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DE19850373A1 - Abgasanlage einer Brennkraftmaschine mit einem Adsorber - Google Patents

Abgasanlage einer Brennkraftmaschine mit einem Adsorber

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DE19850373A1
DE19850373A1 DE19850373A DE19850373A DE19850373A1 DE 19850373 A1 DE19850373 A1 DE 19850373A1 DE 19850373 A DE19850373 A DE 19850373A DE 19850373 A DE19850373 A DE 19850373A DE 19850373 A1 DE19850373 A1 DE 19850373A1
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Heinz Oeller
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Bayerische Motoren Werke AG
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Abgasanlage einer Brennkraftmaschine mit einem Katalysator zur Konvertierung schädlicher Abgasbestandteile sowie mit einem diesem vorgeschalteten Adsorber, in welchem insbesondere nach einem Kaltstart der Brennkraftmaschine zumindest eine Komponente des Brennkraftmaschinen-Abgases kurzfristig speicherbar ist. Erfindungsgemäß ist dem Brennkraftmaschinen-Abgas stromab des Adsorbers sowie stromauf des Katalysators ein Frischluftstrom beimengbar, der zuvor mit dem Abgasstrom stromauf des Adsorbers in eine wärmetauschende Verbindung gebracht wird. Vorgesehen ist eine vom Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine abzweigende und in der das Brennkraftmaschinen-Abgas führenden Abgasleitung stromab des Adsorbers sowie stromauf des Katalysators mündende Frischluftleitung, die durch einen an der das Abgas dem Adsorber zuführenden Abgasleitung vorgesehenen Wärmetauscher geführt ist, und in der sich ein Mengensteuerorgan und/oder eine Fördervorrichtung für den Frischluftstrom befindet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Abgasanlage einer Brennkraftmaschine mit einem Kataly­ sator zur Konvertierung schädlicher Abgasbestandteile sowie mit einem diesem vor­ geschalteten Adsorber, in welchem insbesondere nach einem Kaltstart der Brenn­ kraftmaschine zumindest eine Komponente des Brennkraftmaschinen-Abgases kurzfristig speicherbar ist. Zum technischen Umfeld wird beispielshalber auf die US 5,538,698 verwiesen.
Zur Erfüllung zunehmend strengerer Abgasgrenzwerte an von Brennkraftmaschinen angetriebenen Kraftfahrzeugen ist es grundsätzlich von Vorteil, einen üblichen Ab­ gas-Katalysator im Anschluß an einen Kaltstart der Brennkraftmaschine möglichst schnell auf seine Betriebstemperatur zu bringen. Ein bekanntes Mittel hierfür ist es, diesen Katalysator insbesondere mit elektrischer Energie aufzuheizen. Auch ist ein System bekannt, das die nach dem Brennkraftmaschinen-Start ausgestoßenen Kohlenwasserstoffe zu einem großen Teil in einem sog. Adsorber zumindest bei niedrigen Temperaturen festhält und erst bei höheren Temperaturen (des Adsor­ bers) wieder abgibt. Diese werden dann in dem bis dahin bereits im wesentlichen aufgeheizten und stromab des Adsorbers vorgesehenen Katalysator konvertiert. Ein derartiges System ist in der o. g. Schrift gezeigt.
Eine weitere bekannte Maßnahme, mit Hilfe derer ein Abgas-Katalysator schnell auf seine Betriebstemperatur gebracht werden kann, ist es, die Brennkraftmaschine unmittelbar nach einem Start mit einem fetten Luft-Kraftstoffgemisch zu betreiben, so daß die dabei emittierten Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxide zusammen mit einem dem Abgas zugeführten Frischluftstrom im Katalysator durch exotherme Reaktionen die erwünschte Aufheizung bewirken. Zusätzlich kann durch einen Be­ trieb einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine mit späten Zündwinkeln das hier­ durch heißere Abgas die Aufheizung des Katalysators beschleunigen.
Nachteilig an diesen bekannten Verfahrensweisen ist es, daß die relativ heißen und schadstoffreichen Abgase der Brennkraftmaschine auch den insbesondere die Kohlenwasserstoffe adsorbierenden und vor dem Katalysator angeordneten Adsor­ ber in unerwünschter Weise aufheizen, so daß dieser die adsorbierte(n) Abgaskom­ ponente(n), insbesondere Kohlenwasserstoffe, bereits zu einem Zeitpunkt wieder abgibt, zu dem der nachfolgende Katalysator seine Betriebstemperatur noch nicht vollständig erreicht hat.
Eine Abhilfemaßnahme für diese geschilderte Problematik aufzuzeigen, ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung.
Die Lösung dieser Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet, daß dem Brennkraftma­ schinen-Abgas stromab des Adsorbers sowie stromauf des Katalysators ein Frisch­ luftstrom beimengbar ist, der zuvor mit dem Abgasstrom stromauf des Adsorbers in eine wärmetauschende Verbindung gebracht wird. Bevorzugt vorgesehen ist hierzu eine vom Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine abzweigende und in der das Brenn­ kraftmaschinen-Abgas führenden Abgasleitung stromab des Adsorbers sowie stromauf des Katalysators mündende Frischluftleitung, die durch einen an der das Abgas dem Adsorber zuführenden Abgasleitung vorgesehenen Wärmetauscher geführt ist, und in der sich ein Mengensteuerorgan und/oder eine Fördervorrichtung für den Frischluftstrom befindet.
Inhalt der Erfindung ist es somit, das Verhalten des Adsorbers dadurch positiv zu beeinflussen, daß dem Abgas vor dem Adsorber ein Teil der an dieser Stelle uner­ wünschten Wärme entzogen und stromauf des Katalysators wieder zugeführt wird.
Erfindungsgemäß geschieht dies dadurch, daß die zum frühzeitigen Anspringen des Katalysators zusätzlich zugeführte Frischluft, d. h. die sog. Sekundärluft, über einen stromauf des Adsorbers gelegenen Wärmetauscher geleitet wird, wobei diese Frischluft/Sekundärluft einen möglichst großen Teil der Abgaswärme aufnimmt und diese danach stromauf des Katalysators bei einer Vermischung derselben mit dem Abgasstrom wieder einbringt. Auf diese Weise bleibt das wunschgemäß frühe An­ springverhalten des Katalysators unverändert, während der Adsorber weniger schnell aufgeheizt wird und dadurch längere Zeit seine erwünschte Funktion als Speicherorgan für zumindest eine Abgaskomponente, insbesondere Kohlenwasser­ stoffe, wahrnehmen kann.
Näher erläutert wird die Erfindung anhand eines in der beigefügten einzigen Figur dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispieles.
Mit der Bezugsziffer 1 ist eine hier vierzylindrige, gemischverdichtende, fremdge­ zündete Brennkraftmaschine bezeichnet, deren Zylindern über einen Ansaugtrakt 2 Frischgas zugeführt wird. Nicht dargestellt ist eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung, mit Hilfe derer dem Frischgas Kraftstoff beigemengt wird. Diese Mischung wird dann wie üblich in den Brennkraftmaschinen-Zylindern verbrannt und als Abgas über die in ihrer Gesamtheit mit der Bezugsziffer 3 bezeichnete Abgasanlage in die Umgebung abgeführt.
Die Abgasanlage 3 besteht aus einem die Abgase der einzelnen Zylinder sammeln­ den Abgaskrümmer 4, an welchen sich eine Abgasleitung 5 anschließt, die in einem Adsorber 6 mündet. Von diesem Adsorber 6 aus werden die Brennkraftmaschinen- Abgase über eine weitere Abgasleitung 7 einem in seiner Gesamtheit mit der Be­ zugsziffer 8 bezeichneten Katalysator zugeführt. Dieser Katalysator 8 besteht aus einem elektrisch beheizbaren sog. E-Katalysator 8a sowie einem sich daran an­ schließenden Drei-Wege-Hauptkatalysator 8b. Von letzterem aus gelangt der Ab­ gasstrom der Brennkraftmaschine 1 über eine Abgasleitung 9 zu einem nicht ge­ zeigten Schalldämpfer und von diesem aus letztendlich in die Umgebung.
Im Katalysator 8 werden schädliche Abgasbestandteile in unschädliche Stoffe kon­ vertiert, wenn dieser Katalysator 8 seine Betriebstemperatur erreicht hat. Um das Erreichen dieser Betriebstemperatur im Anschluß an einen Kaltstart der Brennkraft­ maschine 1 zu beschleunigen, ist der E-Katalysator 8a elektrisch beheizbar. Dabei bringt die elektrisch zugeführte Energie nicht nur den E-Katalysator 8a schneller auf seine Betriebstemperatur, sondern auch den Drei-Wege-Hauptkatalysator 8b, da ein Teil dieser Energie auch dem letztgenannten über den Abgasstrom zugeführt wird.
Im Adsorber 6 ist insbesondere im Anschluß an einen Kaltstart der Brennkraftma­ schine 1 zumindest eine Komponente des Brennkraftmaschinen-Abgases kurzfristig speicherbar, und zwar wünschenswerterweise solange, bis der Katalysator 8 seine Betriebstemperatur erreicht hat. Insbesondere handelt es sich bei dieser kurzfristig speicherbaren Abgas-Komponente um Kohlenwasserstoffe. Derartige Adsorber sind bekannt und arbeiten zumeist auf Zeolithbasis. Bekannt ist auch, daß die Speicher­ fähigkeit des Adsorbers 6 nicht nur über der Zeit, sondern auch mit zunehmender Temperatur nachläßt. Hat somit der Adsorber 6, der selbstverständlich durch die heißen Abgase der Brennkraftmaschine 1 aufgewärmt wird, eine gewisse kritische Temperatur von ca. 100°C bis 200°C erreicht, so gibt er die zunächst gespeicher­ te(n) Abgas-Komponente(n) wieder ab. Wünschenswerterweise sollte zu diesem Zeitpunkt der Katalysator 8 bereits seine Betriebstemperatur erreicht haben, so daß er dann - neben den weiterhin kontinuierlich zugeführten Abgas-Komponenten - auch die vom Adsorber 6 zunächst gespeicherten und nunmehr wieder abgegebe­ nen Abgas-Schadstoffe konvertieren kann. Letzteres ist aber nicht immer gewährlei­ stet.
Aus diesem Grunde ist eine weitere Maßnahme zur beschleunigten Erwärmung des Katalysators 8 anschließend an einen Kaltstart der Brennkraftmaschine 1 vorgese­ hen. Demzufolge können unverbrannte Kohlenwasserstoffe, die sich auch stromab des Adsorbers 6 noch im Abgasstrom befinden, im Katalysator 8 nachverbrannt werden, und zwar durch Beimengung von Frischluft zum Abgasstrom. Dieser Frischluftstrom wird über eine Frischluftleitung 10 in die Abgasleitung 7 stromab des Adsorbers 6 sowie stromauf des Katalysators 8 eingeleitet. Dabei zweigt diese Frischluftleitung 10 vom Ansaugtrakt 2 der Brennkraftmaschine 1 ab.
Wie ersichtlich ist diese Frischluftleitung 10 derart geführt, daß der darin geführte Frischluftstrom vor der Einleitung in die Abgasleitung 7 mit dem Abgasstrom strom­ auf des Adsorbers 6 in eine wärmetauschende Verbindung gebracht wird. Hierzu ist die Frischluftleitung 10 durch einen die Abgasleitung 5 (stromauf des Adsorbers 6) umgebenden Wärmetauscher 11 geführt. Da der vom Ansaugtrakt 2 abgezweigte Frischluftstrom selbstverständlich erheblich kälter als der Abgasstrom der Brenn­ kraftmaschine 1 ist, wird letztgenannter im Wärmetauscher 11 zumindest geringfü­ gig abgekühlt, d. h. der Frischluftstrom entnimmt dem Abgasstrom einen Teil der darin enthaltenen Wärmemenge und wird hierbei selbst erwärmt.
Diese zumindest geringfügige Abkühlung des Abgasstromes stromauf des Adsor­ bers 6 hat nun zur Folge, daß der Adsorber 6 durch den Abgasstrom weniger er­ wärmt wird und er somit die oben genannte kritische Temperatur, bei Erreichen wel­ cher er die zuvor gespeicherten Abgas-Komponente(n) wieder abgibt, ausgehend von einem Kaltstart später erreicht. Dabei geht jedoch vorteilhafterweise die dem Abgasstrom stromauf des Adsorbers 6 durch den Frischgasstrom entnommene Wärme nicht verloren, d. h. diese Wärmemenge steht weiterhin zur erwünschten Erwärmung des Katalysators 8 zur Verfügung, nachdem diese Wärmemenge über den Frischluftstrom dem Abgasstrom stromauf des Katalysators 8 wieder zugeführt wird, und zwar durch die beschriebene Einleitung in die Abgasleitung 7.
Die Frischluftleitung 10 kann zumindest abschnittsweise isoliert ausgeführt sein, um einen unerwünschten Wärmetausch mit der Umgebung (d. h. eine Erwärmung stromauf des Wärmetauschers 11 sowie eine Abkühlung stromab desselben) zu verhindern. Ferner kann in der Frischluftleitung 10 ein Mengensteuerorgan vorgese­ hen sein, welches hier in eine Fördervorrichtung 12 für den Frischluftstrom integriert ist, jedoch kann dies sowie eine Vielzahl weiterer Details insbesondere konstruktiver Art durchaus abweichend vom gezeigten Ausführungsbeispiel gestaltet sein, ohne den Inhalt der Patentansprüche zu verlassen. So kann insbesondere auch der Ad­ sorber 6 selbst zusätzlich mit einer katalytisch wirksamen Beschichtung versehen sein, d. h. nach Erreichen von deren Betriebstemperatur zusätzlich als Katalysator wirken.
Bezugszeichenliste
1
Brennkraftmaschine
2
Ansaugtrakt
3
Abgasanlage
4
Abgaskrümmer
5
Abgasleitung (zwischen
4
und
6
)
6
Adsorber
7
Abgasleitung (zwischen
6
und
8
)
8
Katalysator
8
a elektrisch beheizbarer E-Katalysator
8
b Drei-Wege-Hauptkatalysator
9
Abgasleitung (stromab von
8
b)
10
Frischluftleitung
11
Wärmetauscher
12
Fördervorrichtung

Claims (2)

1. Abgasanlage einer Brennkraftmaschine (1) mit einem Katalysator (8) zur Konvertierung schädlicher Abgasbestandteile sowie mit einem diesem vorgeschalteten Adsorber (6), in welchem insbesondere nach einem Kaltstart der Brennkraftmaschine (1) zumindest eine Kompo­ nente des Brennkraftmaschinen-Abgases kurzfristig speicherbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß dem Brennkraftmaschinen-Abgas stromab des Adsorbers (6) sowie stromauf des Katalysators (8) ein Frischluftstrom beimengbar ist, der zuvor mit dem Abgasstrom strom­ auf des Adsorbers (6) in eine wärmetauschende Verbindung gebracht wird.
2. Abgasanlage nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine vom Ansaugtrakt (2) der Brennkraftma­ schine (1) abzweigende und in der das Brennkraftmaschinen-Abgas führenden Abgasleitung (7) stromab des Adsorbers (6) sowie stromauf des Katalysators (8) mündende Frischluftleitung (10), die durch einen an der das Abgas dem Adsorber (6) zuführenden Abgasleitung (5) vorgesehenen Wärmetauscher (11) geführt ist, und in der ein Men­ gensteuerorgan und/oder eine Fördervorrichtung (12) für den Frisch­ luftstrom vorgesehen ist.
DE19850373A 1998-11-02 1998-11-02 Abgasanlage einer Brennkraftmaschine mit einem Adsorber Withdrawn DE19850373A1 (de)

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