Abgasstrang für eine Brennkraftmaschine

Die Erfindung betrifft einen Abgasstrang für eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein gattungsgemäßer Abgasstrang ist beispielsweise aus der DE 3446247 Al bekannt. Die Abgasbehandlungsvorrichtung ist dabei ein Katalysator, der durch bleihaltiges Benzin irreversibel geschädigt wird. Wenn kein bleifreies Benzin zur Verfügung steht, wird der Katalysator vor einer Schädigung geschützt, in dem die durch den Katalysator führende Leitung mittels der Ventile abgesperrt wird, und das Abgas durch die Bypassleitung strömt.

In Abgassträngen von Brennkraftmaschinen angeordnete Ventile sind wegen der hohen auftretenden Temperaturen, im Abgas befindlichen Rückstände und so weiter nur mit erheblichem Aufwand derart baubar, dass sie im geschlossenen Zustand die jeweils abzutrennende Leitung vollständig dicht abtrennen. Somit kann es in Folge von Undichtigkeiten bei dem bekannten Abgasstrang auch bei Abtrennung der durch den Katalysator führenden Leitung in Folge von Undichtigkeiten zu Schädigungen des Katalysators kommen, wenn das Fahrzeug nicht mit bleifreiem Kraftstoff betrieben wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Abgasstrang der im Oberbegriff des Anspruchs 1 beschriebenen Art derart weiterzubilden, dass zumindest die durch die Abgasnachbehandlungsvorrichtung führende Leitung oder die Bypassleitung vollständig vom Rest des Abgasstrangs abgetrennt werden kann.

Diese Aufgabe wird mit dem Merkmal des Anspruchs 1 gelöst.

Dadurch, dass zwischen den Ventilen eine an einer Unterdruckquelle angeschlossene Rückführleitung von der jeweils abzutrennenden Leitung ausgeht, können infolge von Undichtigkeiten der Ventile in die abzutrennende Leitung gelangende Gase abgesaugt werden, so dass eine vollständige Dichtheit gegeben ist.

Die Unteransprüche sind auf vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Abgasstrangs gerichtet.

Die Erfindung wird im Folgenden beispielsweise und mit weiteren Einzelheiten anhand einer schematischen Zeichnung erläutert, die eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine mit zugehörigem Abgasstrang zeigt.

Gemäß der einzigen Figur sind Abgasleitungen je dreier Zylinder einer sechszylindrigen Brennkraftmaschine 10 zu zwei Abgassammeirohren 12 und 14 zusammengefasst, die durch je einen Dreiwegekatalysator 16 und 18 führen. Die Abgassammeirohre 12 und 14 münden stromabwärts der Katalysatoren 16 und 18 in ein gemeinsames Sammelrohr 20, von dem eine durch einen Stickoxidspeicherkatalysator 22 führende Leitung und eine den Stickoxidspeicher- katalysator 22 umgehende Bypaεsleitung 26 abzweigt. Die Leitungen 24 und 26 münden strö- mungsabwärts des Speicherkatalysators 22 in eine gemeinsame Leitung 28, die durch Schalldämpfer 30 und 32 in die Umgebung führt.

In der Verzweigung des Sammelrohrs 20 in die Leitungen 24 und 26 ist ein Dreiwegeventil 34 angeordnet, über das das Sammelrohr 20 wahlweise mit der Leitung 24 oder der Bypassleitung 26 verbindbar ist. Ahnlich ist in der Mündung der Leitungen 24 und 26 in die Leitung 28 ein Dreiwegeventil 36 angeordnet, mittels dessen wahlweise die Leitung 24 mit der Leitung 28 oder die Bypassleitung 26 mit der Leitung 28 verbindbar ist.

Strömungsoberhalb der Katalysatoren 16 und 18 ist je eine lineare Lambdasonde 40 angeordnet.

Strömungsabwärts des Katalysators 16 ist eine Lambda-Sprungsonde 42 angeordnet.

Strömungsoberhalb des Stickoxidspeicherkatalysators 22 befindet sich ein Temperatursensor 44 zur Messung der Temperatur der dem Stickoxidspeicherkatalysator 22 zugeleiteten Abgase. Strömungsabwärts des Stickoxidspeicherkatalysators 22 ist ein Stickoxidsensor 46 angeordnet.

Von der Bypassleitung 26 zweigt eine Rückführleitung 50 ab, die über eine Unterdruckquelle 52 mit dem Einlass der Brennkraftmaschine 10 verbunden ist. In der Rückführleitung kann ein gestrichelt eingezeichnetes Absperrventil 54 angeordnet sein.

Die Unterdruckquelle 52 kann bei einem Dieselmotor eine Unterdruckpumpe sein oder eine Venturianordnung, bei der mit Hilfe der Einlassströmung in den Motor Unterdruck erzeugt wird, der ermöglicht, dass Abgas aus der Rückführleitung 50 abgesaugt und der in die Brennkraftmaschine 10 strömenden Frischluft beigemengt wird. Gegebenenfalls kann das Abgas aus der Rückführleitung 50 auch ohne Rückführung in den Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine direkt der Umgebungsluftzugeführt oder an anderer Stelle wieder in den Abgasstrang eingeleitet werden. Im Falle eines Ottomotors kann die Unterdruckquelle 52 einfach darin bestehen, dass die Rückführleitung 50 strömungsabwärts einer im Einlass der Brennkraftmaschine angeordneten Drosselklappe in den Ansaugkanal mündet. Alternativ kann die Unterdruckquelle 52 eine Venturianordnung sein, bei der mit Hilfe der Strömung in der Leitung 24, vorzugsweise stromauf des Stickoxidspeicherkatalysators 22, Unterdruck erzeugt wird, der ermöglicht, dass

Abgas aus der Rückführleitung 50 abgesaugt wird. Bei einer Brennkraftmaschine, welche einen beispielsweise abgasbetriebenen Turbolader umfasst, kann eine Druckspülung des Raumes zwischen den Ventilen 34, 36 mittels Turboladerdruck erzielt werden, indem am Turbolader ausgehend von einer Stelle mit einem gegenüber dem Raum zwischen den Ventilen 34, 36 erhöhten Druck zur Druckspülung eine druckleitende Verbindung zum Raum zwischen den Ventilen 34 _; 36 herstellbar ist. Zur Spülung des Raumes zwischen den Ventilen 34. 36 kann gegebenenfalls auch Umgebungsluft verwendet werden.

Die Ausgangssignale der Sensoren werden Eingängen 56 einer elektronischen Steuerungseinrichtung 58 zugeführt, die gegebenenfalls mit weiteren Steuereinrichtungen über ein Bussystem verbunden ist, so dass abhängig von den Ausgangssignalen der Sensoren sowie gegebenenfalls weiteren Betriebsparametern der Brennkraftmaschine über Ausgänge 60 die Ventile 34, 36 sowie, falls vorhanden, ein weiteres Ventil 54 und weitere Baugruppen, wie beispielsweise die Kraftstoffzufuhr der Brennkraftmaschine, gesteuert werden können. Dabei ist zweckmäßig, wenn insbesondere die Ventile 34, 36 nicht nur offen oder geschlossen steuerbar sind, sondern auch gezielt Zwischenstellungen ansteuerbar sind, sodass gegebenenfalls eine vorbestimmte Leckagemenge eingestellt werden kann. Falls die Ventile 34, 36 als im Abgasstrom wirksame Klappen ausgeführt sind, kann eine derartige Steuerung durch einen entsprechenden Anpressdruck realisiert werden, wobei eine Randdichtung der Klappe mehr oder weniger stark an die Abgaskanalwandung angepresst wird.

Ein typischer Anwendungsfall der geschilderten Anordnung liegt darin, dass der Speicherkatalysator 22 von unzulässig hohen, vom Temperatursensor 40 gemessenen Temperaturen geschützt wird, in dem zumindest ein Teil des Abgasstroms durch entsprechendes Betätigen des Ventils 34 in die Bypassleitung 26 geleitet wird, von der aus es zur Abgasrückführung abgezweigt wird und der Brennkraftmaschine zugeführt wird. Dabei ist das Ventil 36 in einer Stellung, in der es die Bypassleitung 26 von der Leitung 28 trennt und die Leitung 24 mit der Leitung 28 verbindet. Ist keine Abgasrückführung erwünscht, kann das Ventil 54 geschlossen werden und, falls zulässig, das Ventil 36 in eine Stellung gebracht werden, in der es beide Leitungen 24 und 28 mit der Leitung 28 verbindet.

Wenn der Stickoxidspeicherkatalysator 22 nicht durch unzulässig hohe Temperaturen gefährdet wird, werden die Ventile 34 und 36 in eine Stellung gebracht, in der sie die Mündungen der Bypassleitung 26 möglichst vollständig und dichtend abschließen. Etwaige Undichtigkeiten der Ventile 34 und 36 sind dadurch unschädlich, dass eventuell in die Bypassleitung 26 gelangendes stickoxidhaltiges Abgas durch die Rückführleitung 50 abgesaugt wird und der Brennkraftmaschine erneut zugeführt wird, so dass es nicht in die Umgebung gelangt und die Wirksamkeit des Stickoxidspeicherkatalysators 22 nachteilig beeinflusst.

Die beschriebene Anordnung kann in vielfaltiger Weise abgeändert werden. Beispielsweise können für bestimmte Anwendungen eines der beiden oder beide Dreiwegeventile 34 und 36 durch einfache Absperrventile ersetzt sein, die in der Bypassleirung 26 oder der Leitung 24 in mehr oder weniger großem Abstand hintereinander angeordnet sind. Das Ventil 34 kann ein Vierwegeventil sein, wenn die beiden Abgassammeirohre 12 und 14 nicht zu dem Sammelrohr 20 zusammengefasst sind, sondern unmittelbar in das Ventil 34 münden. Tn diesem Fall verbindet das Ventil 34 die beiden Abgassammeirohre 12 und 14 mit der Leitung 24 um dann die Einströmung zur Bypassleirung 26 mehr oder weniger freigeben. Je nach Anwendungsfall können die Ventile 34 und 36 auch derart ausgebildet sein, dass wahlweise die Leitung 24 oder die Bypassleirung 26 voll vom Sammelrohr 20 bzw. den Sammelrohren 12 und 14 bzw. der Leitung 28 abtrennbar oder mehr oder weniger freigebbar sind. Die Ventile 34 und 36 können als einfach Klappenventile ausgebildet sein, die mittels eines beispielsweise Schrittschaltaktors in jedwelche Stellung bewegt werden können.

Wesentlich an allen Ausführungen der Erfindung ist, dass bei erwünschter vollständiger Sperrung einer Leitung mittels die Leitung absperrender Ventile in Folge von Undichtigkeiten der Ventile in die Leitung gelangendes Gas absaugbar ist, so dass trotz Undichtigkeit der Ventile eine vollständige Abtrennung erzielt wird.

Die Anordnung kann dadurch erweitert und hinsichtlich potentieller Undichtigkeiten noch sicherer gemacht werden, dass solche Stellen, wie Lagerstellen der Ventile oder andere öffnungen, die mit unbehandeltem oder nicht vollständig behandeltem Abgas beaufschlagt sind und dessen Entweichen ermöglichen, ebenfalls an eine unterdruckbeaufschlagte Rückführleitung angeschlossen sind.

Eine weitere zweckmäßige Weiterbildung des erfindungsgemäßen Abgasstrangs besteht darin, dass die Rückführleitung 50 durch entsprechende Steuerung wenigstens eines der Ventile 34 oder 36 für eine gesteuerte Abgasrückführung verwendet werden kann. In der Rückführleitung 50 ist dann vorteilhafterweise ein weiterer Sensor 62 angeordnet, dessen Ausgang mit einem der Eingänge 56 des Steuergeräts 58 verbunden ist und der beispielsweise den Druck in der Rückführleitung 50 oder eine sonstige Größe misst, aus der sich die Menge des in die Brennkraftmaschine 10 rückgeführten Abgases berechnen lässt. Beispielsweise kann der Sensor 62 als Durchflusssensor ausgebildet sein. Die Ventile 34 und 36 werden vom Steuergerät 58 derart gesteuert bzw. geregelt, dass eine vorbestimmte Abgasrückführrate erreicht wird, die im Steuergerät 58 abhängig von den jeweiligen Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine 10 abgelegt ist.

Die Ansteuerung der Ventile 34 und 36 kann dabei unterschiedlichster Art sein. Wenn beispielsweise der Durchflusswiderstand des Stickoxidspeicherkatalysators 22 groß genug ist,

kann das Ventil 36 die Leitung 26 von der Leitung 28 trennen und die Abgasrückführmenge nur mit dem Ventil 34 eingestellt werden. Wenn dagegen der Strömungswiderstand des Stick- oxidspeicherkatalysators 22 sehr gering ist, kann das Ventil 34 beispielsweise derart eingestellt werden, dass das Sammelrohr 20 mit der Leitung 24 und der Leitung 26 verbunden ist, und der sich in der Leitung 26 einstellende Druck durch Stellung des Ventils 36 bestimmt wird.

Die Abgasnachbehandlungseinrichtung kann an Stelle des Stickoxidspeicherkatalysators auch jedwelcher anderer Art sein, beispielsweise eine Einrichtung zur selektiven katalytischen Reduktion (SCR), ein 3-Wegkatalystator usw., wobei unterschiedliche Behandlungssysteme miteinander kombiniert werden können.

Bezugszeichenliste:

10 Brennkraftmaschine

12 Abgassammeirohr

14 Abgassammeirohr

16 Dreiwegekatalysator

18 Dreiwegekatalysator

20 Sammelrohr

22 Stickoxidspeicherkatalysator

24 Leitung

26 Leitung

28 Leitung

30 Schalldämpfer

32 Schalldämpfer

34 Ventil

36 Ventil

40 Lambda-Sonde

42 Lambda-Sprungsonde

44 Temperatursensor

46 Stickoxidsensor

48 Stickoxidsensor

50 Rückführleitung

52 Unterdruckquelle

54 Absperrventil

56 Eingänge

58 Elektronisches Steuergerät

60 Ausgänge

62 Sensor