DE3532345A1 - Verfahren und einrichtung zum betrieb eines dieselmotors mit abgaspartikelfilter - Google Patents
Verfahren und einrichtung zum betrieb eines dieselmotors mit abgaspartikelfilterInfo
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Description
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9.11.84 Ke/SC
Verfahren und Einrichtung zum Betrieb eines Dieselmotors mit Abgaspartikel filter
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Dieselmotors, welcher abgasseitig ein mindestens bei Vollast
durchströmteS Partikelfilter aufweist, wobei in bestimmten
Betriebsbereichen mindestens ein Teil der Abgase über einen Bypass um das Partikelfilter herumgeführt wird.
Sie betrifft ebenfalls eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Die Erfindung eignet sich sowohl für Saugmotoren als auch für aufgeladene Motoren. So ist es bezüglich aufgeladenen
Verbrennungsmotoren beispielsweise aus der EP-A-O 072 bereits bekannt, ein Abgaspartikelfilter im Hochdruckteil
des Abgassystemes vor einer gasdynamischen Druckwellenmaschine anzuordnen. Tritt nun bei Teillast eine
Verstopfung des Abgaspartikel filters auf, dann bewirkt dessen Druckverlust primär eine Behinderung des Gaswechsels
innerhalb des Motorsystemes, was eine Reduktion der Nutzleistung
zur Folge hat. Die Leistungseinbusse wird vom Fahrzeuglenker in der Regel durch eine grössere Brennstoffzuführung
kompensiert. Fordert der Fahrzeuglenker dem Fahrzeug genügend Leistung ab, so steigt die Abgastempe-
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ratur stark an und es kommt automatisch zu einem Abbrennen
der im Filter abgelagerten Abgaspartikeln.
Beim PKW dominieren üblicherweise die Fahrten bei kleiner Last, und es gilt hier zu sichern, dass ein genügendes
Abbrennen in den eher seltenen Hochlastperioden erfolgt. Dabei ist an Fahrer zu denken, die dem Fahrzeug sehr wenig
Leistung abfordern.
Hinzu kommt, dass die Reaktion, d.h. die Regenerierung des Filters, nicht sofort einsetzt. Die Abbrenngeschwindigkeit
hängt sehr stark von der Temperatur der Partikeln, von der Sauerstoffkonzentration im Abgas sowie von der
vorhandenen Partikelmenge ab. Die Abbrenngeschwindigkeit kann durch katalytische Beschichtung des Abgaspartikelfilters
und durch Zusätze im Brennstoff erhöht werden.
Die Betriebsphasen mit hoher Motorlast folgen meist auf solche mit tiefer Last. Man denke hier an das Beschleunigen
nach einem Halt an einer Verkehrsampel oder an das Wiederbeschleunigen nach einer Schubphase im Verkehrsfluss. In
der Tieflastphase kühlen die Abgase den Partikelfilter
und die Partikeln unter 200 0C ab. Beim Beschleunigen
steigt zwar die Abgastemperatur nach Zylinder sehr schnell auf über 500 0C an. Die Filtermasse und die Russpartikel
müssen indessen zuerst auf eine Temperatur erwärmt werden, bei der das Abbrennen rasch genug erfolgen kann. Das dauert
typisch ca. 10 Sekunden. Nach dieser Zeit wird häufig schon wieder Gas weggenommen. Man erkennt hieraus die
Schwierigkeit zu sichern, dass die Abgaspartikelfilter wirklich in jedem Fahrbetrieb nicht unzulässig verstopft
werden.
Es besteht dabei auch die Gefahr, dass das Abgaspartikelfilter sehr stark beladen wird und es dann bei einer seltenen
längeren Hochlastphase durch zu intensives Abbrennen zu
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einer Beschädigung desselben kommen kann. Es sind somit Systeme zu suchen, bei welchen die Abgaspartikelfilter
möglichst häufig abbrennen und nie zu stark beladen werden. Dies reduziert auch den parasitären Druckabfall im Abgaspartikelfilter.
Bei Motoren mit abgasbetriebenen Aufladegeräten, bei denen
das Abgaspartikel filter zwischen Motoraustritt und Gaseintritt des Ladegerätes geschaltet ist, liegt ein weiteres
Problem vor: Das Beschleunigungsverhalten ist ungenügend. Dies erklärt sich wie folgt: Beim Beschleunigen springt
zwar die Abgastemperatur nach Zylinder, wie oben erwähnt, sofort auf über 500 0C. Die Abgase werden jedoch durch
die grosse kalte Masse des Abgaspartikelfilters zuerst
auf Werte um 200 0C vor Ladegerät abgekühlt. Bei so tiefer
Temperatur ist das ausnützbare Enthalpiegefälle gering und die Aufladewirkung bleibt ebenso gering. Der Motor
gibt in diesem Fall nicht viel mehr Leistung ab als unaufgeladen, wodurch die Aufladung ihren Sinn verliert.
Man kommt sofort auf den Gedanken, durch Reduktion des
Durchflussquerschnittes des Ladegerätes den Stau im Auspuff zu vergrössern. Bei Abgasturboladern mit festem Turbinenquerschnitt
liegt das jedoch ausserhalb des Realisierbaren, wenn im Normalbetrieb noch befriedigende Wirkungsgrade
erreicht werden sollen. Bei Turboladern mit variabler Turbinengeometrie und bei gasdynamischen Druckwellenladern
kann die Schluckfähigkeit erniedrigt werden. Der Gegendruck im Auspuff steigt jedoch auf die Grössenordnung
von 1 bar über den Aufladedruck· Der nützbare Mitteldruck
des Motorprozesses wird um diesen Betrag verringert, und 3Q die Verbesserung der Fahrleistung ist beschränkt, abgesehen
vom Verbrauchsnachteil, der damit verbunden ist.
Das Abgaspartikel filter zwischen Motorauslass und Ladegerät-Gaseintritt
bringt somit ein ernstes Beschleunigungsproblem. Das Anordnen des Abgaspartikelfilters nach
χ _ 110/84
filters nach Ladegerät war bisher erfolglos, da dort die
Temperaturen tiefer sind und ein sicheres Abbrennen nicht gegeben ist.
Die Beschleunigungsleistung kann durch Overfueling etwas verbessert werden. Man versteht darunter, dass die Einspritzmenge
höher getrieben wird, als das üblicherweise wegen der Russentwicklung zulässig ist. Der entstehende Russ
wird zum grössten Teil im Abgaspartikelfilter aufgefangen. Diese Massnahme ist aber begrenzt, da sonst der Abgaspartikelfilter
zu rasch verschmutzt. Man muss daher zusätzlich fordern, dass das Ladegerät rasch Ladedruck abgibt
und eine weitere Steigerung des Mitteldruckes des Motors ermöglicht, ohne extrem tiefen Luftüberschuss. Dazu muss
die Abgastemperatur vor Ladegerät in ca. 1 Sekunde auf 300 bis 400 0C steigen. Damit ist ein Ladedruckverhältnis
von 1,5 erzielbar.
Ein Verfahren und eine Einrichtung der eingangs genannten
Art wurden vorgestellt anlässlich eines am 3. bis 4. Oktober 1983 an der Technischen Akademie Wuppertal, Deutschland
gehaltenen Symposiums über Fahrzeugdieselmotoren. Als Massnahme für die Senkung des Bedarfs an Sekundärenergie welche
zur Regenerationseinleitung und zur Regenerationsdurchführung erforderlich ist - gilt die Bypass-Schaltung.
Diese muss in Abhängigkeit von Last und Drehzahl im Kennfeld geregelt werden. Hierzu wird in der noch unveröffentlichten
schweizerischen Patentanmeldung Nr. 1818/84-1 ausgeführt, dass in einem bestimmten Leistungsbereich eines aufgeladenen
Motors mindestens während der Beschleunigungsphase ein Teil der Abgase, z.B. die Hälfte, durch den Bypass direkt
vor das Ladegerät geführt werden könnte. Dort entsteht dann sofort die angestrebte Mischtemperatur von 300 bis
400 0C. Das Oeffnen des Bypasses muss 1 bis 2 bar unterhalb
des Mitteldrucks bei unaufgeladenem Betrieb erfolgen.
Ein PKW fährt im üblichen Betrieb und z.B. im US-City-Zyklus nur wenige Prozent der Zeit über dieser Grenze. Die Russ-
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erzeugung ist allerdings bei grosser Last höher. Trotzdem wird über der genannten Grenze nur ein Bruchteil des Russes
erzeugt. Wenn davon ein Teil nicht filtriert wird, ist gesamthaft der gesetzliche Wert trotzdem erreichbar. Eine
Ausnahme könnten die extremen Vorschriften in Kalifornien bilden.
Wird in der Beschleunigungsphase teilweise im Bypassbetrieb
gefahren, so hat dies den Nachteil, dass gerade in der Periode, in der Dieselmotoren erfahrungsgemäss am meisten
rauchen ein Teil der Abgase nicht filtriert wird. Die Möglichkeit des leichten Overfueling beim Beschleunigen
ist verbaut.
Der Erfindung, wie sie in den Patentansprüchen definiert ist, liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
und eine Einrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welchen sowohl bei aufgeladenen Motoren als auch bei
Saugmotoren auf kostengünstige Weise eine Begrenzung der Partikelemision auf 0,2 g/Meile erzielt wird.
Die Vorteile des neuen Betriebsverfahrens sind folgende:
- die Gase sind gefiltert beim Start und unter hoher Last, in jenen Perioden also, in denen der störende Rauch
und Gestank besonders stark sind;
- ein gewisses Overfueling beim Beschleunigen ist zulässig, da der Russ im Partikelfilter aufgefangen wird;
5 - während eines grossen Teils des Fahrzyklus sowie im täglichen Fahren ist der Gegendruck bei kleinem ρ ,
bei dem er sich besonders auswirkt, tief, wodurch sich der Verbrauch verbessert;
- ausser beim ersten Anfahren ist der nur bei höherer
Last durchströmte Partikelfilter immer heiss und brennt
somit rascher ab;
ιιο/84
• θ-
- bei abgasbetriebenen Ladegeräten wird eine akzeptable
Beschleunigung erzielt, da das Partikelfilter nicht unter 300 0C ausgekühlt wird;
Die V/orteile der neuen Einrichtung sind folgende:
- allein durch strömungstechnische Massnahmen kann ggfs.
auch auf eine weitere Absperrklappe für das Partikelfilter
verzichtet werden;
- wird die durch den Bypass strömende Gasmenge einer gasdynamischen
Druckwellenmaschine mit erhöhtem Drall zugeführt, so kann mit dieser Massnahme der Selbstantrieb
des Druckwellenrotors bei kleiner Last unterstützt werden.
In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand eines mit einer gasdynamischen Druckwellenmaschine
aufgeladenen Dieselmotors schematisch dargestellt. Es zeigt:
Fig. 1 das Prinzip mit im Partikelfilter integrierten
Bypass;
Fig. 2 ein Schaubild Abgastemperatur, Bypassfläche und Verweilzeit im US-City-Zyklus in Funktion des
indizierten resp. effektiven mittleren Druckes;
Fig. 3 das Prinzip mit separatem Bypass und Erhöhung des Dralls des Abgasstromes.
In den Figuren 1 und 3, in denen trotz teilweiser unterschiedlicher
Darstellung die gleichen Teile jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind und in denen
die Strömungsrichtung der Medien mit Pfeilen bezeichnet ist, bedeutet 1 einen sechszylindrigen Dieselmotor, welcher
luftseitig über eine Ladeluftleitung 2 mit einer gasdy-
- /- 110/84
. i-
namischen Druckwellenmaschine 10 verbunden ist. Diese Druckwellenmaschine, die später im Zusammenhang mit der
Abgasrezirkulation näher erläutert wird, ist niederdruckseitig
mit einer Ansaugleitung 7 für Frischluft versehen. Die Motorabgase gelangen über eine Abgassammelleitung
3 in die Druckwellenmaschine 10, aus der sie nach Abgabe
ihrer Energie über einen Auspuff 8 in die Atmosphäre ausgestossen werden.
In der Sammelleitung ist zur Abgasnachbehandlung das Partikelfilter
4 angeordnet. Es kann sich hierbei um ein nicht beschichtetes oder ein edelmetallbeschichtetes Keramikfilter
oder aber um ein katalytisch beschichtetes Gewebe oder Schaumfilter handeln. In integrierter Bauweise weist
der Filter einen Bypass 5 auf, in welchem eine Absperrklappe 6 angeordnet ist.
Gemäss der Erfindung soll nun der aktive Teil des Filters
4 bei kleinen Motorlasten nicht durchströmt werden, um eine starke Abkühlung zu vermeiden. Die gewählte Konfiguration
mit integriertem Bypass 5 erfüllt diese Bedingung hinreichend gut, da beispielsweise im Falle von Keramik
bei voll offenem Bypass kaum Abgas durch die porösen Wände des Filters hindurchtreten wird. Eine zweite Klappe zur
Sperrung des Filter erübrigt sich so'mit.
Die Funktionsweise der Erfindung ist nun folgende:
Beim Motorstart ist die Absperrklappe 6 im Bypass 5 geschlossen und die ganzen Abgase durchströmen den aktiven
Teil des Filters 4. Vom Leerlauf bis zu einer vorbestimmten Teillast ist die Klappe 6 voll offen, so dass die nicht
sehr heissen Abgase durch den Bypass strömen, ohne das Filtermaterial zu beaufschlagen. Ab der vorbestimmten
Teillast wird die Absperrklappe 6 geschlossen und zwar vollständig, so dass die nunmehr heissen Gase den Filter
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durchströmen, und den darin abgesetzten Russ zünden. Durch die exotherme Reaktion der Russpartikel im Filter heizt
sich dieser auf, wodurch die Regeneration selbsttätig aufrechterhalten und durchgeführt wird.
Die Teillast, bei welcher die Absperrklappe in schliessendem
Sinn zu betätigen ist, liegt vorzugsweise in einem ρ -Bereich zwischen ca. 1 bis-3 bar. Das Umschalten selbst
vom Bypassbetrieb auf Filterbetrieb soll nicht schlagartig erfolgen, da dies zu einem unangenehmen Fahrverhalten
führen kann. Der Druckabfall im Partikelfilter erhöht nämlich die Gaswechselarbeit. Dies entspricht einer Abnahme
des mittleren effektiven Druckes ρ , die sich je nach Beladungszustand des Filters bemerkbar machen kann. Vorzugsweise
ist das Filter stetig zuzuschalten in einem Bereich zwischen ρ =1 und 2 bar. Beim "Gasgeben" drückt sich
me
dies dann in einer stetigen Leistungszunahme aus.
Die Steuerung der Absperrklappe 6 kann auf einfache, nicht dargestellte Weise von der Regelstange (Gaspedal) aus
oder über die Abgastemperatur erfolgen. Auch andere prozesstypische
Grossen oder Motorgrössen können hierzu verwendet werden.
Unter Zuhilfenahme des in Fig. 2 dargestellten Schaubildes sei im folgenden die Wirkung der Erfindung anhand eines
Zahlenbeispieles dargestellt. Es versteht sich, dass die angeführten Zahlen nur Approximativwerte sein können,
da allzu zahlreiche Parameter wie beispielsweise Motortyp, Direkteinspritzung oder Kammermotor den Partikelausstoss
und somit Konfiguration und Betriebsweise des Systemes
Motor/Filter/Bypass beeinflussen. Vereinfachend ist auch
der Drehzahleinfluss nicht berücksichtigt.
Auf der Abzisse sind der mittlere indizierte Druck ρ .
rmi
sowie der zugehörige mittlere effektive Druck ρ in [bar]
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aufgetragen. Letzterer ergibt sich nach der Gleichung
pme = pmi " PR " &PPF' worin pR der Reibdruck und Δ PPF
der Druckabfall im zugeschalteten Filter bedeuten.
Auf der Ordinate ist im oberen Teil die Abgastemperatur
T in [0C] aufgetragen, im mittleren Teil die jeweils offene
Bypassfläche F in [?ό] und im unteren Teil die Verweilzeit
t in [%] im US-City-Zyklus. Diese beinhaltet neben dem
Leistungsbetrieb P auch den Bremsbetrieb B und den Leerlauf L.
Ausgehend von der Tatsache, dass die Russentwicklung neben
der Zeit auch von der Last abhängt, und dass bei hohem ρ
mehr Brennstoff eingespritzt wird und somit die Partikelmenge
tendentiell zunimmt, ist die grobe Aussage gestattet, dass im unteren ρ -Bereich, also während ca. 40 % der
me
Zeit, im Bypassbetrieb gefahren werden kann. Dennoch hat man die Gewissheit, dass mehr als die Hälfte des totalen
Russ.es im Filterbetrieb herausgefiltert wird. Damit wird bei guten Dieselmotoren die Grenze von 0,2 g/Meile mit
Sicherheit unterschritten.
Das Zeitintegral, in welchem im Bypassbetrieb gefahren werden kann, ist im unteren Teil des Diagrammes punktiert
dargestellt, jenes des Filterbetriebes ist schraffiert.
Aus dem mittleren Diagrammteil ist erkennbar, dass im
vorqesehenen Zuschaltbereich des Filters, also bei ρ ^3 me
zwischen 1 und 2 bar, die Absperrklappe so gesteuert wird,
dass die Bypassfläche stetig abnimmt und demzufolge die
Filterbeaufschlagung ebenso stetig zunimmt.
Die Kurve Tl im oberen Diagrammteil entspricht dem typischen Verlauf der Abgastemperatur eines normal aufgeladenen
Dieselmotors. Es ist zu erkennen, dass beim vorgeschlagenen
Umschaltpunkt bl erst eine Temperatur von ca. 200 0C
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vorherrscht. Damit kann das Beschleunigungsproblem bei aufgeladenen Motoren nicht befriedigend gelöst werden.
Immerhin stellt es bereits einen beträchtlichen Fortschritt dar, denn ohne die getroffene Massnahme müsste der Beschleunigungsbeginn
nach einer Schubperiode bereits ab Punkt a, also bei sehr tiefer Temperatur einsetzen. Ferner ist
ersichtlich, dass die entscheidende Temperatur T« von ca. 450 0C, bei welcher heutige katalytisch beschichtete
Partikelfilter abbrennen, erst bei einem mittleren effektiven Druck zwischen 5 und 6 bar erreicht wird. Auf den
unteren Diagrammteil übertragen, ergibt dies das relativ bescheidene kreuzschraffierte Zeitintegral. Ob dies hinreichend
ist für ein gesichertes Abbrennen, ist fraglich.
Abhilfe schafft hier das Anheben der Abgastemperatur durch an sich bekannte Massnahmen wie Heisskühlung, Drosselung
der Ladeluft, späteres Brennstoffeinspritzen oder Abgasrezirkulation.
Letztere ist besonders vorteilhaft, da hierdurch der Brennstoffverbrauch nicht wesentlich verschlechtert
wird und diese Massnahme zur Reduktion des N0v-Ausstosses meist ohnehin notwendig ist.
Am Beispiel der Abgasrezirkulation bei angewandter Druckwellenmaschine
als Ladegerät sei dies näher erläutert:
Der grundsätzliche Aufbau einer solchen Druckwellenmaschine und deren genaue Struktur kann der Druckschrift CH-T 123
der Anmelderin oder der CH-PS 378 595 entnommen werden. In der Figur 1 ist die Maschine 10 als Abwicklung eines
Zylinderschnittes in halber Höhe der Zellen durch den
Rotor und durch die daran anschliessenden Partien der Seitenteile des Gehäuses gezeigt. Der Einfachheit halber
ist sie als Einzyklus-Maschine dargestellt, was sich dadurch ausdrückt, dass das Gasgehäuse 12 und das Luftgehäuse
13 an ihren dem Rotor 11 zugekehrten Seiten mit nur je
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einer Hochdruck- und einer Niederdrucköffnung versehen
sind. Um die Funktion des Systems übersichtlicher zu erläutern, sind auch hier die Strömungsrichtungen der Arbeitsmedien und die Drehrichtung der Druckwellenmaschine mit
Pfeilen bezeichnet.
Die heissen Abgase des Dieselmotors 1 treten durch den Hochdruckgas-Zuströmkanal 14 in den mit axialgeraden,
beidseitig offenen Zellen 15 versehenen Rotor 11 ein, expandieren darin und verlassen ihn über den Niederdruckgas-Abströmkanal
16 in den Auspuff 8. Auf der Luftseite wird atmosphärische Frischluft durch die Ansaugleitung
7 angesaugt, strömt über den Niederdruckluft-Eintrittskanal
17 axial in den Rotor 11 ein, wird darin verdichtet und verlässt ihn als Ladeluft über den Hochdruckluft-Austrittskanal
18 durch die Ladeluftleitung 2 zum Motor 1 hin.
Zum Verständnis des eigentlichen, äusserst komplexen gasdynamischen
Druckwellenprozesses, welcher nicht Erfindungsgegenstand ist, wird auf die schon genannte Druckschrift
CH-T 123 143 verwiesen. Der für das Verständnis der Erfindung
notwendige Prozessablauf wird nachstehend kurz erläutert: Das aus den Zellen 15 bestehende Zellenband ist
die Abwicklung eines Zylinderschnittes des Rotors 11,
welche sich bei Drehung des letzteren in Pfeilrichtung nach oben bewegt. Die Druckwellenvorgänge laufen im Innern
des Rotors 11 ab und bewirken im wesentlichen, dass sich ein gasgefüllter Raum und ein luftgefüllter Raum bilden.
Im ersteren entspannt sich das Abgas und entweicht dann in den Niederdruckgas-Abströmkanal 16, während im zweiten
ein Teil der angesaugten Frischluft verdichtet und in den Hochdruckluft-Austrittskanal 18 ausgeschoben wird.
Der verbleibende Frischluftanteil wird durch den Rotor in den Niederdruckgas-Abströmkanal 16 überspült und bewirkt
damit den vollständigen Austritt der Abgase. Diese Spülung ist für den Prozessablauf wesentlich und muss unter allen
- /τ. - " 110/84
Umständen aufrechterhalten bleiben. Es soll in der Regel
vermieden werden, dass Abgas im Rotor 11 verbleibt und bei einem nachfolgenden Zyklus mit der Ladeluft dem Motor
zugeführt wird.
Je nach Maschinenauslegung und Betriebsbedingungen kann indessen das Rezirkulieren einer bestimmten Abgasmenge
stattfinden, aus Umweltschutzgründen sogar erforderlich oder wie im vorliegenden Fall erwünscht sein. Dies wird
dadurch erreicht, dass ein gewisser Gasanteil auf die Luftseite hinübertritt und im Bereich der Schliesskante
19 in den Hochdruck-Austrittskanal 18 überspült wird. Dieser Sachverhalt ist in der Prinzipskizze durch die
Trennfront 20 zwischen Luft und Gas dargestellt. Diese Trennfront ist nicht eine scharfe Begrenzung, sondern
vielmehr eine relativ breite Mischzone.
Die solchermassen mit Abgas stark verunreinigte Ladeluft bewirkt die erwünschte Erhöhung der Ladelufttemperatur
und damit der Abgastemperatur. Die Rezirkulation kann
selbstverständlich auch durch die heute üblichen externen Einrichtungen erzielt werden.
Diese angehobene Abgastemperatur entspricht der Kurve T? in Fig. 2. Im vorgeschlagenen Umschaltpunkt erreicht
man damit, dass das Partikelfilter nur mit Gasen durchströmt wird, die ca. 300 ° heiss sind entsprechend Punkt b2.
Auch wird die Abbrenntemperatur T. von ca. 450 0C bereits
bei einem mittleren effektiven Druck von weniger als 4 bar erreicht. Uebertragen auf den unteren Diagrammteil
ergibt dies das kreuzschraffierte zuzüglich das schräg-senkrecht schraffierte Zeitintegral im Zyklus, währenddessen
ein gesichertes Abbrennen stattfindet.
Wird ein Dieselmotor vorausgesetzt, der ohne Russfilter 0,3 g Russ pro Meile emittiert, so hat die Erfindung folgende
Wirkung. Während der Bypassperiode wird etwa 1/3 dieser Russmenge, also 0,1 g produziert und ungefiltert in die
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Atmosphäre ausgestossen. Die anderen 2/3, d.h. 0,2 g/Meile
passieren das Partikelfilter. Hat dieses einen Wirkungsgrad
von 75 %, d.h. es lässt 1/4 der Russmenge ungefiltert durch, so werden weitere 0,2 χ 1/4 = 0,05 g/Meile in die
Atmosphäre gefördert. Zusammen macht dies den Betrag von 1 + 0,05 = 0,15 g/Meile aus, womit der Motor mit Sicherheit unterhalb der angestrebten Grenze von 0,2 g/Meile
betrieben wird. Es ist ersichtlich, dass der Umschaltpunkt umso höher gewählt werden kann, je besser der Motor bereits
ohne Filter ist. Dies resultiert in einem entsprechenden Verbrauchsgewinn sowie einem besseren Beschleunigungsvermögen
.
Die Anhebung der Abgastemperatur durch Abgasrezirkulation ist selbstverständlich ebenso durchführbar bei unaufgeladenen
Motoren und bei Anwendung eines Abgasturboladers oder eines mechanischen Laders. Da hier in der Regel die
Rezirkulation durch eine gesteuerte Leitung vom Auspuff zur Luftseite erfolgt, bietet es sich an, die Funktion
der dann erforderlichen Rezirkulationsklappe mit jener
der Absperrklappe im Bypass zu kombinieren.
Fig. 2 zeigt eine Variante, bei welcher der das Filter
4 umgehende Bypass 5 unmittelbar in den Hochdruckgas-Zuströmkanal
14 der Druckwellenmaschine 10 mündet. Als strömungstechnische Massnahme, welche das Anordnen einer zusätzliehen
Klappe für die Filterabsperrung erübrigt, ist hier für den Bypass schematisch die direkte kurze Verbindung
Motoraustritt/Ladereintritt angedeutet. Diese Verbindung
weist viel weniger Strömungswiderstand auf als das gezeigte Keramikfilter 4, dessen poröse Wände zwangsdurchströmt
sind. Stromabwärts der Absperrklappe 6 sind im Bypass
5 drallerzeugende Mittel 9 angeordnet. Es handelt sich hierbei beispielsweise um die Bypasswandungen selbst,
die derart gekrümmt sind, dass der Drall des aus dem Bypass zugeführten Gasstromes erhöht wird.
Während des Bypassbetriebes, d.h. bei niedrigen Lasten,
wird mit dieser Massnahme der Selbstantrieb des Rotors
11 der Druckwellenmaschine unterstützt.
11 der Druckwellenmaschine unterstützt.
Zusammenfassend sei gefolgert, dass die neue Lösung aus
Gründen des Beschleunigungsvermögens für Motoren mit Ab gasladern nicht nur vorteilhaft, sondern notwendig ist;
aufgrund des damit erzielbaren günstigen Brennstoffverbrauchs
eignet sie sich jedoch auch für unaufgeladene
sowie mechanisch aufgeladene Dieselmotoren.
sowie mechanisch aufgeladene Dieselmotoren.
Claims (5)
1. VS'rTä'h r e η zum Betrieb eines Dieselmotors, welcher abgasseitig
ein mindestens bei Vollast durchströmtes Partikelfilter
aufweist, wobei in bestimmten Betriebsbereichen mindestens ein Teil der Abgase über einen
Bypass um das Partikelfilter herumgeführt wird, dadurch
gekennzeichnet,
- dass beim Motorstart die ganzen Abgase durch das Partikelfilter geleitet werden;
- dass vom Leerlauf bis zu einer vorbestimmten Teillast der das Partikelfilter umgehende Bypass geöffnet
wird;
- dass ab der vorbestimmten Teillast der Bypass stetig
und vollständig geschlossen wird,
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vom Leerlauf bis zur vorbestimmten Teillast die
gesamte Abgasmenge durch den Bypass geführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Teillast, bei welcher der Bypass betätigt
wird, in einem Betriebsbereich gewählt wird, der einem mittleren effektiven Druck (p ) zwischen 1 und 3 bar
me
entspricht.
4. Dieselmotor mit Partikelfilter zur Durchführung des
Verfahrens nach Anspruch 1, wobei das Partikelfilter mit einem eine Absperrklappe aufweisenden Bypass versehen
ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Bypass im Partikelfilter integriert ist.
5. Dieselmotor mit Partikelfilter zur Durchführung des
Verfahrens nach Anspruch 1, wobei das Partikelfilter
' 110/84
mit einem eine Absperrklappe aufweisenden Bypass versehen ist, dadurch gekennzeichnet ist, dass bei Anordnung
des Partikelfilters samt Bypass stromaufwärts eines gasdynamischen Druckwellenladers der Bypass drallerzeugende
Mittel enthält.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CH5387/84A CH665002A5 (de) | 1984-11-09 | 1984-11-09 | Verfahren und einrichtung zum betrieb eines dieselmotors mit einer abgasfiltriereinrichtung. |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3532345A1 true DE3532345A1 (de) | 1986-05-15 |
Family
ID=4292725
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19853532345 Withdrawn DE3532345A1 (de) | 1984-11-09 | 1985-09-11 | Verfahren und einrichtung zum betrieb eines dieselmotors mit abgaspartikelfilter |
Country Status (4)
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