DE10347834B4

DE10347834B4 - Abgasnachbehandlung des Abgases einer einen Partikelfilter aufweisenden Dieselbrennkraftmaschine

Info

Publication number: DE10347834B4
Application number: DE10347834.5A
Authority: DE
Inventors: Dr. Standt Ulrich-Dieter; Dr. Weidmann Kurt
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2003-09-09
Filing date: 2003-10-10
Publication date: 2016-05-19
Anticipated expiration: 2023-10-11
Also published as: DE10347834A1

Abstract

Verfahren zur Abgasbehandlung einer mit einer Abgasrückführanlage und einem Partikelfilter versehenen Dieselbrennkraftmaschine, wobei die Temperatur des rückgeführten Abgases durch einen in der Abgasrückführung angeordneten Kühler als Funktion des Betriebszustands der Dieselbrennkraftmaschine geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des rückgeführten Abgases durch eine Mischung aus einem gekühlten Abgasanteil und einem ungekühltem Abgasanteil eingestellt wird, wobei zur Regeneration des Partikelfilters das rückgeführte Abgas mit einer verminderten Kühlleistung bis ungekühlt dem Brennraum zugeführt wird und zur weiteren Erhöhung der Partikelfiltertemperatur die Abgasrückführung in Richtung auf bis an die Rußgrenze erhöht wird.

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.
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 Druckschrift JP 2003-201 829 A beschreibt eine Verfahren zur Abgasbehandlung einer mit einer Abgasrückführanlage und einem Partikelfilter versehenen Dieselbrennkraftmaschine, wobei die Temperatur des rückgeführten Abgases durch einen in der Abgasrückführung angeordneten Kühler als Funktion des Betriebszustands der Dieselbrennkraftmaschine geregelt wird. Dabei wird das Abgas entweder gekühlt oder ungekühlt zurückgeführt, also intermittierend.
Die Druckschrift JP 2001-041 110 A beschreibt ein Verfahren zur Stabilisierung der Verbrennung einer Dieselbrennkraftmaschine durch die Abgasrückführung einer Mischung eines gekühlten Abgasanteils und eines ungekühlten Abgasanteils, wobei der gekühlte Abgasanteil durch einen in der Abgasrückführung angeordneten Abgaskühlers erzeugt wird. Die Herabsetzung der Temperatur in der Dieselbrennkraftmaschine dient zur Reduzierung des NOx-Gehalts im Abgas.
Die Druckschrift DE 196 80 305 C2 beschreibt eine Brennkraftmaschine mit einer Abgasrückführung, wobei in der Abgasrückführung ein Abgaskühler und ein Bypass angeordnet sind. Durch geeignete Ventile kann gekühltes und ungekühltes Abgas gemischt werden, um durch die Einstellung und Erniedrigung der Temperatur des rückgeführten Abgases die NOx-Erzeugung zu reduzieren.
Die Erfindung legt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur Abgasbehandlung eines Dieselmotors mit Abgasrückführung und Partikelfilter zu schaffen.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren nach Anspruch 1. 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. Dabei wird die Temperatur des rückgeführten Abgases durch eine Mischung aus einem gekühlten Abgasanteil und einem ungekühltem Abgasanteil eingestellt, wobei zur Regeneration des Partikelfilters das rückgeführte Abgas mit einer verminderten Kühlleistung bis ungekühlt dem Brennraum zugeführt wird und zur weiteren Erhöhung der Partikelfiltertemperatur die Abgasrückführung in Richtung auf bis an die Rußgrenze erhöht 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.
Vorzugsweise wird 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; wobei in allen anderen Motorkennfeldbereichen das Abgas über mindestens 50%, vorzugsweise zu mindestens 70% des Kennfeldes gekühlt zurückgeführt wird.
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.

Claims

Verfahren zur Abgasbehandlung einer mit einer Abgasrückführanlage und einem Partikelfilter versehenen Dieselbrennkraftmaschine, wobei die Temperatur des rückgeführten Abgases durch einen in der Abgasrückführung angeordneten Kühler als Funktion des Betriebszustands der Dieselbrennkraftmaschine geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des rückgeführten Abgases durch eine Mischung aus einem gekühlten Abgasanteil und einem ungekühltem Abgasanteil eingestellt wird, wobei zur Regeneration des Partikelfilters das rückgeführte Abgas mit einer verminderten Kühlleistung bis ungekühlt dem Brennraum zugeführt wird und zur weiteren Erhöhung der Partikelfiltertemperatur die Abgasrückführung in Richtung auf bis an die Rußgrenze erhöht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur weiteren Erhöhung der Partikelfiltertemperatur eine Nacheinspritzung in den Brennraum vorgenommen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur weiteren Erhöhung der Partikelfiltertemperatur eine Androsselung luftseitig vorgenommen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, 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 Partikelfilter 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 kennfeldgeregelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturregelung des rückgeführten Abgases über die Abgastemperatur erfolgt.