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DE102008000793A1 - Verfahren zur Regeneration eines Dieselpartikelfilters einer Brennkraftmaschine sowie entsprechende Vorrichtung - Google Patents

Verfahren zur Regeneration eines Dieselpartikelfilters einer Brennkraftmaschine sowie entsprechende Vorrichtung Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regeneration eines Dieselpartikelfilters (16) einer Brennkraftmaschine (1), insbesondere einer direkteinspritzenden Dieselbrennkraftmaschine (4), die in ihrem Abgastrakt (9) einen Katalysator (15) und den Dieselpartikelfilter (16) aufweist. Es ist vorgesehen, dass Luft in den Abgastrakt (9) derart eingebracht wird, dass diese Zusammen mit dem Abgas der Brennkraftmaschine (1) den Katalysator (15) und den Dieselpartikelfilter (16) durchströmt.

Description

  • Die Beschreibung betrifft ein Verfahren zur Regeneration eines Dieselpartikelfilters einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer direkteinspritzenden Dieselbrennkraftmaschine, die in ihrem Abgastrakt einen Katalysator und ein Dieselpartikelfilter aufweist.
  • Stand der Technik
  • Bei Brennkraftmaschinen, insbesondere Dieselbrennkraftmaschinen (Dieselmotoren, bevorzugt bei direkt einspritzenden Dieselmotoren), steigen die Anforderungen einer Umweltverträglichkeit. So sind Verbrennungsmotoren mit stetig sinkenden Emissionsgrenzwerten, geringerer Geräuschemission und dennoch hoher Dynamik und Leistungsabgabe gefordert.
  • Aus Umwelterwägungen sind derartige Brennkraftmaschinen bevorzugt mit Partikelfilter, also Dieselpartikelfilter ausgestattet. Während des Betriebs eines die entsprechende Brennkraftmaschine aufweisenden Fahrzeugs sind regelmäßige Regenerationen des Dieselpartikelfilters notwendig, um dort angelagerte Partikel zu oxidieren. Es ist bekannt, hierzu hohe Gastemperaturen von ca. 600° vor dem Dieselpartikelfilter einerseits und ein entsprechender Sauerstoffanteil von > 5% im Abgas vorzusehen. Um diese Anforderungen zu erfüllen, wurden bisher Regenerationsstrategien betrieben, die die Brennkraftmaschine mit späten Nacheinspritzungen bis ca. 140° Kurbelwinkel nach oberem Todpunkt vorsehen, was zu einer Verbrennung mit schlechtem Wirkungsgrad und einem Kraftstoffeintragen in das Schmieröl des Motors führt. Demzufolge findet eine nicht erwünschte Ölverdünnung statt.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Aufgrund des erfindungsgemäßen Vorgehens, bei dem Luft in den Abgastrakt derart eingebracht wird, dass diese zusammen mit dem Abgas der Brennkraftmaschine den Katalysator und den Dieselpartikelfilter durchströmt, müssen die bekannten, späten Kraftstoffeinspritzmaßnahmen nicht durchgeführt werden. Vielmehr wird durch das Einbringen von Luft in den Abgastrakt des Dieselmotors eine entsprechende hohe Gastemperatur erzeugt und die für die Oxidation der Partikel im Dieselpartikelfilter erforderliche Sauerstoffanteil bereitgestellt. Dabei ist ein im Abgastrakt vorhandener Katalysator nicht hinderlich, denn es wird erfindungsgemäß die Luft – in Strömungsrichtung des Abgases im Abgastrakt betrachtet – vor dem Katalysator und vor dem Dieselpartikelfilter zugeführt. Die erhöhte Luftbeaufschlagung des Katalysators stört nicht die Regeneration des Dieselpartikelfilters. Wenn sich im Abgas unverbrannte Kraftstoffreste befinden, kann das Einbringen von Luft die Gastemperatur noch weiter erhöhen.
  • Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Luft in den Abgastrakt derart eingebracht wird, dass diese erst den Katalysator und dann den Dieselpartikelfilter durchströmt. Insbesondere ist vorgesehen, dass die Menge der eingebrachten Luft einstellbar und auch auf Null reduzierbar ist. Je nach gewünschtem Luftüberschuss kann daher die Dosierung durchgeführt werden. In den Betriebsphasen, während derer keine Dieselpartikelfilter-Regeneration erfolgt, wird die Menge der eingebrachten Luft auf Null reduziert.
  • Der Regenerationseffekt lässt sich dadurch verbessern und beschleunigen, dass die eingebrachte Luft komprimierte Luft ist. Insbesondere ist zu diesem Zweck vorgesehen, dass die Luft von einem Turbolader der Brennkraftmaschine geliefert wird. Der Turbolader weist eine Turbine auf, die vom Abgas der Brennkraftmaschine angetrieben wird. Die Turbine ist mit einem Verdichter gekuppelt, der Luft verdichtet und einem Luftansaugtrakt der Brennkraftmaschine zuführt. Die von dem Verdichter stammende Luft wird vorzugsweise als komprimierte Luft für das Einbringen in den Abgastrakt zur Dieselpartikelfilter-Regeneration verwendet.
  • Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Regeneration eines Dieselpartikelfilters einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer direkt einspritzenden Dieselbrennkraftmaschine, die in ihrem Abgastrakt einen Katalysator und den Dieselpartikelfilter aufweist, wobei ein Luftansaugtrakt der Brennkraftmaschine über eine Luftverbindung mit dem Abgastrakt derart in Verbindung stehen, dass die Luft zusammen mit dem Abgas der Brennkraftmaschine den Katalysator und den Dieselpartikelfilter durchströmt.
  • Hierbei ist insbesondere vorgesehen, dass – stromabwärts betrachtet – der Abgastrakt zuerst den Katalysator und dann den Dieselpartikelfilter aufweist. Insofern durchströmt die in den Abgastrakt eingebrachte Luft zuerst den Katalysator und dann den Dieselpartikelfilter. Hierzu mündet die Luftverbindung bevorzugt stromaufwärts des Katalysators in den Abgastrakt.
  • Ferner ist es vorteilhaft, wenn die Brennkraftmaschine einen Turbolader aufweist, der mit einem Luftansaugtrakt der Brennkraftmaschine verbunden ist und dass die Luftverbindung mit dem Luftansaugtrakt in Verbindung steht. Demzufolge erhält die Luftverbindung komprimierte Luft des Turboladers und führt diese in den Abgastrakt, wenn eine Dieselpartikelfilter-Regeneration durchgeführt wird.
  • Schließlich ist es vorteilhaft, wenn in der Luftverbindung ein schließbares Dosierventil angeordnet ist. Mit diesem Dosierventil lässt sich die Luftmenge pro Zeiteinheit auf ein gewünschtes Maß einstellen und auch die Luftverbindung ganz schließen.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Die Zeichnung veranschaulicht die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und zwar zeigt die Figur in schematischer Darstellung eine Brennkraftmaschine mit einem Abgastrakt und einem Luftansaugtrakt.
  • Ausführungsform(en) der Erfindung
  • Die Figur zeigt eine Brennkraftmaschine 1, die Zylinder 2 sowie eine den Zylinder 2 zugeordnete Kraftstoffeinspritzanlage 3 aufweist. Bei der Brennkraftmaschine 1 handelt es sich um eine Dieselbrennkraftmaschine 4. Ferner weist die Brennkraftmaschine 1 einen Luftansaugtrakt 5 auf, der einen Turbolader 6 der Brennkraftmaschine 1 mit den Zylindern 2 verbindet. Im Luftansaugtrakt 5 sind ein Luftkühler 7 und ein Drosselventil 8 angeordnet. Der Luftkühler 7 liegt stromaufwärts des Drosselventils 8.
  • Die Zylinder 2 der Brennkraftmaschine 1 sind an einen Abgastrakt 9 angeschlossen, der Auspuffkrümmer 10, ein Abgasrohr 11, Abgasrohre 12, 13 und 14 sowie einen Katalysator 15 und einen Dieselpartikelfilter 16 umfasst. Die Auspuffkrümmer 10 sind – stromabwärts des Abgases betrachtet – an das Abgasrohr 11 angeschlossen, dass zu einer Turbine 17 des Turboladers 6 führt. Stromabwärts der Turbine 17 ist das Abgasrohr 12 angeschlossen, das zum Katalysator 15 führt. Ausgangsseitig steht der Katalysator 15 über das Abgasrohr 13 mit dem Eingang des Dieselpartikelfilters 16 in Verbindung. Ausgangsseitig an den Dieselpartikelfilter 16 ist das Abgasrohr 14 angeschlossen. Ein Luftansaugrohr 18 führt zu einem Verdichter 19 des Abgasturboladers 6, der ausgangsseitig an ein Luftzuführrohr 10 des Luftansaugtrakts 5 angeschlossen ist und zu dem Luftkühler 7 führt, zu dem stromabwärts das Drosselventil 8 angeordnet ist. Von dort aus führt eine Luftleitung 21 zu den Zylindern 2 der Brennkraftmaschine. Stromabseitig des Verdichters 19 ist eine Luftverbindung 22 vorgesehen, die insbesondere als Luftrohr 23 ausgebildet ist. Sie steht einerseits mit dem Luftzuführrohr 20 in Verbindung und andererseits mit dem Abgasrohr 12. Demzufolge mündet sie in den Abgastrakt zwischen der Turbine 17 und dem Katalysator 15. In der Luftverbindung 22 befindet sich ein Dosierventil 24, mit der eine Dosierung der Luftverbindung 22 erfolgen kann. Es ist auch möglich, mittels des Dosierventils 24 die Luftverbindung 22 zu schließen.
  • Die Brennkraftmaschine 1 weist ferner eine Abgasrückführung 25 auf, mit der es möglich ist, Abgas, das gegebenenfalls mittels eines Kühlers 26 gekühlt wird, in den Luftansaugtrakt 5 einzubringen. Im Betrieb der Brennkraftmaschine 1 ergibt sich folgende Funktion: Es wird angenommen, dass die Brennkraftmaschine 1 eine bestimmte Betriebszeit in Betrieb war und dass insofern der Dieselpartikelfilter 16 durch abgeschiedene Partikel in seiner Leistung herabgesetzt ist. Um die ursprüngliche Leistung wiederzuerlangen, also ein möglichst gutes Abgasreinigungsergebnis zu liefern, ist es erforderlich, ihn zu regenerieren. Hierzu ist es erforderlich, die Temperatur des Dieselpartikelfilters 16 auf über 600°C zu erhöhen und andererseits mindestens einen Sauerstoffanteil von mindestens 5% zuzuführen, so dass die Partikel oxidieren können. Erfindungsgemäß wird hierzu das bisher geschlossene Dosierventil 24 geöffnet, möglicherweise von einem Motorsteuergerät 27 entsprechend weit geöffnet, so dass sich die genannten Voraussetzungen schaffen lassen. Durch das Einströmen von Luft, die aus dem Luftansaugtrakt 5 stammt und stromabwärts des Verdichters 19 entnommen und über die Luftverbindung 22 stromaufwärts des Katalysator 15 in den Abgastrakt 9 eingebracht wird, erfolgt einerseits eine Temperaturerhöhung, da die Luft stromabwärts des Verdichters 19 durch ihre Komprimierung eine entsprechend hohe Temperatur aufweist. Ferner wird das sich im Abgastrakt 9 befindliche Abgas mit Luft, also mit Sauerstoff angereichert. Die Anordnung wird – gesteuert durch das Dosierventil 24 – derart getroffen, dass im Dieselpartikelfilter 16 die gewünschte Temperatur und auch der genannte Sauerstoffüberschuss vorliegt, wodurch die dort abgelagerten Partikel oxidiert werden und der Dieselpartikelfilter 16 regeneriert wird.

Claims (10)

  1. Verfahren zur Regeneration eines Dieselpartikelfilters einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer direkteinspritzenden Dieselbrennkraftmaschine, die in ihrem Abgastrakt einen Katalysator und den Dieselpartikelfilter aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass Luft in den Abgastrakt (9) derart eingebracht wird, dass diese zusammen mit dem Abgas der Brennkraftmaschine (1) den Katalysator (15) und den Dieselpartikelfilter (16) durchströmt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Luft in den Abgastrakt (9) derart eingebracht wird, dass diese erst den Katalysator (15) und dann den Dieselpartikelfilter (16) durchströmt.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge der eingebrachten Luft einstellbar und auch auf Null reduzierbar ist.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Luft komprimierte Luft ist.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Luft von einem Turbolader (6) der Brennkraftmaschine (1) geliefert wird.
  6. Vorrichtung zur Regeneration eines Dieselpartikelfilters einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer direkt einspritzenden Dieselbrennkraftmaschine, die in ihrem Abgastrakt einen Katalysator und den Dieselpartikelfilter aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Luftansaugtrakt (5) der Brennkraftmaschine (1) über eine Luftverbindung (22) mit dem Abgastrakt (9) derart in Verbindung steht, dass die Luft zusammen mit dem Abgas der Brennkraftmaschine (1) den Katalysator (15) und den Dieselpartikelfilter (16) durchströmt.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass – stromabwärts betrachtet – der Abgastrakt (9) zuerst den Katalysator (15) und dann den Dieselpartikelfilter (16) aufweist.
  8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftverbindung (22) stromaufwärts des Katalysators (15) in den Abgastrakt (9) mündet.
  9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschinen (1) einen Turbolader (6) aufweist, der mit einem Luftansaugtrakt (5) der Brennkraftmaschine (1) verbunden ist und dass die Luftverbindung (22) mit dem Luftansaugtrakt (5) in Verbindung steht.
  10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Luftverbindung (22) ein schließbares Dosierventil (24) angeordnet ist.
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