DE4442456A1 - Brennkraftmaschine mit einem Startkatalysator - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einem brennraumnah angeordneten Startkatalysator, der nach Wirksamwerden eines Hauptkatalysators nicht vom Brenn­ kraftmaschinen-Abgasstrom beaufschlagt wird.

Bekannt ist eine derartige Verbrennungskraftmaschine beispielsweise aus der DE-OS 24 20 678. Dabei ist der Abgaskatalysator möglichst nahe an den Brennräumen bzw. direkt stromab des Abgaskrümmers der Brennkraftmaschine angeordnet, um nach einem Kaltstart schnell seine Betriebstemperatur zu er­ reichen. Diese brennraumnahe Anordnung hat jedoch den Nachteil, daß beispielsweise bei Vollastbetrieb der Kata­ lysator mit einem Abgasstrom beaufschlagt wird, der eine extrem hohe Temperatur besitzt, was den Katalysator schä­ digen könnte. In diesen Betriebszuständen ist der motor­ nahe bzw. brennraumnahe Startkatalysator daher über einen Bypass umgehbar.

Grundsätzlich hat sich diese Anordnung bewährt, jedoch sind weitere Verbesserungen wünschswert, die aufzuzeigen sich die vorliegende Erfindung zur Aufgabe gestellt hat.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist vorgesehen, daß der Start­ katalysator elektrisch beheizbar ist. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen sind Inhalt der Unteransprüche.

Näher erläutert wird die Erfindung anhand eines bevorzug­ ten Ausführungsbeispieles, erfindungswesentlich können dabei alle näher bezeichneten Merkmale sein. Dabei zeigt

Fig. 1 eine Prinzipanordnung für eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine, sowie Fig. 2 die Einzelheit X aus Fig. 1.

Mit der Bezugsziffer 1 ist eine vierzylindrige Brenn­ kraftmaschine bezeichnet, von der ein Brennraum 2 näher dargestellt ist. Jedem Brennraum 2 der Brennkraftmaschine l sind zwei Auslaßventile 3a, 3b zugeordnet, die separat abschaltbar sind, d. h. im geschlossenen Zustand unabhän­ gig voneinander stillgesetzt werden können. An die beiden Auslaßventile 3a, 3b jedes Brennraumes 2 schließen sich separate Auslaßkanäle 4a, 4b an.

Die Auslaßkanäle 4a sämtlicher Brennräume 2 der mehrzy­ lindrigen Brennkraftmaschine 1 sind in einem ersten Ab­ gaskrümmer 5a zusammengefaßt, während die Auslaßkanäle 4b aller Brennräume 2 über einen zweiten, insbesondere la­ dungswechseloptimal und beispielsweise als Fächerkrümmer ausgebildeten Abgaskrümmer 5b zusammengeführt sind. Die beiden Abgaskrümmer 5a, 5b münden gemeinsam in einen Hauptkatalysator 6, an den sich zumindest ein nicht ge­ zeigter Schalldämpfer anschließt, wonach die Abgase der Brennkraftmaschine in die Umgebung gelangen.

Im ersten Abgaskrümmer 5a ist stromab der Zusammenführung aller über die Auslaßventile 3a austretenden Abgasströme ein Startkatalysator 7 vorgesehen, der elektrisch beheiz­ bar ist. Dieser Startkatalysator 7 ist wie ersichtlich brennraumnah angeordnet, so daß er anschließend an einen Kaltstart der Brennkraftmaschine schnell seine Be­ triebstemperatur erreicht, da sich die Brennkraftmaschi­ nen-Abgase auf ihrem Weg von den Auslaßkanälen 4a zum Startkatalysator 7 lediglich geringfügig abkühlen. Um je­ doch das Erreichen der Anspringtemperatur bzw. die Durch­ wärmung des Startkatalysators 7 noch weiter zu beschleu­ nigen, ist dieser Startkatalysator 7 zusätzlich elek­ trisch beheizbar.

Zwar sind elektrisch beheizbare Abgaskatalysatoren grund­ sätzlich bekannt, jedoch wurden diese bislang im bekann­ ten Stand der Technik nie derart brennraumnah angeordnet, wie in der vorliegenden Erfindung. Diese hier beschrie­ bene brennraumnahe Anordnung erfordert nämlich Maßnahmen, mit Hilfe derer der Startkatalysator 7 insbesondere nur bei Bedarf vom Brennkraftmaschinen-Abgasstrom beauf­ schlagt wird. Nachdem nämlich der ebenfalls vorgesehene Hauptkatalysator 6 in der Lage ist, schädliche Abgas­ bestandteile zu konvertieren, soll der Startkatalysator 7 nicht weiter vom Abgasstrom beaufschlagt werden. Eine chemische und thermische Alterung es Startkatalysators 7 soll hiermit soweit als möglich vermieden werden, ferner gilt es auch, den Startkatalysator 7 vor allzu hohen Ab­ gastemperaturen zu schützen. Insofern kann der Startkata­ lysator 7 nicht nur bei Wirksamwerden des Hauptkatalysa­ tors 6, sondern auch oder alternativ bei Auftreten hoher Abgastemperaturen (betriebspunktabhängig) abgeschaltet werden. Diese Abschalt-Maßnahmen bestehen beim hier be­ schriebenen Ausführungsbeispiel darin, daß die einzelnen Auslaßventile 3a der Brennkraftmaschinen-Brennräume 2 ab­ geschaltet werden. Zwar ist diese Maßnahme zur Schonung eines Start-Katalysators aus der DE 41 17 874 A1 grund­ sätzlich bekannt, jedoch wurde eine derartige Maßnahme - ebensowenig wie bei der aus der eingangs gewürdigten DE- OS 24 20 678 bekannten Startkatalysator-Anordnung - noch nicht für einen elektrisch beheizbaren Startkatalysator vorgeschlagen.

Besonders vorteilhaft ist die brennraumnahe Anordnung des elektrisch beheizbaren Startkatalysators 7 auch dadurch, daß die erforderliche elektrische Heizleistung, mit Hilfe derer der Startkatalysator letztendlich kurzfristig auf seine Anspringtemperatur gebracht wird, durch diese brennraumnahe Anordnung äußerst gering ist. Tatsächlich wird der Großteil der für ein schnelles Anspringen des Startkatalysators 7 erforderlichen Heizleistung aufgrund der brennraumnahen Anordnung nämlich von den Abgasen der Brennkraftmaschine 1 erbracht. Lediglich ein geringfügi­ ger, noch fehlender Energieanteil muß durch die elektri­ sche Beheizung bereitgestellt werden.

Weiterhin von Vorteil ist die erfindungsgemäße Anordnung des elektrisch beheizbaren Startkatalysators 7 derart, daß er auch bei Auftreten hoher Abgastemperaturen nicht vom Brennkraftmaschinen-Abgasstrom beaufschlagt wird. So­ mit wird dieser im Falle eines nötigen Austausches rela­ tiv teure elektrische Startkatalysator 7 generell, d. h. auch gegenüber einer chemischen und thermischen Alterung, geschont, indem er nur bei Bedarf mit Abgas beaufschlagt wird. Eine Verlängerung der Lebensdauer des elektrisch beheizbaren Startkatalysators 7 ist somit die Folge.

Noch ein weiterer Vorteil einer erfindungsgemäßen Start­ katalysator-Anordnung wird aus Fig. 2 ersichtlich, in der der elektrisch beheizbare Startkatalysator 7 prinzipiell im Detail dargestellt ist. Wie ersichtlich besteht der Startkatalysator 7 aus zwei katalytisch beschichteten Trägerkörpern 8a, zwischen denen eine elektrische Heiz­ zone 8b vorgesehen ist. Da - wie bereits erläutert - le­ diglich eine gering elektrische Heizleistung benötigt wird, kann die elektrische Heizzone 8b konstruktiv in äußerst einfacher Weise ausgebildet sein. Selbstverständ­ lich kann ein derartig angeordneter und aufgebauter elek­ trisch beheizbarer Startkatalysator 7 auch aus mehreren hintereinander angeordneten Trägerkörpern 8a bestehen, wobei jeweils zwischen zwei Trägerkörpern 8a eine elek­ trische Heizzone 8b vorgesehen ist, so daß insgesamt meh­ rere derartige elektrische Heizzonen 8b vorhanden sein können.

Selbstverständlich können auch mehrere Startkatalysatoren 7 vorgesehen sein, die dann bevorzugt in oder stromab der einzelnen Auslaßkanäle 4a angeordnet sein können, jedoch kann dies ebenso wie eine Vielzahl anderer insbesondere konstruktiver Details durchaus abweichend vom gezeigten Ausführungsbeispiel gestaltet sein, ohne den Inhalt der Patentansprüche zu verlassen.

Claims (3)

1. Brennkraftmaschine mit einem brennraumnah angeordne­ ten Startkatalysator (7), der nach Wirksamwerden eines Hauptkatalysators (6) nicht vom Brennkraftma­ schinen-Abgasstrom beaufschlagt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Startkatalysator (7) elektrisch beheizbar ist.

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der den Startkatalysator (7) beaufschlagende Abgasstrom über (ein) abschalt­ bare(s) Auslaßventil(e) (3a) aus den/dem zumindest zwei Auslaßventile (3a, 3b) aufweisenden Brennräu­ men/Brennraum (2) abgeführt wird.

3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Startkatalysator (7) aus zumindest zwei katalytisch beschichteten Träger­ körpern (8a) besteht, zwischen denen eine elektri­ sche Heizzone (8b) vorgesehen ist.