DE102008037046A1

DE102008037046A1 - Vorrichtung zum Regenerieren eines Rußpartikelfilters im Abgasstrang einer Diesel-Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102008037046A1
Application number: DE200810037046
Authority: DE
Inventors: Erich Eder; Jürgen Kempf
Original assignee: Motorenfabrik Hatz GmbH and Co KG
Current assignee: Motorenfabrik Hatz GmbH and Co KG
Priority date: 2008-08-08
Filing date: 2008-08-08
Publication date: 2010-02-25

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Regenerieren eines Rußpartikelfilters im Abgasstrang einer Diesel-Brennkraftmaschine (1), welche einen Generator (2) antreibt, durch Einschalten einer elektrischen Last (11) im Einspeisenetz des Generators (2), um die Abgastemperatur anzuheben, wobei die Last durch eine oder mehrere Glühwendeln (8) gebildet ist, welche im Abgasstrang stromaufwärts des Rußpartikelfilters (7) angeordnet sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Regenerieren eines Rußpartikelfilters im Abgasstrang einer Diesel-Brennkraftmaschine, welche einen Generator antreibt, durch Einschalten einer elektrischen Last im Einspeisenetz des Generators, um die Abgastemperatur anzuheben.
Bei einem aus DE 60008649 T2 bekannten Auslösehilfssystem für die Regeneration eines Partikelfilters, der in eine Auspuffleitung eines Kraftfahrzeugmotors eingebaut ist, dient als Last eine Funktionsausrüstung des Fahrzeugs, wie beispielsweise eine beheizbare Heckscheibe, eine Lüfterersatz-Einheit oder Anheizkerzen des Motors. Die genannten Funktionsausrüstungen werden gewissermaßen als Dummy Load auf das Einspeisenetz aufgeschaltet, um bei Erreichen einer bestimmten Abbrandtemperatur die Regeneration des Filters auszulösen. Dementsprechend muss der Energieverbrauch der Dummy Load gewählt werden, auch wenn die jeweilige Funktion gerade unerwünscht ist.
Dem gegenüber liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Abbrandtemperatur des Rußes für die Regeneration des Rußpartikelfilters bei möglichst geringem Energieaufwand zu erzielen und die Vorrichtung derart zu gestalten, dass sie mit geringem Aufwand verwirklicht werden kann.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe an einer Vorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die Last durch ein oder mehrere Glühwendeln gebildet ist, welche im Abgasstrang stromaufwärts des Rußpartikelfilters angeordnet sind.
Diese Lösung ist in mehrfacher Hinsicht vorteilhaft. Einerseits können handelsübliche Glühwendeln eingesetzt werden, wie sie sonst zur Verbrennungsluftanwärmung bei Dieselmotoren Verwendung finden. Andererseits kann die durch die Glühwendeln verbrauchte Last verhältnismäßig niedrig dimensioniert werden, da die von den Glühwendeln erzeugte Hitze unmittelbar dort entsteht, wo sie gebraucht wird, nämlich vor dem Eintritt der Abgase in den Rußpartikelfilter. Sowohl die in das Einspeisenetz eingebrachte elektrische Last, als auch die unmittelbar im Abgasstrom erzeugte Heizenergie tragen zur Erhöhung der Temperatur im Abgas bei, wobei sich diese Einflüsse zum Erreichen des angestrebten Ziels, nämlich der Abbrandtemperatur im Abgas, gewissermaßen ergänzen. Auf diese Weise gelingt es, auch bei Teillastbetrieb des Motors die Abbrandtemperatur bei unbeschichtetem Rußpartikelfilter von etwa 600°C zu erreichen. Durch geeignete Innenbeschichtung des Rußpartikelfilters genügen gewöhnlich schon Abbrandtemperaturen bei etwa 300 bis 450°C.
Gerade bei Applikationen im Teillastbetrieb des Motors, wie beispielsweise beim typischen Betrieb von Hilfsgeneratoreinheiten – so genannten APU's – schafft die Erfindung eine besonders vorteilhafte Lösung, denn sie ist mit geringen Mitteln zu verwirklichen, benötigt keinen zusätzlichen Raumbedarf und arbeitet energiesparend.
Die Erfindung ist aber gleichermaßen vorteilhaft bei einem Motor als Fahrzeugantrieb, der über eine Lichtmaschine das Einspeisenetz des Fahrzeugs versorgt. Hier kommen zwar auch andere Funktionsausrüstungen als elektrische Last in Frage; deren sinnvoller Einsatz ist aber zumeist gerade dann nicht gefragt, wenn eine Regeneration des Rußpartikelfilters ansteht. Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht demgegenüber die Einleitung der Regeneration zu jedem gewünschten Zeitpunkt, zum Beispiel abhängig vom Abgasgegendruck oder automatisch nach bestimmten Zeitspannen oder abhängig von der gewählten Fahrstrecke.
Nach besonders vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die als Dummy Load dem Rußpartikelfilter zugeordneten Glühwendeln so geregelt werden, dass die Abgastemperatur dauerhaft über dem für eine permanente passive Regeneration notwendigen Mindestwert (z. B. ca. 300°C) liegt.
Durch diese Art der permanenten Regeneration bedarf es keiner speziellen Regenerationsphasen, mit damit eingehenden Einschränkungen bzgl. Leistungsabgabe an den Motor bzw. einen Verbraucher mehr.
Zusätzlich wird der für diverse Verbraucher abgenommene Strom besonders energieeffizient durch die ECU geregelt, weil der Heizeffekt durch die Glühwendeln direkt zur Aufrechterhaltung des erforderlichen Temperaturniveaus nutzbar ist.
Wird mehr Leistung durch diverse Verbraucher abgenommen, steigt die Abgastemperatur über den Mindestwert und die Glühwendeln können abgeschaltet werden. Mit dieser Variante kann auf einen teueren Druckgeber verzichtet werden und somit eine kostengünstige permanente passive Regeneration erhalten werden.
Zweckmäßigerweise ist der erfindungsgegenständliche Rußpartikelfilter als geschlossener Sammelbehälter ausgebildet und in einem vom Abgas durchströmten Filtergehäuse angeordnet. Die Glühwendeln können entweder vor dem Abgaseingang in das Filtergehäuse in der Abgasleitung angeordnet sein oder, besonders vorteilhaft, im Inneren des Filtergehäuses, weil dort eine noch bessere Nutzung der erzeugten Heizenergie möglich ist.
Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass dem Generator ein Inverter zugeschaltet ist, der das Einspeisenetz mit der Betriebsspannung für die Glühwendeln beaufschlagt, wobei diese üblicherweise zwischen 12 und 48 Volt je nach Ausführungsform der Glühwendeln beträgt.
Eine andere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass im Filtergehäuse stromaufwärts des Rußpartikelfilters ein Drucksensor vorgesehen ist, der an eine Steuereinheit (ECU) zum Einleiten der Regeneration angeschlossen ist. Durch den Drucksensor wird die Beladung des Rußpartikelfilters ermittelt, so dass die Regeneration bei Erreichen eines bestimmten oberen Druckniveaus eingeleitet werden kann; sie kann dann so lange betrieben werden, bis ein bestimmter unterer Druckwert für den regenerierten Rußpartikelfilter gemessen wird.
Üblicherweise kommen zwei bis vier handelsübliche Glühwendeln mit einer Leistungsaufnahme von jeweils etwa 500 Watt zum Einsatz. Bei diesem Leistungsbedarf führt bereits das Aufheizen der Glühwendeln zu einer Grundlast für den Motor, die eine deutliche Erhöhung der Abgastemperatur zur Folge hat. Dadurch, dass die Glühwendeln das Abgas direkt aufheizen gelingt es, die gewünschte Abbrandtemperatur sehr rasch und energiesparend auch im Niedrig- oder Teillastbetrieb des Motors zu erreichen.
Ein zusätzlicher Vorteil ist bei Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung noch dadurch erzielbar, dass die Glühwendeln vor einem Kaltstart des Motors zum Enteisen des Rußpartikelfilters eingesetzt werden können, wobei die notwendige elektrische Energie aus einer Batterie, zum Beispiel der Fahrzeugbatterie, entnommen wird.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Deren 1 und 2 zeigen jeweils in einem Übersichtsschema den Aufbau einer mit dem erfindungsgemäßen Rußpartikelfilter ausgestatteten APU.
1 zeigt eine Diesel-Brennkraftmaschine 1 mit PM-Generator 2, welcher beispielsweise eine nicht gezeigte Fahrzeugbatterie oder andere elektrische Lasten bzw. Verbraucher 11 speist. Über einen Inverter 3 werden über einen Stromkreis 13 Glühwendeln 8 mit Strom versorgt, die zum Aufheizen des Abgases dienen, welches vom Motor 1 über dessen Zylinderkopf 14 und eine Abgaseintrittsleitung 5 in ein Filtergehäuse 6 einströmen, in welchem ein Rußpartikelfilter 7 eingesetzt ist. Stromaufwärts des Rußpartikelfilters 7 befinden sich ein oder mehrere Glühwendeln 8, an welchen das einströmende Abgas vorbeiströmt und sich an deren glühenden Spiralen 15 aufheizt, wenn die Vorrichtung auf Regenerationsbetrieb geschaltet ist. Während im Regenerationsbetrieb der im Rußpartikelfilter 7 gefangene Ruß verbrannt wird, strömt gereinigtes Abgas durch eine Abgasaustrittsleitung 10 aus dem Filtergehäuse 6 und wird von dort über einen (nicht gezeichneten) Schalldämpfer ins Freie geleitet. Das Filtergehäuse 6 ist mittels einer Stütze 12 am Gehäuse des Motors 1 befestigt.
Der Regenerationsbetrieb wird gesteuert über eine Steuereinheit (ECU) 4, über welche die Lasten 11 abhängig von den Signalen aus einem Drucksensor 9 geschaltet werden. Der Drucksensor 9 ermittelt den Abgasgegendruck im Inneren des Filtergehäuses 6 in dessen Abschnitt stromaufwärts des Rußpartikelfilters 7.
2 unterscheidet sich von 1 dadurch, dass deren Drucksensor ersetzt ist durch einen einfachen Temperatursensor 16, der über eine ECU dafür sorgt, dass die zum Erreichen einer permanenten Regeneration erforderliche Mindesttemperatur des Abgases (ca. 300°C) stets überschritten wird. Droht die Abgastemperatur diesen Mindestwert zu unterschreiten, so wird eine entsprechende Anzahl von Glühwendeln eingeschaltet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 60008649 T2 [0002]

Claims

Vorrichtung zum Regenerieren eines Rußpartikelfilters im Abgasstrang einer Diesel-Brennkraftmaschine (1), welche einen Generator (2) antreibt, durch Einschalten einer elektrischen Last (11) im Einspeisenetz des Generators (2), um die Abgastemperatur anzuheben, dadurch gekennzeichnet, dass die Last durch ein oder mehrere Glühwendeln (8) gebildet ist, welche im Abgasstrang stromaufwärts des Rußpartikelfilters (7) angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine (1) mit dem Generator (2) eine Hilfsgeneratoreinheit (APU) bildet.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Einspeisenetz durch eine Lichtmaschine eines Fahrzeugs gespeist wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rußpartikelfilter (7) als geschlossener Sammelbehälter ausgebildet und in einem vom Abgas durchströmten Filtergehäuse (6) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Glühwendeln (8) im Inneren des Filtergehäuses (6) angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem Generator (2) ein Inverter (3) zugeschaltet ist, der das Einspeisenetz mit der Betriebsspannung für die Glühwendeln (7) beaufschlagt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Filtergehäuse (6) stromaufwärts des Rußpartikelfilters (7) ein Drucksensor (9) vorgesehen ist, der an eine Steuereinheit (4) zum Einleiten der Regeneration angeschlossen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Abgaseintrittsleitung (5) stromaufwärts des Rußpartikelfilters (17) ein Temperatursensor (16) vorgesehen ist, über welchen die Abgastemperatur dauerhaft über einem Mindestwert gehalten wird.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Mindestwert über eine Steuereinheit durch Zuschalten einer Last überschritten wird.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass als Last handelsübliche Glühwendeln (8) mit einer Leistungsaufnahme von etwa 500 Watt vorgesehen sind.