DE4316778A1 - Einrichtung zur Zuführung von Zusatzluft in die Abgasleitung einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Zuführung von Zusatzluft in die Abgasleitung einer Brennkraftmaschine, bei welcher die von einer Luftpumpe geförderte Zusatzluft durch eine Zusatzluftleitung einer eine Sauerstoffsonde sowie einen Katalysator aufweisende Abgasleitung während des Betriebes der Brennkraftmaschine mit angefettetem Kraftstoffluftgemisch zugeführt wird, wobei ein in der Zusatzluftleitung befindliches Rückschlagventil ein Rück­ strömen des Abgases aus der Abgasleitung zur Luftpumpe verhindert.

Mit der DE-OS 31 44 706 ist eine Einrichtung zur Steue­ rung der Zusatzluft in einer Abgasleitung einer Brenn­ kraftmaschine beschrieben, bei welcher in der Warmlauf­ phase der Brennkraftmaschine zum Zwecke der Nachverbren­ nung unverbrannter Bestandteile im Abgas und eines schnelleren Temperaturanstieges im Katalysator die Zu­ satzluft zugeführt wird, wobei auch eine Verdampfung von Bleiablagerungen im Katalysator ermöglicht werden soll. Dabei ist in der Fig. 1 dieser Veröffentlichung auch ein in der Zusatzluftleitung angeordnetes Rückschlagventil erkennbar. Zur Funktion eines solchen Rückschlagventiles ist jedoch nichts ausgesagt.

Die an einer solchen Stelle verwendeten Rückschlagventile sind im allgemeinen als Membranventile oder Zungenventile ausgeführt, wobei der von der Luftpumpe erzeugte Druck das Ventil öffnet. Im praktischen Betrieb hat sich ge­ zeigt, daß auch bei Mehrzylindermotoren im Raum vor dem Ventil Druckschwingungen mit hohen Druckamplituden auf­ treten, welche die Membran bzw. Zunge des Ventils schnell zerstören, so daß das Ventil wirkungslos wird und Abgas bis in die Luftpumpe dringen kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung zur Zufüh­ rung von Zusatzluft in die Abgasleitung einer Brennkraft­ maschine der eingangs genannten Art zu schaffen, bei wel­ cher das Rückschlagventil geringeren Schwingungsbelastun­ gen ausgesetzt ist und so trotz leichterer Dimensionie­ rung und somit empfindlicherem Ansprechen eine längere Lebensdauer aufweist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das Rückschlagventil mit seiner Abströmseite an einer Stelle der Abgasführung mit weitgehend sinusförmigem Druckverlauf der Abgase angeordnet und mit zwei Helm­ holtzresonatoren verbunden ist, deren Eigenfrequenzen auf das obere Drittel des Betriebsdrehzahlbereiches der Brennkraftmaschine abgestimmt sind, wobei sich deren Fre­ quenzen etwa wie fünf zu sechs verhalten.

Bei mehrzylindrigen Brennkraftmaschinen mit getrennten Auspuffsträngen kann eine Stelle mit weitgehend sinusför­ migem Druckverlauf zur Anordnung der Abströmseite des Rückschlagventiles durch eine von der Zusatzluftleitung gebildeten Rohrverbindung zwischen den Abgaskrümmern ge­ schaffen sein, an welcher das Rückschlagventil mit seiner Abströmseite sowie die Helmholtzresonatoren eingebunden sind.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend an­ hand von Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1: das Schema einer erfindungsgemäßen Ein­ richtung in Verbindung mit einer Sechs­ zylinder-Reihenbrennkraftmaschine mit zwei getrennten Auspuffsträngen für je drei Zylinder;

Fig. 2: den Druckverlauf in Abhängigkeit vom Kur­ belwinkel in einem an einen Abgaskrümmer für je drei Zylinder einer Sechszylinder- Reihenbrennkraftmaschine über ein Rohr an­ geschlossenem Ventilgehäuse bei 4.800 ¹/min ohne die erfindungsgemäße Einrich­ tung;

Fig. 3: den Druckverlauf in einem gemäß Fig. 2 an­ geordneten Ventilgehäuse bei 6.300 ¹/min;

Fig. 4: den Druckverlauf in Abhängigkeit vom Kur­ belwinkel in einem verbundenen Rohr zwi­ schen den beiden Abgaskrümmern von je drei Zylindern einer Sechszylinder-Reihenbrenn­ kraftmaschine bei 6.300 ¹/min;

Fig. 5 bis Fig. 9: den Druckverlauf in Abhängigkeit vom Kur­ belwinkel im Gehäuse eines Rückschlagven­ tils einer erfindungsgemäßen Einrichtung bei 4.300, 4.800, 5.300, 5.800 und 6.300 ¹/min.

Am Zylinderkopf 1 einer Sechszylinder-Reihenbrennkraftma­ schine sind zwei Abgaskrümmer 2, jeder für jeweils drei Zylinder, angeordnet, von denen jeweils ein Abgasrohr zur Ableitung des Abgases wegführt. Die beiden Abgasrohre 3 können sich weiter stromabwärts zu einer gemeinsamen Ab­ gasleitung verbinden. In der bzw. den Abgasleitungen sind in an sich bekannter Weise jeweils eine Sauerstoffsonde sowie ein Katalysator angeordnet. Zu jedem der beiden Ab­ gaskrümmer 3 führt eine Zusatzluftleitung 4, die mittels einer Verteilerkammer 5 miteinander verbunden sind. An der Verteilerkammer 5 ist ein Rückschlagventil 6 ange­ schlossen, welchem von einer Luftpumpe durch eine Pumpen­ leitung 7 Luft mit erhöhtem Druck zugeführt werden kann, die zwar durch das Rückschlagventil 6 in Richtung zur Verteilerkammer 5, jedoch nicht zurückströmen kann. An die Verteilerkammer 5 sind mittels Rohren 8 und 9 zwei Kammern 10 und 11 angeschlossen. Das Rohr 8 und die Kam­ mer 10 sowie das Rohr 9 und die Kammer 11 bilden jeweils einen Helmholtzschen Resonator 12 bzw. 13. Die Resonato­ ren 12 und 13 sind in ihrer Resonanzfrequenz auf Drehzah­ len der Brennkraftmaschine abgestimmt, die im oberen Drittel des Betriebsdrehzahlbereiches liegen. Die Reso­ nanzfrequenzen der Resonatoren 12 und 13 verhalten sich dabei wie fünf zu sechs.

Beim Warmlaufen einer Brennkraftmaschine wird das Kraft­ stoffluftgemisch angefettet, um die Verbrennungsbedingun­ gen in den Zylindern zu verbessern. Vom nachgeschalteten Katalysator kann jedoch nur das Abgas von stöchiometri­ schen Kraftstoffluftgemischen mit gutem Umsetzungsgrad verarbeitet werden. Daher wird bei allen Betriebszustän­ den, bei denen der Brennkraftmaschine ein angefettetes Gemisch geliefert wird, Zusatzluft von der dann zuge­ schalteten Luftpumpe über das Rückschlagventil 6 und durch die Zusatzluftleitungen 4 in die Abgaskrümmer 2 eingeleitet. Nachdem die Brennkraftmaschine ihre Be­ triebstemperatur erreicht hat, wird ihr Gemisch mit stö­ chiometrischem Mischverhältnis zugeführt und die Luft­ pumpe für die Zusatzluft wird abgeschaltet. Um zu verhin­ dern, daß bei abgeschalteter Luftpumpe heißes Abgas in die Luftpumpe gelangt, ist das Rückschlagventil 6 vorge­ sehen. Es schließt durch eine Membran bzw. eine federnde Zunge bei abgeschalteter Luftpumpe.

Über die Zusatzluftleitung 4 werden aber auch intensive Gasschwingungen aus den Abgaskrümmern 2 übertragen. Das gilt vor allem dann, wenn die beiden Abgasstränge voll­ ständig voneinander getrennt sind und für jeden Strang ein Rückschlagventil vorhanden ist. Dann erhält man an den Rückschlagventilen die in Fig. 2 und Fig. 3 darge­ stellten Druckverläufe. Deren Druckamplituden lassen sich nur wenig durch Helmholtzresonatoren abbauen, weil die Druckverläufe erheblich von Sinuskurven abweichen. Aus diesem Grunde ist es notwendig, eine Stelle im Abgas­ system zu finden, an der ein annähernd sinusförmiger Druckverlauf herrscht. Ein solcher Verlauf ergibt sich gemäß der Erfindung, wenn die beiden Zusatzluftleitungen 4 in einer gemeinsamen Verteilerkammer 5 zusammengeführt werden. An dieses wird dann ein für beide Auspuffstränge gemeinsames Rückschlagventil 6 angeschlossen. Dann stellt sich in der Verteilerkammer 5 ein Druckverlauf ein, wie er in Fig. 4 dargestellt ist, also ein nahezu sinusförmi­ ger Verlauf. Durch diesen Druckverlauf werden die Schließorgane des Rückschlagventiles 6 immer noch relativ schnell zerstört oder sie müssen so schwer ausgeführt werden, das deren Ansprechverhalten ungenügend ist. Durch die Anbindung der beiden Helmholtzschen Resonatoren 12 und 13 vermittels der Rohre 8 und 9 an die Verteilerkam­ mer 5 kann aber dieser jetzt sinusförmige Druckverlauf mit guter Wirkung gedämpft werden und es werden Druckver­ läufe erzielt, wie sie bei verschiedenen Drehzahlen die Fig. 5 bis 9 zeigen. Es wird deutlich, das gegenüber einer Ausführung ohne Resonatoren wesentlich niedrigere Druckamplituden und mit zunehmender Drehzahl des Motors kleiner werdende Druckamplituden erzielt werden.

Durch die Wirkung der zwei Resonatoren 12 und 13 auf die Verteilerkammer 5 kann die Reduzierung der Druckamplitu­ den im Bereich des Rückschlagventiles 6 über ein breites Drehzahlband erreicht werden. Es hat sich auch gezeigt, daß die Verbindung der beiden Auspuffstränge durch die Zusatzluftleitung 4 über die Verteilerkammer 5 bei einem zwar engen, aber für diesen Zweck ausreichend dimensio­ nierten Rohrquerschnitt keine negativen Auswirkungen auf den Liefergrad und damit auf den Drehmomentenverlauf des Motors hat.

Die Erfindung ist selbstverständlich auch bei Brennkraft­ maschinen anderer Bauart als hier beschrieben anwendbar, wobei dann eine Stelle mit sinusförmigem Druckverlauf im Abgasstrang zwischen Motor und Katalysator für den An­ schluß des Rückschlagventils 6 sowie der Resonatoren 12 und 13 genutzt werden wird. Unter den so reduzierten Be­ anspruchungen kann das Rückschlagventil 6 über einen we­ sentlich längeren Zeitraum störungsfrei arbeiten, auch wenn dessen Schließorgan zum Zwecke eines gewünschten empfindlicheren Ansprechens besonders leicht ausgeführt ist.

Claims (2)

1. Einrichtung zur Zuführung von Zusatzluft in die Ab­ gasleitung einer Brennkraftmaschine, bei welcher die von einer Luftpumpe geförderte Zusatzluft durch eine Zusatzluftleitung einer eine Sauerstoffsonde sowie einen Katalysator aufweisende Abgasleitung während des Betriebs der Brennkraftmaschine mit angefettetem Kraftstoffluftgemisch zugeführt wird, wobei ein in der Zusatzluftleitung befindliches Rückschlagventil ein Rückströmen des Abgases aus der Abgasleitung zur Luftpumpe verhindert, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückschlagventil (6) mit seiner Abströmseite an einer Stelle der Abgasführung mit weitgehend sinus­ förmigem Druckverlauf der Abgase angeordnet und mit zwei Helmholtzresonatoren (12, 13) verbunden ist, deren Eigenfrequenzen auf das obere Drittel des Be­ triebsdrehzahlbereiches der Brennkraftmaschine abge­ stimmt sind, wobei sich deren Frequenzen etwa wie fünf zu sechs verhalten.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stelle der Abgasführung mit sinusförmigem Druckverlauf der Abgase bei mehrzylindrigen Brenn­ kraftmaschinen mit getrennten Auspuffsträngen durch eine von der Zusatzluftleitung (4) gebildete Rohr­ verbindung zwischen den Abgaskrümmern (2) geschaffen ist, an welcher das Rückschlagventil (6) mit seiner Abströmseite sowie die Helmholtzresonatoren (12, 13) eingebunden sind.