WO2007012512A1 - Vorrichtung und verfahren zur regeneration eines partikelfilters - Google Patents

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Nestor Rodriguez-Amaya
Volker Reusing
Stefan Stein
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Robert Bosch Gmbh
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    • F01N2610/1446—Means for damping of pressure fluctuations in the delivery system, e.g. by puffer volumes or throttling

Definitions

  • the invention relates to a device for regeneration, for Tempe- raturbeetzung and / or thermal management of an exhaust system associated with an internal combustion engine, preferably a vehicle, the internal combustion engine is designed in particular as a diesel engine, with at least one depending on the pressure of fuel supplied preferably in Schnarr réelle operating injector for injecting the regeneration, the temperature application and / or the thermal management serving fuel into the exhaust system of the internal combustion engine.
  • a particulate filter in an exhaust system of an internal combustion engine of a vehicle.
  • the particulate filter acts as a soot filter and, due to its filtering effect, lowers the particulate matter load.
  • the regeneration takes place by increasing the temperature, as a result of which the particles, in particular soot particles, burn.
  • the temperature increase is carried out by injecting fuel, for example diesel, into the exhaust gas tract.
  • the injected fuel reaches an oxidation catalytic converter located in front of the particulate filter.
  • the fuel entering the oxidation catalyst leads to an exhaust gas temperature. increase in temperature, so that correspondingly hot exhaust gases reach the downstream particle filter and cause the regeneration there.
  • the pressure control valve By means of the pressure control valve, troublesome pressure fluctuations which prevent or disturb the operation, in particular the snoring operation, of the injection valve can be eliminated. Therefore, upstream of the fuel injector, the pressure control valve is disposed upstream of the injector.
  • the injection valve operates in dependence on the pressure of the supplied fuel, that is, the pressure of the fuel exceeds a certain predetermined value, the injector opens and injects a quantity of fuel into the exhaust system. As a result, the pressure in the delivery system decreases, so that the injection valve closes again.
  • the injector opens rhythmically, resulting in the so-called, already mentioned Schnarr memori.
  • the pressure control valve reduces or eliminates the pressure fluctuations and / or pressure peaks, so that a reliable snore operation of the injection valve is possible.
  • the mentioned pressure fluctuations in the supply system of the fuel originate, inter alia, for example, from the fuel pump, which may be designed as a gear pump.
  • the individual delivery teeth of the pump lead to corresponding pressure peaks, which are transmitted to the entire system.
  • the fuel injection system also tem to supply the cylinder of the engine from its high pressure circuit to the associated low-pressure circuit and thus to the fuel supply system.
  • Injector valve and pressure control valve are preferably located in said low-pressure circuit, which-in relation to the injection system of the cylinders of the internal combustion engine-performs an advance, for example at a pressure of approximately 4 bar.
  • the respective operating state of the internal combustion engine has an effect on the low-pressure circuit which produces the fuel, since a mechanical pump coupling with the internal combustion engine is present in a mechanical pump, ie higher engine speeds lead to a correspondingly higher pump speed than lower engine speeds. If an electric pump is used as a fuel pump, the fluctuations caused by it are not or only negligibly small. The remaining pressure fluctuation quantities remain however.
  • the pressure control valve is a valve which operates as a function of the supplied pressure. Accordingly, it opens automatically at an adjustable opening pressure and closes again when the supplied pressure is less than the opening pressure. In this way, opening conditions of the pressure control valve are achieved due to the pressure increases or pressure peaks, resulting in the pressure relief and thus to a pressure equalization, that is, the injection valve is supplied with a "calmed" fuel pressure.
  • a development of the invention provides that the pressure control valve upstream of an inlet throttle. It is therefore upstream of the pressure control valve and already causes a certain pressure equalization.
  • the throttle therefore acts as a support to the pressure control valve.
  • the throttle is also necessary to the pressure level of the low pressure circuit not or only insignificantly influence.
  • the pressure control valve is preceded by a settling volume.
  • the settling volume upstream of the pressure control valve also exerts an equalization function on the fuel pressure in the low pressure circuit and accordingly forms a separate or additional offset measure for the fuel pressure.
  • the injection valve is a spring-loaded first valve.
  • the pressure control valve is a spring-loaded second valve.
  • these are mechanical valves which, due to the spring equipment, open and close as soon as the pending pressure exceeds a determinable value.
  • the opening pressures of the two said valves, ie the injection valve and the pressure control valve are coordinated with one another in such a way that a prompt and reliable snapping operation of the injection valve occurs, that is, the pressure control valve assumes an effective pressure equalization function.
  • the pressure characteristics, ie the opening pressure values of the two mentioned valves can be chosen to be different.
  • the injection valve is preceded by a safety valve preventing the fuel supply.
  • This safety valve is accordingly upstream of the injection valve and has the task in certain situations, for example in an accident of driving To stop the fuel supply, so that there is no uncontrolled leakage of fuel into the exhaust system.
  • the injection valve is preceded by a metering valve that determines the amount of fuel.
  • the metering valve located upstream of the injector determines periods of time during which regeneration of the particulate filter is to be accomplished by opening and allowing fuel injection into the exhaust system.
  • the amount of fuel introduced in each case by the injection valve can also be determined by means of the metering metering valve. This can be controlled or regulated and dependent on the respective operating state of the motor vehicle.
  • the component associated with the exhaust system may be a particulate filter to filter exhaust particles.
  • the component is a NO ⁇ memory.
  • a temperature control in particular a thermal management, ie the temperature situation can be influenced as desired in the exhaust gas system. If a diesel engine is used as the internal combustion engine, then the particle filter forms a diesel particle filter. This prevents the escape of diesel soot into the environment, that is, the particulate matter pollution is reduced.
  • the injection valve and the pressure control valve are arranged in a low-pressure region of a fuel injection system of the internal combustion engine. This has already been pointed out above.
  • the invention relates to a method for operating the device explained above.
  • the invention relates to a method for regeneration of an exhaust system associated particulate filter of an internal combustion engine, preferably a vehicle, with at least one depending on the pressure of fuel supplied preferably in the snare operating injection valve for injecting regeneration serving fuel into the exhaust system of the internal combustion engine upstream of the injector pressure fluctuations in the fuel are diverted.
  • FIG. 1 shows a hydraulic circuit diagram of the device for regeneration of a particulate filter of an exhaust system of an internal combustion engine of a vehicle
  • Figure 2 shows two diagrams of a first embodiment of the invention
  • FIG. 3 shows two diagrams of a second embodiment of the invention.
  • FIG. 1 shows a section of a low-pressure circuit 1 of a fuel supply of a motor vehicle not shown in detail.
  • the low-pressure circuit 1 is fed by a non-illustrated mechanical fuel supply pump.
  • the pump delivers fuel from the tank of the motor vehicle and supplies it to the fuel injection system of the motor vehicle at low pressure (for example 4 bar), the fuel injection system having a high-pressure circuit in order to be able to inject the fuel into the cylinders of an internal combustion engine (not shown) of the vehicle.
  • the fuel is, in particular, diesel fuel for a diesel engine of the vehicle.
  • the low-pressure circuit 1 is connected to the upstream side of an inlet throttle 2, whose downstream side leads to a calming volume 3. This is followed, on the one hand, by an injection valve 6 and, on the other hand, by a pressure control valve 8.
  • the calming volume 3 is a space filled with fuel whose dimensions are selected to be so great that damping pressure waves, pressure peaks and pressure fluctuations of the fuel in the low pressure circuit 1 are acted upon , A corresponding effect also exerts the inlet throttle 2.
  • inlet throttle 2, calming volume 3 and the pressure control valve 8 explained in more detail below result in a calmed, sufficiently free from pressure peaks, pressure fluctuations and the like preferably adjustable operating pressure results.
  • a gear pump can produce, for example, pressure peaks of 20 bar in the millisecond range. From this it is clear that these pressure peaks are well above the average pressure value of the low-pressure circuit (as mentioned above, for example, 4 bar).
  • a safety valve 4 is connected, which can shut off the fuel supply, for example, in an emergency, inter alia, in an accident to prevent the leakage / ejection of fuel.
  • the downstream side of the safety valve 4 is connected to the upstream side of a metering valve 5.
  • the metering valve 5 can be controlled or controlled so that a desired amount of fuel per unit time passed through and the injection valve 6 is supplied.
  • the injection valve 6 is arranged such that it injects fuel into an exhaust system, not shown, of the internal combustion engine. Downstream of the injection valve 6 is located in the exhaust system an unillustrated oxidation catalyst, the exhaust gas temperature in the exhaust system increases so much when injecting fuel that a downstream of the oxidation catalyst arranged in the exhaust system particulate filter is regenerated, that is burned by the increase in temperature filtered particles, such as soot and other fine dust, so that after the regeneration phase, the particle filter is available cleaned. Such regeneration is carried out in normal operation of the motor vehicle about every 500 to 1000 kilometers. The temperature in the particle filter during regeneration reaches about 550 to 600 0 C.
  • the upstream side of the pressure control valve 8 is connected to the maintenance volume 3.
  • the downstream side 9 of the pressure control valve 8 leads into the tank of the motor vehicle.
  • a fuel line 12 leads from the settling volume 3 to the upstream end of the safety valve 4.
  • the downstream end of the safety valve 4 is connected via a fuel line 13 to the upstream end of the metering valve 5.
  • the downstream end of the metering valve 5 communicates via a fuel line 14 with the upstream end of the injection valve 6 in connection.
  • the downstream end 15 of the injection valve 6 serves to inject fuel into the exhaust system, not shown.
  • the upstream end of the pressure control valve 8 is connected to the settling volume 3 via a fuel line 16.
  • a fuel line 17 connected to the downstream end 9 of the pressure control valve 8 serves to return the fuel and preferably leads into the tank of the motor vehicle.
  • the safety valve 4 and the metering valve 5 are preferably electrically controllable or adjustable and can accordingly be adapted to the respective driving situation and the present circumstances with respect to their function.
  • the injection valve 6 and the pressure control valve 8 are spring-loaded valves, that is, due to the corresponding spring biasing forces the respective valve opens only when an adjustable operating pressure (opening pressure) is exceeded.
  • the supplied fuel must accordingly have a certain pressure value.
  • the fuel pressure peaks, pressure waves, etc., that is, there is no constant pressure value there.
  • the pressure and the pressure peaks of the fuel in the settling volume 3 are slightly reduced due to the inlet throttle 2. Further, due to the inlet throttle 2 and the volume of the settling volume 3, an additional damping is effected on the pressure fluctuation peaks of the fuel and fed via the fuel lines 12, 13 and 14 and the safety valve 4 and the metering valve 5 to the injection valve 6. Should one Regeneration of the particulate filter are performed in the exhaust system, so the metering valve 5 is in the open position, whereby the spring-loaded injector 6 opens and fuel is injected into the exhaust system.
  • the pressure control valve 8 ensures by the Absteuem of pressure peaks to a homogenization. Whenever there is an increase in pressure, the spring-loaded pressure control valve 8 opens and controls a corresponding amount of fuel via the fuel line 17 back into the tank of the motor vehicle. This leads to a corresponding pressure reduction in the settling volume 3, with the result that the injection valve 6, a sufficiently constant fuel pressure can be offered to perform the Schnarr memori. If the corresponding pressure peak is reduced by opening the pressure control valve 8, it closes again until a repeated fuel pressure peak causes a repeated opening.
  • the pressure control valve 8 has a compensating effect on pressure peaks, pressure waves, etc. of the fuel in the system injecting the injection valve 6 and exerts an adjusting effect on the pressure level.
  • the latter means that by appropriate design of the components, the pressure level can be adjusted.
  • the object of the invention can be used in all known injection systems, regardless of their design, so that there is a correspondingly wide range of applications. It is preferably connected to the respective low-pressure circuit.
  • the snore operation of the injection valve 6 can produce a very good atomization of the fuel in the exhaust system. Good spray preparation is required to vaporize the fuel, especially the diesel fuel, completely in the exhaust tract.
  • Due to the pressure control valve 8 according to the invention can cause a much less fluctuating low pressure in the feed of the injection valve 6, so that the Schnarr congress can be achieved properly and safely.
  • the aim of the invention is that the injection valve 6 should not follow the existing pressure fluctuations of the system, but receives the Schnarr plante, that is, due to the compensation effect of the pressure control valve 8 is an influence on the operation of the injection valve. 6
  • the pressure control valve 8 for example, between the safety valve 4 and the metering valve 5 or downstream of the metering valve 5, so between the metering valve 5 and injection valve 6 may be arranged.
  • FIGS. 2 and 3 illustrate the function of the article of the invention, which has already been explained in more detail above.
  • the pressure (ordinate) over time (abscissa) is shown.
  • the lower diagrams of FIGS. 2 and 3 show a valve needle path (ordinate) over time (abscissa).
  • FIG. 2 shows a system according to FIG. 1 which operates with a low pressure of 4 bar (mean value). In FIG. 3, this mean value is 3 bar.
  • the reference numeral 18 denotes the pressure of the fuel in the low-pressure circuit 1 (p inlet system).
  • reference numeral 19 of the fuel pressure curve is provided as it is present at the upstream end of the injection valve 6, ie in the fuel line 14 (p inlet HCIV).
  • the pressure at the pressure control valve 8 is characterized (p at pressure control valve).
  • reference numeral 21 denotes the valve lift of the metering valve 5 (lift EV14).
  • the reference numeral 22 denotes the valve lift of the injection valve 6 (lift HCIV).

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Regeneration, zur Temperaturbeaufschlagung und/oder zum Thermomanagement eines einem Abgassystem zugeordneten Bauteils einer Brennkraftmaschine, vorzugsweise eines Fahrzeugs, mit mindestens einem in Abhängigkeit des Drucks von zugeführtem Kraftstoff vorzugsweise im Schnarrbetrieb arbeitenden Einspritzventil zum Einspritzen von der Regeneration, der Temperaturbeaufschlagung und/oder dem Thermomanagement dienendem Kraftstoff in das Abgassystem der Brennkraftmaschine. Die Erfindung zeichnet sich durch mindestens ein stromaufwärts des Einspritzventils (6) angeordnetes, Druckschwankungen dämpfendes oder eliminierendes Drucksteuerventil (8) aus. Ferner betrifft die Erfindung ein entsprechendes Verfahren.

Description

Vorrichtung und Verfahren zur Regeneration eines Partikelfilters
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Regeneration, zur Tempe- raturbeaufschlagung und/oder zum Thermomanagement eines einem Abgassystem zugeordneten Bauteils einer Brennkraftmaschine, vorzugsweise eines Fahrzeugs, wobei die Brennkraftmaschine insbesondere als Dieselmotor ausgebildet ist, mit mindestens einem in Abhängigkeit des Drucks von zugeführtem Kraftstoff vorzugsweise im Schnarrbetrieb arbeitenden Einspritzventil zum Einspritzen von der Regeneration, der Temperaturbeaufschlagung und/oder dem Thermomanagement dienendem Kraftstoff in das Abgassystem der Brennkraftmaschine.
Es ist bekannt, in einem Abgassystem eines Verbrennungsmotors eines Fahrzeugs einen Partikelfilter zu installieren. Handelt es sich bei dem Verbrennungsmotor beispielsweise um einen Dieselmotor, so wirkt der Partikelfilter als Rußfilter und senkt aufgrund seiner Filterwirkung die Feinstaubbelastung. Um zu verhindern, dass sich nach einer bestimmten Einsatzdauer der Filter zusetzt, ist es erforderlich, ihn von Zeit zu Zeit zu regenerieren. Die Regeneration erfolgt durch Temperaturerhöhung, wodurch die Partikel, insbesondere Rußpartikel, verbrennen. Die Temperaturerhöhung wird durch Einspritzen von Kraftstoff, zum Beispiel Diesel, in den Abgastrakt vorge- nommen. Der eingespritzte Kraftstoff gelangt zu einem Oxidationska- talysator, der sich vor dem Partikelfilter befindet. Der in den Oxidati- onskatalysator gelangende Kraftstoff führt zu einer Abgastempera- turerhöhung, sodass entsprechend heiße Abgase zum nachgeschalteten Partikelfilter gelangen und dort die Regeneration bewirken.
Zur Schaffung einer einfach aufgebauten, funktionssicheren Vorrich- tung, die auf einem breiten Anwendungsbereich arbeitet, ist mindestens ein stromaufwärts des Einspritzventils angeordnetes, Druckschwankungen dämpfendes oder eliminierendes Drucksteuerventil vorgesehen. Durch das Drucksteuerventil lassen sich störende Druckschwankungen, die den Betrieb, insbesondere den Schnarrbe- trieb, des Einspritzventils verhindern oder stören, beseitigen. Deshalb ist stromaufwärts (bezogen auf den zugeführten Kraftstoff) des Einspritzventils das Drucksteuerventil angeordnet, also diesem vorgeschaltet. Das Einspritzventil arbeitet in Abhängigkeit des Drucks des zugeführten Kraftstoffes, das heißt, übersteigt der Druck des Kraftstoffes einen bestimmten, vorgebbaren Wert, so öffnet das Einspritzventil und spritzt eine Kraftstoffmenge in das Abgassystem ein. Hierdurch sinkt der Druck im Zuführsystem, sodass das Einspritzventil wieder schließt. Nunmehr steigt der Druck wieder an, sodass es wieder zum Einspritzen kommt. Damit öffnet sich das Einspritzventil rhythmisch, was zu dem so genannten, bereits erwähnten Schnarrbetrieb führt. Da die Zuführung des Kraftstoffs zum Einspritzventil aufgrund der beteiligten Komponenten nicht mit konstantem Druck erfolgt, sondern Druckschwankungen und gegebenenfalls auch kurzfristige Druckspitzen vorliegen, kommt es sehr leicht zum Aussetzen des Schnarrbetriebs, der aus physikalischen Gründen nur innerhalb eines engen Druckbereichs möglich ist. Aufgrund der erfindungsgemäßen Maßnahme sorgt das Drucksteuerventil zur Verminderung oder zum Abbau der Druckschwankungen und/oder Druckspitzen, sodass ein sicherer Schnarrbetrieb des Einspritzventils möglich wird. Die erwähnten Druckschwankungen im Zuführsystem des Kraftstoffs stammen unter anderem beispielsweise von der Kraftstoffpumpe, die als Zahnradpumpe ausgebildet sein kann. Die einzelnen Förderzähne der Pumpe führen zu entsprechenden Druckspitzen, die sich auf das Gesamtsystem übertragen. Auch wirkt das Kraftstoffeinspritzsys- tem zur Versorgung der Zylinder der Brennkraftmaschine von seinem Hochdruckkreis aus auf den zugehörigen Niederdruckkreis und somit auf das Kraftstoffzuführsystem. Vorzugsweise befinden sich Einspritzventil und Drucksteuerventil in dem genannten Niederdruck- kreis, der -bezogen auf das Einspritzsystem der Zylinder der Brennkraftmaschine- eine Vorförderung, beispielsweise mit einem Druck von etwa 4 bar, vornimmt. Überdies wirkt sich der jeweilige Betriebszustand der Brennkraftmaschine auf den die Kraftstoffförderung vornehmenden Niederdruckkreis aus, da bei einer mechanischen Pum- pe eine mechanische Kopplung der Pumpe mit der Brennkraftmaschine vorliegt, das heißt höhere Motordrehzahlen führen zu einer entsprechend höheren Pumpendrehzahl als niedrigere Motordrehzahlen. Wird als Kraftstoffpumpe eine elektrische Pumpe eingesetzt, so sind die durch sie bewirkten Schwankungen nicht oder nur ver- nachlässigbar klein vorhanden. Die übrigen Druckschwankungsgrößen bleiben jedoch erhalten.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Drucksteuerventil ein in Abhängigkeit des angelieferten Drucks arbei- tendes Ventil ist. Demgemäß öffnet es selbsttätig bei einem einstellbaren Öffnungsdruck und schließt wieder, wenn der zugeführte Druck kleiner als der Öffnungsdruck ist. Auf diese Art und Weise werden aufgrund der Druckerhöhungen beziehungsweise Druckspitzen Öffnungszustände des Drucksteuerventils erzielt, wodurch es zur Druckentlastung und damit zu einer Druckvergleichmäßigung kommt, das heißt, das Einspritzventil wird mit einem „beruhigten" Kraftstoffdruck versorgt.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass dem Drucksteuer- ventil eine Zulaufdrossel vorgeschaltet ist. Sie befindet sich demgemäß stromaufwärts des Drucksteuerventils und bewirkt bereits eine gewisse Druckvergleichmäßigung. Die Drossel wirkt daher unterstützend zum Drucksteuerventil. Die Drossel ist ferner notwendig, um das Druckniveau des Niederdruckkreises nicht oder nur unwesentlich zu beeinflussen.
Ferner ist es vorteilhaft, wenn dem Drucksteuerventil ein Beruhi- gungsvolumen vorgeschaltet ist. Das stromaufwärts des Drucksteuerventils liegende Beruhigungsvolumen übt ebenfalls eine Vergleichmäßigungsfunktion auf den Kraftstoffdruck im Niederdruckkreislauf aus und bildet demgemäß eine separate oder zusätzliche Vergleichmäßigungsmaßnahme für den Kraftstoffdruck.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Einspritzventil ein federbelastetes erstes Ventil ist. Ferner kann es vorteilhaft sein, wenn das Drucksteuerventil ein federbelastetes zweites Ventil ist. In beiden Fällen handelt es sich um mechanische Ven- tile, die aufgrund der Federausstattung beim Überschreiten des anstehenden Drucks öffnen und wieder schließen, sobald der anstehende Druck einen bestimmbaren Wert unterschreitet. Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Öffnungsdrücke der beiden genannten Ventile, also des Einspritzventils und des Drucksteuerventils derart aufeinan- der abgestimmt sind, dass es zu einem prompten und sicheren Schnarrbetrieb des Einspritzventils kommt, das heißt, das Drucksteuerventil übernimmt eine effektive Druckvergleichmäßi- gungsfunktion. Die Druckcharakteristiken, also die Öffnungsdruckwerte der beiden genannten Ventile können unterschiedlich groß gewählt sein. Gleiches gilt für die Schließdruckwerte der beiden Ventile. Grundsätzlich ist es jedoch auch möglich, dass die beiden Ventile gleiche oder ähnliche Öffnungsdruckwerte und/oder Schließdruckwerte aufweisen.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass dem Einspritzventil ein die Kraftstoffzufuhr unterbindendes Sicherheitsventil vorgeschaltet ist. Dieses Sicherheitsventil befindet sich demgemäß stromaufwärts des Einspritzventils und hat die Aufgabe, in bestimmten Situationen, beispielsweise bei einem Unfall des Fahr- zeugs, die Kraftstoffzufuhr zu unterbinden, sodass es nicht zu einem unkontrollierten Austritt von Kraftstoff in das Abgassystem kommt.
Ferner ist es vorteilhaft, wenn dem Einspritzventil ein die Kraftstoff- menge bestimmendes Zumessventil vorgeschaltet ist. Das stromaufwärts des Einspritzventils angeordnete Zumessventil bestimmt Zeitabschnitte, während der das Regenerieren des Partikelfilters durchgeführt werden soll, indem es öffnet und die Kraftstoffeinspritzung in das Abgassystem ermöglicht. Überdies kann auch die jeweils vom Einspritzventil eingebrachte Kraftstoffmenge mittels des dosierend wirkenden Zumessventils festgelegt werden. Dies kann steuernd oder auch regelnd erfolgen und von dem jeweiligen Betriebszustand des Kraftfahrzeugs abhängig sein. Dabei ist es möglich, nicht nur für die Zwecke einer Regeneration des Partikelfilters mittels des Zumessventils Kraftstoff in das Abgassystem einzubringen, sondern um auch andere Aufgaben zu erfüllen, beispielsweise um nach einem Kaltstart schnell eine hohe Temperatur im Abgassystem zu erzeugen, um sehr schnell die Funktionsfähigkeit des Abgaskatalysators zu erzielen, der für seine Funktion eine bestimmte Betriebstem- peratur benötigt.
Das dem Abgassystem zugeordnete Bauteil kann ein Partikelfilter sein, um Abgaspartikel auszufiltern. Alternativ oder zusätzlich ist es auch möglich, dass es sich bei dem Bauteil um einen NOχ-Speicher handelt. Durch die Temperaturbeaufschlagung des NOχ-Speichers aufgrund des erfindungsgemäßen Vorgehens ist es möglich, eine Entschwefelung des NOχ-Speichers herbeizuführen. Zusätzlich oder alternativ zum Entschwefeln ist auch eine Regeneration des NOx- Speichers aufgrund des erfindungsgemäßen Vorgehens durchführ- bar. Zusätzlich oder alternativ ist es aufgrund des erfindungsgemäßen Vorgehens möglich, ein Temperieren, insbesondere ein Ther- momanagement zu bewirken, d.h., die Temperatursituation lässt sich im Abgassystem wunschgemäß beeinflussen. Wird als Brennkraftmaschine ein Dieselmotor verwendet, so bildet der Partikelfilter einen Dieselpartikelfilter. Dieser verhindert den Austritt von Dieselruß in die Umwelt, das heißt, die Feinstaubbelastung wird reduziert.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Einspritzventil und das Drucksteuerventil in einem Niederdruckbereich eines Kraftstoff-Einspritzsystems der Brennkraftmaschine angeordnet sind. Hierauf wurde vorstehend schon hingewiesen.
Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben der vorstehend erläuterten Vorrichtung.
Die Erfindung betrifft schließlich ein Verfahren zur Regeneration ei- nes einem Abgassystem zugeordneten Partikelfilters einer Brennkraftmaschine vorzugsweise eines Fahrzeugs, mit mindestens einem in Abhängigkeit des Drucks von zugeführtem Kraftstoff vorzugsweise im Schnarrbetrieb arbeitenden Einspritzventil zum Einspritzen von der Regeneration dienenden Kraftstoff in das Abgassystem der Brennkraftmaschine, wobei stromaufwärts des Einspritzventils Druckschwankungen im Kraftstoff abgesteuert werden.
Die Zeichnungen veranschaulichen die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels, und zwar zeigt:
Figur 1 ein hydraulisches Schaltbild der Vorrichtung zur Regeneration eines Partikelfilters eines Abgassystems einer Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs,
Figur 2 zwei Diagramme eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung und
Figur 3 zwei Diagramme eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung. Die Figur 1 zeigt einen Abschnitt eines Niederdruckkreises 1 einer Kraftstoffversorgung eines nicht näher dargestellten Kraftfahrzeuges. Der Niederdruckkreis 1 wird von einer nicht dargestellten mechani- sehen Kraftstoffförderpumpe gespeist. Die Pumpe fördert aus dem Tank des Kraftfahrzeugs Kraftstoff und führt ihn mit Niederdruck (zum Beispiel 4 bar) dem Kraftstoffeinspritzsystem des Kraftfahrzeugs zu, wobei das Kraftstoffeinspritzsystem einen Hochdruckkreis aufweist, um den Kraftstoff in die Zylinder einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine des Fahrzeugs einspritzen zu können. Bei dem Kraftstoff handelt es sich insbesondere um Dieselkraftstoff für einen Dieselmotor des Fahrzeugs.
Der Niederdruckkreis 1 ist an die stromaufwärtige Seite einer Zulauf- drossel 2 angeschlossen, deren stromabwärtige Seite zu einem Beruhigungsvolumen 3 führt. Es folgen zum einen ein Einspritzventil 6 und zum anderen ein Drucksteuerventil 8. Bei dem Beruhigungsvolumen 3 handelt es sich um einen mit Kraftstoff gefüllten Raum, dessen Abmessungen derart groß gewählt sind, dass dämpfend auf Druckwellen, Druckspitzen und Druckschwankungen des Kraftstoffs im Niederdruckkreis 1 gewirkt wird. Eine dementsprechende Wirkung übt auch die Zulaufdrossel 2 aus. Insgesamt führen Zulaufdrossel 2, Beruhigungsvolumen 3 und das nachstehend noch näher erläuterte Drucksteuerventil 8 dazu, dass sich ein beruhigter, hinreichend frei von Druckspitzen, Druckschwankungen und dergleichen vorzugsweise einstellbarer Betriebsdruck ergibt. Druckschwankungen sind sonst in erheblichem Umfange im Niederdruckkreislauf 1 , nicht jedoch stromaufwärts des Einspritzventils 6 vorhanden. Eine Zahnradpumpe kann beispielsweise Druckspitzen von 20 bar im Millisekundenbe- reich erzeugen. Hieraus wird deutlich, dass diese Druckspitzen weit über dem Durchschnitts-Druckwert des Niederdruckkreislaufes (wie vorstehend erwähnt zum Beispiel 4 bar) liegen. An das Beruhigungsvolumen 3 ist ein Sicherheitsventil 4 angeschlossen, das die Kraftstoffzufuhr zum Beispiel bei einem Notfall absperren kann, um unter anderem bei einem Unfall das Auslaufen/Ausspritzen von Kraftstoff zu verhindern. Die stromabwärtige Sei- te des Sicherheitsventils 4 ist an die stromaufwärtige Seite eines Zumessventils 5 angeschlossen. Das Zumessventil 5 kann derart geregelt oder gesteuert werden, dass eine gewünschte Kraftstoffmenge pro Zeiteinheit durchgeleitet und dem Einspritzventil 6 zugeführt wird. Das Einspritzventil 6 ist derart angeordnet, dass es Kraft- stoff in ein nicht dargestelltes Abgassystem der Brennkraftmaschine einspritzt. Stromabwärts des Einspritzventils 6 befindet sich im Abgassystem ein nicht dargestellter Oxidationskatalysator, der beim Einspritzen von Kraftstoff die Abgastemperatur im Abgassystem derart stark erhöht, dass ein stromabwärts vom Oxidationskatalysator im Abgassystem angeordneter Partikelfilter regeneriert wird, das heißt, durch die Temperaturerhöhung verbrennen ausgefilterte Partikel, beispielsweise Ruß und sonstiger Feinstaub, sodass nach der Regenerationsphase der Partikelfilter gereinigt zur Verfügung steht. Eine derartige Regeneration wird im Normalbetrieb des Kraftfahrzeugs etwa alle 500 bis 1000 Fahrkilometer durchgeführt. Die Temperatur erreicht im Partikelfilter während der Regeneration etwa 550 bis 6000C.
Der Figur 1 ist durch die Einzeichnung eines Rahmens zu entneh- men, dass die Zulaufdrossel 2, das Beruhigungsvolumen 3, das Sicherheitsventil 4 und das Zumessventil 5 zu einer Baueinheit 7 zu- sammengefasst sind.
Die stromaufwärtige Seite des Drucksteuerventils 8 ist an das Beru- higungsvolumen 3 angeschlossen. Die stromabwärtige Seite 9 des Drucksteuerventils 8 führt in den Tank des Kraftfahrzeugs.
Aus dem Vorstehenden ergibt sich, dass mittels Kraftstoffleitungen 10 und 11 die Zulaufdrossel 2 zwischen dem Niederdruckkreis 1 und dem Beruhigungsvolumen 3 angeordnet ist. Eine Kraftstoffleitung 12 führt vom Beruhigungsvolumen 3 zum stromaufwärtigen Ende des Sicherheitsventils 4. Das stromabseitige Ende des Sicherheitsventils 4 ist über eine Kraftstoffleitung 13 mit dem stromaufwärtigen Ende des Zumessventils 5 verbunden. Das stromabwärtige Ende des Zumessventils 5 steht über eine Kraftstoffleitung 14 mit dem stromaufwärtigen Ende des Einspritzventils 6 in Verbindung. Das stromabwärtige Ende 15 des Einspritzventils 6 dient dem Einspritzen von Kraftstoff in das nicht dargestellte Abgassystem. Das stromaufwärtige Ende des Drucksteuerventils 8 ist über eine Kraftstoffleitung 16 mit dem Beruhigungsvolumen 3 verbunden. Eine am stromabwärtigen Ende 9 des Drucksteuerventils 8 angeschlossene Kraftstoffleitung 17 dient der Kraftstoffrückführung und führt vorzugsweise in den Tank des Kraftfahrzeugs.
Das Sicherheitsventil 4 und das Zumessventil 5 sind vorzugsweise elektrisch steuerbar oder regelbar und können demgemäß der jeweiligen Fahrsituation und den vorliegenden Umständen hinsichtlich ihrer Funktion angepasst werden. Bei dem Einspritzventil 6 und bei dem Drucksteuerventil 8 handelt es sich um federbelastete Ventile, das heißt, aufgrund der entsprechenden Federvorspannkräfte öffnet das jeweilige Ventil erst, wenn ein einstellbarer Betriebsdruck (Öffnungsdruck) überschritten wird. Der zugeführte Kraftstoff muss demgemäß einen bestimmten Druckwert besitzen.
Es ergibt sich folgende Funktion: Im Niederdruckkreis 1 weist der Kraftstoff Druckspitzen, Druckwellen usw. auf, das heißt es liegt dort kein konstanter Druckwert vor. Der Druck und die Druckspitzen des Kraftstoffs im Beruhigungsvolumen 3 sind aufgrund der Zulaufdrossel 2 leicht reduziert. Ferner wird aufgrund der Zulaufdrossel 2 und des Volumens des Beruhigungsvolumens 3 eine zusätzliche Dämpfung auf die Druckschwankungsspitzen des Kraftstoffs bewirkt und über die Kraftstoffleitungen 12, 13 und 14 sowie das Sicherheitsventil 4 und das Zumessventil 5 dem Einspritzventil 6 zugeführt. Soll eine Regeneration des Partikelfilters im Abgassystem durchgeführt werden, so befindet sich das Zumessventil 5 in Offenstellung, wodurch das federbeaufschlagte Einspritzventil 6 öffnet und Kraftstoff in das Abgassystem eingespritzt wird. Durch das Einspritzen sinkt der Kraftstoffdruck in der Zuleitung, sodass das Einspritzventil 6 wieder schließt. Dies führt zum erneuten Druckaufbau in der Kraftstoffleitung 14, sodass wiederum ein Öffnen des Einspritzventils 6 erfolgt. Dieser Vorgang wiederholt sich laufend, man spricht von einem so genannten Schnarrbetrieb des Einspritzventils 6. Dieser Schnarrbetrieb ist jedoch nur dann möglich, wenn nicht allzu große Druckschwankungen in dem zugeführten Kraftstoff, also in der Kraftstoffleitung 14, vorliegen. Ferner ist der Schnarrbetrieb nur in einem relativ engen Druckbereich möglich. Um eine zumindest teilweise wirkende Kompensation der Druckschwankungen, Druckwellen, Druckspitzen usw. zu erzielen und damit den Schnarrbetrieb des Einspritzventils 6 zu ermöglichen, sorgt das Drucksteuerventil 8 durch das Absteuem von Druckspitzen zu einer Vergleichmäßigung. Immer dann, wenn eine Druckerhöhung vorliegt, öffnet das federbelastete Drucksteuerventil 8 und steuert eine entsprechende Kraftstoffmenge über die Kraft- stoffleitung 17 in den Tank des Kraftfahrzeugs zurück. Dies führt zu einem entsprechenden Druckabbau im Beruhigungsvolumen 3 mit der Folge, dass dem Einspritzventil 6 ein hinreichend konstanter Kraftstoffdruck angeboten werden kann, um den Schnarrbetrieb durchzuführen. Ist die entsprechende Druckspitze durch Öffnen des Drucksteuerventils 8 abgebaut, so schließt es wieder, bis durch eine erneute Kraftstoffdruckspitze ein wiederholtes Öffnen erfolgt.
Aus alledem wird deutlich, dass das Drucksteuerventil 8 eine Kompensationswirkung auf Druckspitzen, Druckwellen usw. des Kraft- Stoffs in dem das Einspritzventil 6 speisenden System hat und eine Einstellwirkung auf das Druckniveau ausübt. Letzteres bedeutet, dass durch entsprechende Auslegung der Komponenten das Druckniveau eingestellt werden kann. Der Gegenstand der Erfindung kann bei allen bekannten Einspritzsystemen, unabhängig von deren Bauart, eingesetzt werden, sodass ein entsprechend breiter Anwendungsbereich vorliegt. Es wird vorzugsweise an den jeweiligen Niederdruckkreislauf angeschlossen. Durch den Schnarrbetrieb des Einspritzventils 6 lässt sich eine sehr gute Zerstäubung des Kraftstoffs im Abgassystem erzeugen. Eine gute Sprayaufbereitung ist erforderlich, um den Kraftstoff, insbesondere den Dieselkraftstoff, komplett im Abgastrakt zu verdampfen. Aufgrund des erfindungsgemäßen Drucksteuerventils 8 lässt sich ein wesentlich weniger schwankender Niederdruck im Zuführbereich des Einspritzventils 6 herbeiführen, sodass der Schnarrbetrieb einwandfrei und sicher erzielt werden kann. Selbstverständlich ist es möglich, dass nicht nur ein Einspritzventil 6, sondern mehrere Einspritzventile 6 vorhanden sind, um Kraftstoff in das Abgassystem einzuspritzen. Es können auch mehr als ein Drucksteuerventil vorhanden sein. Ziel der Erfindung ist es, dass das Einspritzventil 6 den vorhandenen Druckschwankungen des Systems nicht folgen soll, sondern den Schnarrbetrieb aufnimmt, das heißt aufgrund der Kompensationswirkung des Drucksteuerventils 8 erfolgt eine Einflussnahme auf den Betrieb des Einspritzventils 6.
Selbstverständlich sind Variationen der Schaltung gemäß Figur 1 möglich, so kann das Drucksteuerventil 8 zum Beispiel auch zwischen dem Sicherheitsventil 4 und dem Zumessventil 5 oder auch stromabseitig des Zumessventils 5, also zwischen Zumessventil 5 und Einspritzventil 6, angeordnet sein.
Die Diagramme der Figuren 2 und 3 verdeutlichen die vorstehend bereits näher erläuterte Funktion des Gegenstandes der Erfindung. Im oberen Diagramm der Figur 2 und im oberen Diagramm der Figur 3 ist der Druck (Ordinate) über der Zeit (Abszisse) dargestellt. Die unteren Diagramme der Figuren 2 und 3 zeigen einen Ventilnadelweg (Ordinate) über der Zeit (Abszisse). In Figur 2 liegt ein System gemäß Figur 1 vor, das mit einem Niederdruck von 4 bar (Mittelwert) arbeitet. In der Figur 3 liegt dieser Mittelwert bei 3 bar. In dem jeweiligen oberen Diagramm der Figuren 2 und 3 ist mit der Bezugsziffer 18 der Druck des Kraftstoffs im Nieder- druckkreis 1 (p inlet System) gekennzeichnet. Mit dem Bezugszeichen 19 ist der Kraftstoffdruckverlauf versehen, wie er am stromauf- wärtigen Ende des Einspritzventils 6, also in der Kraftstoffleitung 14 vorliegt (p inlet HCIV). Mit dem Bezugszeichen 20 ist der Druck am Drucksteuerventil 8 gekennzeichnet (p at pressure control valve). In den jeweils unteren Diagrammen der Figuren 2 und 3 ist mit Bezugszeichen 21 der Ventilhub des Zumessventils 5 gekennzeichnet (lift EV14). Das Bezugszeichen 22 kennzeichnet den Ventilhub des Einspritzventils 6 (lift HCIV).
Von links nach rechts betrachtet (Zeitachse) ist den Figuren 2 und 3 entnehmbar, dass zunächst das Zumessventil 5 für eine bestimmte Zeitspanne geöffnet, dann geschlossen wird, dann wieder geöffnet und dann wieder geschlossen wird. Dies führt zu einer entsprechenden Kraftstoffzumessung. Gemäß Bezugszeichen 18 verläuft über die gesamte Abszisse der Systemdruck, also der Druck im Niederdruckkreis 1 , mit entsprechenden, stets gleichbleibenden Druckspitzen und Drucksenken. Dies gilt sowohl für die Figur 2 als auch für die Figur 3. Ebenfalls über die gesamte Länge der Abszisse verlaufen die Druckschwankungen an dem Drucksteuerventil 8 gleichmäßig (sowohl in Figur 2 als auch in der Figur 3). Betrachtet man den Druckverlauf am Einlass des Einspritzventils 6 (Bezugszeichen 19), so wird deutlich, dass in den Phasen, in denen das Zumessventil 5 geöffnet ist, ein gleichmäßiger Schnarrbetrieb vorliegt, das heißt der Druckverlauf am Einspritzventil 6 folgt nicht dem Druckverlauf im Niederdruckkreis 1. In den Phasen, in denen das Zumessventil 5 geschlossen ist, sinkt der Druck am Einspritzventil 6 auf Null. Der Schnarrbetrieb des Einspritzventils 6 ist auch in den jeweiligen unteren Diagrammen der Figuren 2 und 3 erkennbar und dort mit dem Bezugszeichen 22 gekennzeichnet, das den Ventilhub des Einspritzventils 6 kennzeichnet.

Claims

R. 312328Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Regeneration, zur Temperaturbeaufschlagung und/oder zum Thermomanagement eines einem Abgassystem zugeordneten Bauteils einer Brennkraftmaschine, vorzugsweise eines Fahrzeugs, mit mindestens einem in Abhängigkeit des Drucks von zugeführtem Kraftstoff vorzugsweise im Schnarrbetrieb arbeitenden Einspritzventil zum Einspritzen von der Regeneration, der Temperaturbeaufschlagung und/oder dem Thermomanagement dienendem Kraftstoff in das Abgassystem der Brennkraftmaschine, gekennzeichnet durch mindestens ein stromaufwärts des Einspritzventils (6) angeordnetes, Druckschwankungen dämpfendes oder eliminierendes Drucksteuerventil (8).
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Drucksteuerventil (8) ein in Abhängigkeit des anliegenden Drucks arbeitendes Ventil ist.
3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Drucksteuerventil (8) eine Zulaufdrossel (2) vorgeschaltet ist.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Drucksteuerventil (8) ein Beruhigungsvolumen (3) vorgeschaltet ist.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Drucksteuerventil (8) ausgangsseitig mit einem Kraftstoffrücklauf verbunden ist.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Einspritzventil (6) ein federbelastetes erstes Ventil ist.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Drucksteuerventil (8) ein federbelastetes zweites Ventil ist.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Einspritzventil (6) ein die Kraftstoffzufuhr unterbindendes Sicherheitsventil vorgeschaltet ist.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Einspritzventil (6) ein die Kraftstoffmen- ge bestimmendes Zumessventil (5) vorgeschaltet ist.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil ein Partikelfilter oder ein NOχ-Speicher ist.
11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Partikelfilter ein Dieselpartikelfilter ist.
12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Einspritzventil (6) und das Drucksteuerventil (8) in einem Niederdruckbereich eines Kraftstoff- Einspritzsystems der Brennkraftmaschine angeordnet sind.
13. Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche.
14. Verfahren zur Regeneration, zur Temperaturbeaufschlagung und/oder zum Thermomanagement eines einem Abgassystem zuge- ordneten Bauteils einer Brennkraftmaschine, vorzugsweise eines Fahrzeugs, mit mindestens einem in Abhängigkeit des Drucks von zugeführtem Kraftstoff vorzugsweise im Schnarrbetrieb arbeitenden Einspritzventil zum Einspritzen von der Regeneration, der Temperaturbeaufschlagung und/oder dem Thermomanagement dienendem Kraftstoff in das Abgassystem der Brennkraftmaschine, wobei stromaufwärts des Einspritzventils Druckschwankungen im Kraftstoff abgesteuert werden.
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