DE3532345A1

DE3532345A1 - Verfahren und einrichtung zum betrieb eines dieselmotors mit abgaspartikelfilter

Info

Publication number: DE3532345A1
Application number: DE19853532345
Authority: DE
Inventors: Ernst Dr. Baden Jenny
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Current assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Priority date: 1984-11-09
Filing date: 1985-09-11
Publication date: 1986-05-15
Also published as: CH665002A5; US4702075A; JPS61116014A

Description

110/84

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-

110/84

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

110/84

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-

no/84

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

110/84

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]

110/84

aufgetragen. Letzterer ergibt sich nach der Gleichung ^pme ^{= p}mi " ^PR " &^PPF' worin p_R der Reibdruck und Δ P_PF 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

110/84

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 N0_v-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

110/84

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

110/84

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.

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.

Claims

Patentansprüche

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.