DE3723703A1 - Brennkraftmaschine mit zumindest einem russfilter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit zumindest einem Rußfilter nach dem Oberbegriff des ersten Anspruchs.

In der deutschen Patentanmeldung P 36 01 703.5 ist ein Verfahren zur Abgasreinigung für einen Dieselmotor be­ schrieben, wobei das Abgas einen Rußfilter durchläuft und bei Unterschreiten einer für die Regeneration des Rußfil­ ters erforderlichen Temperatur des Abgases einzelne Zylin­ der des Dieselmotors abgeschaltet werden. Durch das Ab­ schalten einzelner Zylinder steigt die Abgastemperatur der verbleibenden feuernden Zylinder, wodurch wieder eine für die Regeneration des Rußfilters erforderliche Temperatur erreicht ist. Dies ist besonders im Teillastbetrieb von Vorteil.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Brennkraftmaschine mit zumindest einem Rußfilter zu schaffen, welche gestattet, den Rußfilter auch im Stillstand des Fahrzeugs ohne zu­ sätzliche Wärmequelle und ohne Gefährdung des Motors zu regenerieren.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch gelöst, daß die Brenn­ kraftmaschine in eine fest vorgegebene Anzahl abschaltba­ rer Zylinder und eine Anzahl feuernder Zylinder unterteilt ist und in der gemeinsamen Abgasleitung der abschaltbaren Zylinder eine Abgasklappe angeordnet ist, wobei in Strö­ mungsrichtung vor der Abgasklappe eine Rückführleitung die Abgasleitung der abschaltbaren Zylinder mit der Ansauglei­ tung der feuernden Zylinder verbindet und bei Regeneration des Rußfilters die abschaltbaren Zylinder abgeschaltet und die Abgasklappe geschlossen ist. Die Aufteilung des Motors in einen feuernden und einen abgeschalteten bzw. ge­ schleppten Teil gestattet es, bei stehendem Fahrzeug den feuernden Teil mit Vollast zu betreiben und damit die zur Regeneration des Rußfilters notwendige Abgastemperatur ohne zusätzliche Wärmequelle über eine unbegrenzte Zeit aufrechtzuerhalten. Die Schleppleistung wird dabei durch Abgasstau mittels hermetisch schließender Abgasklappe im Abgasast des geschleppten Teils festgelegt. Da nur der geschleppte bzw. der abgeschaltete Teil des Motors gedros­ selt wird, kann der feuernde Teil durch Drosselung nicht gefährdet werden. Die Rückführung der gestauten, heißen Luft in die Ansaugleitung der feuernden Zylinder erhöht das Temperaturniveau dieser Zylinder und verbessert da­ durch die Regenerationsbedingung bei geringstmöglichem Aufstau des Abgases.

Vorteilhafterweise sind die abschaltbaren Zylinder in einer Reihe angeordnet, wobei sinnvollerweise die Unter­ teilung in feuernde und abschaltbare Zylinder vertauschbar ist, so daß bei der Benutzung je eines Rußfilters für eine Motorhälfte die Rußfilter getrennt voneinander regenerier­ bar sind.

In erfindungsgemäßer Ausführung weist die Rückführleitung einen für das Abgas drosselnden Querschnitt auf. Dieser drosselnde Querschnitt kann z. B. einmal festgelegt werden und braucht dann nicht mehr verändert zu werden. Es ist auch sinnvoll, in der Rückführleitung eine Drosselklappe anzuordnen. Es ist hierbei sinnvoll, die Drosselklappe in Abhängigkeit von Motorparametern, insbesondere dem Wert der Abgastemperatur in Strömungsrichtung vor dem Rußfilter zu steuern.

In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Abgaslei­ tung der abschaltbaren Zylinder in Strömungsrichtung vor der Abgasklappe über ein Rückschlagventil mit einem Druck­ behälter verbunden. Zum Füllen des Druckbehälters wird zweckmäßigerweise die Rückführleitung geschlossen. Dies kann z. B. durch Schließen der Drosselklappe in der Rück­ führleitung geschehen. Die im Druckbehälter komprimierte Luft läßt sich für alle bordeigenen bzw. externen Druck­ luftverbraucher verwenden.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der Be­ schreibung und den Figuren, die verschiedene Ausführungs­ formen der Erfindung zeigen und nachfolgend näher be­ schrieben sind.

Es zeigt:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine mit V-förmiger Zylinderanordnung und je einem Rußfilter für eine Motorhälfte,

Fig. 2 eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine mit V-förmiger Zylinderanordnung und einem Ruß­ filter,

Fig. 3 eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine, wobei eine Zylinderreihe in einen abschalt­ baren und einen feuernden Teil unterteilt ist,

Fig. 4 dieselbe Anordnung wie in Fig. 3, jedoch mit einem zusätzlichen Turbolader und Ladeluft­ kühler.

Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine mit V-förmiger Zylinderanordnung, wobei jede Zylinderreihe 2 a, 2 b aus vier Zylindern besteht. Zwischen den beiden Zylin­ derreihen 2 a, 2 b ist eine Einspritzpumpe 8 angeordnet, wobei der dem Pumpraum vorgeordnete Saugraum der Ein­ spritzpumpe 8 in zwei Teilsaugräume unterteilt ist. Jeder Teilsaugraum ist dabei einer Zylinderreihe zugeordnet. In der Kraftstoffzuführleitung 9 der Teilsaugräume ist je­ weils ein Ventil 10, insbesondere Magnetventil angeordnet. Durch Schließen eines Ventils 10 läßt sich eine Motor­ hälfte abschalten, während die andere Motorhälfte weiter­ hin in Betrieb bleibt.

Die Abgasleitungen der einzelnen Zylinder einer Motor­ hälfte sind zu einer Abgasleitung 3 zusammengefaßt. In dieser gemeinsamen Abgasleitung 3 ist für jede Motorhälfte getrennt ein Rußfilter 1 mit einer in Strömungsrichtung davor angeordneten Abgasklappe 4 angeordnet.

Des weiteren mündet in die Abgasleitung 3 in Strömungs­ richtung vor der Abgasklappe 4 eine Rückführleitung 5, die jeweils mit der Ansaugleitung 6 der gegenüberliegenden Motorhälfte verbunden ist.

Die Fig. 1 zeigt eine Stellung der Abgasklappen 4, bei der das auf der Zeichnung unten angeordnete Rußfilter 1 rege­ neriert wird. Um dies zu erreichen, wird die auf der Zeichnung oben gezeichnete Zylinderreihe 2 a abgeschaltet und die zugehörige Abgasklappe 4 in der Abgasleitung 3 geschlossen. Das Abschalten dieser Zylinderreihe wird z. B. durch Schließen des zugehörigen Ventils 10 erreicht. Es verbleiben noch die feuernden Zylinder 2 b, die durch das Abschalten der Zylinderreihe 2 a und Schließen der zugehö­ rigen Abgasklappe 4 gebremst werden.

Die Aufteilung des Motors in einen feuernden 2 b und einen geschleppten bzw. abgeschalteten Teil 2 a gestattet es, bei stehendem Fahrzeug den feuernden Teil mit Vollast zu be­ treiben und damit die zur Regeneration notwendige Abgas­ temperatur über eine unbegrenzte Zeit aufrechtzuerhalten. Die gestaute, heiße Luft wird über eine Rückführleitung 5 in die Ansaugleitung 6 der feuernden Zylinder 2 b geför­ dert, wo sie das Temperaturniveau erhöht und damit die Regenerationsbedingungen bei geringstmöglichem Aufstau verbessert.

In der Fig. 1 ist beispielhaft die untere Abgasklappe 4 geöffnet und die obere Abgasklappe 4 geschlossen, so daß die auf der Fig. oben angeordnete Zylinderhälfte 2 a abge­ schaltet ist und die unten angeordnete Zylinderhälfte 2 b befeuert wird. Diese Unterteilung in feuernde 2b und ab­ schaltbare Zylinder 2 a ist vorteilhafterweise vertausch­ bar. Dieses Vertauschen läßt sich durch Schließen bzw. Öffnen der Ventile 10 und der Abgasklappen 4 steuern.

Die Rückführleitung 5 weist erfindungsgemäß einen für das Abgas drosselnden Querschnitt auf. Dieser drosselnde Quer­ schnitt wird vorteilhafterweise einmal eingestellt und braucht dann nicht mehr verändert zu werden. Es ist auch von Vorteil, in der Rückführleitung 5 eine Drosselklappe 7 anzuordnen und die Drosselklappe 7 in Abhängigkeit von Motorparametern, insbesondere dem Wert der Abgastemperatur vor dem Rußfilter zu steuern.

In der Fig. 2 ist ebenso wie in der Fig. 1 eine Brenn­ kraftmaschine mit V-förmiger Zylinderanordnung gezeigt. Als Unterschied zu Fig. 1 sind hier jedoch die Abgaslei­ tungen der beiden Motorhälften zusammengeführt, wobei nur in der zusammengeführten Abgasleitung 3 ein Rußfilter 1 angeordnet ist.

Zur Regeneration des Rußfilters 1 wird die Abgasklappe 4 in der Abgasleitung der abschaltbaren Zylinder 2 a ge­ schlossen und die Kraftstoffzufuhr für diese Zylinder durch Schließen des Ventils 10 in der Kraftstoffzufuhrlei­ tung 9 abgeschaltet. Es kann demnach in dieser Ausfüh­ rungsform nur eine Motorhälfte abgeschaltet werden, wäh­ rend die andere Motorhälfte stets feuernd belassen wird.

Fig. 2 zeigt weiterhin eine alternative vorteilhafte Aus­ führungsform, bei der die Abgasleitung 3 der abschaltbaren Zylinder 2 a in Strömungsrichtung vor der Abgasklappe 4 über ein Rückschlagventil 14 mit einem Druckbehälter 15 verbunden ist. Zum Füllen des Druckbehälters 15 wird vor­ teilhafterweise die Drosselklappe 7 in der Rückführleitung 5 geschlossen. Die im Druckbehälter 15 gesammelte, kompri­ mierte Luft läßt sich für alle denkbaren Druckluftver­ braucher verwenden. Es ist auch vorteilhaft, die Rückführ­ leitung 5 über ein Rückschlagventil 14 mit dem Druckbe­ hälter 15 zu verbinden.

Fig. 3 zeigt eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine, wobei alle Zylinder in einer Reihe angeordnet sind. Hier­ bei ist auch wie in Fig. 2 nur ein Rußfilter in der ge­ meinsamen Abgasleitung 3 der feuernden Zylinder 2 b und der abschaltbaren Zylinder 2 a angeordnet. Desweiteren ist eine Rückführleitung 5 vorgesehen, die in die gemeinsame An­ saugleitung 6 in Strömungsrichtung hinter dem letzten abschaltbaren Zylinder und vor dem ersten feuernden Zylin­ der einmündet. Hierbei sind in Strömungsrichtung der An­ saugluft gesehen die abschaltbaren Zylinder 2 a vor den feuernden Zylinder 2 b angeordnet. Die einzelnen Abgaslei­ tungen der feuernden und der abschaltbaren Zylinder sind jeweils zusammengeführt, bevor sie in die gemeinsame Ab­ gasleitung 3 einmünden. In der Abgasleitung der abschalt­ baren Zylinder 2 a ist wiederum eine Abgasklappe 4 angeord­ net, die bei Regeneration des Rußfilters 1 geschlossen wird. Ebenso wie schon beschrieben wird dazu die Kraft­ stoffzufuhr für die abschaltbaren Zylinder 2 a blockiert.

In Fig. 4 ist ein ähnliches Ausführungsbeispiel wie in Fig. 3 gezeigt, nur daß hier zusätzlich ein Turbolader und ein Ladeluftkühler vorgesehen sind. Der Turbolader ist in der gemeinsamen Abgasleitung 3 der feuernden und der ab­ schaltbaren Zylinder 2 a, 2 b angeordnet. In Strömungsrich­ tung hinter der Hochdruckseite des Turboladers ist der Ladeluftkühler 12 angeordnet, wobei in Strömungsrichtung hinter dem Ladeluftkühler eine Rückführleitung 5 die An­ saugleitung 6 mit der Abgasleitung der abschaltbaren Zylinder 2 a verbindet. Wie schon oben beschrieben, ist die Rückführleitung 5 drosselbar, so daß sich die Bremslei­ stung der abgeschalteten Zylinder 2 a durch das Maß der Drosselung festlegen läßt.

Vorteilhafterweise ist die Drosselklappe 7 in der Rück­ führleitung 5 so gesteuert, daß sich die gewünschte Abgas­ temperatur zwar mit Fahrhebelstellung "Vollast", jedoch schon bei relativ niedriger Motordrehzahl einstellt. Durch die verringerte Motordrehzahl wird die Lärmbelästigung bei der Regeneration herabgesetzt.

In einer anderen Ausführungsform kann die Regenerierung des Rußfilters 1 auch im Normalbetrieb des Motors erfol­ gen. Hierzu ist jedoch eine elektronische Regelung nötig, die z. B. anhand des Abgasgegendruckes bzw. der Abgastem­ peratur die Drosselklappe 7 bzw. die Abgasklappe 4 und die Abschaltung der abschaltbaren Zylinder steuert, so daß einerseits die gewünschte Nutzleistung verfügbar ist, andererseits aber die zur Rußfilterregeneration erforder­ liche Abgastemperatur über einen möglichst großen Teil des Motorbetriebs erreicht wird.

Claims (7)

1. Brennkraftmaschine mit zumindest einem Rußfilter (1), wobei das Abgas den Rußfilter (1) durchströmt und bei Unterschreiten einer für die Regeneration des Rußfilters erforderlichen Temperatur des Abgases einzelne Zylinder (2) der Brennkraftmaschine abschaltbar sind, insbesondere nach Patent ....... (Patentanmeldung P 36 01 703.5), dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkraftmaschine in eine fest vorgegebene Anzahl abschaltbarer Zylinder (2 a) und eine Anzahl feuernder Zylinder (2 b) unterteilt ist und in der gemeinsamen Abgasleitung (3) der abschaltbaren Zylin­ der (2 a) eine Abgasklappe (4) angeordnet ist, wobei in Strömungsrichtung vor der Abgasklappe (4) eine Rückführ­ leitung (5) die Abgasleitung (3) der abschaltbaren Zylin­ der (2 a) mit der Ansaugleitung (6) der feuernden Zylinder (2 b) verbindet und bei Regeneration des Rußfilters (1) die abschaltbaren Zylinder (2 a) abgeschaltet und die Abgas­ klappe (4) geschlossen ist.

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die abschaltbaren Zylinder (2 a) in einer Reihe angeordnet sind.

3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterteilung in feuernde (2b) und abschaltbare Zylinder (2 a) vertauschbar ist.

4. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückführleitung (5) einen für das Abgas drosselnden Querschnitt aufweist.

5. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Rückführleitung (5) eine Drosselklappe (7) angeordnet ist.

6. Brennkraftmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselklappe (7) in Ab­ hängigkeit von Motorparametern, insbesondere dem Wert der Abgastemperatur steuerbar ist.

7. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgasleitung (3) der ab­ schaltbaren Zylinder (2 a) in Strömungsrichtung vor der Abgasklappe (4) über ein Rückschlagventil (14) mit einem Druckbehälter (15) verbunden ist.