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DE102008043036A1 - Verbrennungsmotor mit Turboladung und Niederdruck-Abgasrückführung - Google Patents

Verbrennungsmotor mit Turboladung und Niederdruck-Abgasrückführung Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor (2) mit einem Turbolader (4), einem ersten Partikelfilter (24) im Abgastrakt (20) des Verbrennungsmotors und einer Niederdruck-Abgasrückführungsleitung (32), die einen zweiten Partikelfilter (46) enthält. Indem die Abgasrückführungsleitung (32) stromaufwärts des ersten Partikelfilters (24) vom Abgastrakt (20) abzweigt und der zweite Partikelfilter (46) mit einer Heizung versehen ist, kann eine schnell reagierende Niederdruck-Abgasrückführung mit kleinen Abmessungen realisiert werden. Außerdem betrifft die Erfindung ein entsprechendes Abgasrückführungsverfahren.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor mit einem Turbolader, einem ersten Partikelfilter im Abgastrakt des Verbrennungsmotors und einer Niederdruck-Abgasrückführungsleitung, die einen zweiten Partikelfilter enthält, sowie ein Verfahren zur Abgasrückführung bei einem Verbrennungsmotor mit Turboladung und Niederdruck-Abgasrückführung, gemäß den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 bzw. 9.
  • Eine derartige Vorrichtung und ein derartiges Verfahren sind aus der DE 10 2006 038 706 A1 bekannt. Hierbei wird das zwecks Stickoxidminderung rückgeführte Abgas stromabwärts eines ersten Partikelfilters und stromaufwärts eines Katalysators und eines Schalldämpfers vom Abgastrakt abgezweigt. Der zweite Partikelfilter in der Niederdruck-Abgasrückführungsleitung kann durch die heißen Abgase passiv eine Temperatur bis zu 800°C annehmen.
  • Anders als bei einer Hochdruck-Abgasrückführung, bei der das rückgeführte Abgas stromaufwärts der Turbine des Turboladers abgezweigt wird, wird bei einer Niederdruck-Abgasrückführung das rückgeführte Abgas stromabwärts der Turbine des Turboladers abgezweigt, nachdem es einen Partikelfilter passiert hat. Aufgrund dessen hat eine Niederdruck-Abgasrückführung im Niederlastbetrieb die Nachteile eines höheren Gegendrucks und einer längeren Aufbauphase des Anteils an verbrannter Masse im Einlaß als eine Hochdruck-Abgasrückführung.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Niederdruck-Abgasrückführung bereitzustellen.
  • Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Vorrichtung und einem gattungsgemäßen Verfahren durch die kennzeichnenden Merkmale der Patentansprüche 1 bzw. 9 gelöst.
  • Indem man die Abgasrückführungsleitung stromaufwärts des ersten Partikelfilters vom Abgastrakt abzweigen läßt, muß weniger Massenstrom durch den ersten Partikelfilter und/oder einen Oxidationskatalysator hindurchgehen, so dass der Abgasgegendruck vermindert wird. Außerdem kann das Volumen des Abgasrückführungsteils wesentlich vermindert werden. Dies verbessert die Ansprechgeschwindigkeit der Abgasrückführung wesentlich. Mit dem heizbaren Partikelfilter können im rückgeführten Abgas enthaltene Ruß- und Ölpartikel, welche nicht in den Verdichter des Turboladers gelangen dürfen, verbrannt werden, so dass sich dieser Partikelfilter nicht leicht zusetzt. Außerdem kann ein derartiger heizbarer Partikelfilter eine wesentlich geringere Größe als ein gewöhnlicher Partikelfilter aufweisen.
  • Es ist sinnvoll, den heizbaren Partikelfilter nicht ständig auf einer Temperatur zu halten, bei der Ruß- und Ölpartikel verbrennen, sondern diesen im Sinne einer Regeneration nur phasenweise zu heizen. Dazu geeignete Zeitpunkte sind z. B. Betriebszustände, in denen der Turbolader nur mit geringer Drehzahl läuft, damit Ruß- und Ölpartikel, die sich eventuell unverbrannt oder nur teilweise verbrannt aus der Filterstruktur lösen, den Verdichter des Turboladers nicht beschädigen. Außerdem ist bei geringer Drehzahl des Turboladers der Gasdurchsatz durch den Filter gering, so dass die aufzuwendende Heizleistung gering ist.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen bzw. der Beschreibung zu entnehmen.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung beispielhaft näher erläutert.
  • Die einzige Figur zeigt eine Prinzipskizze eines Verbrennungsmotors mit Turboladung und Niederdruck-Abgasrückführung. Das Ausführungsbeispiel bezieht sich zwar auf einen Dieselmotor, die Erfindung ist aber auch auf andere Arten von Verbrennungsmotoren anwendbar.
  • Ein schematisch dargestellter Mehrzylinder-Dieselmotor 2 weist Einlaßkanäle 4 und Auslaßkanäle 6 auf. Die Auslaßkanäle 6 münden über einen Sammler 8 in eine Abgasleitung 10, welche in eine Turbine 12 eines Turboladers 14 mündet. Die Turbine 12 ist über eine Welle 16 mit einem Verdichter 18 des Turboladers 14 gekoppelt. Der Turbolader 14 kann ein Turbolader mit fester Geometrie (FGT) oder ein Turbolader mit variabler Geometrie (VGT) sein.
  • An den Auslaß der Turbine 12 schließt sich ein Abgastrakt 20 an, in dem der Reihe nach ein Dieseloxidationskatalysator 22, ein Dieselpartikelfilter 24, ein Regelungssystem zur Regelung des Abgasgegendrucks, das eine Drosselklappe 26 und einen an der Drosselklappe 26 vorbei führenden Bypaß 28 mit integriertem Ventil enthält, und ein Schalldämpfer 30 angeordnet sind.
  • Stromabwärts der Turbine 12 und stromaufwärts des Dieseloxidationskatalysators 22 ist mit dem Abgastrakt 20 eine Niederdruck-Abgasrückführungsleitung 32 verbunden, die über ein Abgasrückführungsventil 34 in eine Frischluftleitung 36 mündet, die Frischluft von einem Luftfilter 38 in den Verdichter 18 des Turboladers 14 leitet.
  • Die vom Verdichter 18 verdichtete Mischung aus Frischluft und rückgeführtem Abgas gelangt über eine Lufteinlaßleitung 40 in einen kombinierten Einlaßluftkühler und -verteiler 42, wo diese gekühlt und auf die Einlaßkanäle 4 verteilt wird. Der Einlaßluftkühler und -verteiler 42 enthält einen nicht gezeigten Bypaß, wobei das Einlaßluftgemisch je nach Bedarf durch den Einlaßluftkühler und -verteiler 42 oder durch den Bypaß am Einlaßluftkühler und -verteiler 42 vorbei geleitet wird.
  • In der Einlaßleitung 40 kann sich außerdem eine Drosselklappe 44 befinden, um die Einlaßleitung 40 zu schließen, wenn der Dieselmotor 2 ausgeschaltet ist.
  • Die Niederdruck-Abgasrückführungsleitung 32 enthält einen heizbaren Partikelfilter 46, welcher von dem rückgeführten Abgas durchströmt wird. Der Partikelfilter 46 enthält eine elektrische Heizung, z. B. in Form von in die Filtermatrix integrierten Gittern aus Heiz- oder Glühdrähten 47, mit denen eventuelle Ruß- und Ölpartikel im rückgeführten Abgas verbrannt werden.
  • Die Niederdruck-Abgasrückführungsleitung 32 kann stromabwärts des Partikelfilters 46 und stromaufwärts des Abgasrückführungsventils 34 auch einen Wärmetauscher 48 enthalten, der die im Abgas enthaltene Wärme an eine beliebige Wärmesenke – wie z. B. den Einlaßluftsammler und -kühler 40 – abführt. Der Wärmetauscher 48 enthält einen nicht gezeigten Bypaß, wobei das Einlaßluftgemisch wahlweise durch den Wärmetauscher 48 oder durch den Bypaß am Wärmetauscher 48 vorbei geleitet wird.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - DE 102006038706 A1 [0002]

Claims (13)

  1. Verbrennungsmotor (2) mit einem Turbolader (4), einem ersten Partikelfilter (24) im Abgastrakt (20) des Verbrennungsmotors und einer Niederdruck-Abgasrückführungsleitung (32), die einen zweiten Partikelfilter (46) enthält, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasrückführungsleitung (32) stromaufwärts des ersten Partikelfilters (24) vom Abgastrakt (20) abzweigt, und dass der zweite Partikelfilter (46) eine Heizung (47) aufweist.
  2. Verbrennungsmotor (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizung (47) des zweiten Partikelfilters (46) dahingehend ausgebildet ist, eine Temperatur von wesentlich mehr als 800°C in dem zweiten Partikelfilter zu erzeugen.
  3. Verbrennungsmotor (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Partikelfilter (46) wesentlich kleiner als der erste Partikelfilter (24) ausgebildet ist.
  4. Verbrennungsmotor (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizung des zweiten Partikelfilters (46) als elektrische Heizung (47) ausgebildet ist.
  5. Verbrennungsmotor (2) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Heizung des zweiten Partikelfilters (46) ein oder mehrere Gitter aus Heiz- oder Glühdrähten (47) aufweist.
  6. Verbrennungsmotor (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasrückführungsleitung (32) stromabwärts des zweiten Partikelfilters (46) und stromaufwärts eines Verdichters (18) des Turboladers (14) in eine Frischluftleitung (36) des Verbrennungsmotors mündet.
  7. Verbrennungsmotor (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgastrakt (20) stromabwärts der Abzweigung der Abgasrückführungsleitung (32) und stromaufwärts oder stromabwärts des ersten Partikelfilters (24) einen Oxidationskatalysator (22) enthält.
  8. Verbrennungsmotor (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor als Dieselmotor ausgebildet ist.
  9. Verfahren zur Abgasrückführung bei einem Verbrennungsmotor (2) mit Turboladung, Niederdruck-Abgasrückführung und einem ersten Partikelfilter (24) im Abgastrakt (20), wobei eine Niederdruck-Abgasrückführungsleitung (32) einen zweiten Partikelfilter (46) enthält, dadurch gekennzeichnet, dass das rückgeführte Abgas stromaufwärts des ersten Partikelfilters (24) vom Abgastrakt (20) abgezweigt wird und dass im rückgeführten Abgas enthaltene Ruß- und Ölpartikel in dem zweiten Partikelfilter (46) zurückgehalten und verbrannt werden.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass im rückgeführten Abgas enthaltene Ruß- und Ölpartikel mittel Hilfe von elektrisch geheizten Heiz- oder Glühdrähten in dem zweiten Partikelfilter (46) verbrannt werden.
  11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das von Ruß- und Ölpartikeln gereinigte rückgeführte Abgas stromaufwärts eines Verdichters (18) eines Turboladers (14) des Verbrennungsmotors in eine Frischluftleitung (36) des Verbrennungsmotors eingespeist wird.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das der Abgastrakt (20) stromabwärts der Abzweigung für die Abgasrückführung (32) und stromaufwärts oder stromabwärts des ersten Partikelfilters (24) einen Oxidationskatalysator (22) enthält.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor (2) als Dieselmotor ausgebildet ist.
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