DE4007516C2 - Dieselmotor - Google Patents

Dieselmotor

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Description

Die Erfindung betrifft einen Dieselmotor mit geringer Schadstoffemission und niedrigem Kraftstoffverbrauch, ins­ besondere nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Zunehmende Umweltverschmutzung und schwindende Energiere­ serven erfordern Brennkraftmaschinen mit geringer Schad­ stoffemission und niedrigem Kraftstoffverbrauch. Diese Forderungen gelten insbesondere auch für stationäre Brenn­ kraftmaschinen, die den Vorschriften der 1986 novellierten technischen Anleitung Luft (TA Luft) genügen müssen.
In der DE 36 01 703 werden Maßnahmen zur Verminderung der Schadstoffemission von Dieselmotoren beschrieben. Es han­ delt sich dabei um eine Anordnung mit katalytisch be­ schichteten Partikelfiltern in den einzelnen Zweigen einer Abgasleitung kurz hinter den jeweiligen Zylinderköpfen in Verbindung mit einer Rückführung von gefiltertem Abgas in die Ansaugkanäle der einzelnen Zylinderköpfe. Dadurch sol­ len die Partikelemission und die Emission des gasförmigen Schadstoffes NOX sowie durch die katalytische Beschichtung des Partikelfilters die gasförmigen Schadstoffe CO und HC vermindert werden.
Ein Nachteil dieser Anordnung ist, daß die gerade bei Vol­ last besonders hohe Stickoxidemission nicht gesenkt werden kann, da in diesem Betriebsbereich wegen der thermischen Belastung des Motors keine Abgasrückführung möglich ist. Außerdem ist die katalytische Beschichtung eines Partikel­ filters bei Rußbelegung weitgehend unwirksam.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Schadstoffemission des Dieselmotors im gesamten Betriebs­ bereich zu minimieren.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Durch die Rückführung ge­ kühlter Abgase ist auch bei Vollastbetrieb des Motors eine gewisse Abgasrückführung möglich ohne den Motor thermisch zu überlasten. Die dabei ansteigende Rußemission ist un­ kritisch, da der Ruß im Partikelfilter zurückgehalten wird und das rückgeführte Abgas gereinigt ist.
Während die Abgasrückführung im gesamten Betriebsbereich der Dieselbrennkraftmaschine für eine Absenkung der Stick­ oxidemission sorgt, werden die unverbrannten Kohlenwasser­ stoffe und das Kohlenmonoxid durch einen Oxidationskataly­ sator beseitigt. Dessen Lage kurz hinter der Abgasturbine sichert durch die dort herrschende Temperatur seine Wirk­ samkeit bei schon relativ niedriger Last.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung gestattet eine freie Wahl der Abgasrückführmenge. Während bei höhe­ ren Lasten ein natürliches Druckgefälle zwischen der Ab­ gasleitung und der Verbrennungsluftleitung besteht, kann es bei Teillast notwendig werden, die Ansaugluft zu dros­ seln, um die gewünschte Abgasrückführmenge zu verwirkli­ chen. Die Drossel in der Abgasrückführleitung dient zur Begrenzung der Abgasrückführmenge bei höheren Lasten.
Eine weitere vorteilhafte Ausbildung der Erfindung gestat­ tet das Partikelfilter auch während des Betriebes des Die­ selmotors zu regenerieren, um auf diese Weise einen konti­ nuierlichen Motorbetrieb zu gewährleisten.
Weitere Merkmale der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung hervor, in der ein Ausfüh­ rungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt ist.
Die Figur zeigt:
eine schematische Darstellung des Dieselmotors mit Abgasrückführung und Abgasnachbehandlungsanlage.
Der Dieselmotor 14 ist als 8-Zylinder V-Motor ausgebildet. Er ist über eine erste Abgasleitung 5 mit einer Abgastur­ bine 4 eines Turboladers 1 verbunden, die einen Lader 7 antreibt.
Nach Verlassen der Abgasturbine 4 strömen die Abgase durch einen Oxidationskatalysator 12, der in einer zweiten Ab­ gasleitung 6 kurz hinter der Abgasturbine 4 angeordnet ist. Danach gelangen die Abgase über eine Regenerations­ vorrichtung 13 in ein Partikelfilter 2. Diesem schließt sich eine dritte Abgasleitung 15 an, von der eine Abgas­ rückführleitung 3 abzweigt. In der Abgasrückführleitung 3 befindet sich ein Abgaskühler 10 und eine regelbare Dros­ sel 11.
Die Abgasrückführleitung 3 mündet in eine Ansaugluftlei­ tung 9, die den Lader 7 mit einem Luftfilter 16 verbindet. In der Ansaugluftleitung 9 befindet sich eine regelbare Drossel 11a. Der Lader 7 ist über eine Ladeluftleitung 8 und einen Ladeluftkühler 17 mit dem Dieselmotor 14 verbun­ den.
Die Anlage funktioniert folgendermaßen:
Die heißen, ungereinigten Abgase des Dieselmotors 14 ge­ langen über die erste Abgasleitung 5 zur Abgasturbine 4, werden dort entspannt und strömen in den Oxidationskataly­ sator 12. Dort werden die nicht verbrannten Kohlenwasser­ stoffe und das Kohlenoxid oxidiert. Das so vorgereinigte Abgas strömt durch die zweite Abgasleitung 6 und die Rege­ nerationsvorrichtung 13 zum Partikelfilter 2. Dort werden die Rußpartikel ausgefiltert, so daß sich in der dritten Abgasleitung 15 gereinigtes Abgas befindet. Von der drit­ ten Abgasleitung 15 strömt das gereinigte Abgas durch die Abgasrückführleitung 3 zum Abgaskühler 10, wo es gekühlt wird. Die über die regelbare Drossel 11 dosierte Abgas­ rückführmenge gelangt in die vom Luftfilter 16 zum Lader 7 führende Ansaugluftleitung 9. In der Ansaugluftleitung 9 wird bei Teillast der zur Förderung der Abgasrückführmenge erforderliche Unterdruck mit der regelbaren Ansaugluft­ drossel 11a erzeugt. Die Drosseln 11, 11a dienen zum Steu­ ern einer optimalen Rückführmenge im gesamten Betriebsbe­ reich des Dieselmotors. Dazu können bekannte elektronische Steuermittel verwendet werden. Die Ladeluft vermischt mit der rückgeführten Abgasmenge gelangt über den Lader 7, die Ladeluftleitung 8 und den Ladeluftkühler 17 zum Dieselmo­ tor 14.
Das gereinigte Abgas in der Ladeluft bewirkt eine Absen­ kung der Stickoxidemission ohne den Verschleiß des Diesel­ motors zu erhöhen. Durch die Rückführung gekühlten Abgases ist eine Abgasrückführung auch bei hohen Lasten möglich, die zur Absenkung der dann besonders hohen Stickoxidemis­ sion führt. Die Anordnung des Oxidationskatalysators kurz hinter der Abgasturbine macht diesen schon bei niedrigen Lasten wirksam. Auf diese Weise wird im gesamten Betriebs­ bereich des Motors eine weitgehende Abgasreinigung er­ reicht. Die Regenerationsvorrichtung 13 gestattet eine vollautomatische Regeneration des Partikelfilters 2 wäh­ rend des Betriebes des Dieselmotors. Das saubere rückge­ führte Abgas verschmutzt weder den Abgaskühler 10, noch erhöht es den Motorverschleiß. Der Oxidationskatalysator 12 ist gegen partikelbeladene Abgase unempfindlich und be­ hält seine Wirksamkeit über lange Zeit. Aufgrund dieser Tatsachen erfüllt die Anlage die strengen Auflagen der TA-Luft im Dauerbetrieb.

Claims (6)

1. Dieselmotor mit einer Abgasleitung (5, 6), in der eine Abgastur­ bine (4) eines Abgasturboladers (1) und ein Partikelfilter (2) angeord­ net sind und mit einer Verbrennungsluftleitung (8, 9), in der ein Lader (7) des Abgasturboladers (1) vorgesehen ist, sowie mit einer Abgas­ rückführleitung (3), die in Strömungsrichtung hinter dem Partikelfilter (2) von der Abgasleitung (5, 6) abzweigt und diese mit der Verbren­ nungsluftleitung (8, 9) verbindet, dadurch gekennzeichnet, daß in Strömungsrichtung hinter der Ab­ gasturbine (4) ein Oxidationskatalysator (12) und hinter diesem das Partikelfilter (2) in der Abgasleitung (6) angeordnet sind und daß in der Abgasrückführleitung (3) ein Abgaskühler (10) vorgesehen ist.
2. Dieselmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Verbrennungsluftleitung (8, 9) in Strömungsrichtung vor der Einmündung der Abgasrückführleitung (3) und in der Abgasrückführleitung (3) Drosseln (11, 11a) angeordnet sind, die im gesamten Betriebsbereich des Dieselmotors regelbar sind.
3. Dieselmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Partikelfilter (2) eine Regenera­ tionsvorrichtung (13) zugeordnet ist, wobei die Regenerationsvorrich­ tung (13) während des Betriebes des Dieselmotors betreibbar ist.
4. Verfahren zum Betreiben eines Dieselmotors mit einer Abgaslei­ tung (5, 6). in der eine Abgasturbine (4) eines Abgasturboladers (1) und ein Partikelfilter (2) angeordnet sind und mit einer Verbrennungs­ luftleitung (8, 9), in der ein Lader (7) des Abgasturboladers (1) vorge­ sehen ist, sowie mit einer Abgasrückführleitung (3), die in Strö­ mungsrichtung hinter dem Partikelfilter (2) von der Abgasleitung (5, 6) abzweigt und diese mit der Verbrennungsluftleitung (8, 9) verbindet, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgas durch einen in Strömungs­ richtung hinter der Abgasturbine (4) in der Abgasleitung (6) angeord­ neten Oxidationskatalysator (12) und dem hinter diesem angeordne­ ten Partikelfilter (2) geleitet wird und daß bei allen Betriebszuständen des Dieselmotors Abgas durch die Abgasrückführleitung (3) zurück­ führbar ist, wobei in der Abgasrückführleitung (3) ein Abgaskühler (10) vorgesehen ist.
5. Verfahren zum Betreiben eines Dieselmotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Verbrennungsluftleitung (8, 9) in Strömungsrichtung vor der Einmündung der Abgasrückführleitung (3) und in der Abgasrückführleitung (3) Drosseln (11, 11a) angeordnet sind, die im gesamten Betriebsbereich des Dieselmotors regelbar sind.
6. Verfahren zum Betreiben eines Dieselmotor nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem Partikelfilter (2) eine Regenera­ tionsvorrichtung (13) zugeordnet ist, wobei die Regenerationsvorrich­ tung (13) während des Betriebes des Dieselmotors betreibbar ist.
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