DE3817980C2

DE3817980C2 -

Info

Publication number: DE3817980C2
Application number: DE3817980A
Authority: DE
Inventors: Siegfried Dipl.-Ing. 7000 Stuttgart De Sumser
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 1988-05-27
Filing date: 1988-05-27
Publication date: 1990-10-25
Also published as: DE3817980A1

Description

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

Die JP 59-79 024 (A) beschreibt eine Vorrichtung zur Regeneration eines Partikelfilters für Diesel-Brennkraftmaschinen. Wenn eine Verstopfung des Filters erkannt wird, wird denjenigen Zylindern der Zylindergruppe, die zur Regenerierung des Filters vorgesehen ist, eine Kraftstoffmehrmenge zugeführt, die zu einer Aufheizung des Filters auf seine Abbrenntemperatur führt. Die Kraftstoffzufuhr zu den Zylindern der zweiten, nicht an der Regenerierung des Filters beteiligten Zylindergruppe ist dabei unterbrochen. Die beiden Zylindergruppen weisen getrennte Abgasführungen zum Filter auf. Während der Regenerierung des Filters wird dieses durch Betätigung einer Abgasklappe ausschließlich von den heißen Abgasen der regenerierenden Zylindergruppe beaufschlagt; die von den nicht befeuerten Zylindern der zweiten Zylindergruppe stammende kältere Luft wird über einen Bypass am Filter vorbeigeführt.

Ein Nachteil dieser Vorrichtung besteht darin, daß durch die den regenerierenden Zylindern zugeführte Kraftstoffmehrmenge der Luftüberschuß verringert wird, so daß es an dem zur exothermen Regenerierung des Filters benötigten Restsauerstoff mangelt. Außerdem stellt die Abgasklappe einen erheblichen baulichen Mehraufwand dar.

Auch in der JP 59-70 826 (A) ist eine Vorrichtung zur Regenerierung eines Partikelfilters für Dieselbrennkraftmaschinen beschrieben. Bei verstopftem Filter wird die Ansaugluftmenge zu einem der Zylinder der Brennkraftmaschine gedrosselt und auf diese Weise die Abgastemperatur und damit auch die Filtertemperatur erhöht. Um diese höhere Temperatur nicht durch die kälteren Abgase der übrigen Zylinder wieder zu senken, werden die Abgase der übrigen Zylinder, wie schon in der JP 59-79 024 (A) beschrieben, in einem Bypass am Filter vorbeigeführt. Durch die Drosselung der Ansaugluftmenge mangelt es jedoch, wie schon oben gezeigt, am Restsauerstoff im Abgas, der zur Regenerierung erforderlich ist. Außerdem gelangt über den Bypass ungereinigtes, Partikel enthaltendes Abgas am Filter vorbei direkt nach außen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Regenerierung von Rußabbrennfiltern derart auszugestalten, daß während der Regeneration einerseits sowohl die an der Regeneration beteiligten Zylinder, als auch die nicht beteiligten Zylinder mit einem optimalen Luftverhältnis betrieben werden können und andererseits zur Stützung der Regeneration genügend Sauerstoff dem Rußabbrennfilter zugeführt werden kann.

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. Darüber hinaus 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

Vorrichtung zur Regenerierung eines Rußabbrennfilters einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine mit einer ersten die Regenerierung des Rußabbrennfilters übernehmenden Zylindergruppe, der während der Regenerierung eine hierzu benötigte Kraftstoffmenge zugeführt wird und mit einer zweiten Zylindergruppe, deren Zylindern während der Regenerierung eine reduzierte Kraftstoffmenge zugeführt wird und wobei außerhalb der Regenerationsphase die Zylinder beider Zylindergruppen mit dem Rußabbrennfilter verbunden sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Zylinder (2, 10) beider Zylindergruppen ständig mit dem Rußabbrennfilter (3) verbunden sind,
daß die Ansaugluftmenge der Zylinder (10) der zweiten Zylindergruppe drosselbar ist und
daß während einer Regeneration den mit einer reduzierten Kraftstoffmenge beaufschlagten Zylindern (10) der zweiten Zylindergruppe eine verminderte Luftmenge zugeführt wird.