DE19853119C2 - Brennkraftmaschine mit einem Einlaßsystem und einem Auslaßsystem - Google Patents

Brennkraftmaschine mit einem Einlaßsystem und einem Auslaßsystem

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Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einem Einlaßsystem und einem Auslaßsy­ stem, in welchem zumindest ein erster Abgaskatalysator angeordnet ist, sowie mit einem Ab­ gasrückführsystem, wobei zur externen Abgasrückführung stromabwärts des ersten Abgaska­ talysators eine Abgasrückführleitung vom Auslaßsystem abzweigt und in das Einlaßsystem mündet.
Es ist bekannt, die Abgasrückführung als effektive Maßnahme bei selbst- und fremdgezünde­ ten Brennkraftmaschinen zur NOx-Reduktion einzusetzen. Darüberhinaus kann bei Otto- Motoren mit Saugrohreinspritzung mittels Abgasrückführung durch eine mögliche Entdros­ selung eine Verringerung des Kraftstoffverbrauches erzielt werden.
Einerseits kann dabei das Abgas intern rückgeführt werden. In diesem Zusammenhang wird das Abgas oft als Restgas bezeichnet, da es im wesentlichen im Zylinder der Brennkraftma­ schine verbleibt. Realisiert wird die interne Abgasrückführung bei großen Abgasrückführraten unter anderem durch variable Ventilsteuerungen, die ein teilweises Rückschieben des ver­ brannten Abgases vom Brennraum in den Ansaugtrakt ermöglichen, welches anschließend wieder angesaugt wird.
Andererseits ist es bekannt, das Abgas extern rückzuführen, wobei das Abgas unmittelbar nach dem Auslaßventil bzw. dem Auslaßkanal abzweigt und in den Ansaugtrakt zurückge­ führt wird.
Aus der EP 0 558 072 A1 ist ein Abgasrückführsystem bekannt, bei dem das rückzuführende Abgas durch den Zylinderkopf in den Ansaugkanal im Zylinderkopf zylinderselektiv geleitet wird. Nachteilig ist dabei die zusätzliche Aufheizung des Zylinderkopfs mit heißem Abgas und die Ablagerungsbildung in den erzwungenermaßen kleinen Abgasrückführkanälen.
Aus der US 4 213 430 ist eine Brennkraftmaschine mit externer Abgasrückführung be­ kannt, bei der das Abgasrückführsystem stromaufwärts eines Dreiweg-Katalysators abzweigt. Anordnungen dieser Art sind weit verbreitet und stellen sozusagen die klassische Art der Ab­ gasrückführung bei Systemen mit einem Katalysator dar. Aus volumens- und thermischen Gründen ist der Katalysator nicht zu knapp beim Motor angeordnet.
Aus der US 5 443 547 ist eine Zweitakt-Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art bekannt bei der das Abgasrückführsystem stromabwärts eines Abgaskatalysators und strom­ aufwärts eines Schalldämpfers vom Auslaßsystem abzweigt. Dadurch werden teilweise gerei­ nigte Abgase zurückgeführt.
Weiter ist aus der DE 195 43 219 C1 eine Diesel-Brennkraftmaschine mit einem Speicher­ katalysator bekannt, in welchem Speicherkatalysator Stickoxide absorbiert, desorbiert und reduziert werden. Stromaufwärts dieses Speicherkatalysators zweigt eine Abgasrückführleitung vom Abgassystem ab, welche Abgase in das Einlaßsystem rückführt. Zur Regelung der Ab­ gasrückführung ist in der Abgasrückführleitung ein Steuerorgan angeordnet. Bei Erreichen eines kennfeldmäßig in Abhängigkeit von Drehzahl und Last variierenden NOx-Speicher- Schwellwertes wird von einem Betrieb mit einem Lambda-Wert größer 1 auf einen Betrieb mit einem Lambda-Wert kleiner 1 umgeschaltet. Während des Betriebes mit λ < 1 wird der Speicherkatalysator regeneriert und damit die Stickoxide reduziert. Der Regenerationsbetrieb wird dabei durch Abgasrückführung eingeleitet. Dadurch können die NOx-Emissionen eines Dieselmotors wesentlich verringert werden.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, bei einem Abgasrückführsystem eine weitere Verbesserung der Emissionen, insbesondere der NOx-, HC- und CO-Emissionen zu erreichen.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erwirkt, daß dem ersten Abgaskatalysator ein durch einen Speicherkatalysator gebildeter zweiter Abgaskatalysator nachgeschaltet ist, wobei die Abgas­ rückführleitung stromaufwärts des zweiten Abgaskatalysators vom Auslaßsystem abzweigt.
Das rückzuführende Abgas wird dabei nach dem ersten Abgaskatalysator entnommen und in den Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine geleitet. Dadurch lassen sich niedrige HC- Emissionen im Abgas erzielen. Der erste Katalysator kann dabei unmittelbar stromabwärts der Zusammenführung von zumindest zwei Abgassträngen angeordnet sein. Die Abgasrückführ­ leitung kann so möglichst kurz gehalten werden. Dies ist insbesonders dann möglich, wenn der erste Abgaskatalysator als Vorkatalysator bzw. Startkatalysator ausgebildet ist und da­ durch volumensmäßige oder thermische Anforderungen geringer sind.
Sowohl direkteinspritzende fremd- oder selbstgezündete Brennkraftmaschinen, als auch Brennkraftmaschinen mit Schicht- oder Magerbetrieb enthalten hohe Anteile von Restsauer­ stoff im Abgas. Der erste Katalysator kann somit als Oxidationskatalysator oder als oxidie­ rend betriebener Drei-Weg-Katalysator ausgebildet sein, um die CO- und HC-Emissionen wesentlich zu verringern. Durch die Oxidationsprozesse im Katalysator enthält das rückge­ führte Abgas nur sehr geringe Sauerstoffmengen, wodurch der Inert- und Verdünnungseffekt des rückgeführten Abgas wesentlich größer ist. Es sind somit viel geringere Mengen von rückgeführtem Abgas zur Erzielung des gleichen Effektes notwendig. Die Abgasrückführlei­ tung kann dadurch kleiner dimensioniert werden als bei herkömmlichen Systemen.
Vorzugsweise ist vorgesehen, daß in der Abgasrückführleitung ein Abgasrückführkühler an­ geordnet ist. Dies ermöglicht zusätzlich eine Senkung der NOx-Emissionen, da das Abgas auf einem sehr niedrigen Temperaturniveau der Ansaugluft zugeführt wird. Um die Kondensati­ onsbildung möglichst gering zu halten, kann dabei weiters vorgesehen sein, daß die Einmün­ dung der Abgasrückführleitung in das Einlaßsystem unmittelbar vor dessen Eintritt in den Zylinderkopf der Brennkraftmaschine angeordnet ist.
Die Erfindung wird anhand der Figur näher erläutert.
Die schematisch dargestellte Brennkraftmaschine 1 weist ein Einlaßsystem 2, ein Auslaßsy­ stem 3 und ein Abgasrückführsystem 4 auf. Im Auslaßsystem 3 ist ein erster, als Oxidations­ katalysator oder als Drei-Weg-Katalysator ausgebildeter Abgaskatalysator 5 und ein zweiter, als Speicherkatalysator ausgebildeter Abgaskatalysator 6 angeordnet. Die Abgasrückführlei­ tung 4a des Abgasrückführsystems 4 zweigt dabei vom Auslaßsystem 3 stromabwärts des ersten Abgaskatalysators 5 und stromaufwärts des zweiten Abgaskatalysators 6 ab. In der Ab­ gasrückführleitung 4a ist weiters ein Abgasrückführventil 7 zur Steuerung der Abgasrückfüh­ rung vorgesehen. Das Abgasrückführsystem 4 mündet in den Einlaßsammler 8 des Einlaßsy­ stems 2 unmittelbar vor dem Eintritt in den Zylinderkopf 1a.
Mit dieser Anordnung können sehr niedrige HC-Emissionen erreicht werden. Es treten dabei nur geringe und/oder gleichmäßige Pulsationen auf, wodurch eine genaue Zumessung des rückgeführten Abgases über das Abgasrückführventil 7 möglich wird. Die Abzweigung der Abgasrückführleitung 4a erfolgt erst nach der Vereinigung von zwei oder mehreren Auslaß­ stränge, wodurch eine Vergleichmäßigung der Druckpulsation erfolgt.
Zusätzlich kann in der Abgasrückführleitung 4a ein Abgasrückführkühler 9 vorgesehen sein, wodurch sich eine weitere NOx-Absenkung ermöglichen läßt.

Claims (6)

1. Brennkraftmaschine (1) mit einem Einlaßsystem (2) und einem Auslaßsystem (3), in welchem zumindest ein erster Abgaskatalysator (5) angeordnet ist, sowie mit einem Ab­ gasrückführsystem (4), wobei zur externen Abgasrückführung stromabwärts des ersten Abgaskatalysators (5) eine Abgasrückführleitung (4a) vom Auslaßsystem (3) abzweigt und in das Einlaßsystem (2) mündet, dadurch gekennzeichnet, daß dem ersten Abgas­ katalysator (5) ein durch einen Speicherkatalysator gebildeter zweiter Abgaskatalysator (6) nachgeschaltet ist, wobei die Abgasrückführleitung (4a) stromaufwärts des zweiten Abgaskatalysators (6) vom Auslaßsystem (3) abzweigt.
2. Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Ab­ gaskatalysator (5) unmittelbar stromabwärts der Zusammenführung von zumindest zwei Abgassträngen angeordnet ist.
3. Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Katalysator (5) als Vorkatalysator bzw. als Startkatalysator ausgebildet ist.
4. Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Katalysator (5) als Oxidationskatalysator oder als Drei-Weg-Katalysator ausgebildet ist.
5. Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Abgasrückführleitung (4a) ein Abgasrückführkühler (9) angeordnet ist.
6. Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einmündung der Abgasrückführleitung (4a) in das Einlaßsystem (3) unmittelbar vor dessen Eintritt in den Zylinderkopf (1a) der Brennkraftmaschine (1) angeordnet ist.
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