DE4118848A1 - Verfahren zum betreiben einer brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, die einen zweischaligen Abgaskrümmer aufweist.

Doppelschalige Abgaskrümmer sind Stand der Technik, die zweischalige Ausbildung soll zu einer verbesserten Wär­ meisolierung führen, um zum einen ein zu starkes Erhit­ zen des Motorraumes zu vermeiden und zugleich durch ein stärkeres Erwärmen der Frischluft im Abgaskrümmer dafür Sorge zu tragen, daß der Katalysator beim Kaltstart schneller seine Arbeit aufnimmt und demzufolge das Ab­ gasverhalten der Brennkraftmaschine verbessert wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, unter Beibehaltung dieser Vorteile das Betriebsverhalten der Brennkraftmaschine zu verbessern.

Die Aufgabe wird gelöst durch den Hauptanspruch.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß die doppelte Scha­ lung zur Zwangsluftzuführung verwendet wird, wobei diese Zwangsluftzuführung in den Abgaskrümmer kombiniert wird mit einer Nachverbrennung innerhalb des Abgaskrümmers. Dadurch, daß die Luft vor Einspeisung in den Abgaskrüm­ mer entlang des erhitzten Krümmers geführt wird, findet eine Erwärmung der zugeführten Luft statt. Das Ansprin­ gen des Katalysators wird dadurch verbessert, so daß das Abgasverhalten insbesondere in der Erwärmungsphase gün­ stig beeinflußt wird. Eine zusätzliche Beeinflussungs­ möglichkeit ist dabei durch eine Steuerung der Zwangs­ luftzuführung vorgesehen, so daß insbesondere direkt nach dem Kaltstart auf die Kühlwirkung der Zwangsluftzu­ führung verzichtet wird, und die Zwangsluftzuführung erst nach Anspringen des Katalysators einsetzt.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß die Brennkraftmaschine mit einem Gemisch betrieben wird, das fetter ist als das stöchiometrische Gleichgewicht, da dadurch die Leistungsabgabe und das Laufverhalten verbessert werden. In der Praxis erweist sich ein Wert von λ = 0,8 als günstig.

Für die Einstellung des stöchiometrischen Gleichgewich­ tes von λ = 1,0 im Abgas sorgt die Nachverbrennung in­ nerhalb des Abgaskrümmers, durch die zugeführte Luft kann ein Lambdawert von 1,0 eingehalten werden.

Günstigerweise kann die Nachverbrennung im Abgaskrümmer erreicht werden durch einen Flammenaustritt aus dem Zy­ linderraum durch die Auslaßventilöffnung in den Abgas­ krümmer, so daß dort die noch unverbrannten Anteile im Abgas nachverbrannt werden können. Aus dem Stand der Technik sind auch Fremdzündungen, z. B. über Zündkerze, bekannt.

In bevorzugter Weise läßt sich das erfindungsgemäße Be­ treiben der Brennkraftmaschine kombinieren mit einem Abgasturbolader, der sowohl durch die Zwangsluftzufüh­ rung als auch durch die Nachverbrennung auf hohen Dreh­ zahlen gehalten wird, so daß selbst im Leerlauf ein schnelles Ansprechverhalten gewährleistet ist. Das "Tur­ boloch" wird damit vermieden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Figur be­ schrieben. Die einzige Figur zeigt eine schematische, teilweise geschnittene Anordnung zur Erläuterung der Erfindung.

Mit dem Bezugszeichen 10 ist der Innenraum eines Zylin­ ders einer Brennkraftmaschine beschrieben, die ein Aus­ laßventil 12 aufweist. Die Steuerung des Auslaßventiles 12 sowie die Einlaßseite sind nicht dargestellt, da sie keinerlei Einfluß auf die Erfindung haben. Die durch das Auslaßventil 12 austretenden Abgase münden in einen Ab­ gaskrümmer 14, in dem das angetriebene Rad 16 eines Ab­ gasturboladers vorgesehen ist, der in entsprechender und bekannter Weise über eine Achse 18 den Druck in der An­ saugleitung erhöht. Die Funktion des Turboladers gehört zum Stand der Technik und ist nicht im einzelnen darge­ stellt.

Der Abgasstrang mündet in einen Katalysator 20, von dort aus können die Abgase ins Freie 36 treten.

Der Abgaskrümmer 14 besitzt eine erste Wand 22 sowie eine zweite Wand 24, die die erste Wand 22 in etwa zy­ lindrisch umgibt, so daß der Abgaskrümmer 14 doppelscha­ lig ausgebildet ist. Zwischen der inneren Wand 22 und der äußeren Wand 24 ist ein Zwischenraum 26 vorgesehen.

Eine Luftzufuhr 28, in die über eine Pumpe 30 Luft ein­ geblasen wird, mündet in den die innere Wand 22 umgeben­ den zylindrischen Zwischenraum 26, so daß die eingebla­ sene Luft entlang der inneren Wand 22 des Abgaskrümmers 14 entlangstreicht. Die eingeblasene Luft tritt in das Innere des Abgaskrümmers 14 im Bereich 34 nahe des Aus­ laßventiles 12 durch entsprechende Öffnungen 32, die in der inneren Wand 22 vorgesehen sind, ein.

Der Betrieb der Brennkraftmaschine ist folgender: Im Zylinderinnenraum 10 wird ein Benzin-/Luft-Gemisch ver­ brannt, wobei durch eine fette Einstellung des Gemisches teilweise unverbrannte Abgasinhalte in den Raum 34 des Abgaskrümmers 14 austreten. Durch eine entsprechende Steuerung des Auslaßventiles 12 wird ein Flammenaustritt aus dem Zylinder 10 in den Krümmerraum 34 bewirkt, so daß eine Nachverbrennung der bislang unverbrannten Ab­ gasanteile im Krümmerraum 34 innerhalb des Krümmers 14 stattfindet. Hierzu wird bei einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine ausgenutzt, daß durch die dichte Auf­ einanderfolge der Arbeitstakte in den einzelnen Zylin­ dern das Abgas innerhalb des Krümmers 14 noch keinen weiten Weg zurückgelegt hat, bevor die nächste Aus­ trittsflamme aus dem Zylinderraum 10 zur Verfügung steht.

Durch das energiereiche Abgas, das sowohl höhere Abgas­ geschwindigkeiten als auch eine höhere Temperatur auf­ weist, ist einerseits ein besseres Turboverhalten des Turboladers 16 gewährleistet, und andererseits sicherge­ stellt, daß der Katalysator 20 sehr schnell anspringt. Durch die Nachverbrennung wird ein Lambdawert von 1,0 innerhalb des Abgasstranges eingestellt, so daß der Ka­ talysator 20 im optimalen Arbeitsbereich arbeitet.

Sobald der Katalysator 20 angesprungen ist, kann durch Zwangszufuhr von Außenluft das Abgasverhalten sowie die Nachverbrennung besser eingestellt werden, wobei die zwangszugeführte Außenluft vorerwärmt wird durch die Führung entlang der heißen Innenwand 22 des Abgaskrüm­ mers. Damit wird zum einen der Abgaskrümmer noch besser gekühlt, als dies bei einem einfachen Doppelschalenkrüm­ mer der Fall ist, so daß die Wärmeabstrahlung in den Mo­ torraum weiter verringert wird, zum anderen wird das Ab­ gasverhalten insbesondere in der Erwärmphase durch die Vorerwärmung der zwangsgeführten Luft verbessert. Die Nachverbrennung innerhalb des Abgaskrümmerraumes 34 wird durch die verstärkte Luftzufuhr verbessert, so daß das positive Turboverhalten beibehalten wird und der Kataly­ sator im optimalen Arbeitsbereich gehalten werden kann.

Zur Zwangsluftzuführung kann eine Flügelzellenpumpe 30 verwendet werden, es können im Rahmen der Erfindung je­ doch auch andere Maßnahmen für die Zwangsluftzufuhr ge­ troffen werden.

Es wird durch die Erfindung also der positive Effekt eines doppelschaligen Krümmers hinsichtlich der Aufhei­ zungsphase und der Wärmeabstrahlung genutzt, wobei die Einspeisung von vorerwärmter Luft in den Abgaskrümmer, die aus dem Stand der Technik nicht bekannt ist, insbe­ sondere in Verbindung mit der Nachverbrennung das Be­ triebs- und Abgasverhalten der Brennkraftmaschine ein­ schneidend verbessert.

Claims (9)

1. Verfahren zum Betreiben einer mit einem zweischaligen Abgaskrümmer ausgerüsteten Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß
durch den zwischen der inneren Schale (22) und der äußeren Schale (24) des Abgaskrümmers (14) gebildeten Zwischenraum (26) Außenluft zwangszugeführt wird zu einer Eintrittsstelle (32) in den inneren Abgaskrümmer (34), und
eine Nachverbrennung im Abgaskrümmer vorgenommen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwangszuführung der Außenluft durch Betriebs­ parameter, insbesondere die Temperatur der Brenn­ kraftmaschine, gesteuert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in die Zylinder (10) ein angefettetes Benzin/Luft-Gemisch eingebracht wird und das stöchio­ metrische Gleichgewicht durch die Nachverbrennung auf den gewünschten Wert eingestellt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in den Zylinder (10) ein Gemisch mit einem Lamb­ dawert von ca. 0,8 eingestellt wird und durch die Nachverbrennung der Lambdawert von ca. 1,0 erzielt wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachverbrennung durch Eintritt eines aus der Zylinderverbrennung entstande­ nen Feuerschweifes in den Abgaskrümmer (34) entsteht.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachverbrennung durch Fremd­ zündung entsteht.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Eintritt des Feuerschweifes in den Abgaskrüm­ mer durch Beeinflussung der Öffnungszeit des Auslaß­ ventiles (12) gesteuert wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Zwangsbelüftung eine Flügel­ zellenpumpe (30) vorgesehen ist.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Abgasstrang ein Abgastur­ bolader (16) vorgesehen ist.