DE3817980A1 - Vorrichtung zur regenerierung von russabbrennfiltern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Regenerierung von Rußabbrennfiltern nach dem Oberbegriff des Patentan­ spruchs 1.

In der DE-OS 36 05 255 ist ein Verfahren zur Regeneration von Abgas-Partikelfiltersystemen durch Oxidation abgela­ gerter Partikel bei Brennkraftmaschinen, in denen einzel­ nen Zylindern oder Zylindergruppen separate Partikelfilter zugeordnet sind, beschrieben. Eine nach unterschiedlichen Kriterien eingeleitete Regeneration eines Partikelfilters läuft dergestalt ab, daß dem diesem Partikelfilter zuge­ ordneten Zylinder bzw. der Zylindergruppe die zur Regene­ ration erforderliche Kraftstoffmenge zugeteilt wird. Bei konstanter Last und Drehzahl der Brennkraftmaschine wird den nicht an der Regeneration beteiligten Zylindern eine entsprechende Mindermenge an Kraftstoff zugeteilt. Insbe­ sondere geschieht dies durch Einspritzen der Vollastmenge in den bzw. die regenerierenden Zylinder und Regelung der Teillastmenge für die anderen Zylinder.

Ein Nachteil dieses Verfahrens ist in der Tatsache zu sehen, daß die Verwendung separater Partikelfilter einen großen baulichen Aufwand zur Folge hat. Außerdem ist die den Zylindern zugeführte Luftmenge nicht an die während einer Regeneration unterschiedlichen Betriebsbedingungen der einzelnen Zylindern angepaßt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Regene­ rierung von Rußabbrennfiltern derart auszugestalten, daß während der Regeneration sowohl die an der Regeneration beteiligten Zylinder, als auch die nicht beteiligten Zylinder mit einem optimalem Luftverhältnis betrieben werden können.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeich­ nenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen und der Beschreibung hervor.

Bei einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine ist allen Zylindern ein gemeinsamer Rußabbrennfilter zugeordnet. Wird, z.B. durch eine Abgasgegendruckmessung, festge­ stellt, daß eine Regeneration des Rußabbrennfilters nötig wird, so wird denjenigen Zylindern einer Zylindergruppe, die an der Regenerierung des Rußabbrennfilters beteiligt sind, die zum Einleiten der Regeneration, d.h. zum Zünden des Rußes, benötigte Kraftstoffmenge eingespritzt. Zu den Zylindern der anderen Zylindergruppe, die nicht an der Regenerierung teilhaben und denen eine entsprechende Kraftstoffmindermenge zugemessen wird, wird die Ansaug­ luftmenge durch in ihrem Ansaugluftweg angeordnete Drossel­ organe reduziert. Durch die Senkung des Massendurchsatzes in diesen Zylindern kann in vorteilhafter Weise die Luftüberschußzahl konstant gehalten werden.

Nach erfolgter Zündung des Rußes im Filter kann die den regenerierenden Zylindern zugemessene Kraftstoffmenge aufgrund der exotherm ablaufenden Reaktion im Filter verringert und die den anderen Zylindern zugemessene Kraftstoffmenge entsprechend erhöht werden. In gleicher Weise wie beim Einleiten der Regenerierung kann auch während der Regenerierung über die Drosselorgane der nicht an der Regenerierung beteiligten Zylinder die Luftüber­ schußzahl konstant gehalten werden. Für den Betrieb der Brennkraftmaschine besonders vorteilhaft ist dabei eine Luftüberschußzahl von λ=1,2.

In dem Grenzfall, daß den regenerierenden Zylindern die gesamte Kraftstoffmenge zugemessen wird und die anderen Zylinder nicht mehr befeuert werden, kann über die den anderen Zylindern zugeordneten Drosselorgane dennoch die Sauerstoffmenge reguliert werden.

Um zu vermeiden, daß die heißen Abgase der regenerierenden Zylinder sich mit den kälteren Abgasen der anderen Zylin­ der zu früh vermischen und somit eine Regeneration des Rußabbrennfilters negativ beeinflussen, weist jede der beiden Zylindergruppen eine getrennte Abgasführung zum Rußabbrennfilter hin auf.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß, auch wenn keine Regenerierung des Rußabbrennfilters abläuft, d.h. im Normalbetrieb der Brennkraftmaschine, mit Hilfe der Drosselorgane für jede Last und Drehzahl eine optimale Luftüberschußzahl kennfeldabhängig eingestellt werden kann.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung sei nachstehend anhand der Zeichnung beschrieben.

Die einzige Figur zeigt schematisch eine Mehrzylinder- Brennkraftmaschine 1, in diesem Beispiel einen 6-Zylinder- Reihenmotor. Weiterhin sei angenommen, daß zwei Zylinder 2 die Regenerierung des Rußabbrennfilters 3 übernehmen und ihnen dazu von einer Kraftstoffeinspritzpumpe 4 eine zum Einleiten der Regeneration, d.h. zum Zünden des Rußes im Rußabbrennfilter 3, benötigte Kraftstoffmenge zugemessen wird. Geregelt wird diese Kraftstoffmehrmenge durch ein elektronisches Steuergerät 5, das in Abhängigkeit von einer vom Fahrer vorgegebenen Lastanforderung 6 nach Überschreiten eines - durch je einen Drucksensor 7, 8 stromauf bzw. stromab des Rußabbrennfilters 3 gemessenen - vorgegebenen Schwellwerts für den Abgasgegendruck die entsprechende den Zylindern 2 zuzuführende Kraftstoffmenge so bemißt, daß die Abgase der Zylinder 2 einen von einem Temperatursensor 9 überwachte Temperatur aufweisen, die zur Zündung und Verbrennung des Rußes im Rußabbrennfilter 3 ausreicht. Eine entsprechende Mindermenge an Kraftstoff wird - ebenfalls vom Steuergerät 5 geregelt - den restli­ chen, nicht an der Regenerierung des Rußabbrennfilters 3 beteiligten Zylindern 10 durch die Kraftstoffeinspritz­ pumpe 4 zugemessen.

Verbrennungsluft wird der Brennkraftmaschine 1 über einen Luftfilter 11 und Ansaugluftleitungen 12, 13 zugeführt. Die Ansaugluftleitungen 12 leiten die Verbrennungsluft direkt zu den Regenerierzylindern 2, während im Verlauf der Ansaugluftleitung 13 ein Drosselorgan 14 angeordnet ist, welches in seiner Stellung vom Steuergerät 5 gesteu­ ert wird und somit die Zufuhr von Verbrennungsluft zu den nicht an der Regenerierung des Rußabbrennfilters 3 betei­ ligten Zylindern 10 beeinflußt. Wenn - wie in diesem Ausführungsbeispiel - nur ein Drosselorgan 14 gezeigt ist, so bedeutet dies keineswegs eine Einschränkung der Erfin­ dung, sondern es sind auch separate Drosselorgane für jeden der Zylinder 10 vorstellbar. Diese Drosselung der Ansaugluftmenge ermöglicht das Einstellen einer konstanten Luftüberschußzahl auf einen im Regenerierbetrieb günstigen Wert von z.B. λ=1,2. Darüberhinaus ist eine Ansaugluft­ drosselung selbst im Normalbetrieb der Brennkraftmaschine 1, d.h. wenn keine Regenerierung des Rußabbrennfilters 3 stattfindet, vorteilhaft, da über diese Maßnahme eine optimale Luftüberschußzahl λ für jede Drehzahl und Last kennfeldabhängig eingestellt werden kann und somit opti­ male Verbrennungswerte erreicht werden können.

Die Abgase der Regenerierzylinder 2 gelangen über Abgas­ leitungen 15 in den Rußabbrennfilter 3. Damit diese für die Regenerierung benötigten heißen Abgase sich nicht zu frühzeitig mit den kühleren Abgasen der nicht an der Regenerierung beteiligten Zylinder 10 vermischen und dadurch eine Regenerierung negativ beeinflussen können, weisen diese Zylinder 10 über ein Sammelrohr 16 eine eigene, von den Abgasleitungen 15 getrennt verlaufende, Abgasleitung 17 zum Rußabbrennfilter 3 hin auf. Die gefilterten Abgase gelangen anschließend aus dem Rußab­ brennfilter 3 zu einem Auspuffsystem 18.

Da die Regenerierzylinder 2 und die nicht an der Regene­ rierung des Rußabbrennfilters 3 beteiligten Zylinder 10 der Brennkraftmaschine 1 während einer Regenerierphase durch Einspritzung unterschiedlicher Kraftstoffmengen unterschiedlich belastet werden, kann die Aufteilung der Gesamtanzahl der Zylinder 2, 10 in die Regenerierzylinder 2 und die anderen Zylinder 10 bezüglich ihrer räumlichen Anordnung vorteilhafterweise so erfolgen, daß unter Berücksichtigung der Bauart der Brennkraftmaschine 1 (V-Anordnung, Reihen-Anordnung usw.) und der Zylinderzahl ein möglichst günstiges Gleichlaufverhalten der Brenn­ kraftmaschine 1 erzielt wird.

Im Rahmen der Erfindung kann die Zahl der die Regenerierung übernehmenden Zylinder 2 lastabhängig verändert werden. So ist es denkbar, daß z.B. bei Teillast die vier Zylinder 10 mit einer zur Einleitung der Regeneration erforderlichen Kraftstoffmenge beaufschlagt werden, während den beiden Zylindern 2 eine verminderte Kraftstoffmenge und eine entsprechend verminderte Luft­ menge zugeführt wird. Dies erfordert jedoch ein Ansaugssystem, bei dem in jedem von der Ansaugleitung zu den Zylindern 2, 10 abgezweigten Ansaugstutzen ein Dros­ selorgan 14 angeordnet ist.

Claims (3)

1. Vorrichtung zur Regenerierung von Rußabbrennfiltern bei Mehrzylinder-Brennkraftmaschinen, wobei denjenigen Zylin­ dern einer Zylindergruppe, die die Regenerierung des Rußabbrennfilters übernehmen, die zur Regenerierung benötigte Kraftstoffmenge zugeführt wird, während den Zylindern der anderen Zylindergruppe eine reduzierte Kraftstoffmenge zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß den Zylindern (2, 10) ein gemeinsamer Rußabbrennfilter (3) zugeordnet ist und die Ansaugluftmenge der Zylinder (10) der anderen Zylindergruppe drosselbar ist und daß während einer Regeneration den mit einer reduzierten Kraftstoffmenge beaufschlagten Zylindern (10) eine vermin­ derte Luftmenge zugeführt wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gruppe der den Filter (3) regenerierenden Zylinder (2) und die Gruppe der anderen Zylinder (10) getrennte Abgasführungen (15, 17) zum Rußabbrennfilter (3) hin aufweisen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuordnung der Zylinder zur Gruppe der den Filter (3) regenerierenden Zylinder (2) und zur anderen Zylinder­ gruppe derart erfolgt, daß der Gleichlauf der Brennkraft­ maschine (1) begünstigt ist.