EP1882831A1 - Abgasanlage eines Dieselmotors - Google Patents

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EP1882831A1
EP1882831A1 EP07106137A EP07106137A EP1882831A1 EP 1882831 A1 EP1882831 A1 EP 1882831A1 EP 07106137 A EP07106137 A EP 07106137A EP 07106137 A EP07106137 A EP 07106137A EP 1882831 A1 EP1882831 A1 EP 1882831A1
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EP
European Patent Office
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exhaust
particulate filter
diesel particulate
exhaust gas
line
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP07106137A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Andreas Franz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mann and Hummel GmbH
Original Assignee
Mann and Hummel GmbH
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Filing date
Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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Definitions

  • the invention relates to an exhaust system of a diesel engine having the features according to the preamble of claim 1 and a method for operating such an exhaust system.
  • diesel particulate filters may include, for example, a metal wool filling or a porous ceramic substrate which retains the soot particles.
  • soot particles accumulate in the diesel particulate filter over the course of time and, from a certain concentration, tend to block the diesel particulate filter.
  • prior art exhaust systems are provided with a burner to which a combustion air flow and a fuel flow are supplied. Upstream or inside the diesel particulate filter, the fuel flow is combined with the combustion air flow in the burner burned. The resulting heat also burns the soot particles retained in the diesel particulate filter. The diesel particulate filter is burned free in this way and obtains the required degree of permeability for the exhaust gas flow.
  • the burnout of the diesel particulate filter can be done either at fixed intervals, when the vehicle is stationary or continuously during operation of the diesel engine.
  • the promotion of the combustion air flow, the fuel flow, their regulation and mutual coordination is complicated and requires a lot of effort on suitable modules and control and regulation technology.
  • the invention has the object of developing a generic exhaust system such that a safe function of their diesel particulate filter with reduced effort is possible.
  • the invention is further based on the object to simplify a clean operation of the burner in the exhaust system.
  • an exhaust system of a diesel engine in particular proposed for a motor vehicle, in which a turbomachine for promoting the combustion air flow for the burner and a diesel particulate filter are provided and, if necessary, by-flow exhaust sidewalk line.
  • the turbomachine is driven by a guided by the exhaust gas bypass pipe secondary exhaust stream.
  • the claimed arrangement is simple in construction. Without affecting the performance of the diesel engine, the energy latently present in the exhaust gas stream is used to promote the combustion air flow for the burner.
  • the arrangement is self-regulating by taking advantage of the increasing exhaust fouling in the exhaust system with increasing soot in the diesel particulate filter.
  • the secondary exhaust gas flow which in particular is connected in parallel with the diesel particulate filter, proportionally increases and leads to an increased delivery rate of the turbomachine, which is preferably designed as a turbocharger.
  • the turbomachine which is preferably designed as a turbocharger.
  • the diesel particulate filter is thus regenerated in good time before reaching an impermissible degree of loading and clogging avoided.
  • a continuous operation of the burner adjusts an equilibrium position, which equally ensures a sufficient permeability of the diesel particulate filter for the passing exhaust gas and a good filtering effect permanently.
  • the exhaust gas side stream line is branched off from the exhaust pipe upstream of the diesel particulate filter.
  • the exhaust gas bypass line is branched off in particular between the exhaust gas catalytic converter and the diesel particulate filter from the exhaust gas line. The secondary exhaust gas flow driving the turbomachine adjusts itself in direct dependence on the exhaust gas back pressure upstream of the diesel particulate filter and thus on its load state.
  • the exhaust gas side stream line is led back into the exhaust pipe downstream of the diesel particulate filter. This results in a flow-conducting parallel connection of the exhaust gas side stream line to the diesel particulate filter. It turns in the exhaust side streamline a secondary exhaust gas flow in direct dependence on the exhaust backpressure and its pressure drop in the diesel particulate filter.
  • the pressure difference caused by the differential pressure can without interference from other components such as the catalytic converter or the like. Be used as a measure of the degree of sooting of the diesel particulate filter. Additional control or regulation components can be dispensed with.
  • the exhaust secondary flow line is led into an intake pipe for fresh combustion air of the diesel engine.
  • the exhaust back pressure serves as a drive, possibly also as a control variable for the turbomachine.
  • the introduction of the exhaust gas counterflow into the intake pipe avoids that the exhaust gas bypass past the diesel particulate filter is discharged unfiltered into the environment.
  • an uncontrolled drive of the turbomachine is provided by the forming in the exhaust gas bypass line gas pressure of the exhaust gas secondary flow.
  • the forming in the exhaust gas bypass line gas pressure of the exhaust gas secondary flow In direct functional relationship to the upstream of the diesel particulate filter forming exhaust back pressure, possibly to the pressure applied to the diesel particulate filter differential pressure increases with increasing degree of contamination and the flow rate of the turbomachine and thus the burner performance.
  • the self-regulation of the burner output is undisturbed by other components of the exhaust pipe. The effort for additional control or regulation components can be dispensed with.
  • a control valve and upstream of the diesel particulate filter in the exhaust pipe a pressure sensor are arranged in the exhaust gas bypass pipe, wherein a control or regulation of the control valve is provided depending on the measurement result of the pressure sensor.
  • a further pressure sensor is arranged in the exhaust pipe, wherein a control or regulation of the control valve is provided depending on a determined by the two pressure sensors, applied to the diesel particulate filter differential pressure in the exhaust stream.
  • a control of a fuel flow supplied to the burner preferably takes place as a function of an exhaust gas back pressure forming upstream of the diesel particulate filter, and in particular as a function of the differential pressure in the exhaust gas flow applied to the diesel particulate filter.
  • the pumped amount of fuel adapts automatically to the volume of air delivered, with little effort in the burner always a suitable air ratio is ready for combustion. Combustion is clean and effective at all operating points.
  • FIG. 1 shows a schematic overview of an indicated diesel engine 1 of a motor vehicle, in the cylinder block 13, a number of cylinders 14 is arranged.
  • An intake system of the diesel engine 1 comprises an intake passage 15, the intake pipe 18 of which merges into an intake manifold 16.
  • the intake manifold 16 of the intake system opens into the individual cylinders 14.
  • a fuel flow indicated by an arrow 30 is injected into the individual cylinders 14 by means of an injector 25.
  • an injector 25 For combustion of the fuel in the cylinders 14 this is about the intake system supplied with an indicated by an arrow 17 intake air flow.
  • an air cleaner housing 19 is disposed with an air filter 20 held therein.
  • the intake air flow 17 is passed through the air filter 20 for cleaning.
  • the injected via the injectors 25 fuel may be diesel fuel, but also vegetable oil or the like and is burned together with the combustion air in the cylinders 14 to exhaust particulate exhaust gas.
  • an exhaust system with an exhaust pipe 2 an exhaust gas catalyst 11 and a diesel particulate filter 14 is provided.
  • the exhaust pipe 2 comprises an exhaust manifold 21, which leads the exhaust gas from the individual cylinders 14 and discharges through a downstream, common exhaust pipe 22 of the exhaust pipe 2.
  • the resulting exhaust stream is represented by arrows 3.
  • the catalytic converter 11 and optionally further downstream of it the diesel particulate filter 4 is arranged in the exhaust pipe 22, both of which are flowed through sequentially by the exhaust gas stream 3.
  • the diesel particulate filter 4 contains a filter insert, not shown, for example, made of metal wool, a wire mesh or a porous ceramic substrate, which traps in the exhaust stream 3 entrained soot particles. The soot particles remain hanging in the filter element and accumulate there.
  • the diesel particulate filter 4 comprises, based on the flow direction of the exhaust stream 3 on the input side a schematically indicated burner 5 for burning the filter insert from the diesel particulate filter 4.
  • the burner 5 is supplied by means of an air line 7, a combustion air stream 6, which is optionally sucked on the input side by a separate air filter 29.
  • a separate air filter 29 and a suction through the air filter 20 may be provided in the intake pipe 18 of the diesel engine 1.
  • a partial line 31 is branched off from the fuel line 23, by means of which a fuel flow 12 is supplied to the burner 5.
  • the fuel flow 12 is burned together with the combustion air stream 6 in the burner 5, wherein the resulting heat of combustion isbrennt the diesel particulate filter 4 of stuck soot particles.
  • Part of the exhaust pipe 2 is an exhaust gas bypass line 9, which is connected in flow-parallel manner to the section of the exhaust pipe 22 with the diesel particulate filter 4.
  • the exhaust secondary flow line 9 branches relative to the flow direction of the exhaust gas stream 3 between the catalytic converter 11 and the diesel particulate filter 4, ie upstream of the diesel particulate filter 4 from the exhaust pipe 22 and is guided back into the exhaust pipe 22 downstream of the diesel particulate filter 4.
  • differential pressure .DELTA.p is formed in the exhaust side stream 9, an offgas secondary stream 10, which is branched off upstream of the diesel particulate filter 4 from the exhaust stream 3 and downstream of it is again guided into it.
  • the differential pressure ⁇ p increases, so too does the mass flow of the secondary exhaust gas flow 10.
  • the turbomachine 8 is designed as a turbocharger and comprises a turbine 26, a compressor 27, and a shaft 28.
  • the turbine 26 is disposed in the exhaust side flow line 9 and is driven by the exhaust side stream 10.
  • the turbine 26 in turn drives by means of the shaft 28 to the compressor 27, which is arranged in the air line 7 and in turn promotes the combustion air flow 6.
  • the power of the turbine 26 and thus the capacity of the compressor 27 increases, as a result of which the mass flow of the combustion air dome 6 increases.
  • the arrangement shown is preferably operated continuously, wherein, within certain fluctuations, an equilibrium position between burner power and differential pressure ⁇ p, in which on the one hand a sufficient permeability of the diesel particulate filter 4 for the exhaust gas flow 3 and on the other hand, the desired filtering effect of the diesel particulate filter 4 is ensured.
  • the control of the burner 5 supplied fuel flow 12 in response to the exhaust back pressure or differential pressure ⁇ p can be done by pressure sensors 32, 33 shown in FIG. 2 and a non-illustrated electronic control unit with a control valve. It can also be a mechanical control or regulation, for example on the flow rate of the turbomachine 8 appropriate.
  • FIG. 2 shows a variant of the arrangement according to FIG. 1, in which the exhaust gas subsidiary flow line 9 indeed bypasses the diesel particle filter 4, as in the illustration according to FIG. However, it is not passed downstream of the diesel particulate filter 4 back into the exhaust pipe 22, but opens downstream of the air filter 20 into the intake pipe 18 of the diesel engine 1. Rather, he is together with its entrained soot particles comparable to a crankcase ventilation the intake air flow 17 for combustion in the cylinders 14 added. This avoids that the not passed through the diesel particulate filter 4, loaded with soot particles exhaust side stream 10 passes unfiltered into the open.
  • the turbine 26 of the turbomachine 8 receives its drive energy from the secondary exhaust gas flow 10 due to a pressure difference that prevails between the inflow side of the diesel particulate filter 4 and the outflow side of the air filter 20. This pressure difference is also dependent on the loading state of the diesel particulate filter 4 and the exhaust gas upstream of it adjusting, whereby a self-regulation of the burner 5 occurs.
  • a control valve 34 may be arranged in the exhaust gas subsidiary flow line 9 as shown in FIG.
  • a pressure sensor 32 may be arranged upstream of the diesel particulate filter 4, which measures the exhaust backpressure on the diesel particulate filter 4 in the exhaust gas stream 3.
  • the control valve 34 is opened when an allowable exhaust backpressure of the diesel particulate filter 4 is exceeded. This remains open either for a predetermined time interval or to below a predetermined limit value of the exhaust back pressure, which is signaled that the diesel particulate filter 4 is sufficiently burned free. If necessary, a shutdown by closing the control valve 34 can take place.
  • a further pressure sensor 33 can also be arranged downstream of the diesel particle filter 4 be. This measures the exhaust gas pressure in the exhaust stream 3 downstream of the diesel particulate filter 4. From the difference of their two measured values results in the pressure difference ⁇ p between the front and rear of the diesel particulate filter 4 as a measure of its degree of soiling and thus increasing pressure drop.
  • the pressure difference .DELTA.p serves as a control or control variable for the control valve 34 and thus for the operation of the turbomachine 8 and des Brenners. 5
  • a fuel line 35 is still provided for the fuel flow 12 to the burner 5, which is formed separately to the fuel lines 23, 24 of the cylinder 14.
  • the cylinder 14 for example, with a fuel flow 30 of diesel fuel
  • the burner 5 is supplied with a fuel flow 12 from a different, more suitable for the operation of the burner 5 fuel.
  • the separate fuel line 35 may also be useful in the arrangement of FIG. 1.
  • the regulation or control of the fuel flow 12 in the separate fuel line 35 is carried out in the same manner as in the embodiment of FIG. 1.
  • the arrangement of FIG. 2 is the same as in FIG.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Abgasanlage eines Dieselmotors (1) sowie ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Abgasanlage. Die Abgasanlage umfasst eine Abgasleitung (2) für einen Abgasstrom (3) des Dieselmotors (1), einen in der Abgasleitung (2) angeordneten Dieselpartikelfilter (4) und einen Brenner (5) zum Freibrennen des Dieselpartikelflters (4). Ein Verbrennungsluftstrom (6) ist mittels einer Luftleitung (7) in den Brenner (5) hinein geführt. Es sind eine Strömungsmaschine (8) zur Förderung des Verbrennungsluftstromes (6) und eine den Dieselpartikelfilter (4) umgehende, zur bedarfsweise Durchströmung vorgesehene Abgasnebenstromleitung (9) angeordnet, wobei die Strömungsmaschine (8) von einem durch die Abgasnebenstromleitung (9) geführten Abgasnebenstrom (10) angetrieben ist. Die Steuerung eines dem Brenner (5) zugeführten Kraftstoffstromes (12) erfolgt in Abhängigkeit eines sich stromauf des Dieselpartikelfilters(4) bildenden Abgasgegendruckes im Abgasstrom (3).

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Abgasanlage eines Dieselmotors mit den Merkmalen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Betrieb einer derartigen Abgasanlage.
  • Im Betrieb eines Dieselmotors entstehen Abgase, die neben vollständig zu Kohlendioxid verbranntem Kraftstoff auch Rußpartikel enthalten. Um einen Ausstoß solcher Rußpartikel in die Umwelt zu vermeiden oder zumindest zu vermindern, werden insbesondere in Kraftfahrzeugen zunehmend Abgasanlagen mit Dieselpartikelfiltern eingesetzt. Solche Dieselpartikelfilter können beispielsweise eine Metallwollefüllung oder ein poröses Keramiksubstrat enthalten, welches die Rußpartikel zurückhält.
  • Im Betrieb sammeln sich im Dieselpartikelfilter über den Lauf der Zeit Rußpartikel an, die ab einer gewissen Konzentration dazu neigen, den Dieselpartikelfilter zu verstopfen.
  • Um ein derartiges Verstopfen zu vermeiden, sind Abgasanlagen nach dem Stand der Technik mit einem Brenner versehen, dem ein Verbrennungsluftstrom und ein Kraftstoffstrom zugeführt wird. Stromauf oder innerhalb des Dieselpartikelfilters wird der Kraftstoffstrom zusammen mit dem Verbrennungsluftstrom im Brenner verbrannt. Die entstehende Hitze verbrennt auch die im Dieselpartikelfilter zurückgehaltenen Rußpartikel. Der Dieselpartikelfilter wird auf diese Weise freigebrannt und erhält das erforderliche Maß an Durchlässigkeit für den Abgasstrom.
  • Das Freibrennen des Dieselpartikelfilters kann wahlweise in festgelegten Intervallen, beim Stillstand des Fahrzeuges oder auch kontinuierlich während des Betriebs des Dieselmotors erfolgen. Die Förderung des Verbrennungsluftstromes, des Kraftstoffstromes, deren Regelung und gegenseitige Abstimmung ist kompliziert und erfordert einen hohen Aufwand an geeigneten Baugruppen sowie an Steuerungs- und Regelungstechnik.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Abgasanlage derart weiterzubilden, dass eine sichere Funktion ihres Dieselpartikelfilters mit verringertem Aufwand möglich ist.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Abgasanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
  • Der Erfindung liegt des weiteren die Aufgabe zugrunde, einen sauberen Betrieb des Brenners in der Abgasanlage zu vereinfachen.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst.
  • Dazu wird eine Abgasanlage eines Dieselmotors, insbesondere für ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, bei der eine Strömungsmaschine zur Förderung des Verbrennungsluftstromes für den Brenner und eine den Dieselpartikelfilter umgehende und bedarfsweise durchströmbare Abgasnebenstromleitung vorgesehen sind. Dabei ist die Strömungsmaschine von einem durch die Abgasnebenstromleitung geführten Abgasnebenstrom angetrieben.
  • Die beanspruchte Anordnung ist einfach im Aufbau. Ohne Beeinträchtigung der Leistung des Dieselmotors wird die im Abgasstrom latent vorhandene Energie zur Förderung des Verbrennungsluftstromes für den Brenner genutzt. Die Anordnung ist selbstregelnd, indem sie sich den mit steigender Verrußung des Dieselpartikelfilters gleichfalls ansteigenden Abgasgegendruck in der Abgasanlage zunutze macht. Mit steigendem Abgasgegendruck stromauf des Dieselpartikelfilters steigt anteilig der insbesondere parallel zum Dieselpartikelfilter geschaltete Abgasnebenstrom und führt zu einer erhöhten Förderleistung der bevorzugt als Turbolader ausgeführten Strömungsmaschine. Infolge ihrer erhöhten Förderleistung steigt auch die Brennerleistung, so dass in deren Abhängigkeit die im Dieselpartikelfilter festsitzenden Rußpartikel verstärkt freigebrannt werden. Der Dieselpartikelfilter wird somit rechtzeitig vor Erreichen eines unzulässigen Beladungsgrades regeneriert und ein Zusetzen vermieden. Insbesondere bei einem kontinuierlichen Betrieb des Brenners stellt sich eine Gleichgewichtslage ein, die gleichermaßen eine hinreichende Durchlässigkeit des Dieselpartikelfilters für das hindurchtretende Abgas sowie eine gute Filterwirkung dauerhaft sicherstellt.
  • In bevorzugter Weiterbildung ist die Abgasnebenstromleitung stromauf des Dieselpartikelfilters von der Abgasleitung abgezweigt. Bei einer Anordnung eines Abgaskatalysators stromauf des Dieselpartikelfilters ist die Abgasnebenstromleitung insbesondere zwischen dem Abgaskatalysator und dem Dieselpartikelfilter von der Abgasleitung abgezweigt. Der die Strömungsmaschine antreibende Abgasnebenstrom stellt sich in unmittelbarer Abhängigkeit vom Abgasgegendruck stromauf des Dieselpartikelfilters und damit von dessen Beladungszustand ein.
  • In einer vorteilhaften Ausführung ist die Abgasnebenstromleitung stromab des Dieselpartikelfilters wieder in die Abgasleitung hineingeführt. Hierdurch ergibt sich eine strömungsleitende Parallelschaltung der Abgasnebenstromleitung zum Dieselpartikelfilter. Es stellt sich in der Abgasnebenstromleitung ein Abgasnebenstrom in direkter Abhängigkeit vom Abgasgegendruck und von dessen Druckabfall im Dieselpartikelfilter ein. Der durch den Druckabfall entstehende Differenzdruck kann ohne Beeinträchtigung durch weitere Komponenten wie den Abgaskatalysator oder dgl. als Maß für den Verrußungsgrad des Dieselpartikelfilters herangezogen werden. Auf zusätzliche Steuerungs- oder Regelungskomponenten kann verzichtet werden.
  • In einer zweckmäßigen Alternative ist die Abgasnebenstromleitung in ein Ansaugrohr für frische Verbrennungsluft des Dieselmotors hineingeführt. Auch hier dient der Abgasgegendruck als Antrieb, ggf. auch als Steuergröße für die Strömungsmaschine. Darüber hinaus vermeidet die Einleitung des Abgasgegenstromes in das Ansaugrohr, dass der am Dieselpartikelfilter vorbeigeführte Abgasnebenstrom ungefiltert in die Umgebung abgeführt wird.
  • Bevorzugt ist ein ungesteuerter Antrieb der Strömungsmaschine durch den sich in der Abgasnebenstromleitung ausbildenden Gasdruck des Abgasnebenstromes vorgesehen. In direktem funktionalen Zusammenhang zu dem sich stromauf des Dieselpartikelfilters ausbildenden Abgasgegendruckes, ggf. zu dem am Dieselpartikelfilter anliegenden Differenzdruck steigt mit steigendem Verschmutzungsgrad auch die Förderleistung der Strömungsmaschine und damit die Brennerleistung an. Die Selbstregelung der Brennerleistung ist von weiteren Komponenten der Abgasleitung ungestört. Auf den Aufwand für zusätzliche Steuer- bzw. Regelungskomponenten kann verzichtet werden.
  • In zweckmäßiger Alternative sind in der Abgasnebenstromleitung ein Steuerventil und stromauf des Dieselpartikelfilters in der Abgasleitung ein Drucksensor angeordnet, wobei eine Steuerung bzw. Regelung des Steuerventils abhängig vom Messergebnis des Drucksensors vorgesehen ist. Insbesondere ist stromab des Dieselpartikelfilters ein weiterer Drucksensor in der Abgasleitung angeordnet, wobei eine Steuerung bzw. Regelung des Steuerventils abhängig von einem durch die beiden Drucksensoren ermittelten, am Dieselpartikelfilter anliegenden Differenzdruckes im Abgasstrom vorgesehen ist. Dies ermöglicht zusätzliche Optionen bei der Steuerung des Brenners. Beispielsweise kann die Brennerleistung bedarfsweise gesenkt oder gesteigert werden. Auch kann ein Betrieb des Brenners unter bestimmten Umständen unterbunden werden.
  • Bevorzugt erfolgt eine Steuerung eines dem Brenner zugeführten Kraftstoffstromes in Abhängigkeit von einem sich stromauf des Dieselpartikelfilters bildenden Abgasgegendruck, und insbesondere in Abhängigkeit des am Dieselpartikelfilter anliegenden Differenzdruckes im Abgasstrom. Die geförderte Kraftstoffmenge passt sich selbsttätig an die geförderte Luftmenge an, wobei mit geringem Aufwand im Brenner immer ein geeignetes Luftverhältnis für die Verbrennung bereitsteht. Die Verbrennung ist in allen Betriebspunkten sauber und wirkungsvoll.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:
    • Fig. 1
    in schematischer Übersichtsdarstellung einen Dieselmotor mit einem Dieselpartikelfilter, einem Brenner zum Freibrennen des Dieselpartikelfilters und einem parallel dazu geschalteten Turbolader zur Frischluftversorgung des Brenners,
    Fig. 2
    eine Variante der Anordnung nach Fig. 1 mit einer in den Ansaugkanal rückgeführten Abgasnebenstromleitung zum Antrieb des Turboladers für den Brenner.
  • Figur 1 zeigt in einer schematischen Übersichtsdarstellung einen angedeuteten Dieselmotor 1 eines Kraftfahrzeuges, in dessen Zylinderblock 13 eine Anzahl von Zylindern 14 angeordnet ist. Ein Ansaugsystem des Dieselmotors 1 umfasst einen Ansaugkanal 15, dessen Ansaugrohr 18 in einen Ansaugkrümmer 16 übergeht. Der Ansaugkrümmer 16 des Ansaugsystems mündet in die einzelnen Zylinder 14.
  • Über Kraftstoffleitungen 23, 24 wird ein durch einen Pfeil 30 angegebener Kraftstoffstrom mittels je einem Injektor 25 Kraftstoff in die einzelnen Zylinder 14 eingespritzt. Zur Verbrennung des Kraftstoffes in den Zylindern 14 wird diesem über das Ansaugsystem ein durch einen Pfeil 17 angedeuteter Ansaugluftstrom zugeführt.
  • Im Ansaugrohr 18 ist ein Luftfiltergehäuse 19 mit einem darin gehaltenen Luftfilter 20 angeordnet. Der Ansaugluftstrom 17 wird zur Reinigung durch den Luftfilter 20 hindurchgeführt.
  • Der über die Injektoren 25 eingespritzte Kraftstoff kann Dieselkraftstoff, aber auch Pflanzenöl oder dergleichen sein und wird zusammen mit der Verbrennungsluft in den Zylindern 14 zu rußpartikelhaitigem Abgas verbrannt. Zur Ableitung des Abgases ist eine Abgasanlage mit einer Abgasleitung 2, einem Abgaskatalysator 11 und einem Dieselpartikelfilter 14 vorgesehen. Die Abgasleitung 2 umfasst einen Abgaskrümmer 21, der das Abgas aus den einzelnen Zylindern 14 hinausführt und durch ein nachgeschaltetes, gemeinsames Abgasrohr 22 der Abgasleitung 2 ableitet. Der entstehende Abgasstrom ist durch Pfeile 3 dargestellt.
  • Bezogen auf die Strömungsrichtung des Abgasstromes 3 ist optional zunächst der Abgaskatalysator 11 und weiter stromab davon der Dieselpartikelfilter 4 im Abgasrohr 22 angeordnet, die beide sequentiell durch den Abgasstrom 3 durchströmt werden.
  • Der Dieselpartikeifilter 4 enthält einen nicht dargestellten Filtereinsatz, beispielsweise aus Metallwolle, einem Drahtgeflecht oder aus einem porösen keramischen Substrat, welcher im Abgasstrom 3 mitgeführte Rußpartikel auffängt. Die Rußpartikel bleiben im Filtereinsatz hängen und sammeln sich dort an.
  • Der Dieselpartikelfilter 4 umfasst bezogen auf die Strömungsrichtung des Abgasstromes 3 eingangsseitig einen schematisch angedeuteten Brenner 5 zum Freibrennen des Filtereinsatzes vom Dieselpartikelfilter 4. Dem Brenner 5 ist mittels einer Luftleitung 7 ein Verbrennungsluftstrom 6 zugeführt, der eingangsseitig optional durch einen separaten Luftfilter 29 angesaugt wird. Anstelle des separaten Luftfilters 29 kann auch eine Ansaugung durch den Luftfilter 20 im Ansaugrohr 18 des Dieselmotors 1 vorgesehen sein. Des weiteren ist von der Kraftstoffleitung 23 eine Teilleitung 31 abgezweigt, mittels derer ein Kraftstoffstrom 12 dem Brenner 5 zugeführt wird. Der Kraftstoffstrom 12 wird zusammen mit dem Verbrennungsluftstrom 6 im Brenner 5 verbrannt, wobei die entstehende Verbrennungswärme den Dieselpartikelfilter 4 von festsitzenden Rußpartikeln freibrennt.
  • Mit steigender Rußpartikelmenge nimmt der Durchströmungswiderstand des Dieselpartikelfilters 4 für den Abgasstrom 3 zu. In gleichem Maße steigt auch der Abgasgegendruck im Abgasstrom 3 stromauf des Dieselpartikelfilters 4. Zwischen zwei Punkten direkt stromauf und stromab des Dieselpartikelfilters 4 entsteht infolge seines Durchströmungswiderstandes ein Druckabfall. Der Druck im Abgasstrom 3 ist in Strömungsrichtung vor dem Dieselpartikelfilter 4 größer als hinter ihm. Es stellt sich eine Druckdifferenz Δ p ein. Mit steigendem Verschmutzungs- bzw. Verrußungsgrad des Dieselpartikelfilters 4 steigt auch die Druckdifferenz Δ p.
  • Teil der Abgasleitung 2 ist eine Abgasnebenstromleitung 9, die strömungsleitend parallel zum Abschnitt des Abgasrohres 22 mit dem Dieselpartikelfilter 4 geschaltet ist. Dazu zweigt die Abgasnebenstromleitung 9 bezogen auf die Strömungsrichtung des Abgasstromes 3 zwischen dem Abgaskatalysator 11 und dem Dieselpartikelfilter 4, also stromauf des Dieselpartikelfilters 4 vom Abgasrohr 22 ab und ist stromab vom Dieselpartikelfilter 4 wieder in das Abgasrohr 22 hineingeführt. Infolge des Abgasgegendruckes, insbesondere des sich am Dieselpartikelfilter 4 ausbildenden Differenzdruckes Δ p bildet sich in der Abgasnebenstromleitung 9 ein Abgasnebenstrom 10 aus, der stromauf vom Dieselpartikelfilter 4 aus dem Abgasstrom 3 abgezweigt und stromab davon wieder in ihn hineingeführt ist. Mit steigendem Differenzdruck Δ p steigt auch der Massenstrom des Abgasnebenstroms 10.
  • Zur Förderung des Verbrennungsluftstromes 6 für den Brenner 5 ist eine Strömungsmaschine 8 vorgesehen, die von dem durch die Abgasnebenstromleitung 9 geführten Abgasnebenstrom 10 angetrieben ist. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Strömungsmaschine 8 als Turbolader ausgeführt und umfasst eine Turbine 26, einen Verdichter 27 sowie eine Welle 28. Die Turbine 26 ist in der Abgasnebenstromleitung 9 angeordnet und wird vom Abgasnebenstrom 10 angetrieben. Die Turbine 26 treibt ihrerseits mittels der Welle 28 den Verdichter 27 an, der in der Luftleitung 7 angeordnet ist und seinerseits den Verbrennungsluftstrom 6 fördert. Mit größer werdendem Abgasnebenstrom 10 steigt die Leistung der Turbine 26 und damit die Förderleistung des Verdichters 27, in dessen Folge auch der Massenstrom des Verbrennungsluftdomes 6 ansteigt. Es ist ein ungesteuerter, selbstregelnder Antrieb der Strömungsmaschine 8 durch den sich in der Abgasnebenstromleitung 9 ausbildenden Gasdruck des Abgasnebenstromes 10 gebildet.
  • Gleichzeitig erfolgt auch eine Steuerung des dem Brenner 5 zugeführten Kraftstoffstromes 12 in Abhängigkeit des am Dieselpartikelfilter 4 anliegenden Differenzruckes Δ p im Abgasstrom 3. In der Folge steigt mit größer werdendem Abgasgegendruck und damit auch mit größer werdendem Differenzdruck Δ p die Brennerleistung des Brenners 5. Die freibrennende Wirkung des Brenners 5 steigt selbstregelnd mit steigendem Verschmutzungs- bzw. Verrußungsgrad des Dieselpartikelfilters 4 mit dem daran anliegenden Differenzdruck Δ p als Regelgröße.
  • Die gezeigte Anordnung wird bevorzugt kontinuierlich betrieben, wobei sich innerhalb gewisser Schwankungen eine Gleichgewichtslage zwischen Brennerleistung und Differenzdruck Δ p einstellt, bei der einerseits eine hinreichende Durchlässigkeit des Dieselpartikelfilters 4 für den Abgasstrom 3 und andererseits die gewünschte Filterwirkung des Dieselpartikelfilters 4 sichergestellt ist.
  • Die Steuerung des dem Brenner 5 zugeführten Kraftstoffstromes 12 in Abhängigkeit vom Abgasgegendruck bzw. Differenzdruck Δ p kann durch in Fig. 2 dargestellte Drucksensoren 32, 33 und ein nicht dargestelltes elektronisches Steuergerät mit einem Steuerventil erfolgen. Es kann auch eine mechanische Steuerung bzw. Regelung beispielsweise über die Förderleistung der Strömungsmaschine 8 zweckmäßig sein.
  • Fig. 2 zeigt eine Variante der Anordnung nach Fig. 1, bei der die Abgasnebenstromleitung 9 zwar ebenso wie bei der Darstellung nach Fig. 1 den Dieselpartikelfilter 4 umgeht. Sie ist jedoch nicht stromab des Dieselpartikelfilters 4 wieder zurück in das Abgasrohr 22 geführt, sondern mündet stromab des Luftfilters 20 in das Ansaugrohr 18 des Dieselmotors 1. Vielmehr wird er samt seiner mitgeführten Rußpartikel vergleichbar zu einer Kurbelgehäuseentlüftung dem Ansaugluftstrom 17 für die Verbrennung in den Zylindern 14 beigemischt. Hierdurch wird vermieden, dass der nicht durch den Dieselparükelfilter 4 hindurchgeführte, mit Rußpartikeln beladene Abgasnebenstrom 10 ungefiltert ins Freie gelangt.
  • Die Turbine 26 der Strömungsmaschine 8 erhält ihre Antriebsenergie aus dem Abgasnebenstrom 10 infolge einer Druckdifferenz, die zwischen der Einströmseite des Dieselpartikelfilters 4 und der Ausströmseite des Luftfilters 20 herrscht. Auch diese Druckdifferenz ist abhängig vom Beladungszustand des Dieselpartikelfilters 4 und des sich stromauf davon einstellenden Abgasgegendruckes, wodurch eine Selbstregelung des Brenners 5 eintritt.
  • Optional kann aber auch bei der Anordnung nach den Fig. 1 und 2 ein Steuerventil 34 in der Abgasnebenstromleitung 9 entsprechend der Darstellung nach Fig. 2 angeordnet sein. Zur Betätigung des Steuerventils 34 kann stromauf des Dieselpartikelfilters 4 ein Drucksensor 32 angeordnet sein, der den Abgasgegendruck am Dieselpartikelfilter 4 im Abgasstrom 3 misst. Abhängig von dessen Messergebnis wird beim Überschreiten eines zulässigen Abgasgegendrucks des Dieselpartikelfilters 4 das Steuerventil 34 geöffnet. Dieses bleibt entweder für ein vorbestimmtes Zeitintervall oder bis zum Unterschreiten eines vorgegebenen Grenzwertes des Abgasgegendrucks geöffnet, wodurch signalisiert ist, dass der Dieselpartikelfilter 4 hinreichend freigebrannt ist. Bedarfsweise kann auch eine Abschaltung durch Schließen des Steuerventils 34 erfolgen.
  • Zusätzlich zum stromauf des Dieselpartikelfilters 4 angeordneten Drucksensor 32 kann auch ein weiterer Drucksensor 33 stromab des Dieselpartikelfilters 4 angeordnet sein. Dieser misst den Abgasdruck im Abgasstrom 3 stromab des Dieselpartikelfilters 4. Aus der Differenz ihrer beiden Messwerte ergibt sich die Druckdifferenz Δ p zwischen der Vorder- und Rückseite des Dieselpartikelfilters 4 als Maß für seinen Verschmutzungsgrad und den damit ansteigenden Druckabfall. Durch eine entsprechende, nicht dargestellte Steuerschaltung dient die Druckdifferenz Δ p als Steuer- bzw. Regelgröße für das Steuerventil 34 und damit für den Betrieb der Strömungsmaschine 8 bzw. des Brenners 5.
  • Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist noch eine Kraftstoffleitung 35 für den Kraftstoffstrom 12 zum Brenner 5 vorgesehen, die separat zu den Kraftstoffleitungen 23, 24 der Zylinder 14 ausgebildet ist. Zusammen mit entsprechenden, nicht dargestellten Tanks ist es möglich, die Zylinder 14 beispielsweise mit einem Kraftstoffstrom 30 aus Dieselkraftstoff zu versorgen, während der Brenner 5 mit einem Kraftstoffstrom 12 aus einem abweichenden, für den Betrieb des Brenners 5 besser geeigneten Brennstoff versorgt wird. Die separate Kraftstoffleitung 35 kann auch bei der Anordnung nach Fig. 1 zweckmäßig sein. Die Regelung bzw. Steuerung des Kraftstoffstromes 12 in der separaten Kraftstoffleitung 35 erfolgt in gleicher Weise wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1. In den übrigen Merkmalen und Bezugszeichen stimmt die Anordnung nach Fig. 2 mit derjenigen nach Fig. 1 überein.

Claims (10)

  1. Abgasanlage eines Dieselmotors (1), umfassend eine Abgasleitung (2) für einen Abgasstrom (3) des Dieselmotors (1), mit einem in der Abgasleitung (2) angeordneten Dieselpartikelfilter (4) und mit einem Brenner (5) zum Freibrennen des Dieselpartikelfilters (4), wobei ein Verbrennungsluftstrom (6) mittels einer Luftleitung (7) in den Brenner (5) geführt ist, dadurch gekennzeichnet dass eine Strömungsmaschine (8) zur Förderung des Verbrennungsluftstromes (6) und eine den Dieselpartikelfilter (4) umgehende, zur bedarfsweise Durchströmung vorgesehene Abgasnebenstromleitung (9) angeordnet sind, wobei die Strömungsmaschine (8) von einem durch die Abgasnebenstromleitung (9) geführten Abgasnebenstrom (10) angetrieben ist.
  2. Abgasanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsmaschine (8) ein Turbolader ist.
  3. Abgasanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasnebenstromleitung (9) stromauf des Dieselpartikelfilters (4) von der Abgasleitung (2) abgezweigt ist.
  4. Abgasanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass stromauf des Dieselpartikelfilters (4) ein Abgaskatalysator (11) vorgesehen ist, wobei die Abgasnebenstromleitung (9) zwischen dem Abgaskatalysator (11) und dem Dieselpartikeifilter (4) von der Abgasleitung (2) abgezweigt ist.
  5. Abgasanlage nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasnebenstromleitung (9) stromab des Dieselpartikelfilters (4) wieder in die Abgasleitung (2) hineingeführt ist.
  6. Abgasanlage nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasnebenstromleitung (9) in ein Ansaugrohr (18) für frische Verbrennungsluft des Dieselmotors (1) hineingeführt ist.
  7. Abgasanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein ungesteuerter Antrieb der Strömungsmaschine (8) durch den sich in der Abgasnebenstromleitung (9) ausbildenden Gasd ruck des Abgasnebenstromes (10) vorgesehen ist.
  8. Abgasanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in der Abgasnebenstromleitung (9) ein Steuerventil (34) und stromauf des Dieselpartikelfilters (4) in der Abgasleitung (2) ein Drucksensor (32) angeordnet sind, wobei eine Steuerung bzw. Regelung des Steuerventils (34) abhängig vom Messergebnis des Drucksensors (32) vorgesehen ist.
  9. Abgasanlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass stromab des Dieselpartikelfilters (4) ein weiterer Drucksensor (33) in der Abgasleitung (2) angeordnet ist, wobei eine Steuerung bzw. Regelung des Steuerventils (34) abhängig von einem durch die beiden Drucksensoren (32, 33) ermittelten, am Dieselpartikelfilter (4) anliegenden Differenzdruck (Δ p) im Abgasstrom (3) vorgesehen ist.
  10. Verfahren zum Betrieb einer Abgasanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerung eines dem Brenner (5) zugeführten Kraftstoffstromes (12) in Abhängigkeit von einem sich stromauf des Dieselpartikelfilters (4) bildenden Abgasgegendruck, und insbesondere in Abhängigkeit des am Dieselpartikelfilter (4) anliegenden Differenzdruckes (Δ p) im Abgasstrom (3) erfolgt.
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