermittel zum Öffnen oder Schließen des Kraftstoffeinspritzventils und des Luft mengeneinstellventils im Luftansaugsystem in Abhängigkeit vom genannten Signal.According to another aspect of the invention is a front Direction for controlling an internal combustion engine with a Fuel injection valve and an air quantity adjustment valve in one air intake system and one in one Exhaust system arranged catalytic exhaust gas cleaning system provided. The device contains means to which is the temperature of the arranged in the exhaust system Exhaust gas purification catalyst to compare the input temperature with a predetermined temperature value will give means for generating a signal to a Mixture to make it fatter than the stoichiometric one Air-fuel ratio determines when the temperature of the exhaust gas purification catalyst is less than that before given temperature value, and control means for opening or Closing the fuel injector and air quantity adjustment valve in the air intake system depending from the signal mentioned.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist eine Vor richtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine mit einem Kraftstoffeinspritzventil und einem Luftmengeneinstell ventil in einem Luftansaugsystem und einem in einem Abgassystem angeordneten Abgasreinigungskatalysator vorgesehen. Die Vorrichtung enthält Mittel zur Eingabe der Temperatur eines Katalysators in dem im Abgassystem angeordneten Abgasreinigungskatalysator, Mittel zur Spei cherung eines vorgegebenen Temperaturwerts des Abgasreini gungskatalysators, Mittel zum Vergleich der Katalysator temperatur im Abgasreinigungskatalysator von den Eingabe mitteln mit dem vorgegebenen Temperaturwert von den Speicher mitteln, Mittel für die Erzeugung eines Signals, zur An fettung eines Gemisches gegenüber dem durch das stöchio metrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis bestimmten Wert, wenn die Temperatur des Abgasreinigungskatalysators geringer als der vorgegebene Temperaturwert ist, und Steuermittel zum Öffnen oder Schließen des Kraftstoffeinspritzventils und des Luftmengeneinstellventils im Luftansaugsystem in Abhängigkeit vom genannten Signal.According to a further aspect of the invention, a Direction for controlling an internal combustion engine with a Fuel injection valve and an air quantity adjustment valve in one air intake system and one in one Exhaust system arranged exhaust gas purification catalyst intended. The device contains means for input the temperature of a catalyst in the exhaust system arranged exhaust gas purification catalyst, means for Spei a specified temperature value of the exhaust gas purification tion catalyst, means for comparing the catalyst temperature in the exhaust gas purification catalyst from the input average with the specified temperature value from the memory average, means for generating a signal, for connection greasing of a mixture compared to that by the stoichio metric air-fuel ratio certain value, when the temperature of the exhaust gas purification catalyst is lower than the predetermined temperature value, and control means to open or close the fuel injector and the air volume adjustment valve in the air intake system depending on the signal mentioned.
Wenn die Temperatur des Abgasreinigungskatalysators ge ringer ist als ein vorgegebener Wert, ist es vorteilhaft, das Kraftstoffeinspritzventil und das Luftmengeneinstellven til in dem Luftansaugsystem so zu öffnen oder zu schließen, daß das Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F (A und F bezeichnen jeweils Luft- und Kraftstoffmassen) nicht geringer als 10 und nicht höher als 13 ist.If the temperature of the exhaust gas purification catalyst ge is ringer than a given value, it is advantageous the fuel injector and the air volume adjustment valve til open or close in the air intake system so that the air-fuel ratio A / F (A and F denote air and fuel masses) not less than 10 and not higher than 13.
Wenn die Temperatur des im Abgassystem angeordneten Abgas reinigungskatalysators höher ist als der vorgegebene Wert, ist es vorteilhaft, das Kraftstoffeinspritzventil und das Luftmengeneinstellventil im Luftansaugsystem so zu öffnen oder zu schließen, daß das Luft-Kraftstoff-Verhältnis gleich dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist oder diesem näherungsweise entspricht. Beide der oben genannten Steuerungen können durch Verwendung eines Mikrocomputers durchgeführt werden.If the temperature of the exhaust gas arranged in the exhaust system cleaning catalyst is higher than the specified value, it is advantageous to the fuel injector and the air quantity adjustment valve in the air intake system open or close that air-fuel ratio equal to the stoichiometric air-fuel ratio is or approximately corresponds to this. Both of the above Controls mentioned can be by using a Microcomputers are carried out.
Die Erfindung ist bei einer Brennkraftmaschine verwendbar, die ein Kraftstoffeinspritzventil und ein Luftmengenein stellventil im Luftansaugsystem aufweist, sowie einen Verbrennungskatalysator und einen Drei-Wege-Katalysator im Abgassystem hat. In diesem Fall ist es vorteilhaft, den Verbrennungskatalysator vor dem Drei-Wege-Katalysator anzuordnen. Durch Anfetten des Gemisches gegenüber dem durch das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis bestimmten Wert arbeitet der Verbrennungskatalysator wirkungsvoll so, daß die Temperatur des Abgasreinigungs katalysators durch die von dem Verbrennungskatalysator erzeugte Wärme schnell angehoben werden kann.The invention can be used in an internal combustion engine, which are a fuel injector and an amount of air Control valve in the air intake system, and a Combustion catalyst and a three-way catalyst in the exhaust system. In this case it is advantageous the combustion catalytic converter before the three-way catalytic converter to arrange. By greasing the mixture over that through the stoichiometric air-fuel ratio the combustion catalytic converter works at a certain value effective so that the temperature of the exhaust gas cleaning catalyst through that of the combustion catalyst generated heat can be raised quickly.
Die Erfindung ist auch bei einer Brennkraftmaschine ver wendbar, die ein Kraftstoffeinspritzventil und ein Luft mengeneinstellventil im Luftansaugsystem aufweist, sowie einen Verbrennungskatalysator und einen Abgasreinigungs katalysator im Abgassystem und Luftzufuhreinrichtungen an der Vorstufe des Verbrennungskatalysators hat. Da die Sauerstoffkonzentration im Abgas gering ist, wenn die Brennkraftmaschine unter einer Bedingung betrieben wird, in der das Gemisch fetter ist als durch das Luft-Kraftstoff-Gemisch bestimmt, kann der Sauerstoff nicht ausreichen, wenn Kohlenmonoxid und Kohlenwasserstoff im Abgas mit dem Katalysator verbrannt wird. Das Problem des nicht ausreichenden Sauerstoffs wird dadurch gelöst, daß dem Abgassystem Luft zugeführt wird, wenn die Brennkraftmaschine unter einer Bedingung betrieben wird, in der das Gemisch fetter ist als durch das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis bestimmt. Eine derartige Steuerung der Luft kann auch von der Steuereinrichtung der Erfindung durch geführt werden.The invention is also in an internal combustion engine reversible which is a fuel injector and an air quantity control valve in the air intake system, and a combustion catalyst and an exhaust gas purification catalyst in the exhaust system and air supply devices at the precursor of the combustion catalyst. Since the Oxygen concentration in the exhaust gas is low when the Internal combustion engine is operated under a condition in which the mixture is richer than the air-fuel mixture determined, the oxygen may not be sufficient if carbon monoxide and hydrocarbon are in the exhaust the catalyst is burned. The problem of not sufficient oxygen is solved in that the Exhaust system air is supplied when the internal combustion engine is operated under a condition in which the mixture is richer than the stoichiometric air-fuel ratio certainly. Such control of the air can also by the control device of the invention be performed.
Ein System zur Abgasreinigung mit einer Brennkraftmaschinen steuerung gemäß der Erfindung wird nun im folgenden be schrieben.A system for exhaust gas purification with an internal combustion engine control according to the invention will now be in the following wrote.
Ein derartiges System zur Reinigung des Abgases einer Brennkraftmaschine hat in einem Luftansaugsystem ein Kraftstoffeinspritzventil und ein Luftmengeneinstell ventil, z. B. eine Drosselklappe, sowie einen vorgeschal teten Katalysator mit einem Verbrennungskatalysator und einem Abgasreinigungs-Hauptkatalysator in einem Abgas system und weist Mittel zur Erfassung der Temperatur des Abgasreinigungs-Hauptkatalysators und Mittel (Steuerungs einheit) zum Öffnen oder Schließen des Kraftstoffein spritzventils und des Luftmengeneinstellventils auf, so daß in einem Zeitraum ab dem Start der Brennkraftmaschine bis der Abgasreinigungs-Hauptkatalysator auf eine Tempe ratur erhitzt ist, bei der der Katalysator aktiv wird, das Gemisch fetter ist als durch das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis bestimmt.Such a system for purifying the exhaust gas Internal combustion engine has an air intake system Fuel injection valve and an air quantity adjustment valve, e.g. B. a throttle, and a pre-form tested catalyst with a combustion catalyst and an exhaust gas purification main catalyst in an exhaust gas system and has means for detecting the temperature of the Main emission control catalyst and means (control unit) to open or close the fuel spray valve and the air volume adjustment valve, see above that in a period from the start of the internal combustion engine until the exhaust gas purification main catalytic converter reaches a temperature is heated at which the catalyst becomes active, the mixture is richer than the stoichiometric one Air-fuel ratio determined.
Es ist vorteilhaft, das Kraftstoffeinspritzventil und das Luftmengeneinstellventil so zu öffnen oder zu schließen, daß das Gemisch für einen Zeitraum ab dem Start der Brenn kraftmaschine bis der Abgasreinigungs-Hauptkatalysator auf eine Temperatur erhitzt ist, bei der der Katalysator aktiv wird, fetter wird als durch das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis bestimmt, und daß das Luft- Kraftstoff-Verhältnis gleich dem stöchiometrischen Luft- Kraftstoff-Verhältnis gemacht oder diesem angenähert wird, wenn die Temperatur des Abgasreinigungs-Hauptkatalysators eine Temperatur erreicht, bei der der Katalysator aktiv wird.It is advantageous to the fuel injector and to open or close the air flow adjustment valve that the mixture for a period from the start of the burning engine to the main exhaust gas purification catalyst is heated to a temperature at which the catalyst becomes fatter than the stoichiometric Air-fuel ratio and that the air Fuel ratio equal to the stoichiometric air Fuel ratio is made or approximated, when the temperature of the main exhaust gas purification catalyst reaches a temperature at which the catalyst is active becomes.
Es ist vorteilhaft, daß das Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F (wobei A und F jeweils Luft- und Kraftstoffmassen bezeichnen) bei einem Betrieb mit fettem Gemisch nicht geringer als 10 und nicht höher als 13 ist. Es ist ins besondere vorteilhaft, ein fetteres Gemisch unter solch einer Bedingung zuzuführen, daß die CO-Konzentration des Abgases nicht geringer als 3 und nicht höher als 14 ist.It is advantageous that the air-fuel ratio A / F (where A and F are air and fuel masses, respectively not) when operating with a rich mixture is less than 10 and not higher than 13. It's ins particularly advantageous, a fatter mixture among such a condition that the CO concentration of the Exhaust gas is not less than 3 and not more than 14.
Es ist vorteilhaft, den Abgasreinigungs-Hauptkatalysator z. B. unter dem Fahrzeugboden und den vorgeschalteten Katalysator mit einem Verbrennungskatalysator möglichst nahe an der Brennkraftmaschine anzuordnen. Die Temperatur des Abgases wird beim Durchfluß durch die Abgasleitung verringert. Wenn der vorgeschaltete Katalysator möglichst nahe an der Brennkraftmaschine angeordnet ist, kann das Abgas den Katalysatoren zugeführt werden, während die Temperatur des Abgases nicht verringert wird. Dadurch kann die Oxidationsfähigkeit von CO und HC gesteigert werden.It is advantageous to use the main exhaust gas purification catalyst e.g. B. under the vehicle floor and the upstream Catalyst with a combustion catalyst if possible to be arranged close to the internal combustion engine. The temperature of the exhaust gas is flowing through the exhaust pipe decreased. If the upstream catalyst if possible is arranged close to the internal combustion engine, that can Exhaust gases are fed to the catalysts while the Exhaust gas temperature is not reduced. This can the oxidation ability of CO and HC can be increased.
Es ist vorteilhaft, Mittel für die Zuführung eines Oxi dationsmittels, z. B. Luft, in der Abgasleitung stromauf wärts des vorgeschalteten Katalysators vorzusehen.It is advantageous to have means for feeding an oxi dationsmittel, z. B. air, upstream in the exhaust pipe to provide the upstream catalyst.
Die Sauerstoffkonzentration im Abgas ist bei einer Verbrennung im fetten Bereich im allgemeinen gering. Durch Zuführung eines Sauerstoff enthaltenden Gases, z. B. Luft, an der Vorstufe des vorgeschalteten Kata lysators, kann die Verbrennung von CO und HC in dem vorgeschalteten Katalysator effektiv durchgeführt werden.The oxygen concentration in the exhaust gas is at Burning in the fat area is generally low. By supplying an oxygen-containing gas, e.g. B. air, at the preliminary stage of the upstream kata lysators, can burn CO and HC in the upstream catalyst performed effectively will.
Es ist vorteilhaft, daß die Menge der zugeführten Luft (Sauerstoff) äquivalent zur stöchiometrischen Sauerstoff verbrauchsmenge des Abgases oder nur geringfügig höher ist. In diesem Fall kann sowohl die Verbrennung in dem vorgeschalteten Katalysator, als auch im Abgasreinigungs-Haupt katalysator in hervorragender Weise durchgeführt werden.It is advantageous that the amount of air supplied (Oxygen) equivalent to stoichiometric oxygen Exhaust gas consumption or only slightly higher is. In this case, both the combustion in the upstream catalyst, as well as in the exhaust gas purification main catalyst performed in an excellent manner will.
Es ist vorteilhaft, daß der vorgeschaltete Katalysator ein Verbrennungskatalysator ist, der eine Aktivität in der Oxidation von CO und HC aufweist. Es ist insbeson dere vorteilhaft, als Katalysator-Aktivierungskomponente mindestens ein Metall oder Metalloxid aus der Gruppe VIII und Ib der Periodentafel, der Seltenen Erdmetalle, Zink und Zinn zu verwenden.It is advantageous that the upstream catalyst is a combustion catalyst that has an activity in has the oxidation of CO and HC. It is in particular another advantageous as a catalyst activation component at least one metal or metal oxide from group VIII and Ib of the period table, rare earth metals, zinc and use tin.
Es ist vorteilhaft, als Abgasreinigungs-Hauptkatalysator einen Drei-Wege-Katalysator zu verwenden, der eine Oxi dationsaktivierung von CO und HC und eine Reduktionsakti vierung von NOx aufweist.It is advantageous as a main exhaust gas purification catalyst to use a three way catalyst that has an oxi dation activation of CO and HC and a reduction acti crossing of NOx.
Es ist vorteilhaft, daß eine keramische Wabenstruktur aus Cordierit, Mullit, Aluminiumtitanat, etc. als Träger für den vorgeschalteten Katalysator verwendet wird, um die vorstehend genannten Katalysator-Aktivierungskomponen ten zu tragen. Alternativ dazu ist es vorteilhaft, daß ein keramisches Wabengeflecht, das ein Träger ist, mit einer porösen Trägersubstanz, wie z. B. Siliziumdioxid, Aluminiumoxid, Titandioxid beschichtet ist, um darauf die Katalysator-Aktivierungskomponenten aufzunehmen.It is advantageous that a ceramic honeycomb structure made of cordierite, mullite, aluminum titanate, etc. as a carrier is used for the upstream catalyst the above-mentioned catalyst activation components to wear. Alternatively, it is advantageous that a ceramic honeycomb that is a carrier with a porous carrier, such as. B. silicon dioxide, Alumina, titanium dioxide is coated to it to incorporate the catalyst activation components.
Bei dem Abgasreinigungssystem gemäß der Erfindung ist es wesentlich, die durch die Verbrennung mit dem vorge schalteten Katalysator erzeugte Wärme zum Aufheizen des vorgeschalteten Katalysators selbst für die Aktivierung zu verwenden. Dies kann erreicht werden durch Senkung der Wärmeleitfähigkeit der Katalysatorträgersubstanz und des Trägers und durch Steigerung des Temperaturgradienten zwischen dem Katalysator und der Trägersubstanz oder dem Träger. Die oben genannten Keramiken haben eine geringe Wärmeleitfähigkeit, so daß die Temperatur des Katalysa tors schnell angehoben werden kann. Ein wabenartiger Kör per aus einem elektrisch leitfähigen Metall oder einer Legierung, wie z. B. rostfreier Stahl, kann als Träger für den vorgeschalteten Katalysator verwendet werden.In the exhaust gas purification system according to the invention it essential by the combustion with the pre switched catalyst generated heat to heat the upstream catalyst itself for activation to use. This can be achieved by lowering it the thermal conductivity of the catalyst support substance and of the carrier and by increasing the temperature gradient between the catalyst and the carrier or Carrier. The ceramics mentioned above are minor Thermal conductivity so that the temperature of the cat tors can be lifted quickly. A honeycomb-like body per from an electrically conductive metal or Alloy, such as B. stainless steel, can be used as a carrier can be used for the upstream catalyst.
Ein schnelles Aufheizen des Katalysators kann auch da durch erreicht werden, daß die spezifische Wärme der Trägersubstanz oder des Trägers des Katalysators geringer gemacht wird. Der wabenförmige Körper aus Metall, wie z. B. rostfreiem Stahl, wird als Träger für den Katalysa tor verwendet, so daß die spezifische Wärme des Materials gesenkt wird und die Herstellung einer dünnen Platte dieses Materials ermöglicht wird. Dies hat zur Folge, daß die Wärmekapazität geringer gemacht werden kann und so ein schnellerer Temperaturanstieg ermöglicht wird.A quick heating of the catalyst can also be there can be achieved by that the specific heat of the Carrier substance or the carrier of the catalyst less is made. The honeycomb metal body, like e.g. B. stainless steel, is used as a carrier for the catalytic converter tor used so that the specific heat of the material is lowered and making a thin plate of this Material is made possible. As a result, the Heat capacity can be made lower and so faster temperature rise is made possible.
Es ist ferner vorteilhaft, den vorgeschalteten Katalysator dadurch zu erhitzen, daß ein elektrischer Strom durch ihn hindurchgeführt wird.It is also advantageous to use the upstream catalyst by heating an electric current through is led through it.
Die Temperaturerhöhung kann dadurch schneller erfolgen, daß ein elektrischer Strom durch das Trägermaterial oder den Träger des Katalysators geleitet wird, um den Kataly sator durch Joule′sche Wärme zu erhitzen. Eine Temperatur erhöhung des vorgeschalteten Katalysators kann dadurch schneller erfolgen, daß ein elektrischer Strom durch den Katalysator am Beginn des Temperaturanstiegs des Kata lysators geleitet wird, um die Verbrennung von CO zu för dern.The temperature increase can take place more quickly, that an electrical current through the carrier material or the support of the catalyst is passed to the Kataly heat by Joule's heat. A temperature This can increase the upstream catalyst done faster that an electrical current through the Catalyst at the beginning of the temperature rise of the kata lysators is directed to promote the combustion of CO other.
Die Erfindung sieht ferner ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine vor, bei dem die Brennkraftmaschine durch Zufuhr von Kraftstoff und Luft im stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis angetrieben wird und ein Abgas mit einem Abgasreinigungskatalysator gereinigt wird. Die Brennkraftmaschine wird unter einer Bedingung betrieben, in der das Gemisch für einen Zeitraum ab Starten der Brenn kraftmaschine bis wenigstens der Abgasreinigungskatalysator auf eine Aktivierungstemperatur erhitzt ist, fetter ist als durch das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis bestimmt.The invention further provides a method for operating a Internal combustion engine in front of which the internal combustion engine by supplying fuel and air in the stoichiometric Air-fuel ratio is driven and an exhaust gas is cleaned with an exhaust gas purification catalyst. The Internal combustion engine is operated under a condition in which the mixture for a period from the start of the burning Engine to at least the exhaust gas purification catalyst is heated to an activation temperature, is richer than the stoichiometric air-fuel ratio certainly.
Es ist ferner ein System zur Reinigung des Abgases einer Brennkraftmaschine vorgesehen, in dem die Brennkraftma schine unter einer Bedingung gestartet wird, in der das Gemisch fetter ist als durch das stöchiometrische Luft- Kraftstoff-Verhältnis bestimmt, und das Abgas mit einem Verbrennungskatalysator katalytisch verbrannt und dann einem Abgasreinigungskatalysator zugeführt wird. Wenn die Temperatur des Abgasreinigungskatalysators auf eine Temperatur angehoben ist, bei der der Katalysator aktiv wird, wird die Zufuhr des fetten Gemisches gestoppt und das Abgas wird ohne Durchlaufen des Verbrennungskatalysa tors direkt dem Abgasreinigungskatalysator zugeführt.It is also a system for purifying an exhaust gas Internal combustion engine provided in which the internal combustion engine machine is started under a condition in which the Mixture is fatter than through the stoichiometric air Determines fuel ratio, and the exhaust gas with a Combustion catalytic converter and then burned is supplied to an exhaust gas purification catalyst. If the temperature of the exhaust gas purification catalyst to a Temperature is raised at which the catalyst is active the supply of the fat mixture is stopped and the exhaust gas is passed through the combustion catalytic converter tors fed directly to the exhaust gas purification catalyst.
Ein Fahrzeug gemäß der Erfindung umfaßt einen Abgasreini gungskatalysator in einer Abgasleitung einer Brennkraft maschine und Mittel, durch die der Brennkraftmaschine für einen bestimmten Zeitraum ab Starten der Brennkraft maschine bis der Abgasreinigungskatalysator auf eine Aktivierungstemperatur erhitzt ist, ein Gemisch zugeführt wird, das fetter ist als durch das stöchiometrische Luft- Kraftstoff-Verhältnis bestimmt. In der Abgasleitung ist stromaufwärts des Abgasreinigungskatalysators ein Verbrennungskatalysator zur katalytischen Verbrennung des Abgases angeordnet, welches von der mit dem fetten Gemisch betriebenen Brennkraftmaschine emittiert wird.A vehicle according to the invention comprises an exhaust gas cleaner tion catalyst in an exhaust pipe of an internal combustion engine machine and means by which the internal combustion engine for a certain period of time from the start of internal combustion machine until the exhaust gas purification catalytic converter Activation temperature is heated, a mixture supplied that is fatter than the stoichiometric air Fuel ratio determined. In the exhaust pipe upstream of the exhaust gas purification catalyst Combustion catalyst for catalytic combustion arranged of the exhaust gas, which of the with the rich Mixture-operated internal combustion engine is emitted.
Die Erfindung wird vorzugsweise bei einem Fahrzeug mit Benzin- oder Dieselmotor verwendet.The invention is preferably applied to a vehicle Petrol or diesel engine used.
Ein System zur Reinigung des Abgases einer Brennkraftmaschine gemäß der Erfindung umfaßt eine Bypaßleitung für eine Abgasleitung, die von der Brennkraftmaschine zum Abgas reinigungs-Hauptkatalysator führt, wobei die Bypaßlei tung den aus einem Verbrennungskatalysator bestehenden vorgeschalteten Katalysator enthalten kann.A system for cleaning the exhaust gas of an internal combustion engine according to the invention comprises a bypass line for a Exhaust pipe leading from the internal combustion engine to the exhaust gas Cleaning main catalyst leads, the bypass line tion consisting of a combustion catalyst may contain upstream catalyst.
Der vorgeschaltete Katalysator wird im wesentlichen über flüssig, nachdem er eine kurze Zeitdauer (ungefähr 2 Minu ten) unmittelbar nach dem Start im Einsatz war. Wenn das Abgas durch den vorgeschalteten Katalysator geleitet wird, auch nachdem dieser überflüssig geworden ist, wird der Druckverlust gesteigert. Wenn der vorgeschaltete Kataly sator lange einer hohen Temperatur ausgesetzt ist, kann dadurch eine Schädigung des Katalysators verursacht werden. In dem von der Brennkraftmaschine zum Hauptkatalysator führenden Abgaskanal ist ein Bypaß vorgesehen, in dem der vorgeschaltete Katalysator angeordnet ist. Eine Ver brennung mit fettem Gemisch wird nur für eine Zeitdauer durchgeführt, in der der Hauptkatalysator noch nicht eine Arbeitstemperatur unmittelbar nach dem Start der Brenn kraftmaschine erreicht hat. Das Abgas wird durch den vorgeschalteten Katalysator im Bypaß in den Hauptkata lysator eingeleitet. Dadurch können die oben genannten Probleme gelöst werden.The upstream catalyst is essentially over liquid after a short period of time (about 2 minu ten) was in use immediately after the start. If that Exhaust gas is passed through the upstream catalyst even after this has become superfluous, the Pressure loss increased. If the upstream Kataly exposed to high temperatures for a long time this causes damage to the catalyst. In that from the internal combustion engine to the main catalytic converter leading exhaust duct, a bypass is provided in which the upstream catalyst is arranged. A ver Burning with a rich mixture is only for a period of time carried out in which the main catalyst is not yet one Working temperature immediately after the start of the firing engine has reached. The exhaust gas is through the upstream catalyst in the bypass in the main kata initiator initiated. This allows the above Problems to be solved.
In vorteilhafter Weise ist in dem Abgaskanal zwischen der Brennkraftmaschine und dem vorgeschalteten Katalysa tor eine Entfeuchtungseinrichtung, vorzugsweise ein Kühl-Entfeuchter, vorgesehen. Wenn die Temperatur des vorge schalteten Katalysators nicht höher ist als der Taupunkt des Abgases, ist es vorteilhaft, das Abgas mit der Ent feuchtungseinrichtung zu entfeuchten. Dies kann beispiels weise durch Abkühlen des Abgases auf eine Temperatur, die gleich oder geringer als die Temperatur des vorge schalteten Katalysators ist, und dann durch Zufuhr des entfeuchteten Abgases an den vorgeschalteten Katalysator erfolgen.Advantageously, in the exhaust duct between the internal combustion engine and the upstream catalytic converter a dehumidifier, preferably a cooling dehumidifier, intended. If the temperature of the pre switched catalyst is not higher than the dew point of the exhaust gas, it is advantageous to use the exhaust gas with the ent dehumidifying device. For example by cooling the exhaust gas to a temperature, which are equal to or less than the temperature of the pre switched catalyst, and then by supplying the dehumidified exhaust gas to the upstream catalyst respectively.
Das Abgas einer Brennkraftmaschine enthält gewöhnlich eine große Menge von Wasserdampf. Wenn das den Wasser dampf enthaltende Abgas an den eine geringe Temperatur aufweisenden vorgeschalteten Katalysator zugeführt wird, genauer eine Temperatur, die nicht höher ist als der Taupunkt des Abgases, kondensiert das im Abgas enthaltene Wasser auf dem Katalysator oder in den Poren des Kataly sators. Dieses Phänomen kann nicht nur die Wirkungsweise des Katalysators verringern, sondern auch den Katalysator schädigen und wird den Druckverlust steigern. Sobald die Kondensation auftritt, ist eine Umwandlungswärme zur Ver dampfung des Kondensats erforderlich. Es ist daher viel Wärme erforderlich, um die Temperatur des Kondensats an zuheben und dafür wird eine lange Zeit benötigt. Die Kon densation des Wasserdampfes auf dem vorgeschalteten Kataly sator kann durch Entfeuchtung des Abgases verhindert werden. Dies kann beispielsweise durch Abkühlung des Abgases auf eine Temperatur, die gleich oder geringer ist wie die Temperatur des vorgeschalteten Katalysators und dann durch Zuführung des abgekühlten entfeuchteten Abgases an den vor geschalteten Katalysator erfolgen. Bei dem Abgasreinigungs system, bei dem ein Bypaß in einem von der Brennkraftma schine zum Hauptkatalysator führenden Abgaskanal angeordnet und ein Verbrennungskatalysator im Bypaß vorgesehen ist, ist es vorteilhaft, wenn die Bypaßleitung eine Abgas entfeuchtungseinrichtung aufweist. Wenn die Temperatur des vorgeschalteten Katalysators nicht höher als der Tau punkt des verbrannten Abgases ist, wird das Abgas durch die Entfeuchtungseinrichtung im Bypaß entfeuchtet und dann dem Hauptkatalysator zugeführt. Wenn die Temperatur des vorgeschalteten Katalysators nicht niedriger als der Taupunkt des Abgases ist, wird das Abgas direkt dem vor geschalteten Katalysator zugeführt.The exhaust gas from an internal combustion engine usually contains a large amount of water vapor. If that's the water steam containing exhaust gas at a low temperature having upstream catalyst is supplied, more precisely a temperature that is not higher than that Dew point of the exhaust gas, the contained in the exhaust gas condenses Water on the catalyst or in the pores of the Kataly sators. This phenomenon cannot just work of the catalyst, but also reduce the catalyst damage and will increase pressure loss. As soon as the Condensation occurs, is a heat of conversion for ver vaporization of the condensate required. So it's a lot Heat required to increase the temperature of the condensate to lift and this takes a long time. The con water vapor condensation on the upstream catalyzer sator can be prevented by dehumidifying the exhaust gas. This can occur, for example, by cooling the exhaust gas a temperature equal to or lower than that Temperature of the upstream catalyst and then by Supply of the cooled, dehumidified exhaust gas to the front switched catalyst take place. With the emission control system in which a bypass in one of the Brennmama arranged to the main catalyst leading exhaust duct and a combustion catalytic converter is provided in the bypass, it is advantageous if the bypass line has an exhaust gas has dehumidifier. If the temperature of the upstream catalyst no higher than the dew point of the burned exhaust gas, the exhaust gas is through the dehumidifier in the bypass dehumidifies and then fed to the main catalyst. If the temperature of the upstream catalyst not lower than that Is the dew point of the exhaust gas, the exhaust gas is directly in front of it switched catalyst supplied.
Wenn die Temperatur des vorgeschalteten Katalysators nicht niedriger als der Taupunkt des Abgases ist, besteht keine Möglichkeit der Kondensation von Wasser. Entfeuchtung des Abgases ist unter dieser Bedingung nicht erforderlich. Daher ist in dem von der Brennkraftmaschine zum Hauptkata lysator führenden Abgaskanal ein Bypaß vorgesehen und in der Bypaßleitung ist eine Einrichtung zur Entfeuchtung des Abgases enthalten. Wenn die Temperatur des vorgeschal teten Katalysators nicht höher als der Taupunkt des verbrannten Abgases ist, wird das Abgas durch die Ent feuchtungseinrichtung im Bypaß entfeuchtet und dann dem Hauptkatalysator zugeführt. Wenn die Temperatur des vorgeschalteten Katalysators nicht niedriger als der Taupunkt des Abgases ist, wird das Abgas direkt dem Hauptkatalysator zugeführt. Auf diese Weise kann die Kondensation des Wassers im vorgeschalteten Katalysator und die damit verbundenen Probleme ohne Einleitung einer unnötigen Entwässerung verhindert werden.If the temperature of the upstream catalyst is not is lower than the dew point of the exhaust gas Possibility of water condensation. Dehumidification of the exhaust gas is not required under this condition. Therefore, in that from the internal combustion engine to the main kata bypass duct provided and A device for dehumidification is in the bypass line of the exhaust gas included. If the temperature of the previous catalyst not higher than the dew point of the is burned exhaust gas, the exhaust gas is removed by the ent dehumidifying device in the bypass and then the Main catalyst supplied. If the temperature of the upstream catalyst not lower than that Is the dew point of the exhaust gas, the exhaust gas is directly the Main catalyst supplied. In this way, the Condensation of the water in the upstream catalyst and the related problems without initiating one unnecessary drainage can be prevented.
Die Zufuhr eines Gemisches, das fetter ist als durch das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Gemisch bestimmt, ist in der JP-A-61-58 912 offenbart. Jedoch ist keine Gegenmaßnahme für das in der anfänglichen Startphase der Brennkraftmaschine emittierte Abgas berücksichtigt.The feeding of a mixture that is fatter than through determines the stoichiometric air-fuel mixture, is disclosed in JP-A-61-58 912. However, it is not Countermeasure for that in the initial launch phase of Internal combustion engine emitted exhaust gas is taken into account.
Weitere Vorteile und Besonderheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbei spielen anhand der Zeichnung. Es zeigtFurther advantages and special features of the invention result from the following description of execution play with the drawing. It shows
Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Ausführungs beispiels eines Systems zur Reinigung des Abgases einer Brennkraftmaschine; Figure 1 is a schematic view of an embodiment of a system for cleaning the exhaust gas of an internal combustion engine.
Fig. 2 ein Schaubild, das die typische Beziehung zwischen dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis und der Abgaszusammensetzung in einem Benzinmotor zeigt; Fig. 2 is a graph showing the typical relationship between the air-fuel ratio and the exhaust gas composition in a gasoline engine;
Fig. 3 eine schematische Ansicht einer weiteren Aus führung eines Systems zur Reinigung des Ab gases einer Brennkraftmaschine; Fig. 3 is a schematic view of another implementation of a system for cleaning the exhaust gas from an internal combustion engine;
Fig. 4 eine schematische Ansicht einer weiteren Aus führung eines Systems zur Reinigung des Abgases einer Brennkraftmaschine und Fig. 4 is a schematic view of another implementation of a system for cleaning the exhaust gas of an internal combustion engine and
Fig. 5 ein Blockdiagramm, welches den detaillierten Aufbau einer Steuerungseinheit in der Ausfüh rungsform gemäß Fig. 1 zeigt. Fig. 5 is a block diagram showing the detailed construction of a control unit in the exporting approximate shape of FIG. 1.
Wie in Fig. 1 gezeigt, ist im Abgaskanal 11 einer Brenn kraftmaschine 1 ein vorgeschalteter Katalysator 2 und ein Hauptkatalysator 3 angeordnet. Ein Luftmengeneinstell ventil (Drosselklappe) 8 und ein Kraftstoffeinspritzventil 9 sind im Einlaßkanal 4 der Brennkraftmaschine 1 vorge sehen. Die Öffnung des Luftmengeneinstellventils 8 und des Kraftstoffeinspritzventils 9 wird durch eine Steuer einheit (Steuerkasten) 10 gesteuert. Eine Sekundärluft-Zufuhr leitung 6 ist an der Vorstufe des vorgeschalteten Katalysators 2 des Abgaskanals 11 vorgesehen. Die Sekundär luft-Zufuhrleitung 6 weist eine Luftpumpe 5 auf. An der Endstufe des Hauptkatalysators 3 ist ein Temperatursensor 7 zur Erfassung der Temperatur des Hauptkatalysators und/oder des Abgases vorgesehen. Die erfaßte Temperatur wird der Steuerungseinheit 10 eingegeben, wo die Steuerungseinheit 10 durch Vergleich der erfaßten Temperatur mit einem vor gegebenen Wert bestimmt, ob ein Betrieb mit fettem Gemisch fortgesetzt wird oder nicht.As shown in Fig. 1, an upstream catalyst 2 and a main catalyst 3 is arranged in the exhaust duct 11 of an internal combustion engine 1 . An air quantity adjustment valve (throttle valve) 8 and a fuel injection valve 9 are seen in the inlet channel 4 of the internal combustion engine 1 . The opening of the air quantity adjustment valve 8 and the fuel injection valve 9 is controlled by a control unit (control box) 10 . A secondary air supply line 6 is provided at the preliminary stage of the upstream catalyst 2 of the exhaust duct 11 . The secondary air supply line 6 has an air pump 5 . A temperature sensor 7 for detecting the temperature of the main catalytic converter and / or the exhaust gas is provided on the output stage of the main catalytic converter 3 . The detected temperature is inputted to the control unit 10, where the control unit 10 determined by comparing the detected temperature with a pre given value, whether an operation is continued with a rich mixture or not.
Der detaillierte Aufbau der Steuerungseinheit 10 in der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform ist in Fig. 5 gezeigt. Ein Signal des Temperatursensors 7 im Hauptkatalysator 3 wird durch eine Eingangsschaltung in eine zum Vergleich mit dem vorgegebenen Wert der Katalysatortemperatur ge eignete Form umgewandelt und dann einem Vergleicher einer Vergleichereinheit zugeführt, in der sie mit der vorge gebenen Katalysatortemperatur verglichen wird, die vorher in einer Speichereinheit gespeichert wurde. Wenn die Tem peratur des Hauptkatalysators 3 niedriger als der vorge gebene Wert ist, erzeugt ein Signalgenerator oder eine Signalerzeugungseinheit ein Signal, das das Kraftstoff einspritzventil 9 und die Drosselklappe 8 einstellt, um das Gemisch fetter zu machen als durch das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis bestimmt und erzeugt ein Signal, das die Luftpumpe 5 einschaltet. Diese Signale werden in der Ausgangsschaltung in die für die jeweiligen Aus gangsobjekte geeigneten Formen umgewandelt und werden dem Kraftstoffeinspritzventil 9, der Drosselklappe 8 und der Luftpumpe 5 zugeführt. The detailed structure of the control unit 10 in the embodiment shown in FIG. 1 is shown in FIG. 5. A signal of the temperature sensor 7 in the main catalyst 3 is converted by an input circuit into a form suitable for comparison with the predetermined value of the catalyst temperature and then fed to a comparator of a comparator unit, in which it is compared with the predetermined catalyst temperature which was previously stored in a storage unit was saved. When the temperature of the main catalyst 3 is lower than the predetermined value, a signal generator or a signal generating unit generates a signal that adjusts the fuel injection valve 9 and the throttle valve 8 to make the mixture richer than the stoichiometric air-fuel ratio determines and generates a signal that turns on the air pump 5 . These signals are converted in the output circuit into the shapes suitable for the respective starting objects and are fed to the fuel injection valve 9 , the throttle valve 8 and the air pump 5 .
Wenn die Temperatur des Hauptkatalysators 3 höher ist als der vorgegebene Wert, erzeugt die Signalerzeugungs einrichtung ein Signal, welches das Kraftstoffeinspritz ventil 9 und die Drosselklappe 8 einstellt, um das Luft- Kraftstoff-Verhältnis gleich oder näherungsweise dem stö chiometrischen Verhältnis zu machen, und ein Signal, das die Luftpumpe ausschaltet. Die Signale werden in den Ausgangsschaltungen in für die jeweiligen Ausgangsobjekte geeignete Formen umgewandelt und werden dem Kraftstoff einspritzventil 9, der Drosselklappe 8 und der Luftpumpe zugeführt.When the temperature of the main catalyst 3 is higher than the predetermined value, the signal generating device generates a signal that adjusts the fuel injection valve 9 and the throttle valve 8 to make the air-fuel ratio equal to or approximately the stoichiometric ratio, and one Signal that switches off the air pump. The signals are converted in the output circuits into shapes suitable for the respective output objects and are fed to the fuel injection valve 9 , the throttle valve 8 and the air pump.
Fig. 2 zeigt die Beziehung zwischen dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis und der Abgaszusammensetzung in einem Benzin motor. Fig. 2 shows the relationship between the air-fuel ratio and the exhaust gas composition in a gasoline engine.
In Fig. 3 ist eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführung eines Systems zur Reinigung des Abgases einer Brennkraftmaschine gemäß der Erfindung gezeigt. In einem Abgaskanal der Brennkraftmaschine ist eine Bypaßleitung 20 vorgesehen. In der Bypaßleitung befindet sich ein vor geschalteter Katalysator 2. Ventile 12 und 21 sind vorge sehen, um den Fluß des Abgases zu ändern. Die Temperatur des Hauptkatalysators und/oder des Abgases am Ausgang des Hauptkatalysators 3 wird durch einen Temperatursensor 7 erfaßt. Das Signal vom Sensor 7, das die Temperatur des Hauptkatalysators und/oder des Abgases bezeichnet, wird an eine Steuereinheit 10 eingegeben. Wenn die er faßte Temperatur gleich oder niedriger als die Aktivie rungstemperatur des Hauptkatalysators 3 ist, wird das Ventil 21 geschlossen und das Ventil 12 geöffnet, so daß das Abgas in den vorgeschalteten Katalysator 2 der Bypaß leitung 20 eingeleitet wird. Gleichzeitig damit wird ein Luftmengeneinstellventil 8 und ein Kraftstoffeinspritz ventil 9 so gesteuert, daß eine Verbrennung bei fettem Gemisch durchgeführt wird. Wenn die Temperatur des Ab gases nicht niedriger ist als die Temperatur des Haupt katalysators 3, werden die Ventile 21 und 12 entsprechend geöffnet und geschlossen, um das Abgas direkt in den Haupt katalysator 3 einzuleiten. Gleichzeitig damit wird ein Ventil 8 zur Einstellung der Ansaugluftmenge und ein Kraft stoffeinspritzventil 9 so gesteuert, daß eine Verbrennung unter einer Bedingung eines stöchiometrischen Luft-Kraft stoff-Verhältnisses und näherungsweise dazu durchgeführt wird. Signale zum Öffnen und Schließen der Ventile 12 und 21 werden ebenso von der Steuereinheit 10 ausgegeben. FIG. 3 shows a schematic view of a further embodiment of a system for cleaning the exhaust gas of an internal combustion engine according to the invention. A bypass line 20 is provided in an exhaust gas duct of the internal combustion engine. A bypass catalyst 2 is located in the bypass line. Valves 12 and 21 are provided to change the flow of the exhaust gas. The temperature of the main catalyst and / or the exhaust gas at the outlet of the main catalyst 3 is detected by a temperature sensor 7 . The signal from the sensor 7 , which denotes the temperature of the main catalytic converter and / or the exhaust gas, is input to a control unit 10 . If it takes the temperature equal to or lower than the activation temperature of the main catalyst 3 , the valve 21 is closed and the valve 12 is opened so that the exhaust gas is introduced into the upstream catalyst 2 of the bypass line 20 . Simultaneously with this, an air quantity adjusting valve 8 and a fuel injection valve 9 are controlled so that combustion is carried out with a rich mixture. If the temperature of the exhaust gas is not lower than the temperature of the main catalyst 3 , the valves 21 and 12 are opened and closed accordingly in order to introduce the exhaust gas directly into the main catalyst 3 . Simultaneously with this, a valve 8 for adjusting the amount of intake air and a fuel injection valve 9 are controlled so that combustion is carried out under a condition of a stoichiometric air-fuel ratio and approximately thereto. Signals for opening and closing the valves 12 and 21 are also output by the control unit 10 .
Fig. 4 zeigt eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführung eines Systems zur Reinigung des Abgases einer Brennkraftmaschine. Eine Bypaßleitung 20 ist mit einem Abgaskanal 21 der Brennkraftmaschine verbunden und in der Bypaßleitung 20 ist eine Entfeuchtungseinrichtung 15 vorgesehen. In dem Kanal 11 und der Bypaßleitung 20 sind jeweils Ventile 13 und 14 zur Umleitung des Abgasflusses angeordnet. Ein Temperatursensor 16 ist im vorgeschalteten Katalysator 2 enthalten. Wenn die Temperatur des vorge schalteten Katalysators 2 niedriger ist als der Taupunkt des Abgases, wird das Abgas in den Hauptkatalysator 3 eingeleitet, nachdem es durch die Entfeuchtungseinrich tung 15 des Bypaßkanals 20 entfeuchtet wurde. Wenn die Temperatur des vorgeschalteten Katalysators 2 höher ist als der Taupunkt des Abgases, wird das Abgas direkt dem vorgeschalteten Katalysator 2 zugeführt. Das Öffnen und Schließen der Ventile 13 und 14 wird ebenso durch die Steuereinheit 10 durchgeführt. Durch Vergleich der vom Temperatursensor 16 gemessenen Temperatur mit dem Taupunkt des Abgases, der vorher gespeichert wurde, kann die Steuer einheit 10 beispielsweise Signale zum Öffnen oder Schließen der Ventile 13 und 14 ausgeben. FIG. 4 shows a schematic view of a further embodiment of a system for cleaning the exhaust gas of an internal combustion engine. A bypass line 20 is connected to an exhaust duct 21 of the internal combustion engine and a dehumidifying device 15 is provided in the bypass line 20 . Valves 13 and 14 for diverting the exhaust gas flow are arranged in the channel 11 and the bypass line 20 , respectively. A temperature sensor 16 is contained in the upstream catalytic converter 2 . If the temperature of the upstream catalyst 2 is lower than the dew point of the exhaust gas, the exhaust gas is introduced into the main catalyst 3 after it has been dehumidified by the device 15 bypassing the bypass duct 20 . If the temperature of the upstream catalyst 2 is higher than the dew point of the exhaust gas, the exhaust gas is fed directly to the upstream catalyst 2 . The opening and closing of the valves 13 and 14 is also carried out by the control unit 10 . By comparing the temperature measured by the temperature sensor 16 with the dew point of the exhaust gas that was previously stored, the control unit 10 can output signals for opening or closing the valves 13 and 14, for example.
Der vorgeschaltete Katalysator 2 enthalt 0,5 Massen-% Pd, das von einem keramischen (Cordierit) wabenartigen Träger getragen wird, der ein Volumen von 1 Liter, ein Öffnungs verhältnis von 76% aufweist und mit Aluminiumoxid be schichtet ist. Der Hauptkatalysator 2 umfaßt einen waben förmigen Träger, der ein Volumen von 2 Liter hat, die selbe Struktur wie der vorgeschaltete Katalysator 2 auf weist und Pd, Pt und Rh trägt. Abgas eines Benzinmotors wurde durch den vorgeschalteten Katalysator und den Haupt katalysator 2 und 3 geleitet, die in Reihe geschaltet waren. Das Abgas, das 7 Volumen-% CO und 0,35 Volumen-% HC enthält, was durch Verbrennung eines Gemisches bei einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis von 12 erreicht wird, bei dem das Gemisch fetter als das des stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses ist, wurde dem vorgeschalte ten Katalysator 2 bei einer Strömungsgeschwindigkeit von 1000 Liter pro Minute zugeführt. 63 Sekunden nach dem Einlei ten des Abgases wurde am Ausgang des vorgeschalteten Kataly sators eine Abgastemperatur von 300°C erreicht. 135 Sekunden nach der Einleitung des Abgases wurde am Ausgang des Haupt katalysators 7 eine Abgastemperatur von 300 °C erreicht.The upstream catalyst 2 contains 0.5% by mass of Pd, which is carried by a ceramic (cordierite) honeycomb carrier which has a volume of 1 liter, an opening ratio of 76% and is coated with aluminum oxide. The main catalyst 2 comprises a honeycomb-shaped carrier which has a volume of 2 liters, has the same structure as the upstream catalyst 2 and has Pd, Pt and Rh. Exhaust gas from a gasoline engine was passed through the upstream catalyst and the main catalyst 2 and 3 , which were connected in series. The exhaust gas, which contains 7 volume percent CO and 0.35 volume percent HC, is achieved by burning a mixture at an air-fuel ratio of 12 where the mixture is richer than that of the stoichiometric air-fuel ratio is, the upstream catalyst 2 was fed at a flow rate of 1000 liters per minute. 63 seconds after the exhaust gas was introduced, an exhaust gas temperature of 300 ° C. was reached at the outlet of the upstream catalytic converter. 135 seconds after the introduction of the exhaust gas, an exhaust gas temperature of 300 ° C. was reached at the outlet of the main catalyst 7 .
Das Abgas, das 0,9 Volumen-% CO und 0,2 Volumen-% HC ent hält, was durch Verbrennung des Gemisches bei einem Luft- Kraftstoff-Verhältnis von 14,5 erreicht wurde, was nahe dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, wurde dem vorgeschalteten Katalysator 2 bei einer Strö mungsgeschwindigkeit von 1000 Liter/Minute zugeführt. An den Ausgängen des vorgeschalteten und des Hauptkata lysators 2 und 3 wurde eine Abgastemperatur von 300° C jeweils 89 und 170 Sekunden nach Einleitung des Abgases erreicht.The exhaust gas, which contains 0.9% by volume CO and 0.2% by volume HC, which was achieved by burning the mixture at an air-fuel ratio of 14.5, which is close to the stoichiometric air-fuel ratio is, the upstream catalyst 2 was fed at a flow rate of 1000 liters / minute. At the outputs of the upstream and the main catalyst 2 and 3 , an exhaust gas temperature of 300 ° C was reached 89 and 170 seconds after the introduction of the exhaust gas.
Der vorgeschaltete und der Hauptkatalysator waren die gleichen wie die in Beispiel 1 verwendeten. Dem Abgas, das bei derselben Verbrennungsbedingung (Luft-Kraftstoff-Ver hältnis von 12) erzeugt wurde, wurde vor dem vorge schalteten Katalysator Luft mit 380 Liter/Minute zugefügt. An den Ausgängen des vorgeschalteten und Hauptkatalysators wurde eine Abgastemperatur von 300° C jeweils 40 und 87 Sekunden nach dem Einleiten des Abgases erreicht.The upstream and the main catalyst were the same as those used in Example 1. The exhaust gas, that with the same combustion condition (air-fuel ver ratio of 12) was generated before the pre switched catalyst air added at 380 liters / minute. At the outputs of the upstream and main catalytic converters became an exhaust gas temperature of 300 ° C 40 and 87 respectively Reached seconds after the exhaust gas was introduced.
Die Zeitdauer, die benötigt wurde, bis die Temperatur des Abgases am Ausgang des vorgeschalteten Katalysators 300° C erreicht, wurde gemessen bei Verwendung unter schiedlicher Katalysatoren unter denselben Bedingungen wie in Beispiel 2. Dabei wurden die in der Tabelle 1 ge zeigten Ergebnisse erzielt. Keramische wabenartige Träger wurden verwendet als Träger für den vorgeschalteten und Hauptkatalysator. Die Träger waren mit Aluminiumoxid be schichtet, um die in der Tabelle 1 gezeigten aktiven kata lytischen Bestandteile zu tragen. The amount of time it took for the temperature of the exhaust gas at the outlet of the upstream catalyst 300 ° C was measured when used under different catalysts under the same conditions as in Example 2. The ge in Table 1 showed results achieved. Ceramic honeycomb carrier were used as a carrier for the upstream and Main catalyst. The supports were made of aluminum oxide layers to the active kata shown in Table 1 wear lytic components.
Vorgeschaltete Katalysatoren mit unterschiedlichen porösen Trägersubstanzen und Trägern, die Pd und Pt trugen, wurden unter derselben Bedingung wie im Beispiel 2 verwendet. Upstream catalysts with different porous Carriers and carriers bearing Pd and Pt were used under the same condition as in Example 2.
Die Ergebnisse von Tabelle 2 wurden durch Messung der Zeit erreicht, die benötigt wurde, damit die Temperatur des Abgases am Ausgang des vorgeschalteten Katalysators 300° C erreicht. The results of Table 2 were obtained by measuring the Time that was needed for the temperature to reach of the exhaust gas at the outlet of the upstream catalyst 300 ° C reached.
Es wurde ein vorgeschalteter Katalysator mit einer waben artigen Struktur verwendet, die eine Porosität von 50% aufwies, aus einer Platte aus ferritischem rostfreiem Stahl mit einer Dicke von 0,05 mm bestand, und 0,5 Massen-% Pd trug. Die Geschwindigkeit der Temperaturerhöhung des Katalysators wurde gemessen unter derselben Bedingung wie in Beispiel 2. An den Ausgängen des vorgeschalteten und des Hauptkatalysators wurden die Abgastemperaturen von 300° C jeweils nach 36 und 83 Sekunden erreicht.There was an upstream catalyst with a honeycomb like structure that has a porosity of 50% featured a sheet of ferritic stainless Steel with a thickness of 0.05 mm and 0.5 mass% Pd wore. The rate of temperature increase of the Catalyst was measured under the same condition as in example 2. At the outputs of the upstream and the main catalyst became the exhaust gas temperatures of 300 ° C after 36 and 83 seconds.
Derselbe Katalysator wie in Beispiel 5 wurde verwendet. Eine Gleichstromleistung von 3 kW wurde durch den Kata lysator geleitet unter derselben Bedingung wie in Bei spiel 3. An den Ausgängen des vorgeschalteten und des Hauptkatalysators wurden die Abgastemperaturen von 300° C nach jeweils 28 und 62 Sekunden erreicht.The same catalyst as in Example 5 was used. A direct current power of 3 kW was given by the Kata lysator conducted under the same condition as in Bei game 3. At the outputs of the upstream and the The main catalyst was the exhaust gas temperature of 300 ° C reached after 28 and 62 seconds, respectively.
Gemäß der Erfindung können unverbrannte oder nur teilweise verbrannte Kraftstoffbestandteile gereinigt werden, die unmittelbar nach dem Start einer Brennkraftmaschine emittiert werden. Es ist insbesondere ein vorgeschalteter Katalysator vorgesehen. Die Brennkraftmaschine wird unter einer fetten Bedingung gestartet, so daß die Temperatur des vorgeschal teten Katalysators schnell durch die Oxidation des Abgases angehoben wird. Die Temperatur des Hauptkatalysators, der stromabwärts des vorgeschalteten Katalysators angeordnet ist, kann so auf eine Betriebstemperatur angehoben werden. Dies steigert die Abgasreinigungsfähigkeit unmittelbar nach dem Start der Brennkraftmaschine.According to the invention, unburned or only partially burned fuel components are cleaned, the emitted immediately after the start of an internal combustion engine will. In particular, it is an upstream catalyst intended. The internal combustion engine is under a rich Condition started so that the temperature of the previous quickly catalyzed by the oxidation of the exhaust gas is raised. The temperature of the main catalyst arranged downstream of the upstream catalyst can be raised to an operating temperature. This directly increases the exhaust gas cleaning ability after the start of the internal combustion engine.
Claims (17)
- - Mittel, an die die Temperatur wenigstens eines im Abgas system angeordneten Abgasreinigungskatalysators und eines Ausgangs des Katalysators zum Vergleich der Eingangstemperatur mit einem vorgegebenen Temperatur wert eingegeben wird,
- - Mittel zur Erzeugung eines Signals, um ein Gemisch fetter zu machen als durch das stöchiometrische Luft- Kraftstoff-Verhältnis bestimmt, wenn die Temperatur des Abgasreinigungskatalysators (3) niedriger als der vorgegebene Temperaturwert ist, und
- - Steuerungsmittel zum Öffnen oder Schließen des Kraft stoffeinspritzventils (9) und des Luftmengeneinstell ventils (8) im Luftansaugsystem (4) im Abhängigkeit vom genannten Signal.
- Means to which the temperature of at least one exhaust gas purification catalytic converter arranged in the exhaust gas system and an output of the catalytic converter is entered for comparison of the input temperature with a predetermined temperature value,
- - means for generating a signal to make a mixture richer than determined by the stoichiometric air-fuel ratio when the temperature of the exhaust gas purification catalyst ( 3 ) is lower than the predetermined temperature value, and
- - Control means for opening or closing the fuel injection valve ( 9 ) and the air quantity adjustment valve ( 8 ) in the air intake system ( 4 ) depending on the signal mentioned.
- - Mittel zur Eingabe der Temperatur wenigstens eines im Abgassystem angeordneten Abgasreinigungskatalysa tors und eines Ausgangs des Katalysators,
- - Mittel zur Speicherung eines vorgegebenen Wertes der Temperatur mindestens eines Abgasreinigungskata lysators und des Ausgangs des Katalysators,
- - Mittel zum Vergleich der Temperatur des Katalysators von dem Eingabemittel mit dem vorgegebenen Temperatur wert des Speichermittels,
- - Mittel zur Erzeugung eines Signals, um ein Gemisch fetter zu machen als durch das stöchiometrische Luft- Kraftstoff-Verhältnis bestimmt, wenn die Temperatur des Abgasreinigungskatalysators (3) niedriger als der vorgegebene Temperaturwert ist, und
- - Steuermittel zum Öffnen oder Schließen des Kraftstoff einspritzventils (8) und des Luftmengeneinstellventils (9) im Luftansaugsystem (4) in Abhängigkeit vom ge nannten Signal.
- Means for entering the temperature of at least one exhaust gas purification catalyst arranged in the exhaust system and an outlet of the catalyst,
- Means for storing a predetermined value of the temperature of at least one exhaust gas purification catalyst and the output of the catalyst,
- Means for comparing the temperature of the catalyst from the input means with the predetermined temperature value of the storage means,
- - means for generating a signal to make a mixture richer than determined by the stoichiometric air-fuel ratio when the temperature of the exhaust gas purification catalyst ( 3 ) is lower than the predetermined temperature value, and
- - Control means for opening or closing the fuel injection valve ( 8 ) and the air quantity adjustment valve ( 9 ) in the air intake system ( 4 ) depending on the signal mentioned.
- - Mittel zur Erzeugung eines Signals, das ein Gemisch fetter macht als durch das stöchiometrische Luft- Kraftstoff-Verhältnis bestimmt und dem Verbrennungs katalysator Luft zuführt, wenn eine Eingangstempera tur wenigstens eines Abgasreinigungskatalysators und eines Ausganges des Katalysators (3) geringer als ein vorgegebener Wert ist, und
- - Mittel zum Öffnen oder Schließen des Kraftstoffein spritzventils (9) und des Luftmengeneinstellventils (8) im Luftansaugsystem (4) und zum An- oder Abschal ten der Luftzufuhrmittel.
- - Means for generating a signal that makes a mixture richer than determined by the stoichiometric air-fuel ratio and the combustion catalyst supplies air when an inlet temperature at least one exhaust gas purification catalyst and an output of the catalyst ( 3 ) is less than a predetermined value , and
- - Means for opening or closing the fuel injection valve ( 9 ) and the air quantity adjustment valve ( 8 ) in the air intake system ( 4 ) and for switching the air supply means on or off.
- - Mittel, die der Brennkraftmaschine für eine bestimmte Zeitdauer ab dem Start der Brennkraftmaschine bis der Abgasreinigungskatalysator (3) auf eine Katalysator-Aktivierungstemperatur erhitzt ist, ein Gemisch zu führen, das fetter ist als durch das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis bestimmt, und
- - einen vorgeschalteten Verbrennungskatalysator (2), der im Abgaskanal (11) stromaufwärts des Abgasreini gungskatalysators (3) angeordnet ist zur Kontakt-Ver brennung des Abgases, das von der mit einem fetten Gemisch betriebenen Brennkraftmaschine emittiert wird.
- - Means that the internal combustion engine for a certain period of time from the start of the internal combustion engine until the exhaust gas purification catalyst ( 3 ) is heated to a catalyst activation temperature, a mixture that is richer than determined by the stoichiometric air-fuel ratio, and
- - An upstream combustion catalytic converter ( 2 ), which is arranged in the exhaust duct ( 11 ) upstream of the exhaust gas purification catalyst ( 3 ) for contact combustion of the exhaust gas emitted by the internal combustion engine operated with a rich mixture.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8304 | Grant after examination procedure | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |