DE4445490A1

DE4445490A1 - Vorrichtung zur Abgasentgiftung an einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE4445490A1
Application number: DE4445490A
Authority: DE
Inventors: Winfried Dipl Ing Eifel
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 1994-12-20
Filing date: 1994-12-20
Publication date: 1996-06-27
Also published as: WO1996019657A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Abgasentgiftung an einer Brennkraftmaschine mit einem Abgasrückführsystem und mit Sekundär luftzuführung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Zur Verringerung schädlicher Abgasemissionen von Brennkraftmaschinen ist es bekannt, diese in bestimmten Betriebsphasen mit Abgasrückfüh rung zu betreiben. Dabei ist eine an den Abgaskrümmer der Brennkraft maschine angeschlossene Leitung vorgesehen, die über ein Abgasrück führventil Abgas in definierten Mengen der Ansaugseite der Brenn kraftmaschine zuführt. Um im Abgassystem der Brennkraftmaschine bei einem Kaltstart eine Nachverbrennung zu initiieren, ist es ferner bekannt, nahe den Brennräumen der Brennkraftmaschine Sekundärluft über einen definierten Zeitraum in die Abgaskanäle einzublasen. Durch diese Nachverbrennung kann u. a. das Anspringverhalten eines nachge schaltenden Katalysators verbessert werden. Eine Brennkraftmaschine mit einem derartigen Abgasrückführsystem und einer Sekundärluftein blasung zeigt beispielsweise die DE 26 26 773 A1.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Abgasentgiftung der gattungsgemäßen Art vorzuschlagen, die einen verringerten Bau- und Montageaufwand aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Patentan spruches 1 gelöst. Vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind den weiteren Patentansprüchen entnehmbar.

Erfindungsgemäß wurde zunächst erkannt, daß bei Anwendung unter schiedlicher Betriebszeiten für die beiden Systeme ein nicht unwe sentlicher Systemabschnitt gemeinsam benutzbar ist; d. h., daß dieser Systemabschnitt abhängig von den Ventilstellungen einmal zur Abgas rückführung und einmal zur Sekundärlufteinblasung verwendet wird, während herkömmliche Systeme dafür unterschiedliche Leitungsabschnit te verwenden. So kann bei geöffnetem Abgasrückführventil über eine geeignete Leitungsführung Abgas entnommen und der Ansaugseite der Brennkraftmaschine zugeführt werden und nach Umschaltung der Ventile und aktivierter Sekundärlufteinblasung über den gleichen Leitungsab schnitt Sekundärluft in das Abgassystem eingeblasen werden.

In bekannter Weise soll dabei der gemeinsame Leitungsabschnitt nahe den Brennräumen der Brennkraftmaschine in den Abgaskanälen angeordnet sein, wobei bevorzugt ein im Zylinderkopf der Brennkraftmaschine angeordneter Längskanal oder ein eine Leitungsführung bildender Hohl flansch des Abgaskrümmers vorgeschlagen werden. Der Längskanal ist relativ einfach herstellbar und kann unmittelbar die Abgaskanäle schneiden oder aber durch kurze Verbindungskanäle mit diesen korre spondieren. Der gemeinsame Leitungsabschnitt kann aber auch durch den Hohlflansch oder durch separat im Abgaskrümmer oder außerhalb des Zylinderkopfes verlegte Leitungen gebildet sein. Ferner kann ein Lamellenflansch verwendet sein, wie er zur Sekundärluftzuführung über einen Abgaskrümmer in dem Gebrauchsmuster DE-GM 89 14 153 beschrieben ist.

Zur Erzielung einer einfachen und baulich günstigen Anordnung wird ferner vorgeschlagen, daß das Abgasrückführventil und das Ventil für die Steuerung der Sekundärluftzufuhr zusammengebaut ggf. als Vormon tageeinheit an den gemeinsamen Leitungsabschnitt bzw. den Längskanal angeschlossen sind. Dies vermindert sowohl den Aufwand an Montage als auch bei der Verlegung von Steuerleitungen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden mit weiteren Einzelheiten näher erläutert. Die schematische Zeichnung zeigt in

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine Reihen-Hubkolben-Brennkraftmaschine mit einem Ansaugkrümmer und einem Abgaskrümmer und einer Vor richtung zur Abgasentgiftung mit Abgasrückführung und Sekun därluftzufuhr;

Fig. 2 eine Ansicht X der Fig. 1 auf die Stirnseite des Zylinderkop fes der Brennkraftmaschine mit angebautem Abgasrückführventil und Sekundärluftventil; und

Fig. 3 einen Längsschnitt durch einen teilweise dargestellten Hohl flansch eines alternativen Abgaskrümmers nach Fig. 1.

In der Fig. 1 ist mit 10 eine Vierzylinder-Hubkolben-Brennkraftma schine bezeichnet, an die für die Zuführung von Verbrennungsluft ein Ansaugkrümmer 12 und abgasseitig ein Abgaskrümmer 14 angeflanscht sind. Im Zylinderkopf 16 der Brennkraftmaschine 10 sind Einlaß- und Auslaß-Gaswechselventile 18, 20 vorgesehen, die über entsprechende Einlaßkanäle 22 und Auslaßkanäle 24 den Gaswechsel der Brennkraftma schine steuern. Die Brennstoffzumessung sowie die an den Abgaskrümmer 14 anschließende Abgasanlage mit Dreiwege-Katalysator sind herkömm licher Bauart und deshalb nicht dargestellt.

Im Zylinderkopf 16 ist auf der Seite der Auslaßkanäle 24 ein Längska nal 26 eingearbeitet, der einerseits über kurze Verbindungskanäle 28 in die Auslaßkanäle 24 ausmündet und andererseits an der Stirnseite 30 des Zylinderkopfes 16 endet. Im Bereich der Mündungsstelle des Längskanales 26 ist an die Stirnseite 30 (vgl. auch Fig. 2) eine Konsole 32 angeschraubt, an die ein Abgasrückführventil 34 und ein Sekundärluftventil 36 angeflanscht sind. Innerhalb der Konsole 32 sind Bohrungen 38, 40 vorgesehen, die die Ventile 34, 36 mit dem Längs kanal 26 verbinden. Damit bildet der Längskanal 26 mit den Verbin dungskanälen 28 einen gemeinsamen Leitungsabschnitt sowohl mit dem Abgasrückführventil 34 als auch mit dem Sekundärluftventil 36.

Die beiden Ventile 34, 36, die im übrigen herkömmlicher Bauart sein können, sind über Steuerleitungen mit einem Steuergerät 42 verbunden. Zudem ist das Abgasrückführventil 34 über eine Leitung 44 an den An saugkrümmer 12 zur Rückführung von Abgas angeschlossen, während das Sekundärluftventil 36 über eine Schlauchleitung 46 an eine Sekundär luftpumpe 48 angeschlossen ist, die aus dem Reinluftraum des Luftfil ters 50 der Brennkraftmaschine im aktivierten Zustand Luft ansaugt und unter Druck dem Sekundärluftventil 36 zuführt.

Wird die Brennkraftmaschine im kalten Zustand gestartet, so ist über das Steuergerät 42 die Abgasrückführung desaktiviert bzw. das Abgas rückführventil 34 geschlossen, die Sekundärluftzuführung hingegen aktiviert. Dementsprechend wird über die Luftpumpe 48 Luft angesaugt und unter Druck über das geöffnete Sekundärluftventil 36 und über den gemeinsamen Leitungsabschnitt 26, 28 bzw. dem Längskanal 26 und die Verbindungskanäle 28 nahe den Brennräumen der Brennkraftmaschine in die Abgaskanäle 24 eingeblasen. In Verbindung mit dem aus den Brenn räumen der Brennkraftmaschine austretenden heißen Abgasen tritt eine Nachreaktion mit den bekannten Wirkungen ein.

Nach einer definierten Zeit von z. B. 90 Sec. wird die Sekundärluft zuführung desaktiviert und die Steuerung der Abgasrückführung akti viert. Nunmehr wird abhängig von bestimmten Betriebszuständen der Brennkraftmaschine wie Drehzahl n, Last mm und Temperatur T der Brenn kraftmaschine die Abgasrückführung in bekannter Weise gesteuert, wobei wiederum über den gemeinsamen Leitungsabschnitt 26, 28 nunmehr das Abgas entnommen und über das Abgasrückführventil 34 und die Lei tung 44 dem Ansaugkrümmer 12 zugeführt wird. Über das Steuergerät 42 wird dabei die Menge des rückgeführten Abgases definiert gesteuert.

Bei der Montage der Brennkraftmaschine können die beiden Ventile 34, 36 als Vormontageeinheit mit der Konsole 32 an den Zylinderkopf der Brennkraftmaschine angeschraubt und anschließend angeschlossen werden. Anstelle der Verwendung von zwei separaten Ventilen 34, 36 könnte auch ein kombiniertes Abgasrückführ-Sekundärluft-Ventil ver wendet sein. Durch die Steuerung (Steuergerät 42) der beiden Ventile 34, 36 muß sichergestellt sein, daß der Betrieb des einen oder anderen Systems alternierend und nicht gleichzeitig erfolgt.

Anstelle des Längskanales 26 mit den Verbindungskanälen 28 kann der an den Zylinderkopf 16 unmittelbar gasdicht anschließende Flansch des Abgaskrümmers 14 als Hohlflansch 52 (vgl. Fig. 3) ausgebildet sein, der sich im wesentlichen aus zwei miteinander gasdicht verlöteten Blechplatinen 54/56 zusammensetzt, die zwischen sich einen Hohlraum 58 als gemeinsamen Leitungsabschnitt bilden. Mit den Blechplatinen 54, 56 verlötet sind ferner die Einzel-Abgasleitungen 60, 62 des Abgas krümmers 14, sowie im Bereich der Befestigungsschrauben vorgesehene Stützpfeifen 64.

Ferner sind an der Blechplatine 54 Anschlußstutzen 66, 68 für den Anschluß einer zu einem separaten Abgasrückführ-Ventil 70 führenden Leitung 72 und einer zu einem Sekundärluft-Ventil 74 führenden Lei tung 76 vorgesehen.

Die Blechplatine 56 des Hohlflansches 52 und ggf. eine nicht darge stellte Dichtung sind mit Bohrungen 78 versehen, die mit von der Anschlußflanschseite her eingearbeiteten Kanälen 80 kommunizieren, wobei die Kanäle 80 in der Nähe dem Brennräume der Brennkraftmaschine (ähnlich den Verbindungskanälen 28) in die Abgaskanäle 24 ausmünden.

Es versteht sich, daß die beiden separat angeordneten Ventile 70, 74 an das Steuergerät 42 angeschlossen und wie vorbeschrieben gesteuert sind. Die Sekundärluft bzw. das rückgeführte Abgas strömen entspre chend den eingezeichneten Pfeilen durch den Hohlraum 58 und die Kanä le 80 als gemeinsamen Leitungsabschnitt.

Die alternierende Abgasrückführung bzw. Sekundärluftzuführung kann auch über einen sogenannten Lamellenflansch eines Abgaskrümmers er folgen, wie er in dem ebenfalls auf die Anmelderin zurückgehendem Ge brauchsmuster DE-89 14 153 detailliert beschrieben ist.

Claims

1. Vorrichtung zur Abgasentgiftung an einer Brennkraftmaschine mit einem Abgasrückführsystem und einer Sekundärluftzuführung, dadurch gekennzeichnet, daß beide Systeme an einem gemeinsamen, abgassei tig ausmündenden Leitungsabschnitt (26, 28; 58, 80) angeschlossen und alternierend betrieben sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der ge meinsame Leitungsabschnitt (26, 28; 58, 80) nahe den Brennräumen der Brennkraftmaschine in die Abgaskanäle (24) mündet.

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der gemeinsame Leitungsabschnitt ein im Zylinderkopf (16) der Brennkraftmaschine vorgesehener Längskanal (26) ist, der mit den einzelnen Abgaskanälen (24) verbunden ist.

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der gemeinsame Leitungsabschnitt (58, 80) ein Hohlflansch (52) des Abgaskrümmers (14) ist, der über zumindest einen Anschlußstut zen (66, 68) mit den Ventilen (70, 74) der Abgasrückführung und der Sekundärluftzuführung und über zylinderkopfseitige Bohrungen (78) mit den Abgaskanälen (24) kommuniziert.

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der gemeinsame Leitungsabschnitt ein Lamellenflansch eines Abgaskrümmers mit zumindest drei gasdicht miteinander verbundenen Platten ist, wobei die mittlere Platte einen von den äußeren Platten abgedeckten Kanal aufweist, der über zumindest einen Anschlußstutzen mit den Ventilen (70, 74) der Abgasrückführung bzw. Sekundärluftzuführung und andererseits mit den Abgaskanälen verbunden ist.

6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventile (34, 36) für die Abgasrückführung und die Sekundärluftzuführung unmittelbar an den gemeinsamen Lei tungsabschnitt angeschlossen sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die bei den Ventile (34, 36) auf einer gemeinsamen Konsole (32) vormontier bar sind.

8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Konsole (32) an der Stirnseite (30) des Zylinderkopfes (16) im Bereich des ausmündenden Längskanales (26) angeflanscht ist.