EP3655634B1 - Abgasanlage für eine brennkraftmaschine - Google Patents

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EP3655634B1
EP3655634B1 EP18729938.3A EP18729938A EP3655634B1 EP 3655634 B1 EP3655634 B1 EP 3655634B1 EP 18729938 A EP18729938 A EP 18729938A EP 3655634 B1 EP3655634 B1 EP 3655634B1
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internal combustion
combustion engine
lambda probe
cylinder head
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    • F01N2610/14—Arrangements for the supply of substances, e.g. conduits
    • F01N2610/148—Arrangement of sensors

Definitions

  • the invention relates to a single-track vehicle with an exhaust system for an internal combustion engine with the features from the preamble of patent claim 1.
  • the internal combustion engine has a catalytic converter and two oxygen sensors (lambda sensors) in its exhaust line.
  • the first probe is placed upstream of the catalytic converter, the second in the catalytic converter.
  • the arrangement of these two probes enables a high control frequency, taking into account the condition of the catalyst and excluding hydrogen cross-sensitivity.
  • the exhaust gases detected by this probe that have not yet been completely converted are completely converted.
  • German Offenlegungsschrift DE 10 2010 050 055 A1 For the diagnosis of an exhaust gas catalytic converter and/or an exhaust gas sensor of a motor vehicle internal combustion engine, German Offenlegungsschrift DE 10 2010 050 055 A1 a known method for doing so.
  • the exhaust system has two oxygen sensors upstream of the catalytic converter and another oxygen sensor downstream of the catalytic converter, the signals from which are evaluated by a control unit.
  • a monitoring system for the exhaust gas cleaning of an internal combustion engine for a motor vehicle is known from this published application, with two lambda probes being provided, one of which is arranged upstream and the other, which can be heated, is arranged downstream of the catalytic converter. Starting from a cold start of the internal combustion engine, the downstream probe is essentially not heated until the catalyst light-off temperature (lightoff temperature) is reached, but is used to determine the exhaust gas temperature, with the attainment of a minimum temperature being checked within a certain period of time.
  • Exhaust systems for motorcycles operated by internal combustion engines in which sensors are used to measure the oxygen concentration in the exhaust gas, are for example the publications JP 2016 183652 A , EP 3 064 722 A1 , JP 2017 110616 A and JP 2003 206784 A refer to.
  • the object of the present invention is to indicate a measure to avoid the disadvantages mentioned above for single-track vehicles.
  • the aim of the invention is to reduce harmful emissions from internal combustion engines for single-track vehicles such. B. to further reduce motorcycles.
  • the quality of the exhaust gas cleaning is checked during operation. This is achieved by ideally placing two lambda sensors in the exhaust gas flow of the internal combustion engine.
  • the flow pattern of the exhaust gas which exits directly from the internal combustion engine, is also comparatively complicated due to the geometry of the exhaust system and exhibits greater inhomogeneity with increasing flow length. It is advantageous to place the first lambda probe as close as possible to the outlet of the internal combustion engine (close to the cylinder head). This distance should correspond to a maximum of ten times the diameter of the outlet opening in the cylinder head of the internal combustion engine.
  • the second lambda probe also known as the monitor probe, is placed behind the catalytic converter to check the quality of the exhaust gas cleaning, and measures the cleaned exhaust gas flow.
  • the distance between the second lambda probe and the catalytic converter should correspond to a maximum of four times the diameter of the catalytic converter.
  • the system should also be used in exhaust systems that use a muffler, in particular a front muffler.
  • the front silencer can be placed between the internal combustion engine and its swing arm. This applies in particular to downpipes and exhaust system components with vertical flow, e.g. B. Catalytic converters and silencers between the rear wheel and swingarm of the single-track vehicle.
  • the configuration according to the invention leads to better exhaust gas measurement and therefore to more environmentally friendly operation of the single-track vehicle.
  • future emission standards are met in an advantageous manner, while at the same time the available installation space in the non-visible area of the single-track vehicle is used, which leads to significantly improved package compatibility.
  • figure 1 shows a top view of an internal combustion engine 2 with an exhaust system 1 for a single-track vehicle, such as a motorcycle, a moped, a moped or a moped.
  • a single-track vehicle such as a motorcycle, a moped, a moped or a moped.
  • the internal combustion engine 2 has a cylinder head 3, at the unnumbered exhaust outlet of which an exhaust system 1 is arranged.
  • the exhaust system 1 consists essentially of an unnumbered exhaust pipe in which a first lambda probe 4 (oxygen probe) is arranged close to the cylinder head.
  • the first lambda probe 4 is located between the cylinder head 3 and an emission control system 5.
  • the emission control system 5, such as. B. a three-way catalytic converter is encased in the present embodiment by an additional, unnumbered sheet metal dress as heat protection.
  • a flow direction of the exhaust gas is represented by two arrows.
  • a second lambda probe 6 (oxygen probe) is arranged in the exhaust gas system 1 after the exhaust gas cleaning device 5 in the flow direction of the exhaust gas.
  • the second lambda probe 6 is arranged in the exhaust system 1 at a maximum distance of four times the diameter of the exhaust gas cleaning system 5 from the exhaust gas cleaning system 5 .
  • the diameter of the emission control system 5 is the diameter of the catalytically coated monolith without its casing. The diameter applies to the cross section of circular exhaust gas cleaning systems 5. In the case of exhaust gas cleaning systems 5 with an oval cross section, the distance is four times the largest diameter of the catalytically coated monolith.
  • a silencer is arranged between the cylinder head 3 and the first lambda probe 4 .
  • This silencer is preferably a pre-silencer.
  • the positioning of the first lambda probe 4 close to the cylinder head means that the first lambda probe 4 is arranged in the exhaust system 1 at a maximum distance of ten times the diameter of the exhaust gas outlet in the cylinder head 3 from the cylinder head 3 .
  • the silencer is arranged between the internal combustion engine and a rocker arm of a single-track vehicle (not shown).
  • the configuration of the exhaust system 1 according to the invention leads to improved exhaust gas measurement and thus to a significantly more environmentally friendly operation of the internal combustion engine 2. It is also possible to meet future exhaust gas standards, such as Euro 5, for single-track vehicles.
  • future exhaust gas standards such as Euro 5, for single-track vehicles.
  • the use of available installation space in the non-visible area is particularly advantageous with the best possible package compatibility.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Einspurfahrzeug mit einer Abgasanlage für eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Aus dem Kraftfahrzeugbau ist beispielsweise aus der Deutschen Offenlegungsschrift DE 3 921 345 A1 eine Vorrichtung zum Verringern von Abgasschadstoffkomponenten einer Brennkraftmaschine bekannt. Die Brennkraftmaschine weist in ihrem Abgasstrang einen Katalysator, sowie zwei Sauerstoffsonden (Lambdasonden) auf. Die erste Sonde ist stromauf des Katalysators angeordnet, die zweite im Katalysator. Die Anordnung dieser zwei Sonden ermöglicht eine hohe Regelfrequenz unter Berücksichtigung des Katalysatorzustandes und unter Ausschluss von Wasserstoffquerempfindlichkeit. In dem, der zweiten Sonde nachgeschalteten Katalysator werden die von dieser Sonde erkannten, noch nicht vollständig umgesetzten Abgase restlos umgesetzt.
  • Für die Diagnose eines Abgaskatalysators und/oder eines Abgassensors eines Kraftfahrzeugverbrennungsmotors ist aus der Deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2010 050 055 A1 ein Verfahren dafür bekannt.
  • Hierfür weist die Abgasanlage vor dem Katalysator zwei Sauerstoffsensoren sowie nach dem Katalysator einen weiteren Sauerstoffsensor auf, deren Signale von einem Steuergerät ausgewertet werden.
  • Zum weiteren technischen Umfeld wird auf die Deutsche Offenlegungsschrift DE 195 41 903 A1 hingewiesen. Aus dieser Offenlegungsschrift ist ein Überwachungssystem für die Abgasreinigung einer Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug bekannt, wobei zwei Lambdasonden vorgesehen sind, von denen eine stromauf und die andere beheizbare stromab des Katalysators angeordnet ist. Ausgehend von einem Kaltstart der Brennkraftmaschine wird im Wesentlichen bis zum Erreichen der Katalysatoranspringtemperatur (lightoff-Temperatur) die stromabwärtige Sonde nicht beheizt, sondern zur Ermittlung der Abgastemperatur verwendet, wobei das Erreichen einer Mindesttemperatur binnen einer gewissen Zeitspanne überprüft wird.
  • Diese bekannten Abgasreinigungsvorrichtungen sind jedoch ausschließlich für Kraftfahrzeuge vorgesehen, und können nicht ohne weiteres auf ein Einspurfahrzeug, wie beispielsweise ein Motorrad, ein Moped, ein Mokick oder ein Mofa übertragen werden.
  • Abgasanlagen für verbrennungsmotorisch betriebene Motorräder, bei welchen Sensoren zur Messung der Sauerstoffkonzentration im Abgas genutzt werden, sind beispielsweise den Druckschriften JP 2016 183652 A , EP 3 064 722 A1 , JP 2017 110616 A und JP 2003 206784 A zu entnehmen.
  • Um einen emissionsarmen Betrieb eines Motorrads mit einer Brennkraftmaschine zu gewährleisten, ist es notwendig, das von der Brennkraftmaschine produzierte Abgas über Abgasreinigungsanlage, wie z. B. einen Katalysator zu reinigen. Um dies effizient zu gestalten werden deshalb vor dem Katalysator bestimmte Werte des Abgases mit einer sogenannten Lambdasonde (Sauerstoffsonde) gemessen. Dabei findet jedoch keine Validierung zur Qualität der Abgasreinigung statt. Zudem ist dieser für Einspurfahrzeuge bekannte Stand der Technik bei weitem nicht ausreichend für zukünftige Abgasnormen wie beispielsweise der EU 5 Norm für Einspurfahrzeuge.
  • In nachteiliger Weise ist bis heute keine Validierung der Qualität der Abgasreinigung für Einspurfahrzeuge bekannt oder möglich. Diese erfüllen somit auch nicht zukünftige Abgasnormen wie beispielsweise die EU 5 Norm.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Maßnahme aufzuzeigen, um für Einspurfahrzeuge oben genannte Nachteile zu vermeiden.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
  • Ziel der Erfindung ist es, die schädlichen Emissionen von Brennkraftmaschinen für Einspurfahrzeuge, wie z. B. Motorräder weiter zu reduzieren. Dabei wird erfindungsgemäß die Qualität der Abgasreinigung während des Betriebs geprüft. Dies ist über eine ideale Platzierung von zwei Lambdasonden im Abgasstrom der Brennkraftmaschine realisiert.
  • Die Strömungsmuster des Abgases, das direkt aus der Brennkraftmaschine austritt, sind auch aufgrund der Geometrie des Abgassystems vergleichsweise kompliziert und weisen mit zunehmender Strömungslänge höhere Inhomogenität auf. Es ist dabei vorteilhaft, die erste Lambdasonde möglichst nah am Auslass der Brennkraftmaschine (zylinderkopfnah) zu platzieren. Dieser Abstand soll maximal dem zehnfachen des Durchmessers der Auslassöffnung im Zylinderkopf der Brennkraftmaschine entsprechen.
  • Zur Prüfung der Qualität der Abgasreinigung wird erfindungsgemäß die zweite Lambdasonde, auch Monitorsonde genannt, hinter dem Katalysator platziert, welche den gereinigten Abgasstrom misst. Dabei soll der Abstand zwischen der zweiten Lambdasonde und dem Katalysator erfindungsgemäß maximal dem vierfachen des Katalysatordurchmessers entsprechen.
  • Dies erlaubt eine deutlich bessere Bauraumausnutzung innerhalb des nicht sichtbaren Bereichs des Einspurfahrzeuges. Insbesondere soll das System auch bei Abgassystemen eingesetzt werden, die einen Schalldämpfer, insbesondere einen Vorschalldämpfer verwenden. Dabei kann der Vorschalldämpfer zwischen der Brennkraftmaschine und ihrer Schwinge platziert werden. Dies gilt insbesondere für Downpipes und senkrecht durchströmte Abgasanlagenbauteile, wie z. B. Katalysatoren und Schalldämpfer zwischen Hinterrad und Schwinge des Einspurfahrzeuges. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung führt zu einer besseren Abgasmessung und deshalb zu einem umweltfreundlicheren Betrieb des Einspurfahrzeuges. Darüber hinaus werden in vorteilhafter Weise zukünftige Abgasnormen erfüllt, bei gleichzeitiger Ausnutzung von vorhandenem Bauraum im nicht sichtbaren Bereich des Einspurfahrzeuges, was zu einer deutlich verbesserten Package-Verträglichkeit führt.
  • Im Folgenden ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels in einer einzigen Figur näher erläutert.
    • Figur 1
    zeigt eine Aufsicht auf eine Brennkraftmaschine mit einer nicht erfindungsgemäßen Abgasanlage.
  • Figur 1 zeigt eine Aufsicht auf eine Brennkraftmaschine 2 mit einer Abgasanlage 1 für ein Einspurfahrzeug, wie beispielsweise ein Motorrad, ein Moped, ein Mokick oder ein Mofa.
  • Die Brennkraftmaschine 2 weist einen Zylinderkopf 3 auf, an dessen nicht bezifferten Abgasauslass eine Abgasanlage 1 angeordnet ist. Die Abgasanlage 1 besteht im Wesentlichen aus einem nicht bezifferten Abgasrohr, in dem zylinderkopfnah eine erste Lambdasonde 4 (Sauerstoffsonde) angeordnet ist. Die erste Lambdasonde 4 befindet sich zwischen dem Zylinderkopf 3 und einer Abgasreinigungsanlage 5. Die Abgasreinigungsanlage 5, wie z. B. einem Dreiwege-Katalysator, ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel von einem zusätzlichen, nicht bezifferten Blechkleid als Hitzeschutz ummantelt. Eine Strömungsrichtung des Abgases ist durch zwei Pfeile dargestellt.
  • In Strömungsrichtung des Abgases ist nach der Abgasreinigungsvorrichtung 5 eine zweite Lambdasonde 6 (Sauerstoffsonde) in der Abgasanlage 1 angeordnet. Erfindungsgemäß ist die zweite Lambdasonde 6 höchstens dem vierfachen Durchmesser der Abgasreinigungsanlage 5 von der Abgasreinigungsanlage 5 entfernt in der Abgasanlage 1 angeordnet. Der Durchmesser der Abgasreinigungsanlage 5 ist der Durchmesser des katalytisch beschichteten Monolithen, ohne seiner Ummantelung. Der Durchmesser gilt für den Querschnitt kreisrunder Abgasreinigungsanlagen 5. Bei im Querschnitt ovalen Abgasreinigungsanlagen 5 gilt der Abstand des vierfachen des größten Durchmessers des katalytisch beschichteten Monolithen.
  • Erfindungsgemäss ist zwischen dem Zylinderkopf 3 und der ersten Lambdasonde 4 ein, in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel nicht dargestellter Schalldämpfer, angeordnet. Dieser Schalldämpfer ist bevorzugt ein Vorschalldämpfer.
  • Die zylinderkopfnahe Positionierung der ersten Lambdasonde 4 bedeutet, dass die erste Lambdasonde 4 höchstens den zehnfachen Durchmesser des Abgasauslasses in dem Zylinderkopf 3 von dem Zylinderkopf 3 entfernt in der Abgasanlage 1 angeordnet ist.
  • In einer weiteren Weiterbildung der Erfindung ist der Schalldämpfer zwischen der Brennkraftmaschine und einer Schwinge eines nicht dargestellten Einspurfahrzeuges angeordnet.
  • Die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Abgasanlage 1 führt zu einer verbesserten Abgasmessung und somit zu einem deutlich umweltfreundlicheren Betrieb der Brennkraftmaschine 2. Darüber hinaus ist es möglich zukünftige Abgasnormen, wie beispielsweise Euro 5, für Einspurfahrzeuge zu erfüllen. Besonders vorteilhaft ist die Ausnutzung von vorhandenem Bauraum im Nicht-Sichtbereich, bei bestmöglicher Package-Verträglichkeit.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Abgasanlage
    2
    Brennkraftmaschine
    3
    Zylinderkopf
    4
    erste Lambdasonde
    5.
    Abgasreinigungsanlage
    6.
    zweite Lambdasonde

Claims (4)

  1. Einspurfahrzeug mit einer Abgasanlage (1) für eine Brennkraftmaschine (2), wobei die Abgasanlage (1) an einen Abgasauslass eines Zylinderkopfes (3) der Brennkraftmaschine (2) anordenbar ist und wobei eine zylinderkopfnahe erste Lambdasonde (4) in der Abgasanlage (1) vorgesehen ist, die in Strömungsrichtung eines Abgases vor einer Abgasreinigungsanlage (5) angeordnet ist, wobei in Strömungsrichtung des Abgases nach der Abgasreinigungsanlage (5) eine zweite Lambdasonde (6) in der Abgasanlage (1) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Lambdasonde (6) höchstens dem vierfachen Durchmesser der Abgasreinigungsanlage (5) von der Abgasreinigungsanlage (5) entfernt in der Abgasanlage (1) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Zylinderkopf (3) und der ersten Lambdasonde (4) ein Schalldämpfer angeordnet ist.
  2. Einspurfahrzeug nach Patentanspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Schalldämpfer ein Vorschalldämpfer ist.
  3. Einspurfahrzeug nach einem der Patentansprüche 1 bis 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass die erste Lambdasonde (4) höchstens den zehnfachen Durchmesser des Abgasauslasses von dem Zylinderkopf (3) entfernt in der Abgasanlage (1) angeordnet ist.
  4. Einspurfahrzeug mit einer Abgasanlage nach einem der Patentansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Schalldämpfer zwischen der Brennkraftmaschine und einer Schwinge des Einspurfahrzeuges angeordnet ist.
EP18729938.3A 2017-07-19 2018-06-06 Abgasanlage für eine brennkraftmaschine Active EP3655634B1 (de)

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