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AT3601U1 - Brennkraftmaschine mit direkter kraftstoffeinspritzung in den brennraum - Google Patents

Brennkraftmaschine mit direkter kraftstoffeinspritzung in den brennraum Download PDF

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AT3601U1
AT3601U1 AT0015299U AT15299U AT3601U1 AT 3601 U1 AT3601 U1 AT 3601U1 AT 0015299 U AT0015299 U AT 0015299U AT 15299 U AT15299 U AT 15299U AT 3601 U1 AT3601 U1 AT 3601U1
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AT
Austria
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exhaust gas
internal combustion
catalytic converter
combustion engine
storage catalytic
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AT0015299U
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Gerhard Dipl Ing Holy
Walter Dr Piock
Eduard Dipl Ing Unger
Original Assignee
Avl List Gmbh
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine (1) mit direkter Kraftstoffeinspritzung in den Brennraum, mit einem Abgasstrang (3), in welchem zumindest ein NO`X -Speicherkatalysator (5) angeordnet ist. Um den Kraftstoffverbrauch und die Abgasqualität auf möglichst einfache Art zu verbessern und die vorzeitige Alterung des NO`X -Speicherkatalysators (5) zu verhindern, ist vorgesehen, daß stromaufwärts des NO`X - Speicherkatalysators (5) ein Abgaskühler (6) angeordnet ist.

Description


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  Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit direkter Kraftstoffeinspritzung in den Brennraum, mit einem Abgasstrang, in welchem ein NOx-Speicherkatalysator angeordnet ist. 



  Eine Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art ist aus der US 5 732 554 A bekannt. 



  Fremdgezündete Brennkraftmaschinen mit Direkteinspritzung verfügen aufgrund eines bes- seren thermischen Wirkungsgrades im Schichtbereich des Motors über einen geringeren Ener- gieeintrag ins Kühlwasser als Brennkraftmaschinen mit Gemischansaugung. Diese verlang- samte Aufheizung des Kühlmittels führt allerdings im Vergleich mit gemischansaugenden Brennkraftmaschinen zu höheren Reibleistungen der direkteinspritzenden Brennkraftmaschi- nen im Motorwarmlauf. 



  Um den NOx-Ausstoss bei direkt einspritzenden Otto-Motoren unter das vom Gesetzgeber vorgeschriebene Mass zu reduzieren, werden NOx-Speicherkatalysatoren eingesetzt. Speicher- oder Adsorber-Katalysatoren verfügen über ein bestimmtes Temperaturfenster, in welchem eine   NOx-Konvertierung   stattfindet. Dieses Temperaturfenster bestimmt im wesentlichen im Betriebsbereich der direkt einspritzenden Otto-Brennkraftmaschine, in dem mit überstöchio- metrischen Motorbetrieb gefahren werden kann. Bei Verlassen des Temperaturfensters muss zur Reduktion der NOx-Produktion der Lambda-Wert reduziert werden, was den Treibstoff- verbrauch erhöht.

   Speicherkatalysatoren sind ausserdem empfindlichen auf hohe Temperaturen und weisen bei Abgastemperaturen, welche eine spezifische Alterungstemperatur über- schreiten, eine verstärkte Neigung zu einer irreversiblen Katalysatoralterung auf. Um diese Schädigung zu vermeiden, ist es bekannt, zum Schutz des Katalysators vor zu hohen Abgas- temperautren das Abgas mit einem Bypass-System am Adsorber vorbeizuleiten oder bei Überschreiten einer bestimmten Abgastemperatur auf stark unterstöchiometrischen Motor- betrieb umzuschalten. Dies wirkt sich allerdings nachteilig auf die Abgasqualität und/oder den Treibstoffverbrauch aus. 



  Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und bei einer Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art auf möglichst einfache Weise Treibstoffverbrauch und Abgas- emissionen zu reduzieren. Gleichzeitig soll ein wirksamer Schutz für den NOx-Speicherka- talysator bereitgestellt werden. 



  Erfindungsgemäss erfolgt dies dadurch, dass stromaufwärts des NOx-Speicherkatalysators ein Abgaskühler angeordnet ist. Eine besonders gute Abgasqualität lässt sich erreichen, wenn der Abgaskühler zwischen einem dem   NOx-Speicherkatalysator   vorgeschalteten Vorkatalysator und dem NOx-Speicherkatalysator angeordnet ist. Der Abgaskühler ist im Abgasstrang nach dem Vorkatalysator angebracht und wird auf der Wasserseite mit Kühlmittel durchströmt. 



  Dabei ist es vorteilhaft, wenn der Abgaskühler in den Kühlkreislauf der Brennkraftmaschine integriert ist. Alternativ dazu kann vorgesehen sein, dass der Abgaskühler in einem eigenen Kühlkreislauf angeordnet ist, welcher über einen Wärmetauscher mit dem Kühlkreislauf der 

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 Brennkraftmaschine thermisch verbunden ist. Dadurch können zur Kühlung des Motors und des Abgases verschiedene Kühlmedien verwendet werden. Im Warmlauf des Motors wird das Kühlmittel durch die Energie des Abgases aufgeheizt und führt dadurch zu einer rascheren Er- wärmung der direkt einspritzenden Brennkraftmaschine. Durch die raschere Erwärmung des Motors kann die Reibleistung im Motorwarmlauf wesentlich verringert werden.

   Weiters ermöglicht der Abgaskühler eine Aufweitung des   Betriebsbereiches,   in welchem die Brennkraftmaschine überstöchiometrisch betrieben werden kann, da die Abgastemperatur vor dem NOx-Speicherkatalysator durch den Abgaskühler innerhalb des Betriebsfensters des NOx-Speicherkatalysators gehalten werden kann. Dadurch ergibt sich gewissermassen eine Entkoppelung der Abgastemperatur vor dem NOx-Speicherkatalysator von der Abgastempe- ratur am Zylinderaustritt, wodurch der überstöchiometrische Betriebsbereich stark ausgedehnt und der Kraftstoffverbrauch wesentlich reduziert werden kann.

   Der Abgaskühler verhindert weiters, dass die Temperatur des in den   NOx-Speicherkatalysator   einströmenden Abgases die spezifische Alterungstemperatur überschreitet, wodurch der Abgaskühler gleichzeitig einen wirksamen Schutz für den NOx-Speicherkatalysator bietet. Der Abgaskühler muss dabei so ausgelegt sein, dass die Eintrittstemperatur in den NOx-Speicherkatalysator in keinem Betriebszustand der Brennkraftmaschine jeweilige Alterungstemperatur überschreiten kann. 



  Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figur näher erläutert. 



  Die Fig. zeigt schematisch eine fremdgezündete direkt einspritzende Brennkraftmaschine 1 mit mehreren Zylinder 2 und einem von den Zylindern 2 ausgehenden Abgasstrang 3. Der Abgsstrang 3 weist einen Vorkatalysator 4 und einen De-NOx-Speicherkatalysator 5 auf. 



  Zwischen dem Vorkatalysator 4 und dem NOx-Speicherkatalysator 5 ist ein Abgaskühler 6 angeordnet, der an den Kühlkreislauf der Brennkraftmaschine angeschlossen ist. Alternativ dazu kann der Abgaskühler 6 auch in einem vom Kühlkreislauf der Brennkraftmaschine un- abhängigen eigenen Kühlkreislauf angeordnet sein, welcher über einen Wärmetauscher mit dem Kühlkreislauf der Brennkraftmaschine thermisch verbunden ist. Mit Bezugszeichen 7 ist eine Kühlmittelpumpe und mit Bezugszeichen 8 ein Steuerventil angedeutet. 



  Im Warmlauf der Brennkraftmaschine 1 wird das Kühlmittel über den Abgaskühler 6 durch die Energie des Abgases aufgeheizt und führt über den Kühlmittelkreislauf des Motors zu einer rascheren Erwärmung der Brennkraftmaschine 1. Durch die raschere Erwärmung der Brennkraftmaschine 1 ergibt sich der Vorteil, dass die Reibleistung im Motorwarmlauf und somit der Kraftstoffverbrauch verringert werden kann. Weiters ergibt sich der Vorteil, dass über den Abgaskühler 6 das in den NOx-Speicherkatalysator 5 einströmende Abgas temperiert wird, sodass die Abgastemperatur des in den Speicherkatalysator 5 eintretenden Abgases in- nerhalb des Betriebsfensters des NOx-Speicherkatalysators 5 bleibt.

   Diese quasi Entkoppelung der Abgastemperatur nach den Zylindern 2 und vor dem NOx-Speicherkatalysator 5 führt zu einer deutlichen Erweiterung des überstöchiometrischen Betriebsbereiches und dadurch zu einer zusätzlichen Kraftstoffverbauchsabsenkung. Ausserdem kann durch geeignete Dimensio- nierung des Abgaskühlers 6 sichergestellt werden, dass das in den NOx Speichcrkatalystor 

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 einströmende Abgas die kritische Alterungstemperatur des NOx-Speicherkatalysators 5 in keinem Motorbetriebszustand überschreiten kann. 



  Der zwischen dem Vorkatalysator 4 und dem NOx-Speicherkatalysator 5 angeordnete Ab- gaskühler 6 stellt somit eine äusserst einfache Möglichkeit dar, den Kraftstoffverbrauch einer mager betriebenen Brennkraftmaschine 1, insbesondere mit Fremdzündung und direkter Ein- spritzung, wesentlich zu verbessern und gleichzeitig den NOx-Speicherkatalysator 5 vor vor- zeitiger Alterung zu schützen. Obwohl die Erfindung anhand einer Otto-Brennkraftmaschine beschrieben wird, ist deren Anordnung auch bei einer Diesel-Brennkraftmaschine möglich und vorteilhaft.

Claims (4)

  1. ANSPRÜCHE 1 Brennkraftmaschine (1) mit direkter Kraftstoffeinspritzung in den Brennraum, mit einem Abgasstrang (3), in welchem zumindest ein NOx-Speicherkatalysator (5) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass stromaufwärts des NOx-Speicherkatalysators (5) ein Ab- gaskühler (6) angeordnet ist.
  2. 2. Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgas- kühler (6) zwischen einem dem NOx-Speicherkatalysator (5) vorgeschalteten Vorkataly- sator (4) und dem NOx-Speicherkatalysator (5) angeordnet ist.
  3. 3. Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgaskühler (6) in den Kühlkreislauf der Brennkraftmaschine (1) integriert ist.
  4. 4. Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgaskühler (6) in einem eigenen Kühlkreislauf angeordnet ist, welcher über einen Wärmetauscher mit dem Kühlkreislauf der Brennkraftmaschine (1) thermisch verbunden ist.
AT0015299U 1999-03-05 1999-03-05 Brennkraftmaschine mit direkter kraftstoffeinspritzung in den brennraum AT3601U1 (de)

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