DE10000396A1

DE10000396A1 - Anlage zur Additivierung von Kraftstoff einer Verbrennungskraftmaschine und Verfahren zum Zuführen eines Additives zu einem Kraftstoff für eine Verbrennungskraftmaschine

Info

Publication number: DE10000396A1
Application number: DE2000100396
Authority: DE
Inventors: Werner Engeler; Pascal Dore; Olaf Bechmann; Gerhard Kahmann; Thorsten Duesterdiek; Martina Koesters; Thomas Garbe
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2000-01-07
Filing date: 2000-01-07
Publication date: 2001-07-12

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anlage zur Additivierung von Kraftstoff zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine, mit einer Vorrichtung zum Zuführen eines Additives in den Kraftstoff sowie ein Verfahren zum Zuführen eines Additives zu einem Kraftstoff für eine Verbrennungskraftmaschine, wobei das Additiv dem Kraftstoff beim Befüllen eines Vorratsbehälters für den Kraftstoff zugeführt wird. DOLLAR A Es ist vorgesehen, daß die Vorrichtung einen Vorratsbehälter (26) zur Aufnahme eines als Feststoff vorliegenden Additives (28) umfaßt, der Vorratsbehälter (26) einem Einfüllstutzen (22) eines Vorratsbehälters (14) für den Kraftstoff zugeordnet ist, und ein Querschnitt (A¶1¶) einer Einlaßöffnung (36) des Vorratsbehälters (26) eine Teilmenge eines Querschnitts (A) des Einfüllstutzens (22) bildet. Beim erfindungsgemäßen Verfahren ist vorgesehen, daß ein definierter Teilvolumenstrom (V¶1¶) des Gesamtvolumenstromes (V¶0¶) des im Vorratsbehälter eingebrachten Kraftstoffes über einen das Additiv aufnehmenden Vorratsbehälter geführt wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anlage zur Additivierung von Kraftstoff einer Verbrennungskraftmaschine mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Merkmalen und ein Verfahren zum Zuführen eines Additives zu einem Kraftstoff für eine Verbrennungskraftmaschine mit den im Oberbegriff des Anspruchs 8 genannten Merkmalen.

Anlage und Verfahren der gattungsgemäßen Art sind bekannt. Beim Betrieb von Verbrennungskraftmaschinen, wobei sich die vorliegende Erfindung insbesondere auf selbstzündende Verbrennungskraftmaschinen (Dieselmotoren) bezieht, treten während der Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemisches Abgase auf. Diese Abgase enthalten Schadstoffe, beispielsweise Schwefeloxide SO_X, Stickoxide NO_X, Kohlenwasserstoffe HC und bei Dieselmotoren auch kohlenstoffhaltige Bestandteile (Ruß).

Um das Abgas zu reinigen, ist bekannt, in einem Abgaskanal wenigstens einen Katalysator anzuordnen, mit dem die Stickoxide, Schwefeloxide und Kohlenwasserstoffe abgeschieden werden können. Ferner ist bekannt, zum Abscheiden des Rußes in dem Abgaskanal ein Partikelfilter zu integrieren, das von dem Abgas passiert wird. Das Partikelfilter besteht üblicherweise aus einer kleinporigen Keramik, so daß sich die makroskopischen Rußpartikel beim Passieren des Partikelfilters ablagern können. Bei entsprechend langer Betriebsdauer besteht die Gefahr, daß das Partikelfilter sich zusetzt und so der Wirkungsgrad eingeschränkt ist beziehungsweise die gesamte Abgasanlage in ihrer Funktion gestört ist.

Eine Regeneration des Partikelfilters erfolgt üblicherweise durch sogenanntes Ausbrennen, das heißt, das Abgas muß eine erhöhte Temperatur erlangen. Üblicherweise sind hierbei Temperaturen von zirka 600°C erforderlich. Da Abgas von Dieselmotoren diese Temperaturen üblicherweise nicht aufweist, ist bekannt, dem Kraftstoff Additive zuzufügen, die gemeinsam mit dem Kraftstoff in der Verbrennungskraftmaschine verbrannt werden. Diese Additive enthalten metallhaltige Verbindungen, aus denen während des Verbrennungsprozesses Metalloxide als Sauerstoffspeicher entstehen. Diese Metalloxide dienen als Initialzünder bei der Erhöhung der Abgastemperatur zur Regeneration der Partikelspeicher. Gleichzeitig wird durch die Metalloxide eine niedrigere Regenerationstemperatur, von zirka 450°C, möglich.

Zum Zuführen derartiger Additive zu dem Kraftstoff ist beispielsweise aus der DE 43 24 046 A1 bekannt, in einem Einfüllstutzen eines Vorratsbehälters für den Kraftstoff eine Kartusche zu plazieren, die das Additiv als Feststoff (Pillenform) aufnimmt. Während des Einfüllens des Kraftstoffes in den Vorratsbehälter, wird die Kartusche von dem Kraftstoff angeströmt, so daß ein Feststoffanteil aus dem Vorrat ausgewaschen wird. Die Kartusche besitzt eine siebartige Mantelstruktur, so daß der Kraftstoff in die Kartusche ein- und austreten kann, jedoch die als Feststoff vorliegenden Additive zurückgehalten werden. Bei dieser bekannten Vorrichtung ist nachteilig, daß eine definierte Zumischung des Additives zu dem Kraftstoff nicht möglich ist, da durch das direkte Anströmen der in dem Einfüllstutzen plazierten Kartusche die Additivierung direkt abhängig von einer Durchflußgeschwindigkeit und nicht der Menge des Kraftstoffes ist. Schwankende Durchflußgeschwindigkeiten führen somit zu einer unterschiedlichen Additivierung des Kraftstoffes.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung und ein Verfahren der gattungsgemäßen Art zu schaffen, mittels denen eine definierte Additivierung des Kraftstoffes möglich ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Anlage zur Additivierung von Kraftstoff mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen gelöst. Dadurch, daß die Vorrichtung zum Zuführen eines Additives einen Vorratsbehälter umfaßt, der einem Einfüllstutzen eines Vorratsbehälters für den Kraftstoff zugeordnet ist, und ein Querschnitt einer Einlaßöffnung des Vorratsbehälters des Additives eine Teilmenge eines Querschnittes des Einfüllstutzens bildet, ist vorteilhaft möglich, durch Festlegung eines Verhältnisses des Querschnittes der Einlaßöffnung des Vorratsbehälters für das Additiv und des Querschnittes des Einfüllstutzens die Menge (Teilmenge) des Kraftstoffes zu bestimmen, die direkt über den das Additiv aufweisenden Vorratsbehälter geführt wird. Diese additivierte Teilmenge des Kraftstoffes wird anschließend mit der nicht additivierten Restmenge des Kraftstoffes vermischt, so daß sich eine definierte Gesamtkonzentration des Additives im Kraftstoff ergibt. Durch eine derartige Anordnung wird insbesondere vorteilhaft erreicht, daß die Additivierung unabhängig von einer Durchflußgeschwindigkeit des Kraftstoffes definiert erfolgen kann, da das Verhältnis von additivierter Teilmenge des Kraftstoffes zu nicht additivierter Restmenge des Kraftstoffes auch bei unterschiedlichen Durchströmgeschwindigkeiten jeweils gleich bleibt.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe ferner durch ein Verfahren zum Zuführen eines Additives mit den im Anspruch 8 genannten Merkmalen gelöst. Dadurch, daß ein definierter Teilvolumenstrom des Gesamtvolumenstromes des in einem Vorratsbehälter für den Kraftstoff eingebrachten Kraftstoffes über einen das Additiv aufnehmenden Vorratsbehälter geführt wird, wird vorteilhafterweise eine gleichbleibende Additivkonzentration des Kraftstoffes erreicht. Insbesondere durch eine Definition des über das Additiv geführten Teilvolumenstromes läßt sich die Gesamtadditivierung des Kraftstoffes in einfacher Weise einstellen.

Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.

Die Erfindung wird nachfolgend in einem Ausführungsbeispiel anhand der zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Gesamtansicht einer Anordnung zur Reinigung des Abgases einer Verbrennungskraftmaschine;

Fig. 2 eine Vorrichtung zur Zuführung eines Additives zu einem Kraftstoff der Verbrennungskraftmaschine und

Fig. 3 eine Draufsicht auf die Querschnitte eines Tankeinfüllstutzens und einer Einlaßöffnung eines Additivbehälters.

Fig. 1 zeigt schematisch eine Verbrennungskraftmaschine 12, der über einen Tank 14 ein Kraftstoff zuführbar ist. Zur Abführung des während eines Verbrennungsprozesses entstehenden Abgases ist ein Abgaskanal 16 vorgesehen, in den wenigstens ein Katalysator 18 und wenigstens ein Partikelfilter 20 integriert sind. Der Katalysator 18 umfaßt beispielsweise einen Oxidationskatalysator, NO_X-Speicherkatalysator, SO_X- Speicherkatalysator, HC-Speicher oder dergleichen. Selbstverständlich sind der Verbrennungskraftmaschine 12 weitere Aggregate, wie beispielsweise Sauganlage, Motorsteuergerät, Einspritzanlage oder dergleichen, zugeordnet. Da Aufbau und Wirkungsweise jedoch allgemein bekannt sind, soll im Rahmen der vorliegenden Beschreibung hierauf nicht näher eingegangen werden.

Der Tank 14 ist über einen Einfüllstutzen 22 mit Kraftstoff 24 befüllbar. Dem Einfüllstutzen 22 ist ein Vorratsbehälter 26 zur Aufnahme eines als Feststoff vorliegenden Additives 28 zugeordnet. Über den Vorratsbehälter 26 ist - wie an den nachfolgenden Figuren noch erläutert wird - dem Kraftstoff 24 beim Einfüllen in den Tank 14 eine definierte Menge des Additives 28 zuführbar. Auswirkungen der Zuführung eines Additives 28 zum Kraftstoff 24 sind ebenfalls allgemein bekannt, so daß hierauf im Rahmen der vorliegenden Beschreibung ebenfalls nicht näher eingegangen werden soll. Die Additive 28 werden während des Verbrennungsprozesses in der Verbrennungskraftmaschine 12 mit verbrannt und führen zum Entstehen von Metalloxiden, mittels denen beispielsweise eine Regeneration des Partikelfilters 20 unterstützt wird. Das Partikelfilter 20 dient zum Abscheiden von kohlenstoffhaltigen Bestandteilen (Ruß) aus dem Abgas der Verbrennungskraftmaschine 12. Derartige Rußpartikel entstehen beispielsweise in selbstzündenden Verbrennungskraftmaschinen (Dieselmotoren).

Fig. 2 verdeutlicht die Anordnung des Vorratsbehälters 26 für das Additiv 28. Der Vorratsbehälter 26 ist dem Einfüllstutzen 22 zugeordnet und auf geeignete Weise, beispielsweise durch Anflanschen an Karosserieteile und dergleichen, fest angeordnet. Der Vorratsbehälter 26 kann zylindrisch, quaderförmig oder auf andere geeignete Weise ausgebildet sein. Innerhalb des Vorratsbehälters 26 ist das Additiv 28 als Feststoff, beispielsweise in Pillenform, angeordnet. Das Additiv 28 kann über eine - in Fig. 2 nicht detailliert gezeigte - Einfüllöffnung in den Vorratsbehälter 26 eingebracht werden. Der Vorratsbehälter 26 ist über einen Zulauf 30 mit dem Einfüllstutzen 22 verbunden. Der Zulauf 30 besteht beispielsweise aus einem gegenüber Kraftstoffen resistenten Rohr, Schlauch oder dergleichen. Der Zulauf 30 ist dichtend durch eine Wandung 32 des Einfüllstutzens 22 geführt und ragt mit seinem Ende 34 in den Einfüllstutzen 22 ein. Das Ende 34 bildet eine Einlaßöffnung 36 aus. Der Zulauf 30 mündet mit seinem anderen Ende in dem Vorratsbehälter 26. Diese Mündung kann beispielsweise mittig - wie dargestellt - oder auch seitlich an dem Vorratsbehälter 26 liegen. Zur Arretierung des Zulaufes 30 sind hier lediglich angedeutete Verschraubungen 38 vorgesehen.

Der Vorratsbehälter 26 ist ferner mit einem Rücklauf 40 verbunden, der entweder stromab des Zulaufes 30 in dem Einfüllstutzen 22 mündet oder - wie gestrichelt dargestellt - direkt im Tank 14 mündet. Der Rücklauf 40 besteht wiederum aus einem gegenüber dem Kraftstoff resistenten Rohr, Schlauch oder dergleichen. Der Rücklauf 40 ist an dem Vorratsbehälter 26 angeflanscht, wobei ein hierzu vorgesehener Flansch 42 ein Sieb 44 aufweist. Das Sieb 44 besitzt eine Maschenweite, die auf die Körnung des Additives 28 abgestimmt ist. Durch das Sieb 44 wird verhindert, daß das Additiv 26 über den Rücklauf 40 direkt in den Tank 14 gelangt.

Insgesamt ergibt sich durch die Zuordnung des Vorratsbehälters 26 zu dem Einfüllstutzen 22 folgende Funktion:

Beim Befüllen des Tankes 14 mit Kraftstoff 24, beispielsweise an einer Zapfstelle einer Tankstelle, gelangt der Kraftstoff 24 über den Einfüllstutzen 22 in den Tank 14. Hierbei ergibt sich ein Gesamtvolumenstrom V₀. Im Bereich einer gedachten, in Fig. 2 mit E bezeichneten Ebene ergibt sich durch die Anordnung der Einlaßöffnung 36 im Einfüllstutzen 22 eine Aufteilung der Gesamtquerschnittsfläche A des Einfüllstutzens 22. In Fig. 3 ist schematisch ein Schnitt durch den Einfüllstutzen 22 im Bereich der Ebene E dargestellt. Hierbei ist angenommen, daß ein Querschnitt sowohl des Einfüllstutzens 22 als auch der Einlaßöffnung 36 jeweils eine Kreisform besitzt. Nach weiteren, nicht dargestellten Ausführungsbeispielen kann selbstverständlich auch jede andere Form, viereckig, oval oder dergleichen, gewählt sein.

Der Einfüllstutzen 22 besitzt eine Querschnittsfläche A, während die Einlaßöffnung 36 des Zulaufes 30 eine Querschnittsfläche A₁ besitzt. Die Größe der Querschnittsflächen A beziehungsweise A₁ bestimmt sich aus den Durchmessern des Einfüllstutzens 22 beziehungsweise des Zulaufes 30 anhand bekannter Beziehungen.

Trifft nun der Gesamtvolumenstrom V₀ des Kraftstoffes 24 im Bereich der Ebene E auf die Einlaßöffnung 36, wird ein Teilvolumenstrom V₁ in dem Zulauf 30 abgezweigt, während ein weiterer Teilvolumenstrom V₂ die Einlaßöffnung 36 passiert und somit nicht über das Additiv 28 geführt wird. Hierbei gilt: V₀ = V₁ + V₂. Ein Verhältnis des Teilvolumenstromes V₁, der über das Additiv 28 geführt wird, zu einem Verhältnis des Volumenstromes V₂ läßt sich in einfacher Weise durch Bestimmen der Querschnittsflächen A₁ der Einlaßöffnung 36, bei konstant angenommener Fläche A des Einfüllstutzens 22, bestimmen. Die Querschnittsfläche A₁ bildet eine Teilmenge der Querschnittsfläche A. Je größer die Querschnittsfläche A₁ der Einlaßöffnung 36 ist, um so größer ist der Teilvolumenstrom V₁, der über das Additiv 28 geführt ist.

Der additivierte Teilvolumenstrom V₁ wird anschließend über den Rücklauf 40 entweder in den Einfüllstutzen 22 zurück und/oder direkt in den Tank 14 geführt. Dort findet ein Vermischen mit dem nicht additivierten Teilvolumenstrom V₂ statt, so daß sich eine Gesamtadditivkonzentration des Kraftstoffes 24 einstellt.

Um zusätzlich eine Additivkonzentration im Kraftstoff 24 einstellen zu können, kann in den Rücklauf 40 eine Dosiereinrichtung integriert sein. Diese ist in Fig. 2 schematisch mit 46 bezeichnet. Diese Dosiereinrichtung 46 kann beispielsweise eine Dosierpumpe, ein Regelventil oder dergleichen sein. Somit ist zusätzlich zu der volumenstromabhängigen Additivierung eine zeitabhängige Additivierung möglich, indem beispielsweise die Dosiereinrichtung 46 nicht während eines gesamten Befüllungsvorganges des Tankes 14 mit Kraftstoff 24 öffnet.

Claims

1. Anlage zur Additivierung von Kraftstoff zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine, mit einer Vorrichtung zum Zuführen eines Additives in den Kraftstoff, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung einen Vorratsbehälter (26) zur Aufnahme eines als Feststoff vorliegenden Additives (28) umfaßt, der Vorratsbehälter (26) einem Einfüllstutzen (22) eines Vorratsbehälters (14) für den Kraftstoff zugeordnet ist, und ein Querschnitt (A₁) einer Einlaßöffnung (36) des Vorratsbehälters (26) eine Teilmenge eines Querschnittes (A) des Einfüllstutzens (22) bildet.

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßöffnung (36) innerhalb des Einfüllstutzens (22) angeordnet ist.

3. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Querschnitt (A) des Einfüllstutzens (22) rund ist.

4. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Querschnitt (A₁) der Einlaßöffnung (36) rund ist.

5. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorratsbehälter (26) für das Additiv (28) über einen Rücklauf (40) mit dem Einfüllstutzen (22) und/oder dem Tank (14) in Verbindung steht.

6. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in den Rücklauf (40) ein Sieb (44) integriert ist, dessen Maschenweite kleiner ist als eine Korngröße des Additives (28).

7. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in den Rücklauf (40) eine Dosiereinrichtung integriert ist.

8. Verfahren zum Zuführen eines Additives zu einem Kraftstoff für eine Verbrennungskraftmaschine, wobei das Additiv dem Kraftstoff beim Befüllen eines Vorratsbehälters für den Kraftstoff zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein definierter Teilvolumenstrom (V₁) des Gesamtvolumenstromes (V₀) des im Vorratsbehälter eingebrachten Kraftstoffes über einen das Additiv aufnehmenden Vorratsbehälter geführt wird.