DE4338696B4 - Vorrichtung zur Abgasentgiftung - Google Patents
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Abstract
Vorrichtung
zur Abgasentgiftung an einer mittels Abgasturbolader aufgeladenen
Brennkraftmaschine, mit einer in den Abgasstrang, eingeschalteten
Turbine und Sekundärlufteinblasung über eine
erste Einblaseleitug stromauf der Turbine bei Kaltfahrbetrieb, gekennzeichnet
durch eine stromab der Turbine (26) in den Abgasstrang (28) einmündende,
zweite Einblaseleitung (56), über die
zeitweilig Sekundärluft
eingeblasen wird.
Description
- Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Abgasentgiftung an einer mittels Abgasturbolader aufgeladenen Brennkraftmaschine, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 oder 2.
- Zur Erzielung einer wirkungsvollen Abgasentgiftung sofort nach dem Start (Kaltfahrbetrieb) von Brennkraftmaschinen ist es bekannt, Sekundärluft möglichst nahe den Brennräumen der Brennkraftmaschine in den Abgastrakt einzublasen, um eine Nachoxidation der noch unverbrannten CO- und CH-Bestandteile im Abgas zu bewirken. Die Sekundärlufteinblasung erstreckt sich dabei auf einen Zeitraum von ca. 1 – 3 Minuten. Bei Brennkraftmaschinen mit Abgasturbolader ist zu beobachten, dass aufgrund eines möglichen höheren Abgasgegendruckes stromauf der Abgasturbine der Wirkungsgrand der Lufteinblasung vermindert ist. Um dem entgegenzuwirken, könnte eine Luftpumpe höherer Leistung verwendet werden, jedoch ist eine derartige Pumpe hinsichtlich der Kosten, des Gewichtes und des erforderlichen Einbauraumes nachteilig.
- Die Druckschrift
DE 41 39 291 A1 offenbart eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit Abgasturboaufladung, wobei grundsätzlich bereits eine Sekundärlufteinblasung sowie eine Bypass-Leitung vorgesehen sind. - Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine Vorrichtung der gattungsgemäßen Art vorzuschlagen, die mit relativ einfachen Mitteln eine wirkungsvolle Sekundärlufteinblasung sicherstellt.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 oder alternativ mit den Merkmalen des Patentanspruches 2 gelöst. 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 Sekundärlufteinblasung die Abgasturbine kurzzuschließen und somit ein ungehindertes Abströmen des Abgases bzw. eine wirkungsvolle Sekundärlufteinblasung 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 zwischen 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 Ausführungsform automatisch mit dem Zuschalten der Sekundärlufteinblasung das Bypassventil geöffnet werden, um den Abgasgegendruck generell zu vermindern. Dabei ist vorteilhaft, dass hier die Einblasestelle möglichst 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 stromauf- und stromab der Abgasturbine kann über ein einheitliches Sekundärluftventil 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 Motorsteuergerät gesteuert sein, welches nach Maßgabe ohnehin erforderlicher motorspezifischer Daten die Sekundärlufteinblasung mitsteuert.
- Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im folgenden näher beschrieben. Die einzige Zeichnung zeigt schematisch eine Brennkraftmaschine mit Abgasturboaufladung und einer Vorrichtung zur Abgasentgif tung mit Sekundärlufteinblasung.
- In der Zeichnung ist mit
10 eine Vierzylinder-Hubkolben-Brennkraftmaschine10 angedeutet, an die ein Abgasturbolader12 angebaut ist. Die Verbrennungsluft wird über eine Ansaugleitung14 – die mit einem nicht dargestellten Luftfilter und einer Brennstoffzumesseinrichtung verbunden ist – dem Verdichter16 des Abgasturboladers12 zugeführt und strömt von dort über eine Leitung18 und einen Ansaugverteiler20 zu den Brennräumen der Brennkraftmaschine. - Das Abgas verlässt die Brennkraftmaschine
10 über einen Abgaskrümmer22 und strömt über ein Vorrohr24 zur Abgasturbine26 . An die Abgasturbine ist über den Abgasstrang28 ein Dreiwege-Katalysator30 und in nicht mehr dargestellter Weise das übrige Abgasleitungssystem des Abgastraktes angeschlossen. - Ferner ist eine die Abgasturbine
26 umgehende Bypassleitung32 vorgesehen, die über ein Bypassventil34 mit einem elektromagnetischen Stellglied36 steuerbar ist. - Die Brennkraftmaschine
10 ist mit einer Sekundärlufteinblasung ausgerüstet, die sich aus einer Luftpumpe38 , einem Sekundärluftventil40 und mehreren Leitungen und Anschlüssen zusammensetzt. Die Luftpumpe38 saugt über eine Leitung42 aus dem nicht dargestellten Luftfilter Luft an und fördert diese über eine Druckleitung44 mit einem Rückschlagventil46 zum Sekundärluftventil40 . - Das Sekundärluftventil
40 ist mit einem pneumatischen Stellmotor48 versehen, der über eine Leitung50 an den Abgaskrümmer22 stromauf der Abgasturbine26 angeschlossen ist. Der Stellmotor48 betätigt ein Ventilelement52 des Sekundärluftventils40 und öffnet alternativ entweder eine erste Einblaseleitung54 , die nahe den Brennräumen der Brennkraftmaschine10 Sekundärluft in den Abgaskrümmer22 einbläst oder eine zweite Einblaseleitung56 . Die erste Einblaseleitung54 könnte beispielsweise auch unmittelbar in den Zylinderkopf der Brennkraftmaschine integriert sein und die Sekundärluft in die Abgaskanäle des Zylinderkopfes dicht hinter den Auslassventilen einblasen. Die zweite Einblaseleitung56 ist unter Umgehung der Abgasturbine26 stromab dieser an den Abgasstrang28 vor dem Katalysator30 angeschlossen. - Die Funktion des Sekundärluftventils
40 bzw. der Sekundärlufteinblasung ist wie folgt:
Bei einem Kaltstart der Brennkraftmaschine wird die Luftpumpe38 über ein zentrales Motorsteuergerät58 aktiviert und fördert Luft geringen Überdrucks über die Druckleitung44 zum Sekundärluftventil40 . Dieses ist in seiner Grundstellung mit der ersten Einblaseleitung54 verbunden, so dass die Sekundärluft nahe den Brennräumen der Brennkraftmaschine10 eingeblasen wird. Steigt bei zunehmender Drehzahl n der Brennkraftmaschine der Abgasgegendruck stromauf der Abgasturbine26 an, so pflanzt sich dieser Druckanstieg in den pneumatischen Stellmotor48 fort und bewirkt eine Verschiebung des Ventilelements52 in eine Lage, in der die erste Einblaseleitung54 geschlossen und die zweite Einblaseleitung56 geöffnet wird. Nunmehr wird die Sekundärluft über diese zweite Einblaseleitung56 in den Abgasstrang28 stromauf des Katalysators30 eingeblasen, die einen geringeren Gegendruck als der stromauf der Abgasturbine26 aufweist. - Sobald sich der Abgasgegendruck stromauf der Abgasturbine
26 wieder vermindert, wird über das Sekundärluftventil40 wieder auf die erste Einblaseleitung54 umgeschaltet. Wird über das Steuergerät58 die Sekundärlufteinblasung durch Deaktivierung der Luftpumpe38 abgeschaltet, so wird durch das Rückschlagventil46 ein unerwünschtes Zurückströmen von Abgas ausgeschlossen. Bei diesem beschriebenen Ausführungsbeispiel ist die Funktion des Bypassventils34 ,36 in bekannter Weise daraufgerichtet, unabhängig von der Sekundärlufteinblasung den Ladedruck der Brennkraftmaschine zu regeln. - Alternativ zu dem vorstehend beschriebenen Beispiel kann jedoch das Bypassventil
34 ,36 über das Steuergerät58 wie folgt gesteuert werden:
Sobald über das Steuergerät58 die Sekundärlufteinblasung bzw. die Luftpumpe38 aktiviert wird, wird auch das Bypassventil34 ,36 angesteuert und der Ventilteil34 in die gestrichelte Lage geschwenkt, so dass das Abgas aus dem Abgaskrümmer22 und dem Vorrohr24 unter Umgehung der Abgasturbine26 über die Bypassleitung32 in den Abgasstrang28 geführt wird. Dies bedeutet eine sofortige Absenkung des Abgasgegendruckes im Abgaskrümmer22 , so dass die Sekundärlufteinblasung über die erste Einblaseleitung54 nicht behindert ist. Es versteht sich, dass bei dieser Ausführung die zweite Einblaseleitung56 sowie ein zweistufiges Sekundärluftventil40 entfallen können. Zur Absenkung des Abgasgegendruckes ist ferner darauf zu achten, dass die Bypassleitung32 möglichst strömungsgünstig sowohl an der Abzweigung beim Bypassventil34 ,36 als auch bei dessen Einmündung in den Abgasstrang28 verlegt ist. - Das Steuergerät
58 kann nach Maßgabe von motorspezifischen Daten wie Drehzahl n der Brennkraftmaschine, Last α, Temperatur T der Brennkraftmaschine und ggf. Temperatur TK des Katalysators die Luftpumpe38 bzw. die Sekundärlufteinblasung und ggf. das Bypassventil34 ,36 steuern. Anstelle der druckabhängigen Steuerung des Sekundärluftventils40 kann dieses ebenfalls elektromagnetisch über das Steuergerät58 gesteuert sein.
Claims (6)
- Vorrichtung zur Abgasentgiftung an einer mittels Abgasturbolader aufgeladenen Brennkraftmaschine, mit einer in den Abgasstrang, eingeschalteten Turbine und Sekundärlufteinblasung über eine erste Einblaseleitug stromauf der Turbine bei Kaltfahrbetrieb, gekennzeichnet durch eine stromab der Turbine (
26 ) in den Abgasstrang (28 ) einmündende, zweite Einblaseleitung (56 ), über die zeitweilig Sekundärluft eingeblasen wird. - Vorrichtung zur Abgasentgiftung an einer mittels Abgasturbolader aufgeladenen Brennkraftmaschine, mit einer in den Abgasstrang eingeschalteten Turbine und einer die Turbine umgehenden Bypassleitung, die über ein Bypassventil gesteuert ist, sowie mit Sekundärlufteinblasung stromauf der Turbine bei Kaltfahrbetrieb, dadurch gekennzeichnet, dass das Bypassventil (
34 ,36 ) während der Sekundärlufteinblasung zumindest zeitweilig geöffnet ist. - Vorrichtung nach Anspruch, 1, dadurch gekennzeichnet, dass die die Turbine (
26 ) umgehende zweite Einblaseleitung (56 ) abhängig vom Abgasgegendruck im Abgasstrang (28 ) stromauf der Turbine (26 ) über ein Ventil (40 ) gesteuert ist. - Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil ein die erste und die zweite Einblaseleitung (
54 ,56 ) steuerndes Sekundärluftventil (40 ) ist. - Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärlufteinblasung und das Bypassventil (
34 ,36 ) über ein zentrales Motorsteuergerät (58 ) nach Maßgabe motorspezifischer Daten gesteuert sind. - Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärlufteinblasung durch eine Luftpumpe (
38 ) und ggf. ein Sekundärluftventil (40 ) erfolgt.
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