EP2169192A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Eindüsung von Kraftstoff in den Abgasstrang einer Brennkraftmaschine, insbesondere zur Regeneration eines Partikelfilters - Google Patents

Vorrichtung und Verfahren zur Eindüsung von Kraftstoff in den Abgasstrang einer Brennkraftmaschine, insbesondere zur Regeneration eines Partikelfilters Download PDF

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EP2169192A1
EP2169192A1 EP09009306A EP09009306A EP2169192A1 EP 2169192 A1 EP2169192 A1 EP 2169192A1 EP 09009306 A EP09009306 A EP 09009306A EP 09009306 A EP09009306 A EP 09009306A EP 2169192 A1 EP2169192 A1 EP 2169192A1
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fuel
compressed air
line
control
compressor
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    • F01N2610/14—Arrangements for the supply of substances, e.g. conduits

Definitions

  • the invention relates to a device for injecting fuel into the exhaust line of an internal combustion engine, in particular for the regeneration of a particle filter, according to the preamble of claim 1 and a method for operating such a device according to the preamble of claim 6.
  • particulate filters in motor vehicles are well known. However, such particulate filters are prone to clogging by the carbonaceous soot deposited therein, which increases exhaust back pressure and reduces engine performance.
  • An arrangement and a method with particle filter is from the EP 0 341 832 A1 known. There, upstream of the particulate filter, an oxidation catalyst is arranged, which oxidizes the nitrogen monoxide in the exhaust gas with the help of the likewise contained residual oxygen to nitrogen dioxide: 2 NO + O 2 ⁇ 2 NO 2
  • the particle filters are currently increasingly provided with a catalytic coating for the oxidation of NO. These are usually platinum-containing catalysts.
  • the disadvantage of this method is that the NO 2 formed on the particulate filter can only serve for the oxidation of particles which are deposited downstream of the catalytically active layer for NO oxidation, ie within the filter medium.
  • the NO oxidation catalyst is present downstream of the filter cake so that the deposited soot particles can not be oxidized by NO 2 from the NO oxidation catalyst applied to the particulate filter.
  • the catalyst layer applied to the top of the system performance is because the NO 2 catalytically formed on the clean gas side can no longer come into contact with the soot deposited on the raw gas side and within the filter material.
  • Another problem of the coating of the particulate filter is that the geometric surfaces of the filter are significantly lower than that of the catalyst substrates commonly used. The reason for this is that the filters require relatively large free cross sections and thus free volume on the raw gas side in order to store soot and engine oil ash.
  • particulate filter regeneration is used especially in such cases: it consists in actively raising the exhaust gas temperature. This usually succeeds through the Addition of hydrocarbons (HC) upstream of hydrocarbon or HC oxidation catalysts. The exothermic oxidation of the hydrocarbons on the catalysts leads to a significant increase in temperature. If this results in a temperature increase above 600 ° C, oxidation of the carbon occurs with the help of oxygen (active filter regeneration): C + O 2 ⁇ CO 2
  • the dual tube arrangement of fuel line and air channel is arranged from the nozzle tip to a remote from the nozzle tip Valve block out, which has a first valve, by means of which the metered addition of the fuel is controlled to the nozzle member.
  • the valve block comprises a second valve element by means of which two compressed-air connections can be controlled. By means of the two compressed-air connections, air can be introduced into the air duct guided to the nozzle tip either from the inlet side of the internal combustion engine or from a separate compressor.
  • a third valve element is provided by means of which the fuel line can be brought into fluid communication with one of the two compressed air lines in order to blow them through.
  • the fuel metering releasing valve element is kept closed. Subsequent to this air supply to the fuel line then fuel is pumped out of the fuel tank of the vehicle via a separate pump and conveyed via the fuel line to the nozzle tip. At the same time air flows through appropriate control of the compressed air valve via the double pipe arrangement air to the nozzle tip, where the mixing between compressed air and fuel takes place.
  • a device for injecting fuel into the exhaust line of an internal combustion engine in particular for the regeneration of a particulate filter, a fuel line and a compressed air line coupled thereto, which are guided to a arranged on or in the exhaust line nozzle member, wherein the compressed air line downstream of a compressor a turbocharger branches and / or fluidly connected to the pressure side of a compressor.
  • at least one controllable by means of a control and / or regulating device control is provided by means of which the compressed air supply and the fuel supply to the nozzle element according to predetermined control and / or control parameters is adjustable.
  • the at least one, preferably only a single, compressed-air line upstream of the nozzle element is brought together with the fuel line such that they form a single common supply line guided to the nozzle element.
  • a second, essential aspect of the present invention Be provided invention that the fuel line branches off from a guided to the engine fuel supply line downstream of a low pressure pump and upstream of a high pressure pump of a high-pressure fuel injection device.
  • measure according to the invention can advantageously account for a separate feed pump for supplying the fuel to the nozzle element, since an already existing low pressure pump is used in an advantageous dual function to promote the fuel via the fuel line in the direction of the nozzle member.
  • This low-pressure pump of a high-pressure injection device which is also called a prefeed pump, raises the fuel pressure in the fuel supply line to preferably approximately 5 to 20 bar before it is increased to up to 2,500 bar via the high-pressure pump.
  • This pressure of the prefeed pump is sufficient for metering into the exhaust tract, so that the fuel is advantageously removed at this point.
  • the compressed air required for the process can be generated by a compressor.
  • a compressor is z. B. in commercial vehicles anyway, z. B. in conjunction with a pneumatic brake system. This makes it advisable to remove the compressed air from an already existing on the vehicle compressor.
  • the compressed air can also be taken downstream of the compressor of the charging group. This eliminates the need for vehicles without compressed air compressor to install a compressor specifically for the addition of the hydrocarbon for the preferred particle filter regeneration.
  • the nozzle element itself can be arranged directly on the exhaust pipe or within the exhaust pipe.
  • the arrangement in the exhaust pipe is only possible by the possibility of cooling with compressed air. Without these, there would be coking within the nozzle or in a connecting line between a nozzle and an exhaust pipe of the exhaust line.
  • the at least one of the fuel line and the compressed air line associated control element according to the invention controlled by the control and / or regulating device that the nozzle element in a Kraftstoffzudosierphase for a predetermined time fuel or a fuel / compressed air mixture is supplied. Subsequently, after completion of the fuel metering phase in a compressed-air phase, exclusively compressed air is supplied to the nozzle element for a predetermined time. With such a process management, the remaining fuel in the nozzle can be safely blown out and thus the clogging of a nozzle element by coking of the fuel can be reliably avoided.
  • the compressed air supply is usually deactivated in order to keep the compressed air requirement low.
  • this has the consequence that the nozzle element is exposed to the high exhaust gas temperatures. This can lead to the start of the fuel addition to the particle filter regeneration briefly still very high temperatures in and on the nozzle element present, which can lead to a coking of the fuel. Therefore, it is useful to turn on the compressed air prior to activation of the fuel addition and thereby lower the nozzle temperature to a level where coking is no longer possible.
  • Fig. 1 1 schematically shows a block diagram of a first embodiment according to the invention of a device 1 for injecting fuel into the exhaust gas line 2 of an internal combustion engine 3.
  • This device has an intake air line 6 leading to a compressor 4 of an exhaust-gas turbocharger 5, via which intake air is led to the compressor 4.
  • the compressed, sucked air then passes through a turbocharger compressed air line 7 to the internal combustion engine 3.
  • From the internal combustion engine 3 is an exhaust pipe 8 from which directs the exhaust gas to a turbine 9 of the exhaust gas turbocharger 5.
  • the fuel supply of the internal combustion engine 3 via a high-pressure injector 13, the downstream of a fuel tank 14, first a low-pressure pump 15 and then further downstream of a high pressure pump 16 includes. Both the low-pressure pump 15 and the high-pressure pump 16 are integrated in a fuel supply line 17 led from the fuel tank 14 to the engine 3.
  • this fuel line 18 opens a branched from the turbocharger compressed air line 7 to the compressor 4 compressed air line 21 such that they form a single, common supply line 22 to a nozzle member 23, the nozzle head 24 protrudes into the exhaust pipe 10 of the exhaust line 2.
  • a controllable with the control and / or regulating device 19 according to predetermined parameters valve element 25 is integrated.
  • Such a device 1 has a number of advantages:
  • the nozzle element 23 together with the nozzle head 24 can be of relatively simple construction since the pressurization of the nozzle element with compressed air and / or fuel takes place exclusively via the single supply line 22 in each operating phase.
  • Complex double-tube nozzle element configurations with a multiplicity of valve elements and branch channels for the flow connection of air and fuel lines can thus advantageously be dispensed with here.
  • Another particular advantage is that only a single compressed air line 21 is provided here, which branches off from the fresh air side of the supply line 7, so that the structural complexity of the compressed air supply to the WO 2007/091969 is significantly reduced.
  • Another particularly preferred advantage of the present invention which as well as the single supply line to the nozzle member 23 is expressly claimed separately and independently of the feature of the single supply line 22, is located in the branch of the fuel line 18 downstream of the low-pressure pump 15, the dosing valve 20 open has a sufficient delivery pressure to promote fuel via the fuel line 18 to the nozzle member 23.
  • compressed air is supplied to the nozzle element 23 in a first compressed-air phase for a predetermined time, according to a particularly preferred process control, before the actual metering of fuel.
  • the metering valve 20 is closed and the valve element 25 is opened.
  • the nozzle member 23 in a Kraftstoffzudosierphase for a predetermined time fuel or - at particularly high temperatures - fed to a fuel / compressed air mixture, including in the former case, the metering valve 20 is opened and the valve member 25 is closed, in the second case, however, opened both valves become.
  • FIG. 2 an alternative embodiment according to the invention of a device 1 for injecting fuel into an exhaust line 2 of an internal combustion engine 3 is shown, which is substantially identical to the device according to the embodiment of the Fig. 1 is formed, so that reference is made only to the differences below.
  • the embodiment according to Fig. 1 is instead of the branching from the supply line 7 to the compressor 4 compressed air line 21 one of a compressed air side of a compressor 26 of a z. B. branch off pneumatic brake system Compressed air line 21 'is provided, over in the previously in connection with the execution of Fig. 1 already described way the compressed air supply takes place.
  • the operation of this device 1 according to Fig. 2 otherwise corresponds to that of Fig. 1 , so that reference is made to avoid repetition of the above statements made in this regard, especially with regard to the aforementioned advantages.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Eindüsung von Kraftstoff in den Abgasstrang einer Brennkraftmaschine, insbesondere zur Regeneration eines Partikelfilters, mit einer Kraftstoffleitung und mit einer mit dieser gekoppelten Druckluftleitung, die zu einem am oder im Abgasstrang angeordneten Düsenelement geführt sind, wobei die Druckluftleitung stromab eines Verdichters eines Turboladers abzweigt und/oder strömungstechnisch mit der Druckseite eines Kompressors verbunden ist, und mit wenigstens einem mittels einer Steuer- und/oder Regeleinrichtung ansteuerbaren Steuerelement, mittels dem die Druckluftzufuhr und die Kraftstoffzufuhr zum Düsenelement entsprechend vorgegebener Steuer- und/oder Regelparameter einstellbar ist. Erfindungsgemäß ist die wenigstens eine Druckluftleitung (21; 21') stromauf des Düsenelementes (23) so mit der Kraftstoffleitung (18) zusammengeführt, dass diese eine einzige gemeinsame, zum Düsenelement (23) geführte Zuführleitung (22) ausbilden. Alternativ oder zusätzlich ist vorgesehen, dass die Kraftstoffleitung (18) von einer zur Brennkraftmaschine (3) geführten Kraftstoffversorgungsleitung (17) stromab einer Niederdruckpumpe (15) und stromauf einer Hochdruckpumpe (16) einer Hochdruckeinspritzeinrichtung (13) abzweigt.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Eindüsung von Kraftstoff in den Abgasstrang einer Brennkraftmaschine, insbesondere zur Regeneration eines Partikelfilters, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 6.
  • Der Einsatz von Partikelfiltern in Kraftfahrzeugen ist allgemein bekannt. Derartige Partikelfilter neigen jedoch zur Verstopfung durch die, in diesem abgeschiedenen, kohlenstoffhaltigen Russpartikel, was den Abgasgegendruck erhöht und die Motorleistung mindert. Eine Anordnung und ein Verfahren mit Partikelfilter ist aus der EP 0 341 832 A1 bekannt. Dort wird stromauf des Partikelfilters ein Oxidationskatalysator angeordnet, der das Stickstoffmonoxid im Abgas mit Hilfe des ebenfalls enthaltenen Restsauerstoffes zu Stickstoffdioxid oxidiert:

             2 NO + O2 ↔ 2 NO2

  • Dabei ist zu beachten, dass das Gleichgewicht der obigen Reaktion bei hohen Temperaturen auf der Seite von NO liegt. Dies hat zur Folge, dass die erzielbaren NO2-Anteile bei hohen Temperaturen aufgrund dieser thermodynamischen Begrenzungen limitiert sind.
  • Dieses NO2 setzt sich wiederum im Partikelfilter mit den kohlenstoffhaltigen Russpartikeln zu CO, CO2, N2 und NO um. Mithilfe des Oxidationsmittels NO2 kann somit eine kontinuierliche Entfernung der angelagerten Feinstoffpartikel erfolgen. Regenerationszyklen, wie sie aufwendig bei anderen Anordnungen durchgeführt werden müssen, entfallen dadurch. Man spricht hier von einer passiven Regeneration. Die Umsetzung erfolgt dabei gemäß nachstehender Reaktionsgleichungen:

             2 NO2 +C → 2 NO + CO2

             2 NO2 + C → 2 NO + CO

             2 C + 2 NO2 → N2 + 2 CO2

  • Gelingt allerdings keine vollständige Oxidation des im Partikelfilter eingelagerten Kohlenstoffs mithilfe von NO2, so steigt der Kohlenstoffanteil und damit der Abgasgegendruck stetig an. Um dies zu vermeiden, werden aktuell die Partikelfilter vermehrt mit einer katalytischen Beschichtung zur Oxidation von NO versehen. Dabei handelt es sich meist um platinhaltige Katalysatoren. Der Nachteil dieses Verfahrens besteht allerdings darin, dass das am Partikelfilter gebildete NO2 nur zur Oxidation von Partikeln dienen kann, die stromab der katalytisch aktiven Schicht zur NO-Oxidation abgeschieden werden, also innerhalb des Filtermediums. Bildet sich dagegen auf der Filteroberfläche und damit auf der katalytisch aktiven Schicht eine Schicht aus abgeschiedenen Partikeln auf (Filterkuchen), so liegt der NO-Oxidationskatalysator stromab des Filterkuchens, so dass die abgeschiedenen Rußpartikel nicht mithilfe von NO2 aus dem auf dem Partikelfilter aufgebrachten NO-Oxidationskatalysator oxidiert werden können. Hinzu kommt noch, dass genau genommen nur die auf der Oberseite aufgebrachte Katalysatorschicht zur Performance des Systems beträgt, da das auf der Reingasseite katalytisch gebildete NO2 nicht mehr Kontakt mit dem auf der Rohgasseite und innerhalb des Filtermaterials abgeschiedenen Ruß kommen kann.
  • Ein weiteres Problem der Beschichtung des Partikelfilters ist, dass die geometrischen Oberflächen des Filters deutlich geringer als die der üblicherweise eingesetzten Katalysatorsubstrate sind. Der Grund hierfür liegt darin, dass die Filter relativ große freie Querschnitte und damit freies Volumen auf der Rohgasseite benötigen, um Ruß und Motorölasche einzulagern.
  • Aus diesen Gründen kann trotz der katalytischen Beschichtung des Filters nicht auf einen NO-Oxidationskatalysator vor dem Partikelfilter verzichtet werden, so dass sich ein relativ großes Bauvolumen ergibt. Dies ist selbst dann der Fall, wenn die NO-Oxidationskatalysatoren und die Partikelfilter eine bauliche Einheit bilden, in dem der Eintrittsbereich des Partikelfilters als NO-Oxidationskatalysator ausgeführt ist, wie dies beispielsweise bei der DE 103 270 30 A1 der Fall ist.
  • Obwohl durch diese Maßnahmen eine Rußoxidation noch bis Temperaturen von 250°C möglich ist, gibt es dennoch Anwendungsfälle, in denen selbst diese Abgastemperaturen nicht erreicht werden und somit keine sichere Funktion des Partikelfilters gewährleistet werden kann. Dies tritt üblicherweise bei schwach belasteten und in Fahrzeugen verbauten Motoren, beispielsweise bei Personenkraftwagen, Linienbus oder Müllfahrzeugen, die zusätzlich noch hohe Leerlaufanteile aufweisen, auf. Daher wird speziell in solchen Fällen eine zweite Möglichkeit der Partikelfilterregeneration angewendet: sie besteht darin, die Abgastemperatur aktiv anzuheben. Dies gelingt üblicherweise durch die Zugabe von Kohlenwasserstoffen (HC) stromauf von Kohlenwasserstoff- oder HC- Oxidationskatalysatoren. Durch die exotherme Oxidation der Kohlenwasserstoffe an den Katalysatoren kommt es zu einem deutlichen Temperaturanstieg. Gelingt dadurch eine Temperaturanhebung auf über 600°C, kommt es zu einer Oxidation des Kohlenstoffs mithilfe von Sauerstoff (aktive Filterregeneration):

             C + O2 → CO2

  • Allerdings bereitet die Eindüsung des Kraftstoffs in den heißen Abgastrakt Probleme: Da nur während der Regeneration Kohlenwasserstoffe eingedüst werden, findet in den Regenerationspausen keine Kühlung der Einspritzdüse statt. Dies führt aufgrund der hohen Abgastemperaturen im Abgastrakt zu einem Verkoken des in der Düse, insbesondere in den Düsenlöchern, verbliebenen Kraftstoffs, so dass es zu einer Verstopfung und damit meist zu einem Totalausfall der Düse kommt.
  • Um dieses Problem zu lösen, ist aus der WO 2007/091969 A1 bereits eine Zudosiervorrichtung für Kraftstoff bekannt, bei der ein Düsenelement bzw. Düsenkopf so ausgestaltet ist, dass in diesen eine Kraftstoffleitung mündet. Diese Kraftstoffleitung mündet mittig und zentral in das Düsenelement und ist durch eine Doppelwandanordnung von einem Luftkanal umgeben, so dass diese eine Doppelrohranordnung ausbilden. Im Bereich des freien Düsenkopfendes sind Stichkanäle von der Kraftstoffleitung in den Luftkanal geführt, so dass in zur Düsenspitze hin gerichteten speziellen Mischzonen eine Vermischung der Druckluft des Luftkanals mit dem Kraftstoff der Kraftstoffleitung stattfinden kann, wodurch eine Zerstäubung des Kraftstoffes bewirkt werden soll, um diesen feinst verteilt in den Abgasstrang dosieren zu können.
  • Die Doppelrohranordnung aus Kraftstoffleitung und Luftkanal ist von der Düsenspitze bis zu einem entfernt von der Düsenspitze angeordneten Ventilblock geführt, der ein erstes Ventil aufweist, mittels der die Zudosierung des Kraftstoffes zum Düsenelement geregelt wird. Ferner umfasst der Ventilblock ein zweites Ventilelement mittels dem zwei Druckluftanschlüsse angesteuert werden können. Mittels der beiden Druckluftanschlüssen kann entweder von der Einlassseite der Brennkraftmaschine oder von einem separaten Kompressor her Luft in den zur Düsenspitze geführten Luftkanal eingebracht werden. Ferner ist noch ein drittes Ventilelement vorgesehen, mittels dem die Kraftstoffleitung mit einer der beiden Druckluftleitungen in Strömungsverbindung gebracht werden kann, um diese durchzublasen. Damit wird folgende Verfahrensführung möglich: Bevor Kraftstoff in den Abgasstrang zudosiert wird, wird die Kraftstoffleitung mit Luft durchblasen, um diese zu reinigen. Dabei wird das, die Kraftstoffzudosierung freigebende Ventilelement geschlossen gehalten. Anschließend an diese Luftbeaufschlagung der Kraftstoffleitung wird dann Kraftstoff über eine separate Pumpe aus dem Kraftstofftank des Fahrzeuges abgepumpt und über die Kraftstoffleitung zur Düsenspitze gefördert. Gleichzeitig strömt durch entsprechende Ansteuerung des Druckluftventils über die Doppelrohranordnung Luft zur Düsenspitze, wo die Vermischung zwischen Druckluft und Kraftstoff stattfindet.
  • Ersichtlich ist ein derartiger Aufbau relativ aufwendig und bauteilintensiv und damit störanfällig.
  • Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Eindüsung von Kraftstoff in den Abgasstrang einer Brennkraftmaschine, insbesondere zur Regeneration eines Partikelfilters, zu schaffen, mittels dem das Verstopfen eines Düsenelementes für die Kraftstoffzudosierung in den Abgasstrang einer Brennkraftmaschine auf baulich einfache und funktionssichere Weise zuverlässig vermieden werden kann.
  • Diese Aufgabe wird bezüglich der Vorrichtung gelöst mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bezüglich des Verfahrens wird diese Aufgabe gelöst mit den Merkmalen des Anspruchs 6. Vorteilhafte Ausgestaltungen hierzu sind jeweils Gegenstand der darauf rückbezogenen Unteransprüche.
  • Gemäß Anspruch 1 weist eine Vorrichtung zur Eindüsung von Kraftstoff in den Abgasstrang einer Brennkraftmaschine, insbesondere zur Regeneration eines Partikelfilters, eine Kraftstoffleitung und eine mit dieser gekoppelte Druckluftleitung auf, die zu einem am oder im Abgasstrang angeordneten Düsenelement geführt sind, wobei die Druckluftleitung stromab eines Verdichters eines Turboladers abzweigt und/oder strömungstechnisch mit der Druckseite eines Kompressors verbunden ist. Ferner ist wenigstens ein mittels einer Steuer- und/oder Regeleinrichtung ansteuerbares Steuerelement vorgesehen, mittels dem die Druckluftzufuhr und die Kraftstoffzufuhr zum Düsenelement entsprechend vorgegebener Steuer- und/oder Regelparameter einstellbar ist. Erfindungsgemäß ist gemäß einem ersten Aspekt die wenigstens eine, bevorzugt lediglich eine einzige, Druckluftleitung stromauf des Düsenelementes so mit der Kraftstoffleitung zusammengeführt, dass diese eine einzige gemeinsame, zum Düsenelement geführte Zuführleitung ausbilden. Mit dieser Maßnahme wird auf baulich einfache Weise die Vermischung der Druckluft und des Kraftstoffes bereits vor dem Düsenelement erreicht, so dass herstellungstechnisch aufwendige Düsenausgestaltungen, wie sie Gegenstand der WO 2007/091969 sind, bei denen das Düsenelement durch eine Doppelrohranordnung mit Kraftstoffleitung und Druckluftleitung ausgebildet ist, vermieden werden können. Dadurch lässt sich der Herstellaufwand für das eigentliche Düsenelement erheblich reduzieren. Durch die frühzeitige Mischung von Druckluft und Kraftstoff wird dabei ebenfalls bereits relativ frühzeitig eine Vermischung und Zerstäubung des Kraftstoffes in der Druckluft erzielt, so dass auch mit der erfindungsgemäßen Lösung eine Feinstverteilung des Kraftstoffes im Abgastrakt der Brennkraftmaschine erzielt werden kann.
  • Alternativ oder zusätzlich zu diesem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindungsidee kann gemäß einem zweiten, wesentlichen Aspekt der vorliegenden Erfindung vorgesehen sein, dass die Kraftstoffleitung von einer zur Brennkraftmaschine geführten Kraftstoffversorgungsleitung stromab einer Niederdruckpumpe und stromauf einer Hochdruckpumpe einer Kraftstoffhochdruckeinspritzeinrichtung abzweigt. Mit einer derartigen, explizit auch separat beanspruchten, erfindungsgemäßen Maßnahme kann vorteilhaft eine separate Förderpumpe für die Zuführung des Kraftstoffes zum Düsenelement entfallen, da eine ohnehin vorhandene Niederdruckpumpe in einer vorteilhaften Doppelfunktion dazu benutzt wird, den Kraftstoff über die Kraftstoffleitung in Richtung zum Düsenelement zu fördern. Diese auch Vorförderpumpe genannte Niederdruckpumpe einer Hochdruckeinspritzeinrichtung hebt den Kraftstoffdruck in der Kraftstoffversorgungsleitung auf bevorzugt ca. 5 bis 20 bar an, bevor er über die Hochdruckpumpe auf bis zu 2.500 bar gesteigert wird. Dieser Druck der Vorförderpumpe reicht für die Eindosierung in den Abgastrakt aus, so dass der Kraftstoff vorteilhaft an dieser Stelle abgenommen wird.
  • Die für das Verfahren benötigte Druckluft kann über einen Kompressor erzeugt werden. Ein derartiger Kompressor ist z. B. in Nutzfahrzeugen ohnehin vorhanden, z. B. in Verbindung mit einem pneumatischen Bremssystem. Dadurch bietet es sich an, die Druckluft von einem ohnehin am Fahrzeug vorhandenen Kompressor abzunehmen. Alternativ oder zusätzlich kann bei mit Turboladern versehenen Motoren die Druckluft aber auch stromab des Verdichters der Ladegruppe entnommen werden. Dadurch entfällt bei Fahrzeugen ohne Druckluftkompressor die Notwendigkeit, eigens für die Zudosierung des Kohlenwasserstoffs zur bevorzugt Partikelfilterregeneration einen Kompressor zu verbauen.
  • Das Düsenelement selbst kann direkt am Abgasrohr oder aber auch innerhalb des Abgasrohres angeordnet werden. Die Anordnung im Abgasrohr wird erst durch die Kühlmöglichkeit mit Druckluft möglich. Ohne diese würde es zu Verkokungen innerhalb der Düse oder in einer Verbindungsleitung zwischen einer Düse und einem Abgasrohr des Abgasstrangs kommen.
  • Gemäß Anspruch 6 wird das wenigstens eine der Kraftstoffleitung und der Druckluftleitung zugeordnete Steuerelement erfindungsgemäß so mittels der Steuer- und/oder Regeleinrichtung angesteuert, dass dem Düsenelement in einer Kraftstoffzudosierphase für eine vorgegebene Zeit Kraftstoff oder ein Kraftstoff/Druckluft-Gemisch zugeführt wird. Anschließend wird dem Düsenelement nach Abschluss der Kraftstoffzudosierphase in einer Druckluftphase für eine vorgegebene Zeit ausschließlich Druckluft zugeführt. Mit einer derartigen Verfahrensführung kann der in der Düse verbliebene Kraftstoff sicher ausgeblasen und damit die Verstopfung eines Düsenelementes durch Verkokung des Kraftstoffs zuverlässig vermieden werden.
  • In den Regenerationspausen wird die Druckluftzufuhr üblicherweise deaktiviert, um den Druckluftbedarf gering zu halten. Dies hat allerdings zur Folge, dass das Düsenelement den hohen Abgastemperaturen ausgesetzt ist. Dies kann dazu führen, dass beim Start der Kraftstoffzugabe zur Partikelfilterregeneration kurzzeitig noch sehr hohe Temperaturen in und an dem Düsenelement vorliegen, was zu einem Verkoken des Kraftstoffs führen kann. Daher ist es sinnvoll, vor der Aktivierung der Kraftstoffzugabe, die Druckluft aufzuschalten und dadurch die Düsentemperatur auf ein Niveau abzusenken, bei dem kein Verkoken mehr möglich ist.
  • Reicht die Kühlwirkung des Kraftstoffs während der Regenerationsphase nicht aus, um Verkokungen in der Düse sicher zu verhindern, wird zur Sicherheit ein Kraftstoff/Druckluft-Gemisch zugegeben. Andernfalls kann auf die Zugabe von Druckluft während der Regenerationsphase und der Zudosierung von Kraftstoff verzichtet werden.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung näher erläutert.
    • Es zeigen:
    • Fig. 1
    schematisch ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Eindüsung von Kraftstoff in den Abgasstrang einer Brennkraftmaschine, und
    Fig. 2
    schematisch eine alternative Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Eindüsung von Kraftstoff in den Abgasstrang einer Brennkraftmaschine.
  • Fig. 1 zeigt schematisch ein Blockschaltbild einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform einer Vorrichtung 1 zur Eindüsung von Kraftstoff in den Abgasstrang 2 einer Brennkraftmaschine 3.
  • Diese Vorrichtung weist eine zu einem Verdichter 4 eines Abgasturboladers 5 hinführende Ansaugluftleitung 6 auf, über die Ansaugluft zum Verdichter 4 geführt wird. Die verdichtete, angesaugte Luft gelangt dann über eine Turbolader-Druckluftleitung 7 zu der Brennkraftmaschine 3. Von der Brennkraftmaschine 3 geht eine Abgasleitung 8 ab, die das Abgas zu einer Turbine 9 des Abgasturboladers 5 leitet. Stromab des Abgasturboladers 5 ist eine weitere Abgasleitung 10 vorgesehen, in die ein Oxidationskatalysator 11 und ein Partikelfilter 12 integriert sind.
  • Die Kraftstoffversorgung der Brennkraftmaschine 3 erfolgt über eine Hochdruckeinspritzeinrichtung 13, die stromab eines Kraftstofftanks 14 zuerst eine Niederdruckpumpe 15 und dann, weiter stromab eine Hochdruckpumpe 16 umfasst. Sowohl die Niederdruckpumpe 15 als auch die Hochdruckpumpe 16 sind in eine vom Kraftstofftank 14 zur Brennkraftmaschine 3 geführte Kraftstoffversorgungsleitung 17 integriert.
  • Stromab der Niederdruckpumpe 15 und stromauf der Hochdruckpumpe 16 zweigt von der Kraftstoffversorgungsleitung 17 eine Kraftstoffleitung 18 ab, in die ein mittels einer Steuer- und/oder Regeleinrichtung 19 entsprechend vorgebbarer Parameter ansteuerbares Dosierventil 20 integriert ist.
  • In diese Kraftstoffleitung 18 mündet eine von der Turbolader-Druckluftleitung 7 nach dem Verdichter 4 abgezweigte Druckluftleitung 21 dergestalt ein, dass diese eine einzige, gemeinsame Zuführleitung 22 zu einem Düsenelement 23 ausbilden, deren Düsenkopf 24 in die Abgasleitung 10 des Abgasstrangs 2 einragt. In die Druckluftleitung 21 ist ein mit der Steuer- und/oder Regeleinrichtung 19 entsprechend vorgegebener Parameter ansteuerbares Ventilelement 25 integriert.
  • Eine derartige Vorrichtung 1 weist eine Reihe von Vorteilen auf: So kann das Düsenelement 23 mitsamt Düsenkopf 24 relativ einfach aufgebaut sein, da die Beaufschlagung des Düsenelementes mit Druckluft und/oder Kraftstoff in jeder Betriebsphase ausschließlich über die einzige Zuführleitung 22 erfolgt. Komplizierte doppelrohrige Düsenelement-Ausgestaltungen mit einer Vielzahl von Ventilelementen und Stichkanälen zur Strömungsverbindung von Luft- und Kraftstoffleitungen können hier somit vorteilhaft entfallen.
  • Ein weiterer besonderer Vorteil ist, dass hier lediglich eine einzige Druckluftleitung 21 vorgesehen ist, die frischluftseitig von der Zuführleitung 7 abzweigt, so dass der bauliche Aufwand für die Druckluftzuführung gegenüber der WO 2007/091969 erheblich verringert ist.
  • Ein weiterer besonders bevorzugter Vorteil der vorliegenden Erfindung, der ebenso wie die einzige Zuführleitung zum Düsenelement 23 ausdrücklich auch separat und unabhängig von dem Merkmal der einzigen Zuführleitung 22 beansprucht wird, liegt in der Abzweigung der Kraftstoffleitung 18 stromab der Niederdruckpumpe 15, die bei geöffnetem Dosierventil 20 einen ausreichenden Förderdruck aufweist, um Kraftstoff über die Kraftstoffleitung 18 zum Düsenelement 23 zu fördern.
  • Wird nunmehr mit einer derartigen erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 eine Partikelregeneration durchführt, dann wird gemäß einer besonders bevorzugten Verfahrensführung dem Düsenelement 23 vor Beginn der eigentlichen Kraftstoffzudosierung in einer ersten Druckluftphase für eine vorgegebene Zeit ausschließlich Druckluft zugeführt. In dieser Druckluftphase ist das Dosierventil 20 geschlossen und das Ventilelement 25 geöffnet.
  • Anschließend wird dann dem Düsenelement 23 in einer Kraftstoffzudosierphase für eine vorgegebene Zeit Kraftstoff oder - bei besonders hohen Temperaturen - ein Kraftstoff/Druckluft-Gemisch zugeführt, wozu im ersteren Fall das Dosierventil 20 geöffnet und das Ventilelement 25 geschlossen, im zweiten Fall dagegen beide Ventile geöffnet werden.
  • Um nach dieser Kraftstoffzudosierphase als eigentlicher Regenerationsphase das Düsenelement 23 von Kraftstoff zu reinigen, wird diesem in einer weiteren, zweiten Druckluftphase für eine vorgegebene Zeit wiederum ausschließlich Druckluft zugeführt, wozu das Ventilelement 25 geöffnet und das Dosierventil 20 geschlossen wird.
  • Mit einer derartigen Kraftstoffzudosierung in die Abgasleitung 10 kann dann in der eingangs in der Beschreibungseinleitung beschriebenen Art und Weise eine Partikelfilterregeneration erfolgen.
  • In der Fig. 2 ist eine alternative erfindungsgemäße Ausgestaltung einer Vorrichtung 1 zur Eindüsung von Kraftstoff in einen Abgasstrang 2 einer Brennkraftmaschine 3 gezeigt, die im Wesentlichen identisch mit der Vorrichtung gemäß der Ausführungsform der Fig. 1 ausgebildet ist, so dass nachfolgend lediglich auf die Unterschiede verwiesen wird. Im Unterschied zur Ausgestaltung nach Fig. 1 ist anstelle der von der Zuführleitung 7 nach dem Verdichter 4 abzweigenden Druckluftleitung 21 eine von einer Druckluftseite eines Kompressors 26 eines z. B. pneumatischen Bremssystems abzweigende Druckluftleitung 21' vorgesehen, über die in der zuvor in Verbindung mit der Ausführung der Fig. 1 bereits geschilderten Art und Weise die Druckluftzufuhr erfolgt. Die Funktionsweise dieser Vorrichtung 1 gemäß Fig. 2 entspricht ansonsten derjenigen der Fig. 1, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die zuvor gemachten diesbezüglichen Ausführungen verwiesen wird, insbesondere auch im Hinblick auf die zuvor genannten Vorteile.
  • Grundsätzlich bestünde auch die Möglichkeit, die Druckluftleitung 21' der Fig. 2 auch in die Druckluftleitung 21 der Ausführungsform gemäß Fig. 1 einmünden zu lassen, und zwar im Bereich des Ventilelementes 25, das dann entsprechend als Mehrwegeventil auszubilden wäre. Bei einem derartigen Aufbau ist jedoch der bauliche Aufwand größer als bei den beiden in der Fig. 1 und der Fig. 2 dargestellten Ausführungsformen mit jeweils einer einzigen Druckluftleitung.

Claims (7)

  1. Vorrichtung zur Eindüsung von Kraftstoff in den Abgasstrang einer Brennkraftmaschine, insbesondere zur Regeneration eines Partikelfilters, mit einer Kraftstoffleitung und mit einer mit dieser gekoppelten Druckluftleitung, die zu einem am oder im Abgasstrang angeordneten Düsenelement geführt sind, wobei die Druckluftleitung stromab eines Verdichters eines Turboladers abzweigt und/oder strömungstechnisch mit der Druckseite eines Kompressors verbunden ist, und mit wenigstens einem mittels einer Steuer- und/oder Regeleinrichtung ansteuerbaren Steuerelement, mittels dem die Druckluftzufuhr und die Kraftstoffzufuhr zum Düsenelement entsprechend vorgegebener Steuer- und/oder Regelparameter einstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Druckluftleitung (21; 21') stromauf des Düsenelementes (23) so mit der Kraftstoffleitung (18) zusammengeführt ist, dass diese eine einzige gemeinsame, zum Düsenelement (23) geführte Zuführleitung (22) ausbilden, und/oder dass die Kraftstoffleitung (18) von einer zur Brennkraftmaschine (3) geführten Kraftstoffversorgungsleitung (17) stromab einer Niederdruckpumpe (15) und stromauf einer Hochdruckpumpe (16) einer Kraftstoffhochdruckeinspritzeinrichtung (13) abzweigt.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Abgasstrang (2) stromab der Eindüsstelle wenigstens ein Katalysator (11) zur Oxidation von Kohlenwasserstoffen und wenigstens ein Partikelfilter (12) angeordnet sind.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Kraftstoffleitung (18) ein mit einer Steuer- und/oder Regeleinrichtung (19) entsprechend vorgebbarer Steuer- und/oder Regelparameter ansteuerbares und ein Steuerelement ausbildendes Dosierventil (20) angeordnet ist.
  4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckluftleitung entweder durch eine von einem Kompressor (20) eines Luftversorgungssystems kommende Kompressor-Druckluftleitung (21') oder durch eine von einer Verdichterseite eines Turboladers (5) kommende Turbolader-Druckluftleitung (21) als einzige Druckluftleitung ausgebildet ist.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in der Kompressor-Druckluftleitung (21') oder in der Turbolader-Druckluftleitung (21) ein mit einer Steuer- und/oder Regeleinrichtung (19) entsprechend vorgebbarer Regelparameter ansteuerbares und ein Steuerelement ausbildendes Ventilelement (25) angeordnet ist.
  6. Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung zur Eindüsung von Kraftstoff in den Abgasstrang einer Brennkraftmaschine, insbesondere zur Regeneration eines Partikelfilters, gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
    - dass das wenigstens eine der Kraftstoffleitung (18) und der Druckluftleitung (21; 21') zugeordnete Steuerelement (20, 25) so mittels der Steuer- und/oder Regeleinrichtung (19) angesteuert wird,
    - dass dem Düsenelement (23) in einer Krafftstoffzudosierphase für eine vorgegebene Zeit Kraftstoff oder ein Kraftstoff/Druckluft-Gemisch zugeführt wird, und
    - dass dem Düsenelement (23) nach Abschluss der Kraftstoffzudosierphase in einer Druckluftphase für eine vorgegebene Zeit ausschließlich Druckluft zugeführt wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass dem Düsenelement (23) vor Beginn der Kraftstoffzudosierung in einer Druckluftphase für eine vorgegebene Zeit ausschließlich Druckluft zugeführt wird.
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