DE2617245C2 - Abgasreinigungsanlage für eine Viertakt-Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Abgasreinigungsanlage für eine Viertakt-Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.

Eine solche Abgasreinigungsanlage ist bekannt (DE-OS 19 26 041, insbesondere Ausführungsform gemäß Fig. 1! und 12). Bei dieser bekannten Abgasreinigungsanlage werden alle Abgaskanäle, d. h. die Abgaskanäle sowohl der ersten Gruppe von Zylindern als auch die Abgaskanäle der zweiten Gruppe von Zylindern, mit Zusatzluft gespeist. Die Ventileinrichtung besteht aus zwei Rückschlagventilen, wobei an das eine Rückschlagventil die Abgaskanäle der ersten Gruppe und an das andere Rückschlagventil die Abgaskanäle der zweiten Gruppe angeschlossen sind. Nachteilig bei der bekannten Abgasreinigungsanlage ist, daß sie insbesondere durch die zwei Ventile in der Luftleitung verhältnismäßig kompliziert ausgebildet ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Abgasreinigungsanlage derart auszubilden, daß bei möglichst nicht größerem konstruktivem Aufwand eine umfassendere Abgasreinigungswirkung erreicht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil von Patentanspruch 1 gelöst.

Bei der erfindungsgemäßen Abgasreinigungsanlage wird nur ein Teil der Abgaskanäle mit Zusatzluft gespeist, was ohne Nachteil von einem einzigen Ventil aus erfolgen kann, und ist ferner vorgesehen, daß im an die Abgaskanäle der zweiten Gruppe angeschlossenen Abgassammler nicht mit Zusatzluft versetztes Gas verfügbar ist, das zur Ansauganlagc zurückgeführt wird, um durch Abgasrückführung eine weitere Verringerung des Schadstoffgehaltes zu erreichen. Abgasrückführung

ίο zum Zwecke der Verringerung des Schadstoffgehaltes bei Brennkraftmaschinen ist an sich bekannt (DE-AS 20 22 911).

Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die Ventileinrichtung lediglich ein einziges Ventil aufweist.

Dadurch ist eine konstruktive Vereinfachung erreicht Es hat sich gezeigt, daß auch dann, wenn nur die Abgaskanäle der Zylinder der ersten Gruppe mit Zusatzluft gespeist werden, eine ausreichende Zusatz-Juftmenge eingespeist wird. Ein weiterer Vorteil der

zo Erfindung besteht darin, daß im zweiten Abgassammler

■ ' isauerstoffloses oder zumindest sauerstoffarmes Abgas vorliegt, das zur Ansauganlage zurückgeführt werden kann, so daß Abgasreinigung durch Zusatzlufteinspei-

, sung in das Abgassystem mit Abgasreinigung durch Abgasrückführung zur Ansauganlage kombiniert ist, ;was eine höhere Abgasreinigungswirkung ergibt als alleinige Zusatzlufteinspeisung in die Abgasanlage.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

μ Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Draufsicht auf eine Brennkraftmaschine mit einer erfindungsgemäßen Abgasreinigungsanlage;

F i g. 2 eine Schnittdarstellung gemäß 11-11 in F i g. 1; Fig.3 ein Steuerdiagramm, das die Einlaß- und Auslaßsteuerzeiten zeigt;

F i g. 4 ein Steuerdiagramm, das in Abhängigkeit vom Kurbelwinkei die Ventilhübe der Einlaßventile und Auslaßventile aller Zylinder eines Vierzylindermotors zeigt;

Fig.5 eine schematische Draufsicht einer Ausführungsform der Erfindung, wobei eine mögliche Kombination der Zylinder dargestellt ist, die mit entsprechenden Zweigleitungen verbunden sind; und

Fig.6 eine Fig.5 entsprechende Draufsicht einer weiteren Ausführungsform.

F i g. 1 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine Brennkraftmaschine mit einer erfindungsgemäßen Abgasreinigungsanlage, von der jedoch nicht alle Merkmale in F i g. 1 gezeigt sind. F i g. 2 zeigt einen Querschnitt durch einen Teil der in F i g. 1 dargestellten Brennkraftmaschine. Im folgenden wird zunächst auf diese Fig. 1 und 2 eingegangen. Die Brennkraftmaschine umfaßt einen Zylinderblock 1, einen Kolben 3, der in einem im Zylinderblock 1 ausgebildeten Zylinder 2 hin- und

• herbewegbar sitzt, einen am Zylinderblock 1 befestigten Zylinderkopf 4, ein nicht dargestelltes Einlaßventil, ein Auslaßventil 6, das eine Auslaßöffnung 5 öffnen und schließen kann, einen Abgassammler 7 und einen Ansaugverteiler 8, die am Zylinderkopf 4 befestigt sind, ein Luftfilter 9, das auf dem Ansaugverteiler 8 angebracht ist, und einen katalytischen Wandler 1.0. Das auszustoßende Abgas, das durch Verbrennung im

i>5 Brennraum 11 entstanden ist, wird durch den Abgassammler 7 in den katalytischen Wandler 10 geleitet, wonach das im katalytischen Wandler 10 gereinigte Abgas an die umgebende Atmosphäre abgegeben wird.

Fig.3 zeigt ein Steuerdiagramm der Einlaß- und Auslaßsteuerzeiten. Bei einer herkömmlichen Brennkraftmaschine mit einem Einlaßventil und einem Auslaßventil überschneiden sich die Einiaßsteuerzeiten und die Auslaßsteuerzeiten. Während dieser Überschneidungszeit sind sowohl das Einlaßventil als auch das Auslaßventil bis zum Schiießzeitpunkt des Auslaßventils geöffnet. Wie F i g. 3 zeigt, öffnet beispielsweise das Auslaßventil A 50° vor UT (unterer Totpunkt), und es schließt 16° nach OT (oberer Totpunkt). Das Einlaßventil B öffnet 16° vor OT und schließt 50° nach UT. Demzufolge tritt eine Überschneidur.gszeit C auf, während der sowohl das Auslaßventil A als auch das Einlaßventil B geöffnet sind.

Es sei angenommen, daß im in F i g. 2 dargestellten Zylinder ein Ausstoßtakt durchlaufen wird. Währenddessen ist das Auslaßventil 6 geöffnet und wird das Abgas aus dem Brennraum 11 durch die Auslaßöffnung 5, einen Auslaßkanal 12 und den Abgassammler 7 in deji , katalytischen Wandler iO geleitet, während sich der ''_ Kolben 3 im Zylinder 2 nach oben bewegt Zu diesem ', Zeitpunkt ist der Druck im Auslaßkanal 12 und in der ^entsprechenden Zweigleitung des Abgassammlers 7 größer als der atmosphärische DrucK Wenn dann das , Einlaßventil öffnet und der Kolben 3 weiter nach oben -bewegt wird, so daß er am oberen Totpunkt seine oberste Stellung erreicht, herrscht im Auslaßkanal 12 "und in der Zweigleitung des Abgassammlers 7 praktisch atmosphärischer Druck. Wenn dann der Kolben 3 seine Abwärtsbewegung beginnt, wird über eine nicht dargestellte Einlaßöffnung brennbares Gemisch in den ' ,Brennraum 11 eingesaugt Zu diesem Zeitpunkt ist das , Auslaßventil 6 noch geöffnet. Daher wird ein Teil des Abgases im Auslaßkanal 12 in den Brennraum 11 zuriickbewegt, so daß der Druck im Auslaßkanal 12 und in der Zweigleitung des Abgassammlers 7 etwas niedriger als der atmosphärische Druck wird. Während (der Kolben eine Stellung nahe dem oberen Totpunkt hat ■'und somit sowohl das Einlaßventil als auch das Auslaßventil 6 geöffnet sind, hat der Druck im Auslaßkanal 12 und in der Zweigleitung des Abgas- - -Sammlers 7 daher einen Wert nahe dem Ansaugunterdruck. Die Brennkraftmaschine ist mit einem automatisch öffnenden und schließenden, an sich bekannten Ventil 13 versehen, das als Zungenventil ausgebildet ist und über das Zusatzluft zugeführt wird, die die Oxidation unverbrannter Gase im Auslaßkanal 12 unterstützt, wobei dies unter Ausnutzung des Unteridrucks bzw. unter Ausnutzung der Schwankungen des Abgasdrucks erfolgt, die durch das öffnen und Schließen des Auslaßventils 6 und des Einlaßventils erzeugt werden. Ventil 13 ist über eine Leitung 14, ein (Luftfilter 15 zum Filtern der Zusatzluft, einen Geräuschdämpfer 16 zur Unterdrückung des Ansauggeräusches der Zusatzluft und eine Leitung 17 mit der Saugseite des Luftfilters an einer Stelle verbunden, die der Lufteinlaß-■tSffnung des Luftfilters 9 gegenüberliegt. Ferner ist das Ventills über eine Verteilerleitung 18 für angesaugte Zusatzluft, Zweigleitungen 19, Luftsaugdüsen 20 an den motorseitigen Enden der Zweigleitungen 19 und Kanäle 21 im Zylinderkopf 4 mit einer noch zu erläuternden bestimmten Anzahl von Auslaßkanälen 12 verbunden. Die Leitungen 14 Und 17 sowie die Verteilerleitung 18 bilden eine Luftleitung für die Zusatzluft Das Ventil 13 öffnet wann der Druck in den Zweigleitungen 19 etwas niedriger als in der Leitung 17, d.h. niedriger als der atmosphärische Druck, wird oder wenn der Di 'ckabfall in den Zweigleitungen 19 einen bestimmten Wert überschreitet. Wenn der Druck im Auslaßkanal 12 zum Unterdruck wird bzw. wenn im Auslaßkanal 12 ein Druckabfall erfolgt, wird daher über die Leitung 17, den Geräuschdämpfer 16, das Luftfilter 15, die Leitung 14,

ι das Ventil 13, die Verteilerleitung 18, die Zweigleitungen 19, die Luftsausdüsen 20 und die Kanäle 21 Luft aus dem Luftfilter 9 in den Auslaßkanal 12 gesaugt. Eine Brennkraftmaschine, die beispielsweise ein Kraftfahrzeug antreibt, weist in der Regel vier, sechs oder acht

in Zylinder auf. Es ist festgestellt worden, daß es auch dann, wenn Zusatzluft in die Abgaskanäle, d. h. den Auslaßkanal 12 oder die Zweigleitung des Abgassammlers 7, von nur zwei der vier Zylinder eingeleitet wird, möglich ist, dem Abgas eine solche ausreichende

i) Luftmenge zuzuführen, wie sie zur wirksamen Durchführung der Oxidation im katalytischen Wandler erforderlich ist.

Im folgenden wird auf die F i g. 4 bis 6 eingegangen. Es sei angenommen, daß eine Brennkraftmaschine vier

Λ) Zylinder hat, nämlich einen Zylinder Nr. 1, einen Zylinder Nr. 2, einen Zylinder Nr. 3 und einen Zylinder Nr. 4, und daß die Zündfolge bei diesem Motor 1-3-4-2 ist Das Steuerdiagramm der Einlaß- und Auslaßsteuerzeit jedes Zylinders ist in F i g. 4 dargestellt. In F i g. 4 ist auf der Abszisse der Kurbelwinkel θ aufgetragen, und auf der Ordinate sind die Ventühübe der Einlaßventile und der Auslaßventile jedes Zylinders aufgetragen. Die Kurven A, unter denen die Fläche schraffiert dargestellt ist, zeigen jeweils die Hübe der Auslaßventile der

jo Zylinder Nr. 1 bis Nr. 4 und die Kurven B zeigen jeweils die Hübe der Einlaßventile der Zylinder Nr. 1 bis Nr. 4. Die Überschneidungszeit zwischen dem Auslaßventil und dem Einlaßventil ist jeweils durch den Pfeil C angegeben.

Es sei angenommen, daß die Zweigleitungen 19, die mit dem einzigen Verr 13 und dem Luftfilter 15 verbunden sind, an die Zylinder Nr. 1 und Nr. 2 angeschlossen sind. Wie F i g. 4 zeigt ist in diesem Fall das Auslaßventil A des Zylinders Nr. 1 geöffnet, während das Einlaßventil und das Auslaßventil des Zylinders Nr.? während ihrer Überschneidungszeit gleichzeitig geöffnet sind, so daß der Druck im Auslaßkanal 12 des Zylinders Nr. 2 Unterdruck ist. Da jedoch das Auslaßventil A des Zylinders Nr. 1 geöffnet ist, ist der Druck in dessen Auslaßkanal 12 größer als der atmosphärische Druck. Dies hat zur Folge, daß das Ventil 13 vom Druck im Auslaßkana! des Zylinders Nr. 1 geschlossen gehalten wird. Trotz des Unterdrucks und eines Druckabfalls im Auslaßkanal des Zylinders Nr. 2 kann daher keine Zusatzluft in den Auslaßkanal des Zylinders Nr. 2 eingespeist werden. Dies heißt mit anderen Worten, daß dann, wenn die Zweigleitungen 19 mit den genannten zwei Zylindern verbunden sind, das Auslaßventil des einen der zwei Zylinder geöffnet ist,

während sich gerade die Öffnungszeiten des Einlaßventils und des Auslaßventils des anderen Zylinders überschneiden. Wenn also für die zwei Zylinder gilt, daß sich die Öffnungszeiten der Auslaßventile der beiden Zylinder überschneiden, kann aufgrund des Einflusses eines der beiden Zylinder keine Zusatzluft in den anderen der beiden Zylinder eingespeist werden.

Da.nit zwei Zylinder mjt Zusatzluft gespeist werden kern»- 1, müssen daher die Zweigleitungen 19 mit zwei solchen Zylindern verbunden sein, daß sich die

Öffnungszeiten der Auslaßventile dieser Zylinder nicht überschneiden bzw. überlappen. Diese Zylinder bilden eine erste Gruppe, während eine zweite Gruppe aus den übrigen Zylindern besteht, die nicht mit Zweigleitungen

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19 verbunden sind. Ferner ist vorgesehen* daß der Abgassammler 7 in zwei getrennte Abgassäriimier T und 7" unterteilt ist, von denen einer den zwei genannten Zylindern zugeordnet ist und der aridere den übrigen Zylindern zugeordnet ist

Unter Berücksichtigung dieser fciesichtsptinkte bestehen folgende Korhbinatiorismoglicnkeiien für zwei Zylinder, die mit einem einzigen Ventil Ϊ3 verbunden sind: Entweder werden der Zylinder Ni^-. 1 und der Zylinder Nr. 4 zu der ersten Gruppe kömbiriiert,ujwie !,dies in Fig.5 dargestellt ist, oder es werden der Zylinder Nr. 2 und der Zylinder Nf» 3 zu der ersten ■ ,-Gruppe kombiniert, wie dies in F 5 g. 6 dargestellt ist. In <· beiden Fällen äst der Abgassammler 7 in die zwei getrennten Abgassammler T und 7" aufgeteilt, wie dies in F ί g. 1 dargestellt ist und wie dies gestrichelt in F i g. 6 angedeutet ist.

Bei der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsform mündet der mit der Zweigleitung 19 verbundene Kanal 21 in den Ausiaßkanal 12. Die Zweigleitung 19 kann jedoch auch direkt in einen . Leitungszweig des Abgässämmiers 7 münden.

Wie die F i g. 5 und 6 zeigen, wird von den Zylindern der zweiten Gruppe, die nicht mit dem Ventil 13 verbunden sind, geliefertes Abgas in die Ansauganläge 28, beispielsweise den Ansau'gyerteiler 8, über ein Steuerventil 26 zur Steuerung des Durchflusses zurückgeführten Abgases und eine Abgasleitung 27 zurückgeführt, wobei dieses Abgas keine Zusatzluft enthält. Dies heißt mit arideren Worten, daß inertes Gas zum AnsaiJgverteiierzurückgefÜhrt wird, wodurch eine deutliche Verminderung des Gehaits an giftigen Stickoxiden im Abgas erreicht-wird. Wenn ferner die

. Oberschneidung der Öffnungszeiten des Einlaßventils und des Auslaßventils jedes Zylinders, der mit dem Venti) 13 verbunden ist, im Vergleich zu den

ίο*.!Überschneidungszeiten der Zylinder der zweiten Gruppe verlängert ist; ist dadurch die Menge der den

h /erstgenannten Zylindern zugeführten Zusatzluft vergrö-

\ Bert, wodurch der Reinigungswirkungsgrad und auch das Betrieb'sverhalten der Brennkraftmaschine verbes-

I5$ert sein können.

Die atmosphärische Seite des Ventils 13 ist über das Luftfilter 15 und den Geräuschdämpfer 16 vorzugsweise mit den Ansaugseite des Luftfilters 9 an einer Stelle verbunden, die der Lufteinlaßöffnung in das Luftfilter 9 gegenüberliegt. Dadurch ist erreicht, daß dann, wenn aufgrund eines Fehlers am Ventil 13 über die Zweigleitungen i9, die Verteilerleitung 18 und die Leitung 17 Abgas in das Lüftfilter 9 zurückströmt, dieses Abgas nicht an die Atmosphäre abgegeben werden kann. Vielmehr wird dieses Abgas wieder in den Brennraum eingesaugt.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Abgasreinigungsanlage für eine Viertakt-Brennkraftmaschine mit einer Ansauganlage, mehreren Zylindern, die jeweils ein Auslaßventil und stromab desselben einen Abgaskanal aufweisen, einem Abgassammler, in den die Abgaskanäle münden, einer Luftleitung, durch die aus der Umgebung Zusatzluft in Abgaskanäle eingeleitet wird, und einer Ventileinrichtung in der Luftleitung, die selbsttätig bei Unterschreitung eines bestimmten Drucks in den Abgaskanälen öffnet, wobei die Zylinder zu einer ersten Gruppe und einer zweiten Gruppe zusammengefaßt sind und die erste Gruppe mindestens zwei Zylinder umfaßt und sich die Auslaßventilöffnungszeiten der ersten Gruppe nicht überlappen, dadurch gekennzeichnet, daß nur die Abgaskanäle (12) der Zylinder (2) der ersten Gruppe an die Luftleitung (14,17,18) angeschlossen sind, daß die Ventileinrichtung ein einziges Ventil (13) ist, das alle mit Zusatzluft gespeisten Abgaskanäle versorgt, daß der Abgassammler (7) in einen ersten, den Abgaskanälen der ersten Gruppe zugeordneten Abgassammler (7') und einen zweiten, den Abgaskanälen der zweiten Gruppe zugeordneten Abgassammler (7") unterteilt ist und daß an den zweiten Abgassammler eine Abgasrückführleitung (27) angeschlossen ist, durch die Abgas zur Ansauganlage (28) zurückgeführt wird.

2. Abgasreinigungsanlage nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Steuerventil (26) zur Steuerung der Abgasrückführung durch die Abgasrückführleitung (27).

3. Abgasreinigungsanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweilige Überschneidungszeit des Einlaßventils und des Auslaßventils (P) der einzelnen Zylinder (2) der ersten Gruppe länger als die Überschneidungszeit bei den Zylindern der zweiten Gruppe ist.