DE4338696A1 - Vorrichtung zur Abgasentgiftung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Abgasentgiftung an einer mittels Abgasturbolader aufgeladenen Brennkraftmaschine, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Zur Erzielung einer wirkungsvollen Abgasentgiftung sofort nach dem Start (Kaltfahrbetrieb) von Brennkraftmaschinen ist es bekannt, Se­ kundärluft möglichst nahe den Brennräumen der Brennkraftmaschine in den Abgastrakt einzublasen, um eine Nachoxidation der noch unver­ brannten CO- und CH-Bestandteile im Abgas zu bewirken. Die Sekundär­ lufteinblasung erstreckt sich dabei auf einen Zeitraum von ca. 1-3 Minuten. Bei Brennkraftmaschinen mit Abgasturbolader ist zu beobach­ ten, daß aufgrund eines möglichen höheren Abgasgegendruckes stromauf der Abgasturbine der Wirkungsgrad der Lufteinblasung vermindert ist. Um dem entgegenzuwirken, könnte eine Luftpumpe höherer Leistung ver­ wendet werden, jedoch ist eine derartige Pumpe hinsichtlich der Ko­ sten, des Gewichtes und des erforderlichen Einbauraumes nachteilig.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine Vorrichtung der gattungs­ gemäßen Art vorzuschlagen, die mit relativ einfachen Mitteln eine wirkungsvolle Sekundärlufteinblasung sicherstellt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Patentanspru­ ches 1 oder alternativ mit den Merkmalen des Patentanspruches 2 ge­ löst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den weiteren Patentansprüchen entnehmbar.

Es wird somit vorgeschlagen, entweder über eine separate, zweite Sekundärluftleitung oder aber über die bei Abgasturboladern zumeist vorhandene Bypassleitung während des kurzen Zeitintervalls der Sekun­ därlufteinblasung die Abgasturbine kurzzuschließen und somit ein ungehindertes Abströmen des Abgases bzw. eine wirkungsvolle Sekundär­ lufteinblasung zu ermöglichen. Da der Wirkungsgrad der Nachoxidation des Abgases von der Abgastemperatur stark abhängig ist, soll eine Umgehung der Abgasturbine nur dann erfolgen, wenn durch den relativ hohen Abgasgegendruck eine nicht ausreichende Zufuhr von Sekundärluft zu erwarten ist. Dabei ist abhängig vom Maschinentyp abzuwägen zwi­ schen der geringeren Lufteinblasemenge einerseits und der aufgrund der Umgehung der Turbine geringeren Abgastemperatur andererseits und der Schwellwert entsprechend festzulegen.

Bei dem Vorschlag gemäß Anspruch 2 kann in der einfachsten Ausfüh­ rungsform automatisch mit dem Zuschalten der Sekundärlufteinblasung das Bypassventil geöffnet werden, um den Abgasgegendruck generell zu vermindern. Dabei ist vorteilhaft, daß hier die Einblasestelle mög­ lichst nahe an den Brennräumen nicht verändert wird. Andererseits kann auch hier eine Drucksteuerung, eine Drehzahl- und Laststeuerung, etc. überlagert werden.

Die Steuerung zweier unterschiedlicher Sekundärluftleitungen strom­ auf- und stromab der Abgasturbine kann über ein einheitliches Sekun­ därluftventil erfolgen, welches abhängig vom Abgasgegendruck die eine oder andere Sekundärluftleitung aufsteuert. Somit kann mit einem geringen steuerungstechnischen Mehraufwand die Sekundärlufteinblasung optimiert werden. Das Sekundärluftventil und/oder das Bypassventil können aber auch elektromagnetisch über ein zentrales Motorsteuerge­ rät gesteuert sein, welches nach Maßgabe ohnehin erforderlicher mo­ torspezifischer Daten die Sekundärlufteinblasung mitsteuert.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im folgenden näher be­ schrieben. Die einzige Zeichnung zeigt schematisch eine Brennkraftma­ schine mit Abgasturboaufladung und einer Vorrichtung zur Abgasentgif­ tung mit Sekundärlufteinblasung.

In der Zeichnung ist mit 10 eine Vierzylinder-Hubkolben-Brennkraftma­ schine 10 angedeutet, an die ein Abgasturbolader 12 angebaut ist. Die Verbrennungsluft wird über eine Ansaugleitung 14 - die mit einem nicht dargestellten Luftfilter und einer Brennstoffzumeßeinrichtung verbunden ist - dem Verdichter 16 des Abgasturboladers 12 zugeführt und strömt von dort über eine Leitung 18 und einen Ansaugverteiler 20 zu den Brennräumen der Brennkraftmaschine.

Das Abgas verläßt die Brennkraftmaschine 10 über einen Abgaskrümmer 22 und strömt über ein Vorrohr 24 zur Abgasturbine 26. An die Abgas­ turbine ist über eine Leitung 28 ein Dreiwege-Katalysator 30 und in nicht mehr dargestellter Weise das übrige Abgasleitungssystem des Abgastraktes angeschlossen.

Ferner ist eine die Abgasturbine 26 umgehende Bypassleitung 32 vorge­ sehen, die über ein Bypassventil 34 mit einem elektromagnetischen Stellglied 36 steuerbar ist.

Die Brennkraftmaschine 10 ist mit einer Sekundärlufteinblasung ausge­ rüstet, die sich aus einer Luftpumpe 38, einem Sekundärluftventil 40 und mehreren Leitungen und Anschlüssen zusammensetzt. Die Luftpumpe 38 saugt über eine Leitung 42 aus dem nicht dargestellten Luftfilter Luft an und fördert diese über eine Druckleitung 44 mit einem Rück­ schlagventil 46 zum Sekundärluftventil 40.

Das Sekundärluftventil 40 ist mit einem pneumatischen Stellmotor 48 versehen, der über eine Leitung 50 an den Abgaskrümmer 22 stromauf der Abgasturbine 26 angeschlossen ist. Der Stellmotor 48 betätigt ein Ventilelement 52 des Einblaseventiles 40 und öffnet alternativ entwe­ der eine erste Einblaseleitung 54, die nahe den Brennräumen der Brennkraftmaschine 10 Sekundärluft in den Abgaskrümmer 22 einbläst oder eine zweite Leitung 56. Die Sekundärluftleitung 54 könnte bei­ spielsweise auch unmittelbar in den Zylinderkopf der Brennkraftma­ schine integriert sein und die Sekundärluft in die Abgaskanäle des Zylinderkopfes dicht hinter den Auslaßventilen einblasen. Die zweite Leitung 56 ist unter Umgehung der Abgasturbine 26 stromab dieser an die Leitung 28 vor dem Katalysator 30 angeschlossen.

Die Funktion des Sekundärluftventiles 40 bzw. der Sekundärlufteinbla­ sung ist wie folgt:

Bei einem Kaltstart der Brennkraftmaschine wird die Luftpumpe 38 über ein zentrales Steuergerät 58 aktiviert und fördert Luft geringen Überdrucks über die Leitung 44 zum Sekundärluftventil 40. Dieses ist in seiner Grundstellung mit der ersten Einblaseleitung 54 verbunden, so daß die Sekundärluft nahe den Brennräumen der Brennkraftmaschine 10 eingeblasen wird. Steigt bei zunehmender Drehzahl n der Brenn­ kraftmaschine der Abgasgegendruck stromauf der Abgasturbine 26 an, so pflanzt sich dieser Druckanstieg in den pneumatischen Stellmotor 48 fort und bewirkt eine Verschiebung des Ventilelementes 52 in eine Lage, in der die Einblaseleitung 54 geschlossen und die zweite Lei­ tung 56 geöffnet wird. Nunmehr wird die Sekundärluft über diese Lei­ tung 56 in die Leitung 28 stromauf des Katalysators 30 eingeblasen, die einen geringeren Gegendruck als der stromauf der Abgasturbine 26 aufweist.

Sobald sich der Abgasgegendruck stromauf der Abgasturbine 26 wieder vermindert, wird über das Sekundärluftventil 40 wieder auf die Ein­ blaseleitung 54 umgeschaltet. Wird über das Steuergerät 58 die Sekun­ därlufteinblasung durch Desaktivierung der Luftpumpe 38 abgeschaltet, so wird durch das Rückschlagventil 46 ein unerwünschtes Zurückströmen von Abgas ausgeschlossen. Bei diesem beschriebenen Ausführungsbeis­ piel ist die Funktion des Bypassventiles 34, 36 in bekannter Weise daraufgerichtet, unabhängig von der Sekundärlufteinblasung den Lade­ druck der Brennkraftmaschine zu regeln.

Alternativ zu dem vorstehend beschriebenen Beispiel kann jedoch das Bypassventil 34, 36 über das Steuergerät 58 wie folgt gesteuert wer­ den:

Sobald über das Steuergerät 58 die Sekundärlufteinblasung bzw. die Luftpumpe 38 aktiviert wird, wird auch das Bypassventil 34, 36 ange­ steuert und der Ventilteil 34 in die gestrichelte Lage geschwenkt, so daß das Abgas aus dem Abgaskrümmer 22 und dem Vorrohr 24 unter Umge­ hung der Abgasturbine 26 über die Bypassleitung 32 in die Leitung 28 geführt wird. Dies bedeutet eine sofortige Absenkung des Abgasgegen­ druckes im Abgaskrümmer 22, so daß die Sekundärlufteinblasung über die Einblaseleitung 54 nicht behindert ist. Es versteht sich, daß bei dieser Ausführung die zweite Leitung 56 sowie ein zweistufiges Sekun­ därluftventil 40 entfallen können. Zur Absenkung des Abgasgegen­ druckes ist ferner darauf zu achten, daß die Bypassleitung 32 mög­ lichst strömungsgünstig sowohl an der Abzweigung beim Bypassventil 34, 36 als auch bei dessen Einmündung in die Leitung 28 verlegt ist.

Das Steuergerät 58 kann nach Maßgabe von motorspezifischen Daten wie Drehzahl n der Brennkraftmaschine, Last α, Temperatur T der Brenn­ kraftmaschine und ggf. Temperatur TK des Katalysators die Luftpumpe 38 bzw. die Sekundärlufteinblasung und ggf. das Bypassventil 34, 36 steuern. Anstelle der druckabhängigen Steuerung des Sekundärluftven­ tiles 40 kann dieses ebenfalls elektromagnetisch über das Steuergerät 58 gesteuert sein.

Claims (5)

1. Vorrichtung zur Abgasentgiftung an einer mittels Abgasturbolader aufgeladenen Brennkraftmaschine, mit einer in den Abgasstrang eingeschalteten Turbine und Sekundärlufteinblasung stromauf der Turbine bei Kaltfahrbetrieb, gekennzeichnet durch eine stromab der Turbine (26) in den Abgasstrang (28) einmündende, zweite Leitung (56), über die zeitweilig Sekundärluft eingeblasen wird.

2. Vorrichtung zur Abgasentgiftung an einer mittels Abgasturbolader aufgeladenen Brennkraftmaschine, mit einer in den Abgasstrang eingeschalteten Turbine und einer die Turbine umgehenden Bypass­ leitung, die über ein Bypassventil gesteuert ist, sowie mit Sekun­ därlufteinblasung stromauf der Turbine bei Kaltfahrbetrieb, da­ durch gekennzeichnet, daß das Bypassventil (34, 36) während der Sekundärlufteinblasung zumindest zeitweilig geöffnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die Turbine (26) umgehende Leitung (56) abhängig vom Abgasgegendruck im Abgasstrang stromauf der Turbine (26) über ein Ventil (40) gesteuert ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ven­ til ein die erste und die zweite Einblaseleitung (54, 56) steuern­ des Sekundärluftventil (40) ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Se­ kundärlufteinblasung (Luftpumpe 38 und ggf. Sekundärluftventil 40) und das Bypassventil (34, 36) über ein zentrales Motorsteuergerät (58) nach Maßgabe motorspezifischer Daten gesteuert sind.