DE3601703A1 - Abgasreinigung fuer einen dieselmotor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Abgasreinigung für einen Dieselmotor gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

ln der DE-PS 26 47 062 ist eine Abgasreinigung beschrieben, bei der zwischen der Abgasleitung und der Saugleitung eine durch ein Regelventil gesteuerte Rückführleitung angeordnet ist, wobei das Regelventil den Durchlaß durch die Rückführleitung in Abhängigkeit von bestimmten Betriebsparametern der Brennkraftmaschine steuert.

Die Abgasrückführung ist zwar ein wirksames Mittel zur Verminderung der NO _x -Emission, jedoch führt der Ruß im rückgeführten Abgas zu stark erhöhtem Motorverschleiß.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Abgasreinigung für einen Dieselmotor zu schaffen, bei der kein erhöhter Motorverschleiß auftritt.

Die Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Verfahren durch die kennzeichnenden Merkmale des ersten Anspruchs gelöst.

Im Rußfilter werden die im Abgas befindlichen Rußpartikel herausgefiltert, so daß diese, wenn das Abgas aus der Abgasleitung in die Saugleitung zurückgeführt wird, keinen erhöhten Motorverschleiß verursachen. Damit sich im Ruß­ filter mit der Zeit nicht zuviel Ruß niedersetzt und da­ durch das Rußfilter verstopft und der Gasdurchfluß behin­ dert wird, ist erfindungsgemäß die Temperatur des Abgases so gesteuert, daß sie oberhalb einer für die Regeneration des Rußfilters erforderlichen Temperatur liegt. Dies wird erreicht, indem bei Unterschreiten dieser für die Regene­ ration des Rußfilters erforderlichen Temperatur des Abga­ ses einzelne Zylinder des Dieselmotors abgeschaltet wer­ den. Bedingt durch dieses Abschalten steigt die Temperatur des Abgases der verbleibenden in Betrieb befindlichen Zy­ linder. Mit dieser Anordnung ist die NO _x -Emission stark reduziert ohne einen erhöhten Motorverschleiß in Kauf neh­ men zu müssen.

Vorteilhafterweise werden die Zylinder sukzessive und zweckmäßigerweise in zyklisch vertauschter Reihenfolge ge­ schaltet und zwar so, daß die verbleibenden, in Betrieb befindlichen Zylinder den Betrieb des Dieselmotors gewähr­ leisten können. Durch die zyklische Vertauschung wird die Belastung der einzelnen Zylinder über eine längere Zeit betrachtet gleich hoch gehalten.

Sinnvollerweise weist jeder Zylinder eine Rückführleitung und einen Rußfilter auf, wobei die Rückführleitung in Strömungsrichtung hinter dem Rußfilter abzweigt. lst vor­ teilhafterweise das Rußfilter kurz hinter dem Auslaßventil des jeweiligen Zylinders angeordnet, so wird durch den heißen Vorauslaßstoß des Abgases die Filterregeneration schon bei relativ niedriger Motorlast wirksam und die Wär­ meverluste werden in der Rückführleitung minimiert. Um die Wärmeverluste weiter zu vermindern, mündet zweckmäßiger­ weise die Rückführleitung kurz vor dem Einlaßventil in die Saugleitung. Außerdem empfiehlt es sich, das Rußfilter und die Saugleitung wärmeisoliert anzuordnen.

Das Rußfilter besteht vorteilhafterweise aus einem Kera­ mikeinsatz und ist zweckmäßigerweise zumindest teilweise mit einem Oxydationskatalysator beschichtet. Durch diese katalytische Beschichtung des Rußfilters in Verbindung mit der hohen Abgastemperatur oxydiert nicht nur der sich ab­ lagernde Ruß, sondern auch die Kohlenwasserstoffe und das Kohlenmonoxyd. Demnach wird das Abgas umfassend von Schad­ stoffen gereinigt.

Vorteilhafterweise wird die Steuerung der Abgasrückführung speziell beim Saugmotor durch eine Drosselklappe in der Abgassammelleitung gesteuert, wobei zweckmäßigerweise die Stellung der Drosselklappe mit der Stellung des Gaspedals korreliert ist. Die Steuerung der Abgasrückführung bei ei­ nem Auflademotor geschieht sinnvollerweise durch Ausnut­ zung des natürlichen Druckgefälles zwischen Abgas- und La­ deluftleitung und gegebenenfalls zusätzlich durch eine Drosselklappe, die hinter dem Turbolader angeordnet ist. Diese Drosselklappe wird vorteilhafterweise ebenfalls gas­ pedalabhängig gesteuert.

Weiterhin ist es auch vorteilhaft, die Drosselklappe mit einem Stellmechanismus zu versehen, wobei der Stellmecha­ nismus von einem Regelglied gesteuert ist und das Regel­ glied den Stellmechanismus in Abhängigkeit von Betriebspa­ rametern des Dieselmotors steuert.

Zur sukzessiven Abschaltung der Zylinder ist es sinnvoll, in der Einspritzleitung jedes Zylinders ein steuerbares Ventil, insbesondere Magnetventil, anzuordnen. Um eine gleichmäßige Belastung der einzelnen Zylinder zu errei­ chen, wird die Reihenfolge der Zylinderabschaltung vor­ teilhafterweise bei jedem Abschaltvorgang zyklisch ver­ tauscht.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der Be­ schreibung und den Zeichnungen, die Ausführungsformen der Erfindung zeigen und nachfolgend näher beschrieben sind. Es zeigt:

Fig. 1 einen Schnitt durch einen Dieselmotor mit einer er­ findungsgemäßen Vorrichtung zur Abgasreinigung,

Fig. 2 eine Skizze der erfindungsgemäßen Vorrichtung bei einem Saugmotor,

Fig. 3 eine Skizze der erfindungsgemäßen Vorrichtung bei einem Auflademotor.

Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch einen Dieselmotor mit ei­ ner erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Abgasreinigung. Aus einem Motorgehäuse 1 ragt ein Zylinder 2 hervor, auf dem ein Zylinderkopf 7 befestigt ist. ln der Abgasleitung 4, dem nicht gezeigten Auslaßventil benachbart, ist ein Ruß­ filter 3 angeordnet. Vorteilhafterweise besteht das Ruß­ filter 3 aus einem Keramikeinsatz, wobei dieser zumindest teilweise mit einem Oxydationskatalysator beschichtet ist. ln Strömungsrichtung hinter dem Rußfilter 3, diesem direkt benachbart, führt eine Rückführleitung 5 von der Abgaslei­ tung 4 in eine Saugleitung 6. Vorteilhafterweise führt die Rückführleitung 5 kurz vor dem zugehörigen Einlaßventil 11 in die Saugleitung 6 und das Rußfilter 3 und die Rückführ­ leitung 5 sind wärmeisoliert angeordnet. Auf dem Motorge­ häuse 1 ist eine Einspritzpumpe 9 angeordnet, von der eine Einspritzleitung 10 zu einem nicht gezeigten Einspritzven­ til führt. lnnerhalb der Einspritzleitung 10 ist ein Mag­ netventil 8 angeordnet. In der Figur ist nur ein Zylinder gezeigt. Zweckmäßigerweise hat jeder Zylinder des Diesel­ motors eine Rückführleitung 5, wie eben beschrieben, und einen Rußfilter 3. Nicht gezeigt ist die Abschaltautomatik der Zylinder, die bei Unterschreiten einer für die Regene­ ration des Rußfilters erforderlichen Temperatur des Abga­ ses einzelne Zylinder des Dieselmotors abschaltet. Diese Abschaltung geschieht vorteilhafterweise sukzessive.

Wenn im Betrieb des Dieselmotors die Temperatur des Abga­ ses über der für die Regeneration des Rußfilters erforder­ lichen Temperatur liegt, so sind alle Magnetventile 8 auf Durchgang geschaltet und die Zylinder 2 sind befeuert. Das Abgas tritt im Auslaßtakt des Dieselmotors in den Rußfil­ ter 3 ein und wird dort von Ruß gereinigt. Die katalyti­ sche Beschichtung des Keramikeinsatzes bewirkt gleichfalls eine Oxydierung von Kohlenmonoxyd und den Kohlenwasser­ stoffen. Durch die Abgasrückführung wird die Bildung von Stickoxyden im Motor vermindert. Somit ist das Gas von den wichtigsten umweltbelastenden Schadstoffen gereinigt. Da die Temperatur des Abgases vor dem Rußfilter 3 in vielen Betriebsbereichen des Motors über der für die Regeneration des Rußfilters erforderlichen Temperatur (Selbstreini­ gungstemperatur) liegt, wird der sich im Rußfilter dauernd anlagernde Ruß kontinuierlich verbrannt und kann damit das Rußfilter 3 nicht verstopfen.

Sinkt die Temperatur des Abgases unter diese Selbstreini­ gungstemperatur, so werden einzelne Zylinder 2 durch Schließen der Magnetventile 8 in der Einspritzleitung 10 abgeschaltet. Dadurch steigt die Abgastemperatur der ver­ bleidenden feuernden Zylinder wieder und die kontinuierli­ che Reinigung der Rußfilter 3 ist wieder gewährleistet. Die Anordnung der Rußfilter 3 kurz hinter dem Auslaßventil minimiert stark die Wärmeverluste des Abgases in der Ab­ gasleitung 4. Durch die Rückführung des gefilterten Abga­ ses ist kein erhöhter Motorverschleiß zu erwarten, der auftreten würden, wenn das Abgas ungefiltert in die Saug­ leitung 6 rückgeführt würde.

Fig. 2 zeigt eine Skizze der erfindungsgemäßen Vorrichtung bei einem Saugmotor. In der Abgassammelleitung 12 ist eine Drosselklappe 13 angeordnet, wobei die Stellung der Dros­ selklappe 13 mit der Stellung des Gaspedals 14 korreliert ist. Es kann auch vorteilhaft sein, wenn die Drosselklappe mit einem Stellmechanismus versehen ist, wobei der Stell­ mechanismus von einem Regelglied gesteuert ist und das Re­ gelglied den Stellmechanismus in Abhängigkeit von Be­ triebsparametern des Dieselmotors steuert. Diese Anordnung ist bei einer elektronischen Steuerung sinnvoll.

Mit dieser Drosselklappe läßt sich ein Staudruck in der Abgassammelleitung 12 aufbauen und dadurch die Rückführra­ te des Abgases in die Saugleitung 6 regulieren. Das steu­ erbare Ventil in der Einspritzleitung ist vorteilhafter­ weise ein Magnetventil 8.

In Fig. 3 ist die erfindungsgemäße Vorrichtung für einen Auflademotor gezeigt. Hier ist in der Ladeluftleitung 15 und der Abgassammelleitung 12 ein Turbolader 16 angeord­ net. Die Steuerung der Abgasrückführung geschieht dabei beim Auflademotor unter Ausnutzung des natürlichen, wech­ selnden Druckgefälles zwischen Abgas- und Ladeluftleitung. Es kann auch zweckmäßig sein, noch eine zusätzliche, gas­ pedalbetätigte Drosselklappe in der Abgassammelleitung an­ zuordnen.

Mit diesem Verfahren und dieser Vorrichtung ist eine Ab­ gasreinigung für einen Dieselmotor geschaffen, die sowohl den Ruß als auch das Kohlenmonoxyd, die Stickoxyde und die Kohlenwasserstoffe aus dem Abgas filtert ohne dabei den Motorverschleiß zu erhöhen.

Claims (13)

1. Verfahren zur Abgasreinigung für einen Dieselmotor, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgas einen Rußfilter (3) durchläuft und daß zumindest ein Teil des durch das Rußfilter (3) gereinigten Abgases aus der Abgasleitung (4) in die Saugleitung (6) zurückgeführt wird, und daß bei Unterschreiten einer für die Regeneration des Rußfilters (3) erforderlichen Temperatur des Abgases einzelne Zylinder (2) des Dieselmotors abgeschaltet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinder (2) sukzessive abgeschaltet werden.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, wobei zwischen der Abgasleitung (4) und der Saugleitung (6) eine Rückführleitung (5) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Zylinder (2) eine Rückführleitung (5) und einen Rußfilter (3) aufweist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückführleitung (5) in Strömungsrichtung hinter dem Rußfilter (3) abzweigt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Rußfilter (3) kurz hinter dem Auslaßventil des jeweiligen Zylinders (2) angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückführleitung (5) kurz vor dem Einlaßventil (11) in die Saugleitung (6) mündet.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Rußfilter (3) und die Rückführleitung (5) wärmeisoliert angeordnet sind.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Rußfilter (3) aus einem Keramikeinsatz besteht.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Keramikeinsatz zumindest teilweise mit einem Oxydationskatalysator beschichtet ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß in der Abgassammelleitung (12) eine Drosselklappe (13) angeordnet ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellung der Drosselklappe (13) mit der Stellung des Gaspedals (14) korreliert ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselklappe (13) mit ei­ nem Stellmechanismus versehen ist, wobei der Stellmecha­ nismus von einem Regelglied gesteuert ist und das Regel­ glied den Stellmechanismus in Abhängigkeit von Betriebspa­ rametern des Dieselmotors steuert.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß in der Einspritzleitung (10) jedes Zylinders (2) ein steuerbares Ventil, insbesondere Magnetventil (8) angeordnet ist.