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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verwendung von Schmieröl, das bei Verbrennung in einem Motorsystem wasserlösliche Asche bildet, ein Motorsystem, in dem das Schmieröl verwendet wird, und ein Fahrzeug, das das Motorsystem umfasst.
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HINTERGRUND DER TECHNIK
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Dieselmotoren sind mit Abgasreinigungsvorrichtungen versehen, um Partikel und schädliche Gase zu reduzieren, die in Dieselmotorabgasen vorhanden sind. Zur Regulierung von Emissionen von Fahrzeugen gibt es verschiedene Normen und gesetzliche Anforderungen, die die zulässigen Werte für Abgase regeln. Fahrzeuge sind folglich mit verschiedenen Arten von Reinigungsvorrichtungen für Abgase in einem Abgassystem versehen, um die rechtlichen Bestimmungen zu erfüllen. Das Abgassystem kann beispielsweise in einem Schalldämpfer vorgesehen sein, der in Fluidverbindung mit einem Abgasrohrsystem eines Fahrzeugs steht.
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Schalldämpfer werden in Verbrennungsmotoren verwendet, um Motorgeräusche zu dämpfen und Emissionen zu reduzieren, und befinden sich im Abgassystem des Motors. Mit einem Schalldämpfer versehene Verbrennungsmotoren können in verschiedenen unterschiedlichen Anwendungen verwendet werden, zum Beispiel in Schwerfahrzeugen, wie beispielsweise Lastwagen oder Bussen. Das Fahrzeug kann alternativ ein Pkw sein. Motorboote, Fähren oder Schiffe, Industriemotoren und/oder motorbetriebene Industrieroboter, Kraftwerke, zum Beispiel Elektrokraftwerke mit einem Dieselgenerator, Lokomotiven oder andere Anwendungen können Verbrennungsmotoren mit Schalldämpfern haben. Der Schalldämpfer umfasst einen Dieselpartikelfilter (DPF), der in diesem Zusammenhang auch als Partikelfilter bezeichnet wird, zur Abgasnachbehandlung. Der Partikelfilter ist dafür vorgesehen, Partikel aufzufangen, wie zum Beispiel Rußpartikel, die in Asche oxidiert sind. In der Regel ist ein solcher Schalldämpfer hauptsächlich hinsichtlich des verfügbaren Platzes in dem Fahrzeug montiert, ohne Berücksichtigung der Tatsache, dass der Schalldämpfer leicht abmontiert werden können sollte oder bei Wartungsarbeiten leicht zugänglich sein sollte. Der Partikelfilter in dem Schalldämpfer muss möglicherweise abmontiert werden, um ersetzt oder von abgelagerter Asche gereinigt zu werden, und in Verbindung damit muss der Schalldämpfer in der Regel auch zumindest teilweise abmontiert werden. Diese Demontage kann sehr schwierig werden, da der Schalldämpfer zwischen 100 und 150 kg wiegen kann und nicht immer leicht zugänglich ist. Der Partikelfilter selbst muss in bestimmten Abständen ersetzt oder gereinigt werden, da angesammelte Asche den Rückdruck in dem Abgassystem erhöht, was zum Beispiel zu einem erhöhten Kraftstoffverbrauch führt. Darüber hinaus kann die angesammelte Asche einen Kontakt der Abgase mit einer katalytischen Beschichtung in dem Oxidationskatalysator erschweren, wodurch die Oxidierung der Rußpartikel in Asche behindert wird. Somit muss die Asche aus dem Partikelfilter entfernt werden.
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In der Regel findet die Säuberung und/oder der Austausch des Partikelfilters in Verbindung mit Wartungsarbeiten statt, was typischerweise die Demontage des Schalldämpfers und des Partikelfilters in Abständen von ungefähr einem Jahr mit sich bringt. Bei hohen Kilometerzahlen, typischerweise über 300.000 - 400.000 km für ein Frachtfahrzeug mit einem Dieselmotor, das mit alternativen Kraftstoffen angetrieben wird, kann die Säuberung des Partikelfilters auch in kürzeren Abständen notwendig sein. Die angesammelte Asche kann schwierig zu entfernen sein, so dass unterschiedliche umweltschädliche Lösungsmittel erforderlich sein können, um die Asche zu entfernen. Außerdem kann die Entfernung der Asche arbeits- und zeitaufwändig sein. Somit ist es wünschenswert, die Säuberung des Partikelfilters zu erleichtern wird.
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Im Stand der Technik wurden mehrere Versuche unternommen, die Säuberung eines Partikelfilters zu erleichtern. Zum Beispiel offenbart
EP2767690A1 eine Vorrichtung zur Verwendung bei der Säuberung eines Partikelfilters, die eine Scheibeneinheit mit Öffnungen umfasst, die dafür ausgelegt sind, bei der Säuberung Luft durch eine Saugvorrichtung durchzulassen, die mit dem Schalldämpfer verbunden ist und Luft durch die Öffnung und nach hinten durch den Partikelfilter saugt. Jedoch ist es wünschenswert, weitere Komponenten in dem Schalldämpfer zu vermeiden, die das Gewicht des Schalldämpfers erhöhen können.
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WO2014038724 offenbart ein Reinigungssystem, in dem eine Flüssigkeit einem Partikelfilter zugeführt wird, um die Bewegung von Asche zu hinteren Teilen des Partikelfilters zu fördern. Der Feinstaub, der dadurch bewegt wird, wird dann in einem anschließenden Entfernungsverarbeitungsschritt entfernt. Somit muss der Feinstaub immer noch von dem Partikelfilter in einem besonderen Verarbeitungsschritt entfernt werden. Dokument
WO2008/053462A1 beschreibt ein Beispiel, wie die Säuberung eines Partikelfilters in einem Schalldämpfer stattfinden kann, ohne dass der Filter von dem Schalldämpfer abmontiert werden muss. Der Feinstaub muss immer noch in einem separaten Prozess von dem Partikelfilter entfernt werden. Außerdem offenbart
DE4313132A1 ein Säuberungsverfahren, in dem Dieselpartikelfilter für ein Abgassystem eines Dieselmotors von abgelagerten Partikeln durch eine Spülflüssigkeit gereinigt werden, die Wasser sein kann. Das Säuberungsverfahren wird jedoch in einem separaten Prozessschritt ausgeführt, in dem Wasser über einen speziellen Flüssigkeitseinlass zu dem Partikelfilter geführt wird, wodurch eine Unterbrechung des Betriebs des Dieselmotors erforderlich ist.
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Obgleich es Lösungen aus dem Stand der Technik zur Entfernung von Feinstaub aus Partikelfiltern gibt, besteht immer noch ein Bedarf der Verbesserung der Entfernungsprozeduren in den bestehenden Abgassystemen. Es besteht außerdem ein großer Bedarf an einem hohen Grad von Abgasreinigung in Verbrennungsmotoren.
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KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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In Anbetracht der vorstehend beschriebenen Probleme wäre es wünschenswert, die Säuberung der Dieselpartikelfilter zu erleichtern. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben auch festgestellt, dass es wünschenswert wäre, die Bildung von großen Ablagerungen von Feinstaub, der entfernt werden muss, zu verhindern. Außerdem wäre es wünschenswert, dass so wenig Unterbrechungen wie möglich beim Betrieb des Verbrennungsmotors erforderlich sind. Außerdem ist es wünschenswert, dass der Bedarf an Wartungssituationen minimiert wird.
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Somit ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lösung zur Minimierung der Menge von Feinstaub bereitzustellen, der sich in einem Dieselpartikelfilter ablagert. Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine einfache und automatische Lösung zum Reinigen des Partikelfilters von Feinstaub bereitzustellen. Außerdem ist es eine Aufgabe, ein Motorsystem bereitzustellen, in dem die Säuberung während der Verwendung eines Verbrennungsmotors häufig und regelmäßig stattfinden kann, ohne die Notwendigkeit, den Partikelfilter abzumontieren. Ferner ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Anzahl von Wartungssituationen zu verringern.
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Die vorstehend beschriebenen Aufgaben werden mit der Erfindung, wie von den anhängenden unabhängigen Ansprüchen definiert, erreicht. Insbesondere werden die Aufgaben gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung erreicht, die eine Verwendung eines Schmieröls, das bei der Verbrennung wasserlösliche Asche bildet, wenn es in einem Motorsystem verbrannt wird, betrifft, wobei das Motorsystem umfasst:
- - einen Verbrennungsmotor, der dazu vorgesehen ist, mit einem Kraftstoff betrieben zu werden und mittels des Schmieröls geschmiert zu werden, das wasserlöslichen Asche bildet;
- - ein Abgassystem zum Reinigen von Abgasen von dem Verbrennungsmotor, wobei das Abgassystem einen Dieselpartikelfilter umfasst, der dazu vorgesehen ist, Feinstaub aus den Abgasen aufzufangen, wobei der Feinstaub die wasserlösliche Asche enthält, und
- - eine Abgasleitung, die dazu vorgesehen ist, Abgase aus dem Verbrennungsmotor an das Abgassystem zu leiten, und dazu vorgesehen ist, Kondenswasser zu sammeln, das durch den Kaltstart und/oder Kaltbetrieb des Verbrennungsmotors gebildet wird, und das Kondenswasser durch den Dieselpartikelfilter zu leiten, wodurch die wasserlösliche Asche aufgelöst und so aus dem Dieselpartikelfilter entfernt wird.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung bildet das zum Schmieren des Verbrennungsmotors verwendete Schmieröl eine wasserlösliche Asche. Das bedeutet, dass das Motoröl Zusatzstoffe und optional andere Verbindungen enthält, die die Asche wasserlöslich machen. Asche bedeutet die nicht-flüchtigen Produkte und Reststoffe, die gebildet werden, wenn das Schmieröl, auch als ein Motoröl bezeichnet, verbrannt wird. Wasserlöslich bedeutet, dass die Asche in Wasser löslich ist.
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Vorzugsweise beträgt die Menge der aus dem Schmieröl gebildeten wasserlöslichen Asche 80 Gewichtsprozent auf Grundlage des Gesamtgewichtes der Asche, vorzugsweise mindestens 90 Gewichtsprozent auf Grundlage des Gesamtgewichtes der Asche, und noch besser mindestens 95 Gewichtsprozent auf Grundlage des Gesamtgewichtes der Asche. Am besten ist die Asche vollständig, das bedeutet zu 100%, wasserlöslich. Somit können die Ablagerungen von Feinstaub in Dieselpartikelfiltern wesentlich durch die Verwendung von einem Schmieröl, das wasserlösliche Asche nach der Verbrennung bildet, reduziert werden. Deswegen wurde, anstatt herkömmliche Schmieröle zu verwenden, die in der Regel eine relativ geringe Menge Asche nach der Verbrennung erzeugen, aber bei denen die Asche nicht wasserlöslich ist, erkannt, dass die Ablagerungen von Feinstaub reduziert werden können, da die Asche während des Kaltstarts oder des Betriebs des Fahrzeugs in dem gebildeten Kondenswasser zum größten Teil oder vollständig aufgelöst wird. Gemäß der Erfindung ist die Abgasleitung dazu vorgesehen, das Kondenswasser zu sammeln, das durch den Kaltstart und/oder Kaltbetrieb des Verbrennungsmotors gebildet wird, und das Kondenswasser durch den Dieselpartikelfilter zu leiten, wodurch die Asche, die wasserlöslich ist, aufgelöst und so aus dem Dieselpartikelfilter (DPF) entfernt wird. Somit sind keine Konstruktionsänderungen oder nur kleine Änderungen für bestehende Motorsysteme erforderlich.
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Die vorliegende Erfindung betrifft außerdem ein Motorsystem, das umfasst:
- - einen Verbrennungsmotor, der dazu vorgesehen ist, mit einem Kraftstoff betrieben zu werden und mittels eines Schmieröls geschmiert zu werden, das bei Verbrennung wasserlösliche Asche bildet;
- - ein Abgassystem zum Reinigen einer Abgasströmung von dem Verbrennungsmotor, wobei das Abgassystem einen Dieselpartikelfilter umfasst, der dazu vorgesehen ist, Feinstaub aus den Abgasen aufzufangen, wobei der Feinstaub die wasserlösliche Asche enthält, und
- - eine Abgasleitung, die dazu vorgesehen ist, Abgase aus dem Verbrennungsmotor durch das Abgassystem zu leiten, und dazu vorgesehen ist, Kondenswasser zu sammeln, das durch den Kaltstart und/oder Kaltbetrieb des Verbrennungsmotors gebildet wird, und das Kondenswasser durch den Dieselpartikelfilter zu leiten, wodurch die wasserlösliche Asche aufgelöst und so aus dem Dieselpartikelfilter entfernt wird.
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Dadurch ist das Motorsystem der vorliegenden Erfindung für die Verwendung von Schmieröl zugeschnitten, das nach der Verbrennung eine wasserlösliche Asche bildet. Durch Verwendung eines Motoröls, das wasserlösliche Asche bildet, in Kombination mit der Verwendung von Kondenswasser, das beim Kaltbetrieb eines Verbrennungsmotors in dem vorstehend beschriebenen Motorsystem gebildet wird, ist es möglich, die Menge an in dem DPF abgelagerter Asche zu reduzieren. Da der Kaltstart des Motors in der Regel täglich ausgeführt wird, wird das Kondenswasser den DPF täglich spülen, so dass mindestens ein Teil der in dem DPF angesammelten Asche in dem Wasser aufgelöst wird und der DPF dadurch automatisch gereinigt wird. Dadurch kann eine effektive in-situ-Säuberung des Dieselpartikelfilters bereitgestellt werden. Dies ist ein großer Vorteil, der die Menge von Feinstaub reduziert, der sich in dem Partikelfilter ablagert. Außerdem sind keine Konstruktionsänderungen für die bestehenden Motorsysteme erforderlich, während die Säuberung oft und regelmäßig während des normalen Gebrauchs des Verbrennungsmotors ohne die Notwendigkeit durchgeführt werden kann, den Partikelfilter abzumontieren. Auf diese Weise ist es auch möglich, die Anzahl von Wartungssituationen zu verringern.
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In einigen Situationen kann es wünschenswert sein, die Menge von Kondenswasser zu erhöhen. Die Menge kann durch Steuern des Betriebs des Verbrennungsmotors oder des Motorsystems mittels eines mit dem Verbrennungsmotor verbundenen Steuersystems erhöht werden, so dass eine vermehrte Menge von Kondenswasser gebildet wird. Geeigneterweise kann das Steuersystem dazu vorgesehen sein, das Kraftstoff-Luft-Verhältnis während des Kaltbetriebs und/oder des Kaltstarts des Verbrennungsmotors zu erhöhen und somit die Menge von Kondenswasser zu erhöhen. Das Kraftstoff-Luft-Verhältnis kann zum Beispiel durch Steuern des Betriebs des Verbrennungsmotors während des Kaltstarts/Kaltbetriebs derart eingestellt werden, dass das Kraftstoff-Luft-Verhältnis hoch gehalten wird, während die Anzahl von Umdrehungen niedrig gehalten wird. Folglich wird mehr Kondenswasser erlangt, da ein hohes Kraftstoff-Luft-Verhältnis den Anteil von Wasser in den Abgasen erhöht und eine niedrige Temperatur der Abgase mehr Kondenswasser bildet. Alternativ oder zusätzlich kann die Menge von Kondenswasser erhöht werden, geeigneterweise reduziert werden, durch Einstellen der Menge von Frischluft, die in den Verbrennungsmotor über einen Ansaugkrümmer strömt, mittels einer Ansaugdrosselkappe, die stromaufwärts des Ansaugkrümmers angeordnet ist. Ferner ist es beispielsweise möglich, die Menge von Kondenswasser durch Reduzieren der Temperatur der Abgase zu erhöhen. Dies kann zum Beispiel mittels einer Abgasrückführungs(EGR)-Anordnung ausgeführt werden, die in Fluidverbindung mit der Abgasleitung und dem Ansaugkrümmer angeordnet ist. Zumindest ein Teil der Abgasströmung von dem Verbrennungsmotor kann von dem Abgasrohr durch die EGR rückgeführt werden, die einen EGR-Kühler umfasst, der die Temperatur der EGR-Gase reduziert. Wie vorstehend beschrieben, schafft eine geringe Temperatur der Abgase mehr Kondenswasser. Dadurch kann sichergestellt werden, dass der DPF mit einer größeren Menge von Kondenswasser als während eines normalen Kaltbetriebs des Fahrzeugs gespült wird und somit die Menge der in dem DPF angesammelten Asche effektiv reduziert werden kann.
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Das Abgassystem kann ferner einen ersten Sensor umfassen, der stromaufwärts des Dieselpartikelfilters zum Messen eines Druckabfalls über dem Dieselpartikelfilter oder zum Messen des Druckes der Abgasströmung vor dem Filtervorgang angeordnet ist. Der erste Sensor ist mit dem Steuersystem verbunden. Der erste Sensor kann ein Differentialdrucksender sein, der den Druckabfall über dem Dieselpartikelfilter misst. Differentialdrucksender sind Vorrichtungen, die den Druckunterschied zwischen zwei Punkten messen. Solche Sender sind auf dem Markt von verschiedenen Anbietern erhältlich und dem Fachmann bekannt. Gemäß einer weiteren Variante misst der erste Sensor den Druck der Abgasströmung vor dem Filtervorgang. Dadurch wird es möglich, jegliche anomale Erhöhung des Drucks anzuzeigen, die durch Ablagerungen von Feinstaub in dem Dieselpartikelfilter verursacht wird.
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Das Steuersystem umfasst vorzugsweise eine Einrichtung, die dazu vorgesehen ist, den gemessenen Druckabfallwert oder den Wert für den Druck der Abgasströmung mit einem vorbestimmten Wert für den Druckabfall oder den Druck der Abgasströmung zu vergleichen und einen Fehlercode zu erstellen, wenn der Druckabfallwert oder der Druckwert sich von dem vorbestimmten Wert unterscheidet. Somit wird es möglich sein, dem Motorsystem zu befehlen, während des Kaltstarts oder des Kaltbetriebs des Motors eine vermehrte Menge von Kondenswasser zu erzeugen oder alternativ ein Fehlersignal zu senden, das anzeigt, dass eine Wartung erforderlich ist.
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Das Abgassystem kann ferner einen zweiten Sensor zum Messen des Drucks der Abgasströmung umfassen. Der zweite Sensor kann stromabwärts des Dieselpartikelfilters angeordnet sein, um den Druck nach dem Filtervorgang zu messen. Der zweite Sensor ist mit dem Steuersystem verbunden.
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Vorzugsweise umfasst der erste Sensor, oder umfassen der erste und der zweite Sensor, eine Einrichtung, die dazu vorgesehen ist, ein Messsignal zu erzeugen, das Daten umfasst, die sich auf den gemessenen Druckwert oder den Druckabfallwert beziehen. Das Steuersystem umfasst eine Einrichtung zum Empfangen der Messsignale von dem ersten Sensor und/oder dem zweiten Sensor. Somit wird es möglich, die gemessenen Daten in dem Steuersystem vorteilhaft zu nutzen.
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Das Steuersystem umfasst vorzugsweise eine Einrichtung, die dazu vorgesehen ist, einen Druckabfall über dem Dieselpartikelfilter aus dem empfangenen Messsignal von dem ersten Sensor und dem zweiten Sensor zu berechnen. Das Steuersystem umfasst vorzugsweise eine Einrichtung, die dazu vorgesehen ist, den berechneten Druckabfallwert mit einem vorbestimmten Druckabfallwert zu vergleichen und einen Fehlercode zu erstellen, wenn der gemessene Druckabfallwert von dem vorbestimmten Wert abweicht.
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Vorzugsweise umfasst das Steuersystem eine Einrichtung, die dazu vorgesehen ist, den Verbrennungsmotor oder das Motorsystem auf Grundlage des gemessenen oder berechneten Druckabfallwertes oder Wertes für den Druck der Abgasströmung zu steuern, um eine Menge von Kondenswasser zu erhöhen.
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Falls Ablagerungen von Feinstaub in dem Dieselpartikelfilter vorhanden sind, wird der Druckabfall über dem Dieselpartikelfilter größer sein als in einem Fall ohne Ablagerungen. Alternativ oder zusätzlich wird der Druck der Abgasströmung stromaufwärts des Dieselpartikelfilters zunehmen. Der gemessene oder berechnete Druckabfall oder Druckwert wird dann mit dem vorbestimmten Druckabfall oder vorbestimmten Druckwerten verglichen und es wird ein Fehlercode erstellt, wenn die gemessenen oder berechneten Werte sich von den vorbestimmten Werten unterscheiden. Zum Beispiel kann bei einem höheren Druckabfall oder höheren Druckwerten als die vorbestimmten Werte das Steuersystem dem Motorsystem befehlen, eine vermehrte Menge von Kondenswasser während des nächsten Kaltstarts zu erzeugen, oder alternativ ein Fehlersignal zu senden, das anzeigt, dass eine Wartung erforderlich ist.
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Mittels oder unter Verwendung einer Messung, die einen Druckabfall über dem Dieselpartikelfilter anzeigt oder berechnet, oder durch Messen des Drucks der Abgasströmung vor dem Filtervorgang ist es möglich, einen Hinweis auf Ablagerungen von Feinstaub in dem Dieselpartikelfilter effektiv zu erlangen. Somit wird es für das Steuersystem möglich, dem Motorsystem zu befehlen, während des nächsten Kaltstartes eine vermehrte Menge von Kondenswasser zu erzeugen oder alternativ ein Fehlersignal zu senden, das anzeigt, dass eine Wartung erforderlich ist.
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Das Steuersystem kann dazu vorgesehen sein, die Messsignale kontinuierlich zu empfangen. Es ist auch möglich, dass das Steuersystem dazu vorgesehen ist, die Messsignale periodisch zu empfangen, das bedeutet zum Beispiel, in bestimmten Intervallen oder, bei manueller Steuerung, in beliebigen Intervallen. Ein Beispiel für ein beliebiges Intervall ist zum Beispiel beim Start des Motors oder des Fahrzeuges.
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Vorzugsweise sind der erste und/oder zweite Sensor über einen Kommunikationsbus, wie beispielsweise einen CAN- Bus, mit der Steuereinheit verbunden. Dadurch können die Druckmessungen Teil des gesamten Steuersystems des Fahrzeuges sein.
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Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Fahrzeug, das das wie vorstehend definierte Motorsystem umfasst.
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Weitere Aufgaben, Vorteile und Merkmale der Erfindung sind in der folgenden ausführlichen Beschreibung beschrieben.
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Figurenliste
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- 1 ist eine schematische Seitenansicht eines Fahrzeuges, das ein Motorsystem gemäß der Erfindung umfasst.
- 2 ist eine schematische Zeichnung, die den Weg der Abgasströmung durch ein Abgassystem zeigt.
- 3 ist eine schematische Zeichnung, die ein Motorsystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
- 4 ist eine schematische Zeichnung, die ein Motorsystem gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Wie vorstehend beschrieben, werden Verbrennungsmotoren heutzutage in verschiedenen Arten von Anwendungen und Fahrzeugen verwendet, zum Beispiel in Lastwagen oder Bussen, in Autos, Motorbooten, Fähren oder Schiffen. Sie können aber auch in Industriemotoren und/oder motorbetriebenen Industrierobotern in Kraftwerken, zum Beispiel Elektrokraftwerken mit einem Dieselgenerator, und in Lokomotiven verwendet werden. Das Motorsystem gemäß der Erfindung ist für einen Verbrennungsmotor vorgesehen, der mittels einer Abgasleitung oder einem Abgasrohr in Fluidverbindung mit einem Abgassystem ist. Das Motorsystem kann zum Beispiel in einem Fahrzeug verwendet werden, zum Beispiel in einem Lastwagen oder Bus. Das Abgassystem des Motorsystems kann in einem Schalldämpfer oder in Komponenten des Abgassystems platziert sein und kann auf eine andere Weise angeordnet sein, zum Beispiel in einer Reihe von Komponenten, und diese müssen nicht in einem Schalldämpfer angeordnet sein. Im Fall von Bussen kann es zum Beispiel schwierig sein, das Abgassystem in einem Schalldämpfer zu platzieren, da der Boden des Busses niedrig sein muss und/oder der Bus eine maximale Anzahl von Sitzen enthalten muss, wodurch große Schalldämpfer in einem Bus schwer zu platzieren sind.
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In 1 ist ein Beispiel eines Fahrzeugs 1, das ein Motorsystem 30 umfasst, das einen Verbrennungsmotor 2 und ein Abgassystem 10 hat, in einer schematischen Seitensicht gezeigt. Der Verbrennungsmotor 2 liefert den Antriebsrädern 4 des Fahrzeugs über ein Getriebe 6 und eine Kardanwelle 8 Energie. Der Verbrennungsmotor 2 ist in Fluidverbindung mit einem Abgassystem 10 angeordnet, das zumindest teilweise in einem Schalldämpfer 12 montiert ist. Das Abgassystem 10 kann zum Beispiel ferner zusätzliche Abgasrohre, einen Abgaskrümmer und ein Steuersystem umfassen. Der Verbrennungsmotor 2 wird von Kraftstoff 14 angetrieben, der ihm über ein Kraftstoffsystem 16 zugeführt wird, das einen Kraftstofftank 18 umfasst. Der Kraftstoff ist geeigneterweise Diesel, wie beispielsweise Bio-Diesel, oder ein entsprechender Kraftstoff. Der Verbrennungsmotor 2 wird mittels eines Motoröls geschmiert, das gemäß der Erfindung bei der Verbrennung eine wasserlösliche Asche bildet.
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Der Verbrennungsmotor der vorliegenden Erfindung ist geeigneterweise ein Dieselmotor. Der Verbrennungsmotor ist dazu vorgesehen, mit einem Kraftstoff angetrieben zu werden und mittels eines Schmieröls geschmiert zu werden, das bei der Verbrennung eine wasserlösliche Asche bildet. Das Schmieröl enthält mindestens einen Zusatzstoff, der die nach der Verbrennung gebildete Asche wasserlöslich macht. Solche Öle können leicht bestimmt werden und können als wasserlösliche Asche bildend klassifiziert werden. Das Motorsystem der vorliegenden Erfindung ist auf die Schmieröle zugeschnitten, die wasserlösliche Asche bilden. Die für die Verwendung in dem angepassten Motorsystem der vorliegenden Erfindung geeigneten Schmieröle können dann für die Nutzer speziell angepasst werden. Der Kraftstoff kann jeglicher von bekannten Arten sein, wie zum Beispiel Mineralöldiesel, synthetischer Diesel oder Bio-Diesel, auch als Fettsäuremethylester (FAME) bezeichnet, was aus pflanzlichen Ölen oder tierischen Fetten gewonnen wird, die mit Methanol transverestert wurden. Der Kraftstoff kann auch ein hydriertes Öl oder ein Fett oder ein Dimethylether, DME, sein.
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Das Schmieröl bildet beim Verbrennen eine wasserlösliche Asche. Die Löslichkeit der Asche kann beispielsweise durch ISO 1576:1988 bestimmt werden. Schmieröle können dazu vorgesehen sein, wasserlösliche Asche zum Beispiel unter Verwendung von Zusatzstoffen zu bilden, die wasserlösliche Verbindungen in Asche bilden. Zum Beispiel ist das Sulfatsalz von Magnesium wasserlöslich und wird die Asche durch Auswählen von Zusatzstoffen, die MgS04 als eine Asche bilden, wasserlöslich. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es ausschlaggebend, dass die Asche wasserlöslich ist, aber ist es nicht ausschlaggebend, wie diese Wasserlöslichkeit erreicht wird. Somit kann jeglicher Zusatzstoff gewählt werden, der eine wasserlösliche Asche bildet. Die Menge der aus dem Schmieröl gebildeten wasserlöslichen Asche beträgt mindestens 80 Gewichtsprozent auf Grundlage des Gesamtgewichtes der Asche, vorzugsweise mindestens 90 Gewichtsprozent auf Grundlage des Gesamtgewichtes der Asche, noch besser mindestens 95 Gewichtsprozent auf Grundlage des Gesamtgewichtes der Asche.
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Das Motorsystem der vorliegenden Erfindung verwendet die wasserlösliche Asche und Wasser, das während des Motorsystembetriebs kondensiert. Das Motorsystem umfasst einen Verbrennungsmotor und ein Abgassystem, das in einem Schalldämpfer angeordnet sein kann. Der Schalldämpfer, in dem zumindest ein Teil des Abgassystems angeordnet ist, umfasst ein Gehäuse, das mindestens einen Einlass zum Leiten einer Abgasströmung in den Schalldämpfer umfasst. Der Schalldämpfer kann verschiedene Einlässe umfassen. Das Abgassystem kann auch einen Dieseloxidationskatalysator (DOC) umfassen, der stromabwärts des Einlasses in einen Schalldämpfer angeordnet sein kann. Der DOC ist eine Einheit, die dafür ausgelegt ist, die Abgase zu oxidieren. Der DPF ist eine Einheit, die dafür ausgelegt ist, Dieselfeinstaub oder Ruß aus der Abgasströmung zu entfernen. Der DPF kann zum Beispiel ein katalysierter Rußfilter (CSF) sein. Der Ruß wird in dem Partikelfilter weiter oxidiert oder zu Asche verbrannt, zum Beispiel während der Regeneration des Partikelfilters. Der Dieselpartikelfilter kann mit oder ohne Katalysator regeneriert werden. Die Regeneration kann dann mittels der Wärme von dem normalen Betrieb des Motors durchgeführt werden.
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Das Abgassystem kann ferner ein Reinigungssystem mit selektiver katalytischer Reduktion (SCR) umfassen, das eine Einspritzanordnung zum Hinzufügen eines Reduktionsmittels zu der Abgasströmung umfasst, um den NOx-Gehalt der Abgasströmung zu reduzieren. Das Reduktionsmittel kann zum Beispiel ein Gemisch aus Wasser und Harnstoff sein, zum Beispiel ein Produkt mit dem Handelsnamen AdBlue®, das ein Gemisch aus 32,5 % Harnstoff in Wasser umfasst. Die Abgasströmung und das Reduktionsmittel werden gemischt und in einer Verdampfungskammer verdampft, die stromabwärts der Einspritzanordnung angeordnet ist. Außerdem ist ein Katalysator mit selektiver katalytischer Reduktion (SCR) stromabwärts der Verdampfungskammer angeordnet. Der SCR-Katalysator kann Vanadium, Eisen oder einen Kupferkatalysator umfassen, in dem NOx in Wasserdampf und Stickstoff umgewandelt wird. Ein Ammoniakschlupf-Katalysator (ASC), der eine Einheit ist, die dazu ausgelegt ist, jeglichen NH3-Schlupf in N2 und H2O umzuwandeln, kann stromabwärts des SCR-Reinigungssystems angeordnet sein. Alle diese Komponenten können als getrennte Komponenten in Reihe angeordnet sein oder in einem Schalldämpfer angeordnet sein. Wenn die Komponenten in einem Schalldämpfer angeordnet sind, ist ein Auslass zum Leiten der Abgasströmung aus dem Schalldämpfer stromabwärts des SCR-Katalysators und des möglichen ASC angeordnet. Der Schalldämpfer kann mehrere Auslässe haben.
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Das Abgassystem oder der Schalldämpfer, der das Abgassystem umfasst, muss nicht notwendigerweise einen DOC und/oder einen ASC umfassen. Andererseits kann das Abgassystem einen oder mehrere von jedem des DOC und ASC zusammen mit dem DPF umfassen. Wenn das Abgassystem keinen DOC umfasst, ist die Abgasströmung dazu vorgesehen, zu dem DPF zu strömen. Wenn der Schalldämpfer einen DPF und einen DOC umfasst, ist die Abgasströmung dazu vorgesehen, durch den DOC zu dem DPF zu strömen. Die Abgasströmung ist dazu vorgesehen, durch den DPF zu der Einspritzanordnung zu strömen, wenn der Schalldämpfer einen DPF und keinen DOC umfasst. Wenn das Abgassystem keinen ASC umfasst, ist die Abgasströmung dazu vorgesehen, von dem SCR-Reinigungssystem zu einem Auslass des Abgassystems des Schalldämpfers zu strömen.
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2 zeigt schematisch Beispiele von möglichen Wegen, auf denen die Abgase durch ein Abgassystem 10 strömen können. Die Pfeile in 2 zeigen die Strömung 21 von Abgasen, aber die Bezugszahl 21 ist nur einem der Pfeile hinzugefügt. Das Abgassystem umfasst einen Einlass 20 zum Leiten einer Abgasströmung 21 in das Abgassystem und ein Dieseloxidationskatalysator (DOC) 22 ist stromabwärts des Einlasses 20 angeordnet. Ein Dieselpartikelfilter (DPF) 23 ist stromabwärts des DOC 22 angeordnet und der DPF 23 kann zum Beispiel ein katalysierter Rußfilter (CSF) sein. Die Abgasströmung kann so vorgesehen sein, dass sie direkt von dem DPF 23 zu einem Auslass 29 des Abgassystems strömt, oder die Abgasströmung kann dazu vorgesehen sein, zu einer Einspritzanordnung 24 zu strömen, die stromabwärts des DPF 23 angeordnet sein kann, um der Abgasströmung 21 ein Reduktionsmittel hinzuzufügen, um den NOx-Gehalt des DOC 22 zu reduzieren. Eine Verdampfungskammer 25 zum Verdampfen des Reduktionsmittels ist stromabwärts der Einspritzanordnung 24 angeordnet. Ein Reinigungssystem 27 mit selektiver katalytischer Reduktion, das einen SCR-Katalysator 26 umfasst, ist stromabwärts der Verdampfungskammer 25 angeordnet. Ein Ammoniakschlupf-Katalysator (AOC) 28 kann stromabwärts des SCR-Reinigungssystems 27 angeordnet sein und ein Auslass 29 zum Leiten der Abgasströmung 21 aus dem Abgassystem 10 ist stromabwärts des ASC 28 angeordnet.
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Wenn das Abgassystem 10 keinen DOC 22 umfasst, ist die Abgasströmung 21 dazu vorgesehen, von dem Einlass 20 zu der Einspritzanordnung 24 über den DPF 23 zu strömen. Wenn das Abgassystem keinen ASC 28 umfasst, ist die Abgasströmung 21 dazu vorgesehen, von dem SCR-Reinigungssystem 27 zu dem Auslass 29 zu strömen.
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Der Verbrennungsmotor umfasst einen Ansaugkrümmer, der Luft zu den Zylindern des Verbrennungsmotors führt. Eine Ansaugdrosselkappe ist stromaufwärts des Ansaugkrümmers angeordnet, um die Frischluftströmung in den Ansaugkrümmer einzustellen. Durch Einstellen der Menge von Frischluft in den Verbrennungsmotor ist es möglich, die Menge von Kondenswasser zu erhöhen.
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Das Motorsystem kann ferner eine Abgasrückführung (EGR) umfassen, die zur Reduzierung der Verbrennungstemperatur verwendet wird. Das bedeutet, dass ein Teil der Abgase des Motors zu dem Ansaugkrümmer des Motors rückgeführt wird. Die EGR ist in Fluidverbindung mit dem Abgasrohr und dem Ansaugkrümmer so angeordnet, dass mindestens ein Teil der Abgasströmung von dem Abgasrohr durch die EGR zu dem Ansaugkrümmer stromabwärts der Ansaugdrosselkappe rückgeführt werden kann. Die EGR umfasst einen EGR-Kühler, der die Temperatur der EGR-Gase reduziert, die zu dem Luftansaugkrümmer rückgeführt werden.
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3 zeigt schematisch ein Motorsystem 30 gemäß einer Variante der vorliegenden Erfindung. Das Motorsystem 30 umfasst einen Verbrennungsmotor 2 in Fluidverbindung mit dem Abgassystem 10, wie vorstehend beschrieben mittels einer Abgasleitung 11. Das Abgassystem umfasst den DOC 22, den DPF 23, die Verdampfungskammer 25 in Fluidverbindung mit einer Einspritzanordnung (nicht gezeigt) ist, das SCR-Reinigungssystem 27 und den ASC 28. Die Abgase sind dazu vorgesehen, über einen Auslass 29 aus dem Abgassystem 10 herauszuströmen.
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Eine Luftansaugdrosselklappe 37 ist dazu vorgesehen, die Menge von Ansaugluft in den Verbrennungsmotor über einen Ansaugkrümmer (nicht gezeigt) einzustellen. Stromabwärts des Verbrennungsmotors ist die Abgasleitung 11 über eine EGR-Leitung 38 in Fluidverbindung mit einem Abgasrückführungssystem. Die Abgase werden gekühlt, indem die Abgasströmung durch einen EGR-Kühler 39 zurück zu dem Verbrennungsmotor 2 stromabwärts der Luftansaugdrosselklappe 37 geleitet wird.
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Ein erster Sensor 35 zum Messen des Drucks der Abgasströmung ist stromabwärts des DOC 22 und stromaufwärts des DPF 23 angeordnet. Wie ausführlicher in 3 gezeigt, ist der erste Sensor, d.h. eine Druckmessvorrichtung, mit einem Kommunikationsbus 33, wie beispielsweise einem CAN-Bus, über eine Verbindung 31 verbunden und kommuniziert der CAN-Bus 33 vorzugsweise mit einem Steuersystem 34 des Fahrzeugs. Der erste Sensor 35 ist dazu vorgesehen, ein Messsignal zu erzeugen, das Daten im Zusammenhang mit dem gemessenen Druckwert umfasst. Der erste Sensor kann dazu vorgesehen sein, den Druck stromaufwärts des DPF 23 zu messen oder kann ein Differentialdrucksender sein, der einen Druckabfall über dem DPF 23 misst. Das Steuersystem 34 umfasst ferner eine Einrichtung zum Empfangen des Messsignals von dem ersten Sensor 35. Das Steuersystem 34 umfasst ferner eine Einrichtung, die dazu eingerichtet ist, das empfangene Messsignal von dem ersten Sensor 35 mit einem vorbestimmten Druckwert zu vergleichen und einen Fehlercode zu erstellen, wenn der gemessene Druck von dem vorbestimmten Wert abweicht. Somit bekommt die Bedienungsperson des Fahrzeugs einen Hinweis darauf, dass der DPF gereinigt oder ausgetauscht werden muss. Zudem kann das Steuersystem 34 den Verbrennungsmotor 2 so steuern, dass die Menge von Kondenswasser während des Kaltbetriebs und/oder des Kaltstarts erhöht wird, wodurch es möglich ist, den Säuberungseffekt zu verbessern, da mehr Asche in der vermehrten Menge von Kondenswasser aufgelöst werden kann.
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In einer weiteren Variante der Erfindung, wie in 4 gezeigt, ist es alternativ oder zusätzlich zu der ersten in 3 beschriebenen Variante möglich, den Druckabfall über dem DPF mittels zweier Sensoren zu bewerten. Das System in 4 entspricht dem System in 3, abgesehen davon, dass ein zweiter Sensor 36 zum Messen des Drucks der Abgasströmung stromabwärts des DPF 23 angeordnet ist, um den Druck nach dem Filtervorgang des Feinstaubs in dem DPF anzuzeigen. Der zweite Sensor 36 ist auch mit dem Kommunikationsbus 33, wie beispielsweise dem CAN-Bus, über eine Verbindung 32 verbunden und der CAN-BUS kommuniziert mit dem Steuersystem 34 des Fahrzeugs. In dieser Ausführungsform der Erfindung umfasst das Steuersystem 34 eine Einrichtung, die dazu vorgesehen ist, den Druckabfall von den empfangenen Messsignalen von dem ersten Sensor und dem empfangenen Messsignal von dem zweiten Sensor 36 zu berechnen. Das Steuersystem 34 ist auch dazu vorgesehen, den berechneten Druckabfallwert mit einem vorbestimmten Wert für den Druckabfall zu vergleichen und einen Fehlercode zu erstellen, wenn sich der berechnete Druckabfall von dem vorbestimmten Druckabfall unterscheidet. Dadurch ist es möglich, dass der Druckabfall akzeptabel ist. Somit kann die Genauigkeit des Systems weiter verbessert werden. Damit ist es für das Steuersystem 34 möglich, den Verbrennungsmotor 2 so zu steuern, dass die Menge des Kondenswassers während des Kaltbetriebs und/oder des Kaltstarts erhöht wird. Alternativ ist es möglich, die Bedienungsperson des Fahrzeugs zu warnen, dass der DPF sobald wie möglich bei einer Wartung ersetzt oder gereinigt werden muss.
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In den beiden 3 und 4 gezeigten Motorsystemen kann die Menge von Kondenswasser auf ähnliche Weise erhöht werden. Die Menge kann mittels Steuerung des Betriebs des Verbrennungsmotors 2 oder des Motorsystems 30 mittels des mit dem Verbrennungsmotor 2 verbundenen Steuersystems 34 erhöht werden, so dass eine vermehrte Menge von Kondenswasser gebildet wird. Geeigneterweise kann das Steuersystem 34 dazu vorgesehen sein, das Kraftstoff-Luft-Verhältnis während des Kaltbetriebes und/oder des Kaltstarts des Verbrennungsmotors zu erhöhen und dadurch die Menge von Kondenswasser erhöhen.
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Das Kraftstoff-Luft-Verhältnis kann zum Beispiel durch Steuern des Betriebs des Verbrennungsmotors 2 während des Kaltstarts/Kaltbetriebs derart eingestellt werden, dass das Kraftstoff-Luft-Verhältnis hoch gehalten wird, während die Anzahl von Umdrehungen niedrig gehalten wird. Folglich wird mehr Kondenswasser erlangt, da ein hohes Kraftstoff-Luft-Verhältnis den Anteil von Wasser in den Abgasen erhöht und eine niedrige Temperatur der Abgase mehr Kondenswasser schafft. Alternativ oder zusätzlich kann die Menge von Kondenswasser durch Einstellen der Menge von Frischluft erhöht werden, die in den Verbrennungsmotor 2 über einen Ansaugkrümmer strömt, mittels einer Ansaugdrosselkappe 37, die stromaufwärts des Ansaugkrümmers angeordnet ist. Ferner ist es möglich, die Menge von Kondenswasser durch Reduzieren der Temperatur der Abgase zu erhöhen. Dies kann zum Beispiel mittels einer Abgasrückführungs(EGR)-Anordnung ausgeführt werden, die in Fluidverbindung mit dem Abgasrohr 11 und dem Ansaugkrümmer angeordnet ist. Zumindest ein Teil der Abgasströmung von dem Verbrennungsmotor kann von dem Abgasrohr 11 durch das EGR-Rohr 28 rückgeführt werden, das einen EGR-Kühler 39 umfasst, der die Temperatur der EGR-Gase reduziert. Wie vorstehend erwähnt, stellt eine niedrige Temperatur des Abgases mehr Kondenswasser bereit. Dadurch kann sichergestellt werden, dass der DPF 23 mit einer größeren Menge von Kondenswasser als während eines normalen Kaltbetriebs des Fahrzeugs gespült wird und somit die Menge der in dem DPF 23 angesammelten Asche effektiv reduziert werden kann.
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Das Steuersystem 34 kann dafür ausgelegt sein, die Messsignale von dem ersten und/oder dem zweiten Sensor 36 kontinuierlich zu empfangen. Es ist auch möglich, dass das Steuersystem 34 dazu vorgesehen ist, die Messsignale periodisch zu empfangen, das bedeutet zum Beispiel in bestimmten Intervallen oder, bei manueller Steuerung, in beliebigen Intervallen. Ein Beispiel für ein beliebiges Intervall ist zum Beispiel beim Start des Motors oder des Fahrzeuges.
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Im Allgemeinen umfasst das Steuersystem 34 einen oder ist das Steuersystem 34 verbunden mit einem CAN-Bus 33, wie in 3 und 4 gezeigt, und umfasst einen oder mehrere Kommunikationsbusse, um eine Anzahl von elektronischen Steuereinheiten (ECU) oder Steuereinrichtungen und verschiedene Komponenten des Fahrzeugs 1 miteinander zu verbinden. Ein solches Steuersystem 34 kann eine große Anzahl von Steuereinheiten umfassen. Die Funktion des Steuersystems 34 kann dazu vorgesehen sein, Signale von verschiedenen Sensoren in dem Fahrzeug zu empfangen und das Fahrzeug dementsprechend zu steuern. Außerdem kann die Steuerung des Fahrzeuges durch programmierte Anweisungen ausgeführt werden. Diese programmierten Anweisungen umfassen typischerweise ein Computerprogramm, das bei Ausführung des Programmcodes in einem Computer erreicht, dass der Computer die erwünschte Aktion, wie zum Beispiel die Schritte der vorstehend beschriebenen vorliegenden Erfindung, ausführt.
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Es sollte zu verstehen sein, dass die vorstehend beschriebenen Beispiele in Verbindung mit 1 bis 4 als Beispiel zu betrachten sind, das den Offenbarungsbereich der Erfindung nicht einschränkt, der in den anliegenden Patentansprüchen definiert ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2767690 A1 [0005]
- WO 2014038724 [0006]
- WO 2008/053462 A1 [0006]
- DE 4313132 A1 [0006]
