DE3304055A1 - Luftverdichtende einspritzbrennkraftmaschine - Google Patents

Luftverdichtende einspritzbrennkraftmaschine

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DE3304055A1 DE19833304055 DE3304055A DE3304055A1 DE 3304055 A1 DE3304055 A1 DE 3304055A1 DE 19833304055 DE19833304055 DE 19833304055 DE 3304055 A DE3304055 A DE 3304055A DE 3304055 A1 DE3304055 A1 DE 3304055A1
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Description

VOLKSWAGENWERK
AKTIENGESELLSCHAFT
3180 Wolfsburg
Unsere Zeichen: K 3367
1702pt-we-sch
Luftverdichtende Einspritzbrennkraftmaschine
Me Erfindung bezieht sich auf eine luftverdichtende Einspritzbrennkraftmaschine für Fahrzeuge, insbesondere Kraftfahrzeuge, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 .
Luftverdichtende Exnspritzbrennkraftmaschinen mit Einrichtungen zur Regeneration der Partikelfilter durch periodisches Abbrennen der in dem Filter gesammelten Partikel ist beispielsweise durch die DE-OS 26 55 932 und das europäische Patent 10 384 bekannt. In dem einen Fall besteht die Regenerationseinrichtung aus einem eine Zündeinrichtung und ein Frischlufteinblasesystem aufweisenden Heizsystem, das jedoch nur dann in Betrieb genommen wird, wenn das zugeordnete Filter nicht mit Abgas beaufschlagt wird. Zu diesem Zweck sind zwei parallel angeordnete Partikelfilter vorgesehen, die wechselweise mit Abgas aus der Brennkraftmaschine beaufschlagt werden, wobei während der Gasbeaufschlagungsphase des einen Filters das andere gereinigt wird.
Bei der anderen bekannten Regenerationseinrichtung wird die Partikelverbrennung dadurch eingeleitet, daß eine besondere, in dem Ansaugsystem der Brennkraftmaschine angeordnete Drosselklappe in Schließrichtung betätigt wird, so daß die Abgastemperatur der luftverdichtenden Einspritzbrennkraftmaschine bis zur Zündtemperatur der in dem Filter gesammelten Partikel erhöht wird.
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Beide bekannten Regenerationseinrichtungen zeigen einen erheblichen Mehraufwand durch Anordnung zusätzlicher, für den Betrieb der Brennkraftmaschine an sich nicht erforderlicher Einrichtungen.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht daher darin, bei einer Einspritzbrennkraftmaschine der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Bauart den Aufwand zur periodischen Reinigung des Partikelfilters zu reduzieren.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß dem kennzeichnenden Merkmal des Patentanspruchs 1.
Die Erfindung sieht somit zum einen vor, das Filter mit einer katalytisch wirksamen Beschichtung zu versehen, und zum anderen eine eventuell ohnehin vorhandene Abgasrückführungseinrichtung in einer besonderen Betriebsweise zu betätigen, um auf diese Weise die Voraussetzungen für eine Temperaturerhöhung in dem Partikelfilter zu schaffen. Dabei muß mit Hilfe der Abgasrückführungseinrichtung so viel Abgas in die Ansaugleitung der Brennkraftmaschine rückgeführt werden, daß in der Brennkraftmaschine ein erhöhter Ausstoß an Kohlenmonoxyden und Kohlenwasserstoffen entsteht. Diese an sich unerwünschten Bestandteile einer unvollständigen Verbrennung werden dann in dem Partikelfilter katalytisch oxydiert, wobei durch diese exotherme Reaktion die Arbeitstemperatur in dem Partikelfilter bis zur Zündgrenze der in dem Filter gesammelten Rußpartikel angehoben werden kann. Um eine ausreichend hohe Filtertemperatur von beispielsweise etwa 4OO - 500 C zu erreichen, muß gegebenenfalls mehr Abgas kurzzeitig rückgeführt werden, als dies für eine ΜΌχ-Reduzierung der Motorabgase sonst erforderlich wäre.
Die Erfindung sieht weiter vor, daß während dieser Reinigungsphase die Abgasrückführungseinrichtung ständig aus einer Offenin eine Schließstellung hin- und hergeschaltet wird. Phasen mit Abgasrückführung wechseln also ständig mit Phasen ohne Abgasrückführung ab, wobei die zwischengeschalteten Phasen ohne Abgasrückführung dazu dienen sollen, die zur Verbrennung der in dem
33Ό4055
Filter gesammelten Rußpartikel erforderliche Luft herbeizuschaffen. Während des Betriebes mit Abgasrückführung weist das Abgas nämlich nur einen sehr geringen Anteil an überschüssiger Luft bzw. Sauerstoff auf, der jedoch nicht zur Verbrennung der in dem Filter gesammelten Bußpartikel ausreicht.
Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich gemäß den Unteransprüchen.
In der Zeichnung ist anhand e'ines schematischen Schaltbildes einer erfindungsgemäßen luftverdichtenden Einspritzbrennkraftmaschine die Erfindung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. In der Zeichnung ist mit 1 eine herkömmliche luftverdichtende Einspritzbrennkraftmaschine (Diesel-Brennkraftmaschine) für Fahrzeuge, insbesondere für Personenkraftfahrzeuge bezeichnet, in deren Abgasleitung 3 ein Filter 2 zum Abscheiden der in dem Abgas der Brennkraftmaschine enthaltenen festen Partikelbestandteile angeordnet ist. Diese Partikel bestehen im wesentlichen aus Ruß, also aus unverbrannten Kohlenstoffen, die jedoch nach längerer Betriebszeit das Filter zusetzen.
Um die Notwendigkeit zu vermeiden, nach bestimmten Betriebszeiten das Filter auswechseln zu müssen, sieht die Erfindung vor, das Filter durch periodisches "Herausbrennen" der Rußpartikel zu regenerieren. Dazu ist jedoch in dem Partikelfilter 2 eine erhöhte Arbeitstemperatur von beispielsweise 4°0 - 5000C erforderlich, die im Normalbetrieb eines Dieselmotors kaum erreichbar ist. Erreicht wird die angegebene erhöhte Arbeitstemperatur bei der erfindungsgemäßen Einspritzbrennkraftmaschine dadurch, daß eine eventuell zur Reduzierung der Stickoxydbestandteile des Dieselabgases ohnehin vorhandene Abgasrückführungseinrichtung in besonderer Weise betrieben wird. Diese Abgasrückführungseinrichtung besteht aus einer einen Teil des Abgases der Brennkraftmaschine 1 in die Ansaugleitung-4 rückführende Rückführungsleitung 3, in der ein von einem Steuergerät 7 ansteuerbares Ventil 6 angeordnet ist.
Die besondere Betriebsweise dieser Abgasrückführungseinrichtung besteht darin, daß das Abgasrückführungsventil 6 während der Betriebszeit der Abgasrückführungseinrichtung zum Zwecke der Regeneration des Partikelfilters 2 ständig pulsierend zwischen einer Offen- und einer Schließstellung hin- und hergeschaltet wird. Es wechseln sich also kontinuierlich Betriebszeiten mit Abgasrückführung und solche ohne Abgasrückführung in kurzen Zeitabständen ab. Dabei bewirken die Phasen mit Abgasrückführung eine erhöhte CO- und HC-Emission der luftverdichtenden Einspritzbrennkraftmaschine 1 bei reduziertem Luft- bzw. Sauerstoffüberschuß, während in den Phasen ohne Abgasrückführung der übliche Luftüberschuß im Abgas der Brennkraftmaschine enthalten ist.
Der erhöhte CO- und HC-Anteil im Abgas schafft die Möglichkeit, die Arbeitstemperatur in dem Partikelfilter 2 zu erhöhen. Zu diesem Zweck weist dieses Filter eine katalytische Beschichtung an seiner von dem Abgas beaufschlagten Oberfläche auf, so daß in dem Filter eine katalytische Oxydations-Reaktion mit exothermer Wirkung entsteht, die die Temperatur in dem Partikelfilter kräftig erhöht. Damit nun die Temperatur in dem Filter die zur Zündung der Rußpartikel erforderliche Höhe erreicht, muß die Abgasrückführung so be- messen sein, daß ausreichende Mengen an CO und EC entstehen.
Gegebenenfalls wird dabei die Abgasrückführung zum Zwecke der Regeneration des Partikelfilters ein höheres Maß annehmen, das Abgasrückführungsventil 6 also stärker geöffnet werden müssen, als dies zum Zwecke der NO-x-Reduzierung im allgemeinen erforderlich ist. Da jedoch während dieser Betriebsphasen der Luft- bzw. Sauerstoffüberschuß in dem Abgas der Brennkraftmaschine 1 stark zurückgeht und nicht mehr zur Verbrennung der Rußpartikel ausreicht, müssen diese zur Tempera türerhöhung in dem Filter 2 erforderlichen Abgasrückführungsphasen mit solchen Phasen abwechseln, in denen ausreichend Sauerstoff in dem Abgas vorhanden ist. Deshalb wird pulsierend während des Betriebs der Abgasrückführungseinrichtung das Abgasrückführungsventil 6 immer wieder geschlossen, so daß die Abgasrückführung unterbrochen und genügend Sauerstoff für die Verbrennung des Russes herbeigeschafft wird.
Beispielsweise sei angenommen, daß die gesamte Dauer der Regeneration des Partikelfilters 2 etwa 90 Sekunden beträgt. Während dieser Zeit wird mehrmals das Abgasrückführungsventil geöffnet und geschlossen, wobei etwa gleiche Öffungs- und Schließphasen vorgesehen werden können. Beispielsweise kann das Ventil jeweils für eine halbe Sekunde geöffnet bzw. geschlossen sein, wobei während der Öffnungsphase etwa 60 - ^Qff? des Abgases aus der Abgasleitung 3 in die Frischluftansaugleitung 4 zurückgeführt wird, wodurch von der Brennkraftmaschine 1 ein Abgas abgegeben wird, das zum Beispiel Z?o ■ CO und nur noch 3fo O2 enthält. Während der Phase ohne Abgasrückführung, die wie gesagt ebenfalls eine halbe Sekunde betragen mag, wird dann ein weitgehend CO-freies Abgas mit ca. 14$ O2 abgegeben, dessen Sauer st off Überschuß für die Oxydation der in dem Partikelfilter angesammelten Rußpartikel ausreichend ist.
Möglicherweise kann es zweckmäßig sein, das Partikelfilter mit Mitteln zur Sauerstoff-Speicherung zu versehen, um den Verbrennungsvorgang der Rußpartikel durch Aufrechterhaltung der Oxydation auch während der Abgasrückführungsphasen weiter zu verbessern.
Die periodische Inbetriebsetzung der erfindungsgemäßen Filter-Reinigungseinrichtung kann nun in Abhängigkeit von bestimmten Betriebsbedingungen des Motors und/oder des Fahrzeugs erfolgen. So ist es denkbar, den beschriebenen Reinigungsvorgang jeweils nach Erreichen einer vorgegebenen Fahrstrecke durchzuführen. Auch ist es möglich, direkt den durch das Zusetzen des Filters sich erhöhenden Abgasgegendruck als Kriterium für das Inbetriebsetzen der Reinigungseinrichtung heranzuziehen.
Entscheidend ist, daß insbesondere dann, wenn die luftverdichtende Einspritzbrennkraftmaschine ohnehin mit einer Abgasrückführungseinrichtung zur Reduzierung der Stickoxyd-Bestandteile im Abgas ausgerüstet ist, kein gröBerer Aufwand zur Herbeiführung einer periodischen Reinigung und Regeneration des Partikelfilters aufzuwenden ist. Es ist lediglich erforderlich, das Filter mit einer
an sich bekannten katalytisch wirksamen Beschichtung zu versehen und die Abgasrückführungseinrichtung in besonderer Weise, nämlich in einem pulsierenden Betrieb, bei dem sich in kurzen Zeitabständen nacheinander Phasen mit Abgasrückführung und solche ohne Abgasrückführung abwechseln, betrieben wird.
Es kann auch zweckmäßig sein, Maßnahmen zu treffen, die sicherstellen, daß die Reinigungseinrichtung nur in bestimmten, den sonstigen Betrieb des Fahrzeugs nicht störenden oder negativ beeinflussenden Betriebszuständen in Gang zu setzen. Dazu kann das Steuergerät 7 so ausgebildet sein, daß es das Abgasrückführungsventil 6 nur in bestimmten ausgewähLten Betriebszuständen der Brennkraftmaschine zur periodischen Regenerierungs-Abgasrückführung beaufschlagt.

Claims (2)

  1. VOLKSWAGEN WEH
    AKTIENGESELLSCHAFT
    3180 Wolfsburg
    Unsere Zeichen: K 5367
    A-ISPEfCHE
    / 1 .yLuf tverdichtende Einspritzbrennkraftmaschine für Fahrzeuge, insbesondere Kraftfahrzeuge, mit einem in der Abgasleitung der Brennkraftmaschine angeordneten, hitzebeständigen Filter zum Abscheiden insbesondere von Eußpartikeln aus dem Abgas und mit einer periodisch betätigbaren Einrichtung zur Einstellung einer Betriebsart der Brennkraftmaschine, bei der die in dem Filter gesammelten Partikel verbrannt werden, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter (2) mit einer katalytisch wirksamen Beschichtung an der dem Abgas ausgesetzten Oberfläche versehen ist und daß die Einrichtung aus einer zumindest einen. Teil des Abgases der Brennkraftmaschine (1) in die Ansaugleitung (4) zurückführenden Abgasrückführungseinrichtung (5-7) besteht, die während ihrer Betriebszeit in kurzen Zeitabständen nacheinander wechselweise zwischen einer das Abgas rückführenden und einer das Abgas nicht rückführenden Stellung hin- und herstellbar ist.
  2. 2. Einspritzbrennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgasrückführungseinrichtung aus einer das Abgas in die Ansaugleitung (4) der Brennkraftmaschine (1) rückführenden Rückführungsleitung (5) mit einem darin angeordneten Yentil (6) besteht, das von einem Steuergerät (7) in der Weise ansteuerbar ist, daß es wechselweise zwischen einer Offen- und einer Schließstellung hin-und hergeschaltet wird.
    J. Einspritzbrennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgasrückführungseinrichtung (5-7) jeweils nach Erreichen einer vorgegebenen Fahrstrecke einschaltbar ist.
    4· Einspritzbrennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgasrückführungseinrichtung (5-7) jeweils nach Überschreiten eines vorgegebenen Abgasgegendruckes einschaltbar ist.
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