DE4310145A1 - Mehrzylindrige Brennkraftmaschine mit mindestens zwei Zylindergruppen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine mit mindestens zwei Zylindergruppen, nach den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen.

Aus der DE 35 40 420 A1 ist eine derartige Brennkraftmaschine bekannt, bei der jeder Zylindergruppe eine Abgasleitungsgruppe mit Lambdasonde zugeordnet ist. Die Abgasleitungsgruppen münden in einer gemeinsamen Abgasleitung, die einen Abgaskatalysator enthält.

Bei dieser Ausführung werden die Luft-Kraftstoffverhältnisse der unterteilten Zylindergruppen unabhängig voneinander gere­ gelt, um zu erreichen, daß die Luft-Kraftstoffverhältnisse der verschiedenen Zylindergruppen sich nicht voneinander unter­ scheiden.

Ferner ist aus der DE 30 23 181 A1 eine Brennkraftmaschine mit unterteilten Zylindergruppen und einer Einrichtung zum Über­ wachen des Restsauerstoffgehaltes im Abgas bekannt, bei der zur Vermeidung einer plötzlichen Drehmomentänderung, die auftritt, wenn der Betrieb der Brennkraftmaschine zwischen dem Teillast- und Vollastbetrieb umgeschaltet wird, in diesem kurzen kri­ tischen Bereich in die Luft-Kraftstoffverhältnisse für die in- und aktiven Zylinder steuernd eingegriffen wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, an einer Brennkraft­ maschine mit unterteilten Zylindergruppen und mit katalytischer Nachbehandlung solche Maßnahmen vorzusehen, durch die der Ka­ talysator im kritischen Leerlauf- oder Teillast-Bereich auf eine die Umwandlung der Schadstoffe bewirkende Betriebstempe­ ratur angehoben oder gehalten werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die im Kennzeichen des Patent­ anspruchs 1 angegebenen Merkmale.

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird zuverlässig ver­ mieden, daß die Abgase im Leerlauf- und Teillastbetrieb in ei­ nen unteren Temperaturbereich abfallen, der einen Anstieg der Abgasemissionen zur Folge hat, da die katalytische Wirkung ausbleibt. Außerdem wird verhindert, daß im Warmlauf der Brennkraftmaschine Probleme beim Anspringen des Katalysators auftreten, die zur Auskühlung des Katalysators und somit zu hohen schadstoffhaltigen Abgasbestandteilen führen.

Fällt also die Abgastemperatur auf ein unzulässiges also kata­ lytisch unwirksames Maß ab, wird diesem Nachteil erfindungs­ gemäß insofern entgegengewirkt, als ein Betrieb der unter­ teilten Zylindergruppen mit unterschiedlichem Luft-Kraftstoff­ verhältnis einsetzt, wobei die magere Zylindergruppe relativ viel Sauerstoff und die fette Zylindergruppe unverbrannten Kraftstoff zu dem Katalysator liefert, in welchem der Kraft­ stoff mit dem Sauerstoff unter Wärmefreisetzung reagieren kann.

Die hierbei erzielte Reaktion führt zu einer katalytisch wirk­ samen Betriebstemperatur.

Die Zuführung der unterschiedlichen Luft-Kraftstoff-Gemische zu den unterteilten Zylindergruppen zur Anhebung der Abgastempe­ ratur wird solange beibehalten, bis sich eine zumindest weitgehende Stabilisierung der Abgastemperatur ergibt und wie­ der eine Überführung zu einem stöchiometrischen Luft-Kraft­ stoffverhältnis für die Zylindergruppen erfolgen kann.

In dem Unteranspruch ist eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung angegeben.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine

Fig. 2 eine grafische Darstellung, die den Verlauf der Abgastemperatur von dem Motoraustritt über die Abgasleitung und den Eintritt und Austritt des Katalysators zeigt.

Eine gemischverdichtende vierzylindrige Brennkraftmaschine 1 besteht aus zwei unterteilten Zylindergruppen 2, 3 und vier Gaswechselventilen als Einlaß- und Auslaßventile 4, 5 pro Zy­ linder 6, 7 und 8, 9 sowie aus einem für jeden Zylinder vorge­ sehenen Kraftstoffeinspritzventil 10, 11, 12, 13 und aus zwei Ab­ gasleitungsgruppen 14, 15, von denen die mit 14 bezeichnete Ab­ gasleitungsgruppe der Zylindergruppe 2 und die mit 15 bezeich­ nete Abgasleitungsgruppe der Zylindergruppe 3 zugeordnet ist. Beide Abgasleitungsgruppen 14, 15 führen in eine gemeinsame Ab­ gasleitung 16, in der ein Abgaskatalysator 17 angeordnet ist. Die Abgasleitung 16 ist mit einer Lambdasonde 18 ausgestattet.

Ferner ist eine elektronisches Steuergerät 19 vorgesehen, das Betriebs- und Umgebungskenngrößen der Brennkraftmaschine ver­ arbeitet, ebenso die von der Lambdasonde 18 gelieferte Sondenspannung, die für die Zylindergruppen 2, 3 ein Maß für die Korrektur der Einspritzmenge bei der Gemischbildung ist.

In Fig. 2 ist in einer grafischen Darstellung der Temperatur­ verlauf des Abgases ausgehend vom Motoraustritt Mot_A über die zunächst zweiflutige und dann einflutige Abgasleitung bis zum Katalysatoreintritt Kat_E und von dort aus über die Katalysa­ tormitte Kat_M schließlich zum Katalysatoraustritt Kat_A gezeigt.

Bei zu niedrigen Abgastemperaturen, die zumindest die Wirksam­ keit des Abgaskatalysators 17 beeinträchtigen, wird von dem elektronischen Steuergerät 18 der Katalysator 17 auf Betriebs­ temperatur gebracht, und zwar durch Einregelung eines vorab auf dem Prüfstand ermittelten und somit vorgegebenen fetten Luft- Kraftstoff-Gemisches für die eine Zylindergruppe und eines ebenfalls vorab auf dem Prüfstand ermittelten und somit vorge­ gebenen mageren Luft-Kraftstoff-Gemisches für die andere Zy­ lindergruppe, z. B. in dem einen Fall ein λ von 0,9 und in dem anderen Fall ein λ von 1,1. Das Mittel dieser unterschiedlichen Luft-Kraftstoffverhältnisse ergibt ein zumindest annähernd stöchiometrisches Luft-Kraftstoffverhältnis.

Das Steuergerät 18 ändert somit bei kritischen Bereichen, wie Leerlauf- und Teillastbereich, die Einspritzzeit t_i. Die Ein­ spritzventile 10, 11, 12, 13 der jeweiligen Zylindergruppe 2, 3 werden zeitlich so angesteuert, daß sich für die eine Zylin­ dergruppe
t_fett=t_i+Δt
und für die andere Zylindergruppe
t_mager=t_i-Δt
ergibt.

t_i bedeutet Basis-Einspritzzeit und Δt die Differenzein­ spritzzeit.

Diese unterschiedlichen Lambdawerte führen dazu, daß im Kata­ lysator 17 der Kraftstoff mit dem Sauerstoff unter Wärmefrei­ setzung (exotherm) reagieren kann. Der Katalysator wird auf Betriebstemperatur gebracht oder gehalten.

In Fig. 2 ist z. B. bei einer Drehzahl n=2000 U/min im Teil­ lastbereich der Verlauf der Abgastemperatur bei unterschied­ lichen Werten (λ =0,9 u. λ=1,1) mit durchgehender Linie a gekennzeichnet. Beim Katalysatoreintritt Kat_E liegt eine Abgastemperatur von ∼250°C, nach einem raschen Temperaturanstieg eine Abgastemperatur von ∼350°C in Katalysatormitte Kat_M und bei Katalysatoraustritt Kat_A ein Abgastemperatur von ∼300°C vor.

Demgegenüber würde sich bei einem üblichen λ=1 der mit unter­ brochenen Linien gekennzeichnete Abgastemperaturverlauf b er­ geben. Der Katalysator 17 würde somit keine Betriebstemperatur erlangen. Die schadstoffhaltigen Abgasbestandteile nehmen zu und erreichen unzulässige hohe Abgasemissionen.

Claims (2)

1. Mehrzylindrige Brennkraftmaschine mit mindestens zwei Zy­ lindergruppen und individueller Zuführung von Luft-Kraftstoff- Gemischen sowie mit den Zylindergruppen zugeordneten Abgasleitungsgruppen, die in einer einen Abgaskatalysator aufweisenden gemeinsamen Abgasleitung münden, ferner mit wenigstens einer Lambdasonde, deren einem elektronischen Steuergerät eingegebene Sondenspannung ein Maß für die Korrektur der Kraftstoffeinspritzmenge bei der Gemischbildung ist, dadurch gekennzeichnet, daß bei zumindest weitgehend katalytisch unwirksamer Betriebs­ temperatur im Leerlauf- oder Teillastbetrieb der Brennkraftma­ schine (1) der einen Zylindergruppe (2) ein vorgegebenes ma­ geres und der anderen Zylindergruppe (3) ein vorgegebenes fettes Luft-Kraftstoff-Gemisch derart zuführbar ist, daß der Betrieb der Zylindergruppen (2, 3) mit unterschiedlichen Luft- Kraftstoffverhältnissen im Mittel ein zumindest annähernd stöchiometrisches Luft-Kraftstoffverhältnis ergibt.

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von den unterschiedlichen Luft-Kraftstoffverhältnissen das unterstöchiometrische Lambda etwa 0,9 und das überstöchio­ metrische Lambda etwa 1,1 entspricht.