DE10347834A1

DE10347834A1 - Abgasnachbehandlung des Abgases einer einen Partikelfilter aufweisenden Dieselbrennkraftmaschine

Info

Publication number: DE10347834A1
Application number: DE10347834A
Authority: DE
Inventors: Ulrich-Dieter Dr. Standt; Kurt Dr. Weidmann
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2003-09-09
Filing date: 2003-10-10
Publication date: 2005-03-31
Anticipated expiration: 2023-10-11
Also published as: DE10347834B4

Abstract

Bei einem Verfahren zur Abgasbehandlung einer mit einer Abgasrückführanlage und einem Partikelfilter versehenen Dieselbrennkraftmaschine wird die Temperatur des rückgeführten Abgases durch einen in der Abgasrückführung angeordneten Kühler als Funktion des Betriebszustands der Brennkraftmaschine geregelt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abgasnachbehandlung eines Dieselmotors, der mit einer Abgasrückführung versehen ist und dessen Abgasnachbehandlungsvorrichtung einen Partikelfilter aufweist, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie einen entsprechenden Dieselmotor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 10.
Zur Verbesserung der Abgasqualität und zur Vermeidung bzw. Verringerung des Partikelausstosses einer Dieselbrennkraftmaschine werden in letzter Zeit die Abgasreinigungsanlagen derartige Dieselbrennkraftmaschinen mit einem Partikelfilter ausgerüstet, der die im Abgas befindlichen Partikel herausfiltert. Die herausgefilterten Partikel lagern sich allerdings in dem Partikelfilter ein und führen nach einer gewissen Einlagerungszeit zu einem Abgasrückstau, so daß der Partikelfilter von Zeit zu Zeit einer Regeneration unterzogen werden muß. Eine derartige Regeneration wird üblicherweise durch einen gewollt herbeigeführten Abbrand der im Filter befindlichen Rußpartikel bewirkt. Um einen Abbrand der Rußpartikel durchführen zu können, muß im Partikelfilter die Zündtemperatur des Rußes erreicht werden. Verschiedene Maßnahmen zur Erhöhung der Temperatur des Partikelfilters, wie z.B. eine elektrische Beheizung des Partikelfilters oder eine Lastaufschaltung, sind bekannt.
Ferner sind moderne Dieselbrennkraftmaschinen mit einer Abgasrückführanlage ausgerüstet, mittels derer ein Teilmassenstrom des Abgases aus dem Abgaskrümmer in das Saugrohr der Brennkraftmaschine zurückgeführt wird, um verschiedene motorische und abgastechnische Maßnahmen zu bewirken.
Eine derartige Abgasrückführanlage ist in der DE 199 30 416 A1 beschrieben, in der das rückgeführte Abgas entweder ungekühlt und/oder von einem AGR-Kühler (AGR = Abgasruckführung) gekühlt zur Ansaugseite zurückgeführt wird, so dass durch Mischung des gekühlten und ungekühlten Abgases eine vorgegebene Temperatur des rückgeführten Abgases eingestellt werden kann.
Die Erfindung legt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur Abgasbehandlung eines Dieselmotors sowie einen derartigen Dieselmotor mit Abgasrückführung und Partikelfilter zu schaffen.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren nach Anspruch 1 sowie durch einen Dieselmotor nach Anspruch 10. Bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Abgasnachbehandlung eines mit einer Abgasrückführanlage und einem Partikelfilter versehenen Dieselmotors wird die Temperatur des rückgeführten Abgases durch einen in der Abgasrückführung angeordneten Kühler als Funktion des Betriebszustand des Motors geregelt.
Vorzugsweise wird zur Regeneration des Partikelfilters das rückgeführte Abgas ungekühlt dem Brennraum zugeführt, um eine möglichst hohe Abgastemperatur zu bewirken, so daß die zur weiteren Aufheizung des Partikelfilters bis zum Zündpunkt der Partikel noch notwenige Energie verringert wird.
Zur weiteren Erhöhung der Abgastemperatur im Partikelfilter kann eine Nacheinspritzung in den Brennraum vorgenommen werden. Ferner kann das AGR-Verhältnis bis an die Rußgrenze erhöht werden. Weiterhin kann eine Androsselung luftseitig vorgenommen werden.
Vorzugsweise wird die Abgasrückführung im Fall des Betriebs bei erhöhter Last ausgesetzt, falls durch den Betrieb bei erhöhter Last ausreichend heißes Abgas in den Dieselpartikelfilter gelangt.
Vorzugsweise wird im unteren Bereich des Motorkennfeldes dem Motor ungekühltes Abgas zugeführt und im mittleren sowie oberen Kennfeldbereich des Motors wird dem Motor gekühltes Abgas zugeführt.
Die temperaturgeregelte Abgasrückführung kann über ein entsprechendes Kennfeld geregelt werden. Eine Regelung der Temperatur des rückgeführten Abgases kann auch über die Abgastemperatur erfolgen.
Eine erfindungsgemäße Dieselbrennkraftmaschine weist einen in einer Abgasnachbehandlungsanlage angeordneten Partikelfilter und eine Abgasrückführanlage auf, wobei die Abgasrückführanlage eine Kühleinheit und einen die Kühleinheit umgehenden Bypass aufweist, und in der Abgasrückführanlage eine Ventilanordnung vorgesehen ist, um durch Mischung des gekühlten und ungekühlten rückgeführten Abgases eine vorbestimmte Temperatur des rückgeführten Abgases als Funktion des Betriebszustands des Motors einzustellen. Vorzugsweise ist vor dem Partikelfilter ein Katalysator angeordnet.
Die Erfindung hat die folgenden Vorteile:
Durch eine entsprechende Regelung im unteren Bereich des Motorkennfeldes wird dem Motor ungekühltes Abgas zugeführt. Hierbei liegt die Abgastemperatur höher als bei den gekühlten Systemen und der Partikelfilter der Dieselbrennkraftmaschine springt besser an. Zusätzlich wird auch eine Verbesserung der Konvertierung der üblicherweise eingesetzten Oxydationskatalysatoren erreicht. Hierdurch entsteht weniger Kohlenwasserstoff (HC) und Kohlenmonoxid (CO). Durch die Verbesserung des Verbrennungsprozesses nimmt der Kraftstoffverbrauch ab.
Ferner wird durch die Aufheizung des Abgases der Mehrverbrauch bei aktiver Einleitung der Partikelfilterregeneration vermindert. So liegt die Zündtemperatur der Partikel bei ca. 550°C, der bei der Verwendung eines Additivs auf ca. 450°C abgesenkt werden kann. Demgegenüber hat das Dieselabgas eine Temperatur zwischen 250°C und 350°C. Durch die Rückführung des im gekühlten Dieselabgases im Falle der Partikelfilterregeneration kann ein Temperaturgewinn von ca. 50°C erreicht werden, der nicht durch andere Maßnahmen bewirkt werden muß.
Im mittleren und oberen Kennfeldbereich der Dieselbrennkraftmaschine wird das Abgas dem Motor gekühlt zugeführt. Dadurch sinkt die NOx-Emission des Motors ab. Die Erfindung erlaubt es aber auch, daß zur Auslösung einer Partikelfilterregeneration die Abgasrückführung ungekühlt erfolgen kann. Ferner kann die Regelung der Abgasrückführung auch über einen NOx-Sensor nach dem Partikelfilter erfolgen.
Weiterhin kann die Regelung der Abgasrückführung derart erfolgen, daß eine temperaturgeregelte Abgasrückführung über ein geeignetes Kennfeld geregelt wird. Ferner kann die Temperaturregelung des rückgeführten Abgases über die Abgastemperatur direkt erfolgen.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der einzigen Zeichnung 1 erläutert, die in schematischer Form einen direkteinspritzenden Dieselmotor mit Abgasrückführung und Partikelfilter zeigt.
Eine direkteinspritzende Dieselbrennkraftmaschine 1 weist einlaßseitig eine Ladeluftzuführung 2 und abgasseitig eine Abgasleitung 3 auf. Das Abgas in der Abgasleitung 3 treibt einen Turbolader 4 an und wird dann über einen Katalysator 5 und einen Partikelfilter 6 gereinigt an die Umwelt abgegeben. Der Turbolader 4 verdichtet ladeluftseitig die in einer Zuführung 7 befindliche Luft und führt die verdichtete Luft einem Ladeluftkühler 8 zu. Ferner ist eine Abgasrückführanlage 9 vorgesehen, die aus der Abgasleitung 3 Abgas entnimmt und in einem ersten Strang 10 einer Kühlvorrichtung 11 zuführt. Die Kühlvorrichtung 11 wird von einen zweiten Strang 12, der als Bypass wirkt, umgangen. Zwei Ventile 13 und 14 steuern die Zusammensetzung des rückgeführten Abgases bestehend aus einem gekühlten Abgasanteil und einem ungekühlten Abgasanteil, so dass die gewünschte Temperatur eingestellt werden kann.

1: Dieselbrennkraftmaschine
2: Ladeluftzuführung
3: Abgasleitung
4: Turbolader
5: Katalysator
6: Partikelfilter
7: Luftzuführung
8: Ladeluftkühler
9: Abgasrückführanlage
10: Gekühlter Strang
11: Kühleinheit
12: Ungekühlter Strang
13: Erstes Ventil
14: Zweites Ventil

Claims

Verfahren zur Abgasbehandlung einer mit einer Abgasrückführanlage und einem Partikelfilter versehenen Dieselbrennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des rückgeführten Abgases durch einen in der Abgasrückführung angeordneten Kühler als Funktion des Betriebszustands der Dieselbrennkraftmaschine geregelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Regeneration des Partikelfilters das rückgeführte Abgas mit einer verminderten Kühlleistung bis ungekühlt dem Brennraum zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur weiteren Erhöhung der Partikelfiltertemperatur eine Nacheinspritzung in den Brennraum vorgenommen wird.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur weiteren Erhöhung der Partikelfiltertemperatur die Abgasrückführung in Richtung auf bis an die Rußgrenze erhöht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur weiteren Erhöhung der Partikelfiltertemperatur eine Androsselung luftseitig vorgenommen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgasrückführung im Fall des Betriebs bei erhöhter Last vermindert bis ausgesetzt wird, falls durch den Betrieb bei erhöhter Last ausreichend heißes Abgas in den Dieselpartikelfilter gelangt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Abgas im Bereich des Motorkennfeldes zwischen der Leerlaufdrehzahl und einer mittleren Drehzahl von 2500/min und einer Last zwischen 0 und 2,5 bar effektivem Mitteldruck bis mindestens 50 %, vorzugsweise zu mindestens 70 % ungekühlt zurückgeführt wird; wobei in allen anderen Motorkennfeldbereichen das Abgas über mindestens 50 %, vorzugsweise zu mindestens 70 % des Kennfeldes gekühlt zurückgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgasrückführung und deren Temperaturregelung kennfeld-geregelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturregelung des rückgeführten Abgases über die Abgastemperatur erfolgt.
Dieselbrennkraftmaschine (1) mit einem in einer Abgasbehandlungsanlage angeordneten Partikelfilter (6) und eine Abgasrückführanlage (9), dadurch gekennzeichnet, daß die Abgasrückführanlage (9) einen ersten Strang (10) mit einer Kühleinheit (11) und einen parallel zum ersten Strang (9) angeordneten zweiten Strang (12) aufweist, wobei in der Abgasrückführanlage eine Ventilanordnung (13, 14) vorgesehen ist, um durch Mischung des gekühlten Abgases des ersten Stranges (9) und des ungekühlten Abgases des zweiten Stranges (12) eine vorbestimmte Temperatur des rückgeführten Abgases einzustellen.
Dieselbrennkraftmaschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Partikelfilter (6) ein Katalysator (5) angeordnet ist.