DE3728006C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Gebläseanordnung für einen Regenerierbrenner eines Rußfilters. Anordnungen dieser Art dienen dazu, die im Abgasfilter eines Dieselmotors abgelagerten Rußpartikel durch Zuführen eines Heißgases thermisch zu oxydieren, wie dies beispielsweise in der EP 0 21 80 047 A1 beschrieben ist. Zur Erzeugung des Heißgases wird ein Kraftstoff-Luft-Gemisch verwendet, welchem über ein Gebläse Zusatzluft zugeführt werden muß, damit die Veraschungstemperatur von etwa 593°C erreicht werden kann. Die normale Abgastemperatur eines Dieselmotors liegt im Fahrbetrieb erheblich tiefer. Durch die Heißgase werden die den üblicherweise verwendeten Keramikfilter verstopfenden Rußpartikel in Zeitintervallen verascht, die vom Fahrbetrieb des von dem Dieselmotor angetriebenen Fahrzeuges abhängig sind. Gemäß der vorbekannten Ausführungsform erfolgt die Regenerierung des Filters in Abhängigkeit vom Staudruck der Abgase. Danach ist es weiterhin bekannt, einen Zusatzbrenner zur Heißgaserzeugung vorzusehen, dessen Brennstoff- und Luftversorgung mittels elektromotorisch angetriebener Pumpen erfolgt. Die dazu benötigte Energie wird der Fahrzeugbatterie entnommen.

Durch die DE-OS 21 32 451 ist eine durch einen Elektromotor angetriebene Gebläseanordnung zur Versorgung eines Regenerierbrenners für den Rußfilter eines Dieselmotors mit zusätzlicher Verbrennungsluft bekannt, wobei der Elektromotor als Kommutatormotor mit Nebenschlußcharakteristik ausgebildet ist.

Der Betrieb eines solchen Brenners unterliegt zwei wesentlichen Bedingungen:

• a) Die für die thermische Oxydation der Rußpartikel erforderliche Temperatur muß erreicht werden,
• b) Eine Überschreitung dieser Temperatur hätte die Zerstörung des Brenners und ggf. des Filters zu Folge.

Die Einhaltung dieser Bedingungen ist überwiegend von der vom Verdichter geförderten Zusatzluftmenge abhängig, da Brennstoff und Luftmenge in einem stöchiometrischen Verhältnis zueinander stehen und ein optimaler Betrieb die Regelung der Zufuhr mindestens einer der beiden Stoffe erfordern. Es wurde deshalb bereits vorgeschlagen, Ventile zur Regelung der Luftmenge zu benutzen, jedoch erfordert dies einen relativ hohen materiellen und regelungstechnischen Aufwand. Hinzu kommt, daß eine solche Regelung zur Erreichung der geforderten Gastemperatur immer einen Luftüberschuß benötigt, der bereitgestellt werden muß.

Das Bordnetz eines mittels Dieselmotor angetriebenen Kraftfahrzeuges unterliegt Spannungsschwankungen, die insbesondere von der Generatorleistung, dem Ladezustand der Batterie und der Zahl der angeschlossenen Verbraucher abhängen. Somit ist auch die Drehzahl eines Elektromotors unmittelbar von diesen Spannungsschwankungen abhängig und in gleicher Weise die Luftleistung eines elektromotorisch angetriebenen Verdichters, die folglich erheblichen Schwankungen unterliegen kann.

In der DE-OS 21 24 623 wird nun eine Luftpumpe für eine Abgas-Nachverbrennung offenbart, wobei auch die Möglichkeit der Regelung der Drehzahl des antreibenden Elektromotors angesprochen wird. Angaben über Art und Aufgabe der Regelung eines solchen Motors mit Permanentmagneterregung werden nicht gemacht.

Durch die US 43 57 988 ist es bereits bekannt, fremderregte Gleichstrom-Nebenschlußmotoren als Antrieb für Verdichter zu verwenden und dabei über eine Variation des Erregerstromes bei konstanter Ankerkreisspannung die Drehzahl des Antriebs zu steuern. Hierbei wirken sich Schwankungen der Betriebsspannung auf die Drehzahl des Antriebs aus.

Eine Stabilisierung der Drehzahl eines fremderregten Gleichstrommotors ist gemäß der US 39 47 738 dadurch möglich, daß die Feldwicklung in einen geschlossenen Regelkreis eingebunden wird, welcher aus einem Drehzahlsensor, einem Sollwertgeber und einer Steuerschaltung besteht.

Schließlich ist es bei eigenbelüfteten Elektromotoren allgemein bekannt, für den Betrieb des Motors notwendige Schalt- und Steuerelemente in dessen Kühlluftstrom anzuordnen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine kompakte, elektrisch angetriebene Gebläseanordnung anzugeben, bei der die Zufuhr einer dem Verbrennungsprozeß angepaßten Luftmenge für den Zusatzbrenner unabhängig vom momentanen Spannungswert im Fahrzeug-Bordnetz sichergestellt ist, und bei der die besonderen Anforderungen an die Betriebssicherheit und an die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) bei Betrieb an einem Fahrzeug-Bordnetz berücksichtigt sind.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im Anspruch 1 aufgeführten Maßnahmen gelöst, während in den weiteren Ansprüchen besonders vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gekennzeichnet sind.

Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, daß bei einem Nebenschluß- Kommutatormotor mit gewickeltem Feld - im Gegensatz zu permanentmagneterregten Motoren - die Erregerspannung und damit das Erregerfeld veränderbar sind, so daß dadurch eine Drehzahlkonstanthaltung ermöglicht ist. Dadurch wiederum ergibt sich der Vorteil, daß die Regelung nicht mehr in Abhängigkeit von veränderlichen Parametern wie Druck, Temperatur oder dergl. erfolgt, sondern nur noch abhängig von einem festen Sollwert ist. Dadurch wird die erforderliche Regelelektronik erheblich vereinfacht.

Die Feldregelung bringt darüber hinaus den Vorteil mit sich, daß nicht - wie im Falle der permanentmagnetisch erregten Motoren - durch den großen Leistungsbedarf des Gebläses bzw. Verdichters hohe Motorströme in schneller Folge durch Halbleiterschalter geschaltet werden müssen. Dieser Nachteil entstünde auch bei einem über Umrichter gesteuerten Synchronmotor.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild der Anordnung und

Fig. 2 eine im Schnitt gezeichnete Darstellung der Motor-Gebläse-Einheit.

Gemäß der Fig. 1 liegt am Läufer des Gleichstrom-Nebenschlußmotors 1 (im folgenden als "Motor 1" bezeichnet) die Bordnetzspannung 2 an. Die Feldwicklung 3 des Motors 1 wird über eine Steuerschaltung 4 beaufschlagt. Der Motor 1 treibt den Drehzahlsensor 5 und das Gebläse bzw. den Verdichter 6 an. Der Drehzahlsensor 5 ist ein Tachogenerator. Die vom Drehzahlsensor 5 abgegebenen Impulse beaufschlagen die Steuerschaltung 4. Zur Spannungsverstellung an der Feldwicklung 3 kann die Steuerschaltung 4 als elektronischer Schalter (sog. "Schaltnetzteil") ausgebildet sein, welcher als Impulswandler bzw. Durchflußwandler die anliegende Bordspannung in Rechteckimpulse der erforderlichen Breite umwandelt. Ein solcher Schalter arbeitet nahezu verlustfrei. Andererseits kann ein kontinuierlich arbeitender elektronischer Spannungsregler (sog. "Längsregler") eingesetzt werden, mit dem Vorteil eines wesentlich reduzierten Bürstenverschleißes. In beiden Fällen ist der Drehzahlsollwert vorgegeben durch den als Sollwertgeber arbeitenden Widerstand 8. In der Steuerschaltung 4 werden in vorteilhafter Weise die Nulldurchgänge der abgegebenen Spannung des Drehzahlsensors 5 für die Drehzahlinformation ausgewertet, so daß eine Temperaturkompensation für die Spannungsamplitude entfallen kann.

Gemäß der Fig. 2 sind der die Feldwicklung 3 tragende Ständer 9 und der Läufer 10 des Motors 1 in einem Gehäuse 7 angeordnet, welches mehrteilig ausgebildet ist. In einer Erweiterung des A-seitigen Lagerschildes ist das Gebläse 6 angeordnet, welches vorzugsweise als Flügelzellenverdichter ausgebildet ist. B-seitig ist ein Kommutatorgehäuse 11 angeordnet, welches außer dem Kommutator selbst noch die Bürstenbrücken 12 mit den daran angeordneten Bürstenhaltern 13 aufnimmt und noch eine Schaltplatine 14 für die Regelelektronik trägt. Im B-seitigen Lagerschild ist auch der Tachogenerator 15 direkt auf der Motorwelle angeordnet. Schließlich befindet sich noch der Luftansaugstutzen 16 für die Gebläseluft am Lagerschild. Die B-seitige Motorausgestaltung hat einerseits den Vorteil, daß die durch den Luftansaugstutzen 16 angesaugte Frischluft über die Schaltplatine 14 hinweg durch das Motorgehäuse hindurchgeführt wird und somit eine optimale Kühlung erreicht wird. Dadurch und auch wegen der Auslegung des Motors für Kurzzeitbetrieb - je Regenerierungsphase wird eine Betriebsdauer von max. 15 min. veranschlagt - kann das Bauvolumen des Motors relativ klein gehalten werden. Auch für die elektronischen Bauteile ist eine optimale Kühlung somit gewährleistet. Die erwärmte Kühlluft wird dem Gebläse zugeführt. Andererseits besteht der Vorteil, daß infolge der Unterbringung der Regelelektronik unmittelbar im Motor nur sehr kurze energiebehaftete Leitungsverbindungen vorhanden sind, wodurch wiederum die Gefahr davon ausgehender Störfrequenzen z. B. im Rundfunkbereich erheblich vermindert ist.

Die verdichtete Luft verläßt das Gebläse durch den Ablaufstutzen 17.

In vorteilhafter Weise erfolgt die Regelung der Erregerspannung der Feldwicklung auf einen Wert, der niedriger bzw. max. gleich der Hälfte des Wertes der Bordnetzspannung ist. Bei niedrigen Außentemperaturen wird darüber hinaus vorgeschlagen, die Erregerspannung beim Anlauf des Motors auf ca. ¼ der zur Verfügung stehenden Bordnetzspannung abzusenken. Durch diese Maßnahmen wird erreicht, daß das Gebläse auch unter schwierigen Bedingungen sicher die zur Inbetriebsetzung des Zusatzbrenners benötigte Luftmenge liefern kann.

Durch die Erfindung werden nicht nur die Spannungsschwankungen sondern auch die Leistungstoleranzen des Elektromotors und des Gebläses kompensiert.

Claims (5)

1. Gebläseanordnung zur Versorgung eines Regenerierbrenners für einen Rußfilter eines Dieselmotors mit zusätzlicher Verbrennungsluft, dessen Gebläse (6) durch einen aus dem Bordnetz eines mit dem Dieselmotor ausgerüsteten Kraftfahrzeugs gespeisten fremderregten Gleichstrom-Nebenschlußmotor (1) angetrieben wird, wobei die Feldwicklung (3) des fremderregten Gleichstrom- Nebenschlußmotors (1) einer an einen mit dem Läufer (10) des fremderregten Gleichstrom-Nebenschlußmotors (1) umlaufenden Tachogenerator (15) und einen Sollwertgeber (8) angeschlossenen Steuerschaltung (4) zugeordnet ist, und die Steuerschaltung (4) innerhalb eines den fremderregten Gleich­ strom-Nebenschlußmotor (1) und den Tachogenerator (15) umschließenden und von der Ansaugluft des Gebläuses (6) durchströmten Gehäuses (7, 11) angeordnet ist.

2. Gebläseanordnung nach Anspruch 1, wobei als Steuerschaltung (4) eine elektronische Schaltung Verwendung findet, durch welche die an der Feldwicklung (3) anliegende Spannung in Rechteckimpulse zerhackbar ist (sog. "Schaltnetzteil").

3. Gebläseanordnung nach Anspruch 1, wobei als Steuerschaltung (4) eine elektronische Schaltung Verwendung findet, durch welche die Höhe der an der Feldwicklung (3) anliegenden Spannung kontinuierlich regelbar ist (sog. "Längsregler").

4. Gebläseanordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei als Sollwertgeber (8) für die Steuerschaltung (4) ein einstellbarer Widerstand vorgesehen ist.

5. Gebläseanordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Gebläse (6) als Flügelzellenverdichter im A-seitigen Lagerschild des fremderregten Gleichstrom-Nebenschlußmotors (1) und koaxial zu diesem angeordnet ist, daß der Luftansaugstutzen (16) für das Gebläse (6) auf der B-seitigen Seite des Kommutatorgehäuses (11) angeordnet ist und die Ansaugluft das Gehäuse (7, 11) durchströmt.