DE60200823T2 - System für die Unterstützung der Regeneration eines katalytischen Partikelfilters - Google Patents

System für die Unterstützung der Regeneration eines katalytischen Partikelfilters Download PDF

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zum Unterstützen der Regeneration eines in einer Auspuff-Linie eines Kraftfahrzeug-Dieselmotors angeordneten katalytischen Partikel-Filters.
  • Es ist allgemein bekannt, dass Filter dieses Typs in einer Abgas-Linie in Flussrichtung hinter einem Oxidations-Katalysator am Ausgang des Motors angeordnet sein können.
  • Um die Regeneration eines katalytischen Partikel-Filters sicherzustellen, ist es nämlich notwendig, ein Minimal-Temperatur-Niveau der Auspuff-Gase an dessen Eingang aufrechtzuerhalten, um die Verbrennung der darin aufgefangenen Partikel auszulösen.
  • Dies wird beispielsweise durch nachträgliche Einspritzungen von Brennstoff in die Motor-Zylinder bewirkt. Die Rolle dieser nachträglichen Einspritzungen ist es, ein hohes Temperatur-Niveau der Gase am Ausgang des Motors zu erzeugen, wobei die Produktion von unverbrannten Kohlenwasserstoffen, welche im Katalysator verbrannt werden, sichergestellt ist.
  • Diese katalytische Oxidation von Kohlenwasserstoffen überträgt sich durch ein Anwachsen des Temperatur-Niveaus der Auspuff-Gase auf den Eingang des in Flussrichtung hinter dem Katalysator angeordneten Filters.
  • Die Menge der unverbrannten Kohlenwasserstoffe, welche daher den katalytischen Partikel-Filter durchlaufen, ist gering und seine Oxidation mittels Durchdringen des katalytischen Filters erzeugt keine Exothermik.
  • Ein Beispiel eines solchen Standes der Technik ist beispielsweise in der Japanischen Patentanmeldung JP 61 112716A beschrieben.
  • Das Ziel der Erfindung ist, ein System zum Beschleunigen der Regeneration des Filters vorzuschlagen.
  • Hierzu hat die Erfindung ein System zum Unterstützen der Regeneration eines in einer Kraftfahrzeug-Dieselmotor-Auspuffanlage angeordneten katalytischen Partikel-Filters zum Gegenstand, wobei dieser Filter in Flussrichtung hinter einem Oxidations-Katalysator am Ausgang eines Motors angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass es einen parallel zu den Anschlüssen des Katalysators angeordneten Gas-Abzweig-Kreis aufweist, und mit Vorrichtungen zum Steuern der Gas-Zirkulation in diesem und in dem Katalysator versehen ist, um bei Auslösen der Regeneration des Partikel-Filters einen Teil von mit unverbrannten Kohlenwasserstoffen beladenen Gasen ohne Durchlaufen des Katalysators zum Partikel-Filter abzuzweigen, um die Regeneration des Partikel-Filters zu beschleunigen.
  • Gemäß eines weiteren Merkmals sind der Katalysator und der Partikel-Filter in zwei getrennten Gehäusen in der Auspuff-Linie angeordnet.
  • Die Erfindung wird durch Lesen der folgenden Beschreibung besser verstanden werden, welche rein exemplarisch angegeben wird, und welche sich auf die beiliegenden Zeichnungen bezieht, in welchen:
  • 1 ein Übersichts-Schema darstellt, welches den allgemeinen Aufbau und den Betrieb eines Systems zum Unterstützen gemäß der Erfindung erläutert;
  • 2 eine Ausführungsform eines solchen Systems darstellt; und
  • 3 Steuer-Vorrichtungen darstellen, welche beim Ausbilden eines solchen Systems verwendet werden.
  • In 1 ist ein Kraftfahrzeug-Dieselmotor dargestellt, welcher mit dem allgemeinen Bezugszeichen 1 bezeichnet ist, und dessen Ausgang mit einer Auspuff-Linie verbunden ist, welche in dieser Figur mit dem Bezugszeichen 2 bezeichnet ist.
  • Diese Auspuff-Linie weist, vorzugsweise in zwei getrennten Gehäusen der Auspuff-Linie 2 angeordnet, einen Oxidations-Katalysator auf, welcher mit dem allgemeinen Bezugszeichen 3 bezeichnet ist, und einen katalytischen Partikel-Filter, welcher mit dem allgemeinen Bezugszeichen 4 versehen ist.
  • Der Partikel-Filter ist am Eingang des Katalysators angeordnet.
  • Wie vorherstehend angegeben wurde, wird während einer Regenerations-Phase des Partikel-Filters 4 der Motor und spezieller sein Brennstoff-Versorgungssystem derart gesteuert, dass ein nachträgliches Einspritzen von Brennstoff in seine Zylinder sichergestellt ist, um nicht nur ein hohes Temperatur-Niveau der Auspuff-Gase an seinem Ausgang sicherzustellen, sondern gleichermaßen die Produktion von unverbrannten Kohlenwasserstoffen in diesem, wobei diese Kohlenwasserstoffe dazu vorgesehen sind, im Katalysator 3 oxidiert zu werden.
  • Diese katalytische Oxidation überträgt sich in einen Anstieg des Temperatur-Niveaus der Gase am Eingang des in Flussrichtung hinter dem Katalysator 3 angeordneten Partikelfilters.
  • Gemäß der Erfindung weist das System in gleicher Weise einen in dieser Figur mit dem allgemeinen Bezugszeichen 5 bezeichneten Gas-Abzweig-Kreis parallel zu den Anschlüssen des Katalysators 3 auf, und ist mit Vorrichtungen 6 zum Steuern der Zirkulation von Gasen in diesem Katalysator und in diesem Abzweig-Kreis versehen, um bei Auslösen der Regeneration des Filters, einen Teil der mit Kohlenwasserstoffen beladenen Auspuff-Gas ohne Durchlaufen des Katalysators zum Partikelfilter abzuzweigen, um die Regeneration dieses katalytischen Partikel-Filters zu aktivieren.
  • Der Betrieb dieser Steuer-Vorrichtungen ist beispielsweise durch einen geeigneten Rechner gesteuert.
  • Es ist begreiflich, dass ein Teil der erzeugten Kohlenwasserstoffe während der nachträglichen Einspritzungen von Brennstoff in die Motor-Zylinder unmittelbar zum Eingang des Partikel-Filters abgeleitet wird, und nicht durch den in Flussrichtung vor diesem Filters angeordneten Katalysator oxidiert wird.
  • Diese Kohlenwasserstoffe treten daher unmittelbar in den Partikel-Filter ein, wo sie praktische vollständig umgewandelt werden, was die Menge von in die Umgebung abgegebenen Verunreinigungen begrenzt, aber trotzdem erlaubt, die Verbrennungs-Geschwindigkeit der in diesem aufgefangenen Partikel anzuheben. Labor-Berichte haben folglicherweise gezeigt, dass man die Regenerations-Geschwindigkeit mit zwei multiplizieren könnte.
  • Der andere Teil der Kohlenwasserstoffe, das heißt jener, welche den Katalysator durchlaufen, werden in diesem oxidiert, wobei sie folglich eine Exothermik erzeugen, welche es in gleicher Weise ermöglicht, das Temperatur-Niveau von in den Partikel-Filter eintretendem Abgas anzuheben.
  • Verständlicherweise kann ein solches System in Verbindung mit einem Motor verwendet werden, in welchem man nachträgliche Einspritzungen von Brennstoff in die Zylinder des Motors zum Erzeugen von Kohlenwasserstoffen verwendet, oder in welchem diese Kohlenwasserstoffe mittels nachträglichem Einspritzen von Brennstoff direkt in die Abgas-Linie erhalten werden.
  • Ein solches System kann auf alle Arten Dieselmotoren von Kraftfahrzeugen, vom Tourismus-Typ, leichten Nutzfahrzeugen und Schwer-Last-Fahrzeugen angewendet werden.
  • In 1 sind die Vorrichtungen 6 zum Steuern der Gaszirkulation im Katalysator und in dem Abzweig-Kreis durch eine an der Kreuzung korrespondierender Verbindungs-Leitungen angeordnete einzelne Vorrichtung ausgebildet.
  • Verständlicherweise können andere Ausführungsformen in Betracht gezogen werden, wie etwa die in 2 dargestellte, bei welcher die einzelne Vorrichtung 6, welche die Steuer-Vorrichtungen von 1 bildet, durch zwei Klappenventile ersetzt wird, welche jeweils an einer der miteinander verbundenen Leitungen angeordnet, und mit den Bezugszeichen 6a beziehungsweise 6b bezeichnet sind.
  • Diese Klappenventile können beispielsweise proportionalgesteuerte Klappenventile sein, welche es erlauben, die abgezweigte Gas-Menge von 0 bis 100% kontinuierlich zu variieren. Die Stellung dieser Klappenventile kann daher auf verschiedene Weisen von den Steuervorrichtungen gesteuert werden.
  • Zum Steuern ihrer Stellung kann ein Rechner dazu vorgesehen sein, Informationen Rechnung zu tragen, welche beispielsweise von einem in Flussrichtung vor diesen Steuervorrichtungen angeordneten Gas-Temperatur-Aufnehmer, von einem in Flussrichtung vor diesen angeordneten Hc-Gehalt-Aufnehmer, von Kartographien von vorbestimmten Stellungen dieser Klappenventile oder letztendlich von Simulationsvorrichtungen bereitgestellt werden.
  • Ein Ausführungs-Beispiel dieser Steuervorrichtungen ist in 3 dargestellt, in welcher man Steuervorrichtungen 7 und 8 zum Steuern der Position (Pos. 6a und Pos. 6b) der Klappenventile 6a beziehungsweise 6b wiedererkennt, welche am Eingang als Informationen die Temperatur T und den Gehalt an HC, tHc erhalten.
  • Beispielsweise konnte man feststellen, dass, wenn 100% der Gase durch den Katalysator liefen, 12 Gramm Partikel auf 40 mit in dem Filter regeneriert werden konnten, wohingegen, wenn 100% der Gase abgezweigt waren, 22 Gramm Partikel auf 40 mit verbrannt werden konnten.
  • In den beiden Fällen betrug die Temperatur in Flussrichtung vor den Steuer-Vorrichtungen 410°C.

Claims (9)

  1. System zum Unterstützen der Regeneration eines in einer Kraftfahrzeug-Dieselmotor-Auspuff-Linie angeordneten katalytischen Partikel-Filters, wobei dieser Filter (4) in Flussrichtung hinter einem Oxidations-Katalysator (3) am Ausgang des Motors (1) angeordnet ist, und wobei es einen Gas-Abzweig-Kreis (5) parallel zu den Anschlüssen des Katalysators (3) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Gas-Abzweig-Kreis (5) mit Vorrichtungen (6) zum Steuern der Zirkulation von Gasen in diesem und in dem Katalysator ausgestattet ist, um bei Auslösen der Regeneration des Partikel-Filters (4) einen Teil der mit unverbrannten Kohlenwasserstoffen beladenen Gase in den Partikel-Filter (4) abzuleiten, ohne dass sie den Katalysator (3) durchlaufen, um die Regeneration des Partikel-Filters zu beschleunigen.
  2. System gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysator (3) und der Partikel-Filter (4) in zwei getrennten Gehäusen der Auspuff-Linie (2) angeordnet sind.
  3. System gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die unverbrannten Kohlenwasserstoffe durch nachträgliche Einspritzungen von Brennstoff in die Zylinder des Motors (1) erhalten werden.
  4. System gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die unverbrannten Kohlenwasserstoffe durch nachträgliche Einspritzungen von Brennstoff in die Auspuff-Linie (2) erhalten werden.
  5. System gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellung der Vorrichtungen (6) zum Steuern der Zirkulation der Gase anhand von Informationen bestimmt werden, welche von in Flussrichtung vor diesen angeordneten Temperatur-Aufnehmern und Gas-Hc-Gehalt-Aufnehmern geliefert werden.
  6. System gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellung der Vorrichtungen (6) zum Steuern der Zirkulation der Gase anhand von Kartographien von vorbestimmten Stellungen bestimmt werden.
  7. System gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellung der Vorrichtungen (6) zum Steuern der Zirkulation der Gase anhand von Simulations-Vorrichtungen bestimmt werden.
  8. System gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtungen (6) zum Steuern mit einem Rechner zum Steuern ihrer Stellung verbunden sind.
  9. System gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtungen (6) zum Steuern wenigstens ein Steuer-Organ zum Proportional-Steuern aufweisen.
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