Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine für ein
Kraftfahrzeug mit einem Brennraum, dem ein Einlasskanal zur
Zufuhr von Brenngas, ein Auslasskanal zur Abfuhr von
Verbrennungsprodukten sowie eine Kraftstoffversorgungseinheit
zur Zufuhr von flüssigem Kraftstoff zugeordnet sind.
Beim Kaltstart im Abgas einer gattungsgemäßen Brennkraftmaschine
vorhandene Kraftstoffbestandteile
(Kohlenwasserstoffe) werden üblicherweise in Adsorberkatalysatoren
gespeichert, die in einem gewissen Abstand vom
Abgasauslass der Brennkraftmaschine angeordnet sind. Bis in
einem derartigen Katalysator eine ausreichend höhe Temperatur
zur Nachverbrennung der gespeicherten Kohlenwasserstoffe
erreicht ist, verdampft ein nennenswerter Anteil der
gespeicherten Kohlenwasserstoffe und wird unverbrannt oder
teilverbrannt aus dem Abgassystem des Kraftfahrzeuges
entlassen.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Brennkraftmaschine für ein
Kraftfahrzeug mit reduzierten Kohlenwasserstoffemissionen,
insbesondere möglichst geringen Kaltstartemissionen
bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch eine Brennkraftmaschine mit den
Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine zeichnet sich aus durch
ein in dem Auslasskanal angeordnetes Adsorptions- und/oder
Absorptionselement zur Zwischenspeicherung von unverbranntem
oder teilverbranntem Kraftstoff. Ein derartiges Adsorptionsund/oder
Absorptionselement nimmt flüssigen oder gasförmigen
Kraftstoff auf, der hauptsächlich in den ersten Sekunden des
Hoch- und Warmlaufs einer Brennkraftmaschine unverbrannt oder
teilverbrannt aus dem Brennraum ausgestoßen wird. Der
Kraftstoff wird an dem Adsorptions- und/oder Absorptionselement
angelagert bzw. eingelagert. Durch die rasche Erhitzung des
Auslasskanals erfolgt eine Desorption von Kraftstoff bei
Temperaturen, die eine zuverlässige Nachverbrennung des
desorbierten Kraftstoffes im Abgastrakt sicherstellen.
Besonders zu bevorzugen ist die vorgeschlagene Anordnung in
Verbindung mit einem nachgeschalteten Oxidations- und/oder
Reduktionskatalysator.
In Ausgestaltung der Erfindung ist an dem Auslasskanal eine
Oberfläche mit einer hohen Rauhigkeit gestaltet. Ein
Oberflächenbereich mit einer stark vergrößerten Rauhigkeit,
d.h. mit einer stark vergrößerten Oberfläche stellt ein
besonders einfach herstellbares Adsorptions-/ Absorptionselement
dar. Eine Herstellung erfolgt vorzugsweise durch
Verwendung eines Sand-Gießkerns mit grober Körnung.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist in dem Auslasskanal
eine Zone mit reduzierter Strömungsgeschwindigkeit, insbesondere
ein Spalt und/oder ein Totwassergebiet gebildet. Eine
derartige Zone dient mit ihrer (vergrößerten) Oberfläche als
Adsorptionselement insbesondere für Flüssigkeitströpfchen.
Vorzugsweise ist in einer derartigen Zone die Abgasströmung
verwirbelt.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist in den Auslasskanal
ein vorzugsweise perforiertes Einsatzelement eingebracht,
hinter dem ein Zwischenraum gebildet ist. Hinter dem
Einsatzelement und/oder in den Perforationen des
Einsatzelementes können Totwassergebiete gebildet sein.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist in dem Auslasskanal,
vorzugsweise in dem Zwischenraum eine Adsorptionsund/oder
Absorptionslage zur Aufnahme von Kraftstoff angeordnet
ist. Die Adsorptions- und/oder Absorptionslage ist aus einem
geeigneten, zur Adsorption und/oder zur Absorption von
Kraftstofftröpfchen oder -molekülen dienenden Material
hergestellt.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind an dem Einsatzelement
Strömungsleitelemente und/oder Turbulenzpromotoren
angeordnet. Derartige Elemente können Totwassergebiete oder
Gebiete mit stark verwirbelter Strömung erzeugen. Mittels der
Strömungsleitelemente und/oder Turbulenzpromotoren lässt sich
der aus dem Brennlaum ausgeschobene Abgasstrom wenigstens
teilweise in ein Totwassergebiet umlenken. Insbesondere im
Zusammenwirken mit einer Perforation kann mittels eines
Strömungsleitelementes Abgas hinter das Einsatzelement
umgelenkt werden.
Weitere Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich aus der
Beschreibung sowie den Zeichnungen. Konkrete
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen
vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung
näher erläutert. Es zeigen
- Fig. 1
- eine schematische Darstellung eines Längsschnitts durch
einen Auslasskanal und
- Fig. 2
- ein Detail eines erfindungsgemäßen Einsatzelementes.
Eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine 1 für ein Kraftfahrzeug
weist einen Zylinderkopf 1a auf, der gemeinsam mit
einem beweglichen Kolben zur Begrenzung eines vorzugsweise
zylindrischen Brennraumes 2 in einem Motorblock der Brennkraftmaschine
dient. In dem Zylinderkopf 1a sind ein Einlasskanal
zur Zufuhr von Brenngas in Form von Verbrennungsluft in den
Brennraum hinein sowie ein Auslasskanal 3 zur Abfuhr von
Vergrennungsprodukten aus dem Brennraum heraus vorgesehen.
Ferner ist eine Kraftstoffversorgungseinheit zur Zufuhr von
flüssigem Kraftstoff in den Brennraum 2 vorgesehen; dabei
handelt es sich vorzugsweise um ein Einlasskanal- oder ein
Direkteinspritzsystem mit entsprechenden Düsen bzw. Injektoren
sowie wenigstens einer Fördereinheit (Kraftstoffpumpe). Als
Kraftstoff werden vorzugsweise bei Umgebungsbedingungen
flüssige Kohlenwasserstoffe, z.B. Benzin oder Dieselkraftstoff
verwendet.
In Fig. 1 ist ein Schnitt durch den Zylinderkopf 1a dargestellt,
der in einer Richtung parallel zur Längsachse des
Auslasskanals 3 verläuft. Darin sind schematisch mehrere
Ausführungsformen eines Adsorptions- und/oder Absorptionselementes
dargestellt.
Als eine erste Variante eines Adsorptions- und/oder
Absorptionselementes ist eine insbesondere adsorptiv wirkende
Oberfläche 4 mit einer hohen Rauhigkeit, insbesondere mit einer
mikroskopischen Oberflächenstruktur vorgesehen. Eine derartige
Oberfläche lässt sich mittels eines entsprechend grobkörnigen
Gießkerns beim Gießen des Zylinderkopfes 1a besonders einfach
und ohne Zusatzaufwand im Vergleich zu bisherigen Fertigungsmethoden
herstellen. Vorzugsweise sind die Rauhigkeit, die Lage
und die Ausdehung der Oberfläche 4 an die Größe und das
Anlagerungsverhalten von bei einem Kaltstartvorgang der Brennkraftmaschine
aus dem Brennraum ausgestoßenen Kraftstofftröpfchen
angepasst.
Als eine zweite Variante eines Adsorptions- und/oder
Absorptionselementes ist ein Spalt, eine Riffelung oder eine
ähnliche makroskopische Oberflächenstruktur vorgesehen, die
prinzipiell wie die Oberfläche 4 mit hoher Rauhigkeit wirkt.
Als eine dritte Variante eines erfindungsgemäßen Adsorptionsund/oder
Absorptionselementes ist ein Einsatzelement 6 in den
Auslasskanal 3 eingesetzt. Das Einsatzelement 6 ist als formstabile,
an die Kontur des Auslasskanals 3 angepasste Hülse
gestaltet, die vorzugsweise über ihre gesamte Oberfläche
verteilte Perforationen 6a aufweist. Zwischen Einsatzelement 6
und dem gegossenen Auslasskanal 3 im Zylinderkopf 1a ist ein
Zwischenraum 7 gebildet, der über die Perforationen 6a in
Verbindung steht mit dem Innenbereich 10 des Einsatzelements.
Im Betrieb der Brennkraftmaschine 1 ergeben sich zwischen dem
gekühlten Zylinderkopf 1a und dem Innenbereich 10 nennenswerte
Temperaturdifferenzen, wobei das Einsatzelement 6 als Isolierung
bzw. Schutzschild für den gekühlten Zwischenraum 7
fungiert. In dem Zwischenraum 7 ergeben sich somit Bereiche mit
reduzierter Strömungsgeschwindigkeit und ggf. auch Totwassergebiete,
in denen flüssiger Kraftstoff, welcher aus der
Abgasströmung, die vorzugsweise über die Perforationen 6a in
den Zwischenraum gelangt, abgeschieden werden und unverdampft
verharren kann.
Zur Modifikation dieser Variante wird erfindungsgemäß
vorgeschlagen, an dem Einsatzelement 6 auf der zum Innenbereich
10 hin ausgerichteten Seite Strömungsleitelemente 9 vorzusehen.
Strömungsleitelemente 9 sind vorzugsweise zur Umlenkung der
Abgasströmung vom Innenbereich 10 in den Zwischenraum 7
vorgesehen, daher kooperieren die Strömungsleitelemente 9
vorzugsweise mit Perforationen 6a. Sie können beispielsweise
hutzenförmig ausgestaltet sein (vgl. Fig. 2). Ergänzend oder
alternativ sind an einem Einsatzelement 6 auf der zum
Innenbereich 10 hin ausgerichteten Seite und/oder auf der zum
Zwischenraum 7 hin ausgerichteten Seite Turbulenzpromotoren
bzw. Strömungsumlenkmittel mit ausgeprägtem Totwassergebiet
vorgesehen.
Als eine weitere Variante eines besonders wirksamen
Adsorptions- und/oder Absorptionselementes ist eine Einlage 8
aus einem kraftstoff-adsorbierenden bzw. -absorbierenden
Material vorgesehen. In Abhängigkeit von der Art des
Kraftstoffes können unterschiedliche Materialien mit
unterschiedlichen Oberflächen-, Adsorptions- und
Absorptionseigenschaften zur Anwendung kommen. Vorzugsweise
kommen Keramiken, Zeolithe, Aktivkohle und Kunststoff- oder
Metallschäume zur Anwendung. Derartige Einlagen sind
vorzugsweise formstabil und/oder als Füllung für einen
Zwischenraum 7 ausgebildet.
Durch die vorgeschlagenen Maßnahmen lassen sich teil- oder
unverbrannt aus einem Brennraum der Brennkraftmaschine
ausgestoßene Kraftstoffbestandteile direkt im bzw. am
Zylinderkopf binden, rekondensieren, adsorbieren und/oder sogar
absorbieren. Zwar ergeben sich unter Umständen nur kurze
Speicherzeiten, jedoch können diese länger konzipiert sein als
die zur Aufheizung des Auslasskanals an dieser Stelle
erforderliche Zeit. Somit werden Kraftstoffemissionen -
insbesondere beim Kaltstart der Brennkraftmaschine im
Zylinderkopf bzw. in dessen Nähe wenigstens kurzzeitig gebunden
und nachfolgend bei einer Temperatur freigegeben, die zur
vollständigen und raschen (Nach)Verbrennung des Kraftstoffes
ausreichend ist. Somit ist eine Brennkraftmaschine mit
hinsichtlich Kraftstoff- bzw. Kohlenwasserstoffemissionen
nennenswert verbessertem Kaltstartverhalten bereitgestellt.