DE3736844A1 - Verfahren zur beeinflussung der temperatur von abgasen und abgasanlage zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Beein­ flussung der Temperatur von Abgasen im Eintrittsbereich einer in einer Abgasanlage vorgesehenen Abgas-Reini­ gungsvorrichtung, insbesondere eines Abgas-Katalysators, einer Brennkraftmaschine, sowie auf eine Abgasanlage zur Durchführung dieses Verfahrens.

Abgas-Reinigungsvorrichtungen bzw. die darin zu reini­ genden Abgase einer Brennkraftmaschine benötigen zur erfolgreichen Konvertierung schädlicher Abgasbestand­ teile eine gewisse Betriebstemperatur, welche einen unteren Schwellwert nicht unterschreiten sollte, und insbesondere bei Abgaskatalysatoren stets unterhalb eines oberen Grenzwertes liegen sollte. Bei Überschrei­ ten des oberen Grenzwertes verschlechtert sich der Konvertierungsgrad eines Abgaskatalysators aufgrund thermischer Alterung; bei Auftreten von extrem hohen Temperaturspitzen können sogar Anschmelzungen des im Abgaskatalysator angeordneten Monolithen auftreten. Andererseits ist es erforderlich, den Abgaskatalysator nach einem Start der Brennkraftmaschine binnen kürzest­ möglicher Zeit auf die für eine erfolgreiche Konvertie­ rung erforderliche minimale Betriebstemperatur zu bringen.

Ein Verfahren zur Erzeugung einer optimalen Abgasein­ gangstemperatur für den Abgaskatalysator von Verbren­ nungsmotoren ist aus der gattungsbildenden DE-OS 34 06 968 bekanntgeworden. Dabei wird das Motorabgas in zwei Teilströme geteilt, von denen einer gekühlt und der andere nicht gekühlt wird; die Teilströme werden vor dem Katalysator wieder vereinigt und die Katalysatortempera­ tur wird durch Veränderung des Mengenverhältnisses der beiden Teilströme geregelt.

Obgleich jenes bekannte Verfahren brauchbare Resultate liefert, so ist es doch in der Ausführung mit großem Aufwand verbunden. Erforderlich sind dabei nämlich zwei separate Abgasleitungen, welche jeweils den gesamten anfallenden Abgasstrom aufzunehmen vermögen, wobei für den zu kühlenden Abgasstrom den Platzbedarf erhöhende aufwendige Kühlmaßnahmen erforderlich sind. Desweiteren wird ein insbesondere hinsichtlich der Abdichtung aufwendiger Umschaltmechanismus benötigt, um den Abgas­ strom wunschgemäß auf die beiden verschiedenen Abgaslei­ tungen aufteilen zu können.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des ersten Anspruchs aufzuzeigen, welches zur Durchführung einen gegenüber dem bekannten Verfahren deutlich reduzierten Bauaufwand erfordert. Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des ersten Anspruchs gelöst.

Wird ein der Abgasanlage stromab der Abgas-Reinigungs­ vorrichtung entnommener Abgas-Teilstrom stromauf der Abgas-Reinigungsvorrichtung in die Abgasanlage einge­ leitet, so ist mit diesem Teilstrom eine wirkungsvolle Kühlung des Abgases im Eintrittsbereich der Abgas-Reini­ gungsvorrichtung erzielbar. Die für den Teilstrom erforderliche Rückführleitung kann dabei äußerst einfach ausgebildet sein: So ist - da nur ein Teilstrom geführt wird - lediglich ein geringer Platzbedarf erforderlich. Desweiteren kann auf aufwendige Kühlmaßnahmen verzichtet werden, da die über der Rückführstrecke erzielte Kühl­ wirkung für die erwünschte Temperaturabsenkung nach Einleitung des Teilstromes in die Abgasanlage ausrei­ chend ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere für Abgasanlagen mit Abgaskatalysatoren, da der stromab des Abgaskatalysators entnommene Abgas-Teilstrom keinen freien Sauerstoff enthält, so daß nach Einleitung des Teilstromes in die Abgasanlage bei eventuell im Abgas­ strom vorhandenen unverbrannten Kohlenwasserstoffen keine den Katalysator schädigende Nachverbrennung stattfinden kann. Befindet sich in der Abgasanlage eine Sauerstoffsonde, mit Hilfe derer die Brennkraftmaschine zur optimalen Konvertierung des Abgases im Abgaskataly­ sator mit stöchiometrischem Gemisch betrieben wird, so wird deren Meßergebnis durch den zu Kühlzwecken zurück­ geführten Abgas-Teilstrom ebenfalls nicht beeinflußt, da dieser Teilstrom, wenn er stromab des Abgaskatalysators entnommen wird, keinen freien Sauerstoff enthalten kann. Vorteilhafterweise kann der Teilstrom dem Abgas somit bereits stromauf der Sauerstoffsonde beigemengt werden, so daß auch die Sonde mit geringeren Abgas-Temperaturen beaufschlagt wird.

Von Vorteil ist das erfindungsgemäße Verfahren desweite­ ren hinsichtlich der Konvertierung schädlicher Abgasbe­ standteile: Wegen der zweimaligen Durchströmung zumin­ dest eines Abgasteilstromes durch den Abgaskatalysator ist eine tendenzielle Verringerung der nach dem Kataly­ sator noch meßbaren Abgasemissionen feststellbar.

Ist gemäß Anspruch 2 der Abgas-Teilstrom mengenmäßig steuerbar, so kann, beispielsweise in Abhängigkeit von der mittels eines Temperaturfühlers stromauf der Abgas- Reinigungsvorrichtung ermittelten Abgastemperatur die für die erforderliche Abgaskühlung benötigte Teilstrom­ menge ermittelt und bereitgestellt werden.

Vorteilhafte Ausbildungen einer Abgasanlage zur Durch­ führung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Ansprüchen 3 bis 5 beschrieben. Demnach kann für den Abgas-Teilstrom eine einfache Rückführleitung ohne aufwendige Zusatzmaßnahmen vorgesehen sein, wenn in dieser Rückführleitung ein Rückschlagventil vorgesehen ist. Jenes Rückschlagventil hindert die Abgase daran, die Abgasanlage bereits stromauf der Abgas-Reinigungs­ vorrichtung zu verlassen. Durch die von der periodischen Gaswechsel-Steuerung hervorgerufenen, in der Abgasanlage (insbesondere in den Abgas-Krümmern nahe der Brennkraft­ maschine) auftretenden Druckschwingungen wird jedoch bei Unterdruck der Weg für den stromab der Abgas-Reinigungs­ vorrichtung entnommenen Teilstrom freigegeben; der Teilstrom wird stromauf der Abgas-Reinigungsvorrichtung somit selbsttätig in die Abgasanlage gefördert. Zusätz­ lich zu jenem Rückschlagventil kann ein den Abgas-Teil­ strom mengenmäßig steuerndes Drosselorgan beispielsweise in Form eines taktenden Magnetventiles vorgesehen sein.

Im folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand eines nur prinzipiell dargestellten, bevorzugten Ausführungs­ beispieles näher beschrieben.

An eine Brennkraftmaschine 1 ist eine in ihrer Gesamt­ heit mit 2 bezeichnete Abgasanlage angeflanscht. Diese setzt sich zusammen aus zwei Krümmern 3 a, 3 b, einem sich daran anschließenden Abgasrohr 4, in welchem ein Sauer­ stoffühler 5 angeordnet ist, und welches in die Abgas- Reinigungsvorrichtung (Katalysator) 6 mündet. An diese schließt sich über eine Rohrverbindung ein Nachschall­ dämpfer 7 an.

Erfindungsgemäß zweigen von der Abgasanlage 2 zwischen dem Katalysator 6 sowie dem Nachschalldämpfer 7 zwei Rückführleitungen 8 a, 8 b ab, welche in die Krümmer 3 a, 3 b münden. In den Rückführleitungen 8 a, 8 b sind Rück­ schlagventile 9 a, 9 b sowie Magnetventile 10 a, 10 b angeordnet. Die Rückschlagventile 9 verhindern dabei, daß Abgas über die Rückführleitungen 8 entgegen der Pfeilrichtung 11 direkt von den Krümmern 3 zum Nach­ schalldämpfer 7 gelangen kann.

Sind die Magnetventile 10 offen, so wird aufgrund des in den Krümmern 3 periodisch auftretenden Unterdruckes unter Zuhilfenahme des vor dem Nachschalldämpfer 7 vorhandenen geringen Abgasgegendruckes (Überdruck) ein Teilstrom von Abgas, welches den Katalysator 6 bereits passiert hatte, über die Rückführleitungen 8 in Pfeil­ richtung 11 in die Krümmer 3 eingeleitet. Jener Teil­ strom kühlt sich dabei insbesondere in den Rückführlei­ tungen 8 soweit ab, daß der von der Brennkraftmaschine 1 abgegebene Abgasstrom durch Beimischung dieses Teilstro­ mes mit seiner Temperatur auf ein für den Katalysator 6 verträgliches Niveau abgesenkt wird. Durch entsprechende Ansteuerung der Magnetventile 10 kann dabei der über die Rückführleitungen 8 geführte Teilstrom mengenmäßig derart gesteuert werden, daß das Temperaturniveau nach Zusammenführung in den Krümmern 3 bzw. im Abgasrohr 4 einen gewünschten Wert erreicht. Ermittelt werden kann dieses Temperaturniveau beispielsweise durch einen nicht gezeigten Temperaturfühler, welcher über eine ebenfalls nicht gezeigte Steuereinheit auf die Magnetventile 10 eingreift.

Da der nach dem Katalysator 6 entnommene Abgasteilstrom keinen freien Sauerstoff enthält, wird durch die Bei­ mengung jenes Teilstromes in den Krümmern 3 die Regelung des der Brennkraftmaschine zugeführten stöchiometrischen Gemisches durch den Sauerstoffühler 5 nicht weiter beeinflußt. Das gezeigte Ausführungsbeispiel stellt lediglich eine mögliche Abgasanlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Beeinflussung der Temperatur von Abgasen dar; Abwandlungen hiervon sind ohne weiteres denkbar. Wesentlich ist der allgemeine Erfindungsgedanke, wonach ein der Abgasanlage stromab der Abgas-Reinigungsvorrichtung entnommener Abgas-Teil­ strom stromauf der Abgas-Reinigungsvorrichtung in die Abgasanlage eingeleitet wird, um das Temperaturniveau der dort befindlichen Abgase zu beeinflussen, insbeson­ dere herabzusetzen.

Claims (5)

1. Verfahren zur Beeinflussung der Temperatur von Abgasen im Eintrittsbereich einer in einer Abgas­ anlage vorgesehenen Abgas-Reinigungsvorrichtung, insbesondere eines Abgas-Katalysators, einer Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß ein der Abgasanlage (2) stromab der Abgas-Reinigungsvorrichtung (6) ent­ nommener Abgas-Teilstrom stromauf der Abgas-Reini­ gungsvorrichtung (6) in die Abgasanlage (2) einge­ leitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgas-Teilstrom mengenmäßig steuerbar ist.

3. Abgasanlage zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß für den Abgas-Teilstrom eine stromab der Abgas-Reinigungsvorrichtung (6) von der Abgasanlage (2) abzweigende sowie stromauf der Abgas-Reinigungsvorrichtung (6) in die Abgas­ anlage (2) mündende Rückführleitung (8) vorgesehen ist, in welcher ein Rückschlagventil (9) angeordnet ist.

4. Abgasanlage zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Rückführleitung (8) ein die Durchflußmenge in Abhängigkeit von der Abgastemperatur im Eintrittsbereich der Abgas- Reinigungsvorrichtung (6) steuerndes Drosselorgan (Magnetventil 10) vorgesehen ist.

5. Abgasanlage nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückführleitung (8) in die Abgas-Krümmer (3 a, 3 b) mündet.