DE102006027201A1

DE102006027201A1 - Verfahren und System zum automatischen Ablassen und Entfernen von gesammeltem Wasser aus Wasser-/Kraftstoffabscheidern in Dieselmotoren

Info

Publication number: DE102006027201A1
Application number: DE102006027201A
Authority: DE
Inventors: William Charles Farmington Hills Ruona
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2005-06-14
Filing date: 2006-06-12
Publication date: 2006-12-28
Also published as: US20060277899A1; US7415819B2

Abstract

Es werden ein Verfahren und ein System zum Beseitigen von Wasser-/Kraftstoffgemisch aus einem Wasser-/Kraftstoffabscheider an die Hand gegeben. Das Verfahren spritzt das Wasser-/Kraftstoffgemisch in eine Abgasnachbehandlungsvorrichtung ein, wo der Kraftstoffanteil des Gemisches verbrannt und in Wasser und Kohlendioxid umgewandelt wird. Das Wasser-/Kraftstoffgemisch wird als eine Dosis eingespritzt, wobei die zeitliche Steuerung der Einspritzung eine Funktion der Temperatur des Abgases aus dem Motor ist.

Description

Technisches Gebiet
Diese Erfindung betrifft im Allgemeinen einen Kraftstofffilter für Dieselmotor-Kraftfahrzeuge und insbesondere einen Kraftstofffilter, bei dem Wasser in einem Teil des Motors automatisch abgelassen und entfernt wird.

Hintergrund

Wie auf dem Gebiet bekannt ist, ist die Verwendung von Wasserabscheidern in Dieselmotor-Kraftstofffiltern eine gute bekannte Lösung zum Reinigen des Öls von Materialien, die eine Verschlechterung der Motorleistung verursachen könnten. Viele derselben bestehen lediglich aus einem Wasserablass-Sammelraum am Boden des Kraftstofffilters, der durch ein Ablassrohr einfach mit dem Erdboden oder möglicherweise einem Behälter verbunden ist. Manche sind automatisch betreibbar; andere nicht. Manche enthalten zum Beispiel Sensoren, die aktiviert werden, wenn das Wasser einen vorbestimmten Stand in dem Sammelraum erreicht, um ein Signallicht einzuschalten, das sich auf der Instrumententafel des Kraftfahrzeugs befindet, um den Fahrer auf die Notwendigkeit des Leerens des Filters hinzuweisen. Andere umfassen elektrische Mittel zum Betreiben eines Magnetventils zum automatischen Öffnen des Ablasses zu einem Ablassrohr. In den meisten Fällen ist der Ablass einfach ein Ablass hin zum Erdboden.

Die Erfinder der vorliegenden Anmeldung haben einen Nachteil bei den vorbekannten Strategien erkannt. Die Erfinder haben nämlich erkannt, dass in dem Abscheider gesammeltes Material ein Wasser-/Kraftstoffgemisch enthält, wobei der Kraftstoffanteil des Gemisches zum Senken des Kraftstoffverbrauchs und zur Verbesserung der Schadstoffbegrenzung des Motors genutzt werden kann. Insbesondere kann das Gemisch in einer Abgasnachbehandlungsvorrichtung verbrannt werden, wodurch seine Temperatur und die Temperatur von stromabwärts befindlichen Abgasnachbehandlungsvorrichtungen angehoben wird. Ferner kann der Kraftstoff in dem Wasser-/Kraftstoffgemisch als Reduktionsmittel zur Reduzierung von NOx in einer NOx reduzierenden Nachbehandlungsvorrichtung, beispielsweise in einem aktiven Mager-NOx-Katalysator (ALNC, vom Englischen Active Lean NOx Catalyst), verwendet werden.

Kurze Darstellung

Erfindungsgemäß werden ein Verfahren und ein System zum Entfernen von Wasser-/Kraftstoffgemisch aus einem in einem Verbrennungsmotor verwendeten Wasser-/Kraftstoffabscheider an die Hand gegeben. Das Verfahren spritzt das Wasser/den Kraftstoff in heiße Abgase des Motors ein, wo der Kraftstoffanteil dieses Gemisches verbrannt und in Wasser und Kohlendioxid umgewandelt wird.

In einer Ausführung wird das Wasser-/Kraftstoffgemisch zu einer Abgasnachbehandlungsvorrichtung weitergeleitet.

In einer Ausführung wird die Temperatur des Abgases gemessen und das Wasser-/Kraftstoffgemisch wird in die Nachbehandlungsvorrichtung eingeleitet, wenn die gemessene Temperatur eine vorbestimmte Temperatur übersteigt.

In einer Ausführung wird das Wasser-/Kraftstoffgemisch in einem Abscheiden gespeichert und der Wasserstand in dem Abscheider wird ermittelt und das Wasser-/Kraftstoffgemisch wird in die Nachbehandlungsvorrichtung eingeleitet, sobald der ermittelte Stand einen vorbestimmten Stand überschreitet.

In einer Ausführung wird das Wasser-/Kraftstoffgemisch als Funktion der gemessenen Temperatur und des ermittelten Stands in die Nachbehandlungsvorrichtung eingeleitet.

In einer Ausführung ist die Nachbehandlungsvorrichtung ein Oxidationskatalysator.

Gemäß einem anderen Merkmal der Erfindung wird ein Verfahren zum Entfernen von Wasser-/Kraftstoffgemisch aus einem Wasser-/Kraftstoffabscheider eines Dieselmotors an die Hand gegeben. Das Verfahren umfasst das Weiterleiten des Wasser-/Kraftstoffgemisches zu einer oxidierenden Abgasnachbehandlungsvorrichtung des Motors, wobei die Oxidation des verunreinigten Wasser-/Kraftstoffgemisches bei dieser Vorrichtung eine exotherme Reaktion erzeugt.

Gemäß einem anderen Merkmal der Erfindung ist die Nachbehandlungsvorrichtung ein Dieselpartikelfilter oder ein Oxidationskatalysator.

In einer Ausführung wird die exotherme Reaktion zur Beurteilung der Funktionalität der Nachbehandlungsvorrichtung für Emissionsdiagnostik verwendet.

In einer Ausführung wird das Wasser-/Kraftstoffgemisch durch eine luftunterstützte Einspritzdüse der Nachbehandlungsvorrichtung zugeführt.

Gemäß einem noch weiteren Merkmal der Erfindung wird ein Verfahren zum Entfernen von Wasser-/Kraftstoffgemisch aus einem Wasser-/Kraftstoffabscheider eines Dieselmotors an die Hand gegeben. Das Verfahren umfasst das Weiterleiten des Wasser-/Kraftstoffgemisches zu einer Magerbetrieb-Abgasnachbehandlungsvorrichtung des Motors und das Anpassen der Menge einer Reduktionsmitteleinspritzung in die Vorrichtung basierend auf einer Reduktionsmittelmenge in dem Wasser-/Kraftstoffgemisch.

Gemäß einem noch weiteren Merkmal der Erfindung wird ein Verfahren an die Hand gegeben, das das Einspritzen eines Wasser-/Kraftstoffgemisches in heißes Abgas eines Verbrennungsmotors umfasst, wobei die Einspritzung in einem Bereich zwischen dem Motor und einer Abgasnachbehandlungsvorrichtung erfolgt.

Gemäß einem anderen Merkmal der Erfindung wird ein System zum Entfernen von Wasser-/Kraftstoffgemisch aus einem Wasser-/Kraftstoffabscheider eines Dieselmotors an die Hand gegeben. Das System weist eine von dem Wasser-/Kraftstoffgemisch in einem Kraftstoff-Wasserabscheider gespeiste Einspritzdüse auf, wobei die Einspritzdüse einen in einem Abgasbereich des Motors angeordneten Auslass aufweist. Eine Abgasnachbehandlungsvorrichtung ist stromabwärts des Abgasbereichs angeordnet. In dem Abgasbereich ist ein Temperatursensor angeordnet. Zum Aktivieren der Einspritzdüse als Reaktion auf ein Signal von dem Temperatursensor, das anzeigt, dass die Temperatur in dem Abgasbereich eine vorbestimmte Temperatur übersteigt, ist ein Steuergerät vorgesehen, wobei die vorbestimmte Temperatur eine Temperatur ist, über der in der Abgasnachbehandlungsvorrichtung eine exotherme Reaktion eintritt. Bei einer solchen Aktivierung spritzt die Einspritzdüse einen Teil des Wasser-/Kraftstoffgemisches in den Abgasbereich ein.

Die Einzelheiten einer oder mehrerer Ausführungen der Erfindung werden in den Begleitzeichnungen und der nachstehenden Beschreibung dargelegt. Andere Merkmale, Aufgaben und Vorteile der Erfindung gehen aus der Beschreibung und den Zeichnungen sowie aus den Ansprüchen hervor.

Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein schematisches Diagramm eines Motors und eines Schadstoffbegrenzungssystems, bei denen die Erfindung vorteilhaft genutzt wird.
Gleiche Bezugszeichen in den verschiedenen Zeichnungen bezeichnen gleiche Elemente.
Eingehende Beschreibung
Unter Bezug nun auf 1 wird ein System 10 zum Entfernen von Material, hier verunreinigtem Wasser-/Kraftstoffgemisch, das sich in einem Wasser-/Kraftstoffabscheider 12 eines Dieselmotors 14 sammelt, an die Hand gegeben. Eine Abgasnachbehandlungsvorrichtung 22 ist stromabwärts des Abgasbereichs 20 vorgesehen. Das System 10 weist ferner eine zum Zuführen von Reduktionsmittel zur Vorrichtung 22 verwendete Einspritzdüse 16 auf. Die Einspritzdüse 16 ist hier eine luftunterstützte Einspritzdüse, wie sie in der gleichzeitigen U.S.
Patentanmeldung Ser. Nr. 10/301296, eingereicht am 21.11.2002, abgetreten an die gleiche Anmelderin wie in der vorliegenden Erfindung, beschrieben wird, deren Gegenstand hiermit durch Erwähnung Teil dieser Anmeldung wird. Der Einspritzdüse 16 kann von einem Kraftstofftank oder von einem separaten Vorratstank (keiner von beiden dargestellt) Reduktionsmittel zugeführt werden. Die Einspritzdüse 16 wird auch von dem Wasser-/Kraftstoffgemisch in einem Kraftstoff-/Wasserabscheider 12 gespeist. In dem Abgasbereich 20 ist ein Abgastemperatur-Sensor 24 (AGT) angeordnet. Ein Steuergerät 26, hier ein Motorsteuermodul (MSM), ist zum Aktivieren der Einspritzdüse 16 als Reaktion auf ein Signal des Temperatursensors 24 vorgesehen, das anzeigt, dass die Temperatur in dem Abgasbereich 20 eine vorbestimmte Temperatur übersteigt, hier zum Beispiel eine Temperatur, über der in der Nachbehandlungsvorrichtung 22 eine exotherme Reaktion eintritt. Bei einer solchen Aktivierung spritzt die Einspritzdüse 16 einen Teil des in dem Abscheider 12 gespeicherten Wasser-/Kraftstoffgemisches in den Abgasbereich 20 zur Zufuhr zur Vorrichtung 22 ein. Hier wird das Wasser-/Kraftstoffgemisch elektronisch als eine Dosis eingespritzt, wobei die Menge des Materials in einer solchen Dosis eine Funktion der Temperatur des Abgases vom Motor ist. Daher erfolgt die Einspritzung in einem Bereich zwischen dem Motor 14 und einer Abgasnachbehandlungsvorrichtung 22.
Insbesondere wird hier das Wasser-/Kraftstoffgemisch eingespritzt, wenn der von einem Wasser-im-Filter-Sensor 25 (WIF) gemessene Wasserstand in dem Abscheiden 12 einen vorbestimmten Stand überschreitet und wenn die Temperatur in dem Abgasbereich 20 die vorbestimmte Temperatur überschreitet.
Wenn die Temperatur in dem Abgasbereich 20 die vorbestimmte Temperatur überschreitet, wird somit der eingespritzte Kraftstoff oxidiert, d.h. in der Nachbehandlungsvorrichtung 22 verbrannt, und wird dadurch in Wasser und Kohlendioxid umgewandelt.
Somit gibt das System 10 ein Wasser-/Kraftstoffbeseitigungssystem für den Wasser-/Kraftstoffabscheider 12 an die Hand. Das Beseitigungsverfahren umfasst das Einspritzen des Wasser-/Kraftstoffgemisches in heißes Abgas und dessen Verbrennen in der Abgasnachbehandlungsvorrichtung. Das Verbrennen wandelt wiederum das Abfallprodukt in H₂O und CO₂ um.
Das System 10 kombiniert sechs Untersysteme: Das Steuergerät 22, z.B. ein elektronisches Steuermodul (ESM) mit einem E/A-Teil, RAM. CPU und ROM sind wie dargestellt in herkömmlicher Weise angeordnet. Der ROM ist hier ein Halbleiterchip, der ein ausführbares Programm zum Bewirken des vorstehend beschriebenen Prozesses speichert. Ferner sind der Wasser-im-Filter-Sensor 25 (WIF), der Abgastemperatursensor (AGT) 22 und eine Zerstäubungsvorrichtung, hier die Einspritzdüse 16, und die Nachbehandlungsvorrichtung 22, beispielsweise ein Oxidationskatalysator, enthalten. Alternativ kann die Nachbehandlungsvorrichtung 22 ein Dieselpartikelfilter (DPF) sein. Alternativ kann die Nachbehandlungsvorrichtung ein aktiver Mager-NOx-Katalysator (ALNC) sein.
Kraftstoff in dem Kraftstofftank 30 wird über den Kraftstoff-/Wasserabscheider 12 durch eine mechanische Flügelzellenförder- und Ansaugpumpe 38 wie dargestellt durch ein Kraftstoffsieb 32 zu den Verteilerrohren 34 der Motorzylinder 36 befördert. Überschüssiger Kraftstoff im Abscheider 12 wird durch herkömmliche Mittel zurück zum Tank befördert. Der Wasser-/Kraftstoffanteil im Abscheider 12 wird der Einspritzdüse 16 wie dargestellt über eine Leitung 40 zugeführt. Die Leitung 40 enthält eine (nicht dargestellte) Druckbeaufschlagungs-/Messvorrichtung zur Zufuhr des Wasser-/Kraftstoffgemisches zur Einspritzdüse 16.
Der WIF-Sensor 25 sendet dem ESM 12 ein ständiges Signal, das den Wasserstand in dem Wasser-/Kraftstoffabscheider 12 anzeigt. Das ESM 12 überwacht ferner ständig die Abgastemperatur (AGT). Wenn festgelegte Bedingungen erfüllt sind (d.h. der Wasserstand über einem vorbestimmten Stand liegt und die AGT über dem vorbestimmten Wert liegt, d.h. die Temperatur, über der in der Nachbehandlungsvorrichtung eine exotherme Reaktion eintritt, befiehlt das ESM 22 der Einspritzdüse 16, das Wasser-/Kraftstoffgemisch in den Abgasstrom außerhalb des Motors 14 einzuspritzen, hier stromabwärts eines Turboladers 50 für den Motor 14.
Das Wasser-/Kraftstoffgemisch wird dann über der Nachbehandlungsvorrichtung 22 verbrannt (d.h. oxidiert), wodurch die Temperatur der Vorrichtung angehoben wird. Alternativ kann das Wasser-/Kraftstoffgemisch konstant aus dem Wasser-/Kraftstofffilter 12 gesaugt werden. Das Reduktionsmittel in dem entfernten Wasser-/Kraftstoffgemisch kann dem der Einspritzdüse 16 von dem Kraftstofftank oder einem separaten Behälter zugeführten Reduktionsmittel wie vorstehend beschrieben zugegeben werden. In einer Ausführung, bei der die Vorrichtung 22 eine ALNC ist, würde zum Beispiel eine solche Anordnung zusätzliches Reduktionsmittel für die NOx-Umwandlung liefern und somit kann der Bedarf an Reduktionsmittel aus dem Kraftstofftank oder einem separaten Behälter gesenkt werden. Dies führt zu Verbesserungen der Kraftstoffwirtschaftlichkeit des Motors.
Es wurden eine Reihe von Ausführungen der Erfindung beschrieben. Dennoch versteht sich, dass verschiedene Abwandlungen vorgenommen werden können, ohne vom Wesen und Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. Dementsprechend liegen andere Ausführungen innerhalb des Schutzumfangs der folgenden Ansprüche.

Claims

Verfahren zum Beseitigen von Wasser-/Kraftstoffgemisch aus einem in einem Verbrennungsmotorsystem verwendeten Wasser-/Kraftstoffabscheider, welches umfasst: Einspritzen des Wasser-/Kraftstoffgemisches in heiße Abgase aus dem Motor, wobei der Kraftstoffanteil des Gemisches verbrannt und in Wasser und Kohlendioxid umgewandelt wird.
Verfahren zum Beseitigen eines Wasser-/Kraftstoffgemisches aus einem in einem Verbrennungsmotorsystem verwendeten Wasser-/Kraftstoffabscheider, welches umfasst: Einspritzen des Wasser-/Kraftstoffgemisches in eine Abgasnachbehandlungsvorrichtung des Motors, wobei der Kraftstoffanteil des Gemisches verbrannt und in Wasser und Kohlendioxid umgewandelt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine in die Nachbehandlungsvorrichtung einspritzte Menge des Wasser-/Kraftstoffgemisches eine Funktion einer Temperatur eines Abgases aus dem Motor ist.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasser-/Kraftstoffgemisch in die Nachbehandlungsvorrichtung eingeleitet wird, wenn die Temperatur einen vorbestimmten Wert überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stand des Wasser-/Kraftstoffgemisches in dem Abscheider ermittelt und das Wasser-/Kraftstoffgemisch in die Nachbehandlungsvorrichtung eingeleitet wird, wenn der ermittelte Stand einen vorbestimmten Stand überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachbehandlungsvorrichtung ein Oxidationskatalysator ist.
Verfahren zum Beseitigen von Material aus einem Wasser-/Kraftstoffabscheider eines Dieselmotors, welches umfasst: Weiterleiten des Materials zu einer Abgasnachbehandlungsvorrichtung des Motors, um das Material zu oxidieren, wobei die Oxidation eine exotherme Reaktion in der Vorrichtung erzeugt.
System zum Beseitigen von Material aus einem Wasser-/Kraftstoffabscheider eines Dieselmotors, welches umfasst: Weiterleiten des Materials zu einer Magerbetrieb-Abgasnachbehandlungsvorrichtung des Motors und vor dem Weiterleiten des Materials zu der Vorrichtung Einspritzen eines Kohlenwasserstoff-Reduktionsmittels in das Material.
System zum Beseitigen von Material aus einem Wasser-/Kraftstoffabscheider eines Dieselmotors, welches umfasst: einen von einem Wasser-/Kraftstoffgemisch in einem Kraftstoff-/Wasserabscheider gespeiste Einspritzdüse, wobei die Einspritzdüse einen in einem Abgasbereich des Motors angeordneten Auslass aufweist; eine stromabwärts des Abgasbereichs angeordnete Abgasnachbehandlungsvorrichtung; einen in dem Abgasbereich angeordneten Temperatursensor; ein Steuergerät zum Aktivieren der Einspritzdüse als Reaktion auf ein Signal des Temperatursensors, das anzeigt, dass die Temperatur in dem Abgasbereich eine vorbestimmte Temperatur überschreitet, und wobei bei dieser Aktivierung die Einspritzdüse einen Teil des verunreinigten Wasser-/Kraftstoffgemisches in den Abgasbereich einspritzt.
System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasnachbehandlungsvorrichtung ein Oxidationskatalysator ist.
System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasnachbehandlungsvorrichtung ein Dieselpartikelfilter ist.
System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät das Gemisch als eine Dosis einspritzt, wobei die Menge des Gemisches in der Dosis eine Funktion einer Temperatur von Abgasen aus dem Motor ist.
Verfahren zum Beseitigen von Material aus einem Wasser-/Kraftstoffabscheider eines Dieselmotors, wobei der Motor einen stromabwärts desselben angeschlossenen NOx reduzierenden Katalysator aufweist, wobei das Verfahren umfasst: Einspritzen von Material aus dem Wasser-/Kraftstoffabscheider in den NOx reduzierenden Katalysator und Anpassen einer in den NOx reduzierenden Katalysator eingespritzten Menge an Reduktionsmittel basierend auf einer in dem Material enthaltenen Menge an Reduktionsmittel.
Herstellungsartikel, welcher umfasst: ein Computerspeichermedium mit einem darin kodierten Computerprogramm zum Beseitigen von Material aus einem Wasser-/Kraftstoffabscheider eines Dieselmotors, wobei das Computerspeichermedium umfasst: Code zum Erzeugen eines Signals zum Aktivieren einer von einem Wasser-/Kraftstoffgemisch in einem Kraftstoff-/Wasserabscheider gespeisten Einspritzdüse, wobei die Einspritzdüse einen in einem Abgasbereich des Dieselmotors angeordneten Auslass aufweist, wobei die Einspritzdüse bei der Aktivierung einen Teil des Wasser-/Kraftstoffgemisches in eine Abgasnachbehandlungsvorrichtung einspritzt, wobei die Aktivierung als Reaktion auf ein Signal eines Temperatursensors erfolgt, das anzeigt, dass eine Temperatur in dem Abgasbereich eine vorbestimmte Temperatur überschreitet.
Herstellungsartikel nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Computerspeichermedium ein Halbleiterchip ist.