DE4329407C1

DE4329407C1 - Verfahren zur Reinigung eines Rußfilters in Abgassystemen einer mit Dieselkraftstoff betriebenen Verbrennungskraftmaschine und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE4329407C1
Application number: DE4329407A
Authority: DE
Inventors: Thomas Dipl Phys Dr Ing Heinze
Original assignee: HJS FAHRZEUGTEILE GmbH
Current assignee: HJS Fahrzeugtechnik GmbH and Co KG
Priority date: 1993-09-01
Filing date: 1993-09-01
Publication date: 1995-03-09
Anticipated expiration: 2013-09-02
Also published as: AU7530194A; WO1995006815A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reinigung eines Ruß filters in Abgassystemen einer mit über Einspritzpumpen und zugehörigen druckbeaufschlagten Einspritzleitungen gefördertem Dieselkraftstoff betriebenen Verbrennungskraftmaschine, bei dem drehzahl- bzw. lastabhängig gesteuert eine Zumischung eines durch katalytische Wirkung im Hinblick auf den Rußab brand verbrennungsfördernden, flüssigen Additiv aus einem Vorratsbehälter zum Kraftstoff, zur Verbrennungsluft oder zum Abgas erfolgt, sowie Vorrichtungen zur Durchführung eines solchen Verfahrens.

Ein solches Verfahren ist beispielsweise aus der DE-OS 41 00 780 bekannt, bei dem zum Reinigen des Rußfilters im Abgassystem eines Dieselmotors diskontinuierlich den Verbrennungsabgasen bestimmte Additive zugegeben werden im Verhältnis zur vorbe stimmten Kraftstoffmengeneinheit und dem jeweiligen Motorbe triebszustand. Diese Additive mit katalytischer Wirkung be günstigen das Abbrennen des im Rußfilter angesammelten Rußes. Aufwendig sind bei einem solchen Verfahren die notwendigen Steuerungs- und Überwachungsvorrichtungen für die Zuführung des Additivs.

Aus der DE-OS 34 20 199 ist es bekannt, die Zugabe der Additi ve in Abhängigkeit von von der Motordrehzahl abhängigen Druck verlustwerten im Abgasfilter zu regeln. Auch diese Regelungen sind aufwendig.

Mit der DE-OS 32 30 608 wird ebenfalls die Zugabe von Additi ven zum Kraftstoff oder der Verbrennungsluft eines Dieselmo tors in vorherbestimmten Zeitintervallen vorgeschlagen. Unter anderem wird auch vorgeschlagen, das Additiv aus einem ent sprechenden Vorratsbehälter in das Kraftstoffeinspritzsystem einzuführen über eine Druckpumpe. Ein solcher Vorschlag läßt sich nur mit zusätzlicher fördernder Druckpumpe verwirklichen und erscheint für den nachträglichen Einbau bzw. die Nachrüs tung von Dieselmotoren aufwendig.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren der eingangs genannten Art bezüglich der Dosierung des Additivs mit geringerem konstruktiven Aufwand zu verbessern und dabei auch die Nachrüstbarkeit mit wirtschaftlich vertretbarem Aufwand zu ermöglichen.

Gelöst wird die Erfindungsaufgabe mit einem Verfahren nach An spruch 1. Danach erfolgt die Steuerung und die Förderung des Additivs durch die Drehzahl abhängige bzw. lastabhängige Druck beaufschlagung der Einspritzleitungen, die zwischen Einspritz pumpe und Motorzylinder angeordnet sind. Der Einspritzdruck in einer Einspritzleitung schwingt bei Druckbeaufschlagung während der Einspritzphase wellenförmig gedämpft in Abstimmung zum Kurbelwinkel um den Ruhedruck zwischen dem gegenüber höheren maximalen Einspritzdruck und dem gegenüber dem Ruhe druck geringeren minimalen Einspritzdruck. Dieser drehzahl- und gegebenenfalls auch lastabhängige Druckverlauf wird erfin dungsgemäß zur Förderung des Additives und der Steuerung der Additivmenge erfindungsgemäß genutzt.

Mit diesem wechselnden Druckverlauf kann insbesondere über eine entsprechend druckbetriebene Vorrichtung in der Förder leitung Additiv gefördert werden entweder in die Kraftstoff zufuhr, in die Verbrennungsluftzufuhr oder direkt in das Abgas vor dem Rußfilter.

Nach einer bevorzugten Verfahrensart gemäß Anspruch 3 erfolgt die Steuerung und die Förderung des Additivs durch die dreh zahlabhängig bzw. lastabhängig gesteuerte Druckbeaufschlagung einer von mehreren Einspritzleitungen der Einspritzpumpe in jeweils eine oder mehrere dieser benachbarten nicht druckbe schlagten Einspritzleitungen. Dadurch werden Fördervorrich tungen, die gegen einen Hochdruck arbeiten müssen, vermieden. Genutzt wird die Tatsache, daß die Einspritzleitungen einer Einspritzpumpe mit mehreren Einspritzleitungen für entspre chende Zylinder eines Dieselmotors abwechselnd druckbeauf schlagt werden und diese Druckbeaufschlagung in Abhängigkeit von Drehzahl und/oder Last des Dieselmotors erfolgt.

Zur Erfindung gehört auch der Vorschlag einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß Anspruch 4. Die rückflußhemmende Vorrichtung ist danach vorzugsweise ein Rückschlagventil, welches verhindert, daß nach der Druck phase über dem Ruhedruck gefördertes Additiv zurückströmt.

Eine bevorzugte erfindungsgemäße Vorrichtung wird mit Anspruch 5 für einen Dieselmotor mit mehreren Einspritzleitungen vor geschlagen. Dabei wird jeweils eine Membranpumpe von der druckbeaufschlagten Einspritzleitung betrieben, die über das zwischengeschaltete Rückschlagventil jeweils eine vorherbe stimmte Additivmenge zu einer oder mehreren nicht druckbeauf schlagten Einspritzleitungen fördert. Entsprechend taktweise können dabei die anderen konstruktiv entsprechend ausgebilde ten und beaufschlagten Fördervorrichtungen der benachbarten Einspritzleitungen gegenphasig die gleiche Aufgabe erfüllen. Das Additiv wird daher bei Druckbeaufschlagung der jeweiligen Einspritzleitung zusammen mit dem Kraftstoff über das Ein spritzventil in den jeweiligen Zylinder des Dieselmotors ge fördert und ist damit dem Kraftstoff in vorherbestimmter Weise zugemischt. Die Zufuhr des Additivs erfolgt vorzugs weise gemäß Anspruch 6 über jeweils eine rückflußgehemmte Zulaufleitung vom Vorratsbehälter. Als Rückflußhemmung kann dabei ein Drosselventil oder ein Rückschlagventil vorgesehen werden. Ein gemeinsames Rückschlagventil für sämtliche Zulauf leitungen kann direkt hinter dem Vorratsbehälter angeordnet sein.

Nach Beendigung des Fördervorganges einer Membranpumpe saugt diese aus der Zulaufleitung vom Vorratsbehälter durch die sich rückstellende Membran die abgegebene Menge des Additives auf der Förderseite an, die damit dem nächsten taktweisen För dervorgang zur benachbarten Einspritzleitung zur Verfügung steht.

Zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens bedarf es der Zuordnung von druckbetriebenen Vorrichtungen, beispiels weise von Membranpumpen, zu den einzelnen Einspritzleitungen und deren Verbindung untereinander, sowie der Ausrüstung der Anlage mit einer Additivzufuhr. Es ist konstruktiv relativ einfach, vorhandene Dieselmotoren mit diesen notwendigen Vor richtungen nachzurüsten und nach dem erfindungsgemäßen Ver fahren zu betreiben.

Bei einzylindrigen Dieselmotoren kann eine Vorrichtung gemäß Anspruch 9 vorgesehen werden. Bei dieser Vorrichtung wird der Einspritzdruckverlauf genutzt während der Druckphase unter halb des Ruhedrucks.

Anhand von zwei Ausführungsbeispielen wird die Erfindung im folgenden näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 das Blockschaltbild eines Dieselmotors mit 4 Zylindern und zugehöriger Einspritzeinrich tung und Additivzufuhr und

Fig. 2 das Blockschaltbild eines Dieselmotors mit einem Zylinder, die entsprechende Einspritz richtung und die zugehörige Additivzufuhr.

Zunächst wird auf Fig. 1 Bezug genommen. Über die mit der Ziffer 1 bezeichnete Einspritzpumpe wird last- bzw. drehzahl abhängig taktweise Dieselkraftstoff unter hohem Druck in die Einspritzleitungen 11, 12, 13, 14 gefördert und durch die jeweils zugehörigen Einspritzventile 16, 17, 18, 19 in die vier Zylinder 21, 22, 23, 24 des insgesamt mit der Ziffer 2 bezeichneten Motors eingespritzt. Den Einspritzleitungen 11, 12, 13, 14 wird entsprechend taktweise ein flüssiges Additiv aus einem Vorratsbehälter 3 zugeführt zur Verbrennungsför derung des sich in den Verbrennungsabgasen befindlichen Rußes, der sich im nachgeschalteten, nicht dargestellten Abgasfilter niederschlägt. Diese Additivzugabe wird hierbei wie folgt geregelt.

Wird beispielsweise die Einspritzleitung 11 von der Pumpe 1 mit dem Dieselkraftstoff druckbeaufschlagt, so steht dieser Druck über die Druckleitung 41 auf der Membran der angeschlos senen Membranpumpe 4 und fördert das auf der anderen Membran seite stehende Additiv über die Förderleitung 42 und ein zwischengeschaltetes Rückschlagventil 5 über die Förderlei tung 51 in die benachbarte Einspritzleitung 12, die nicht druckbeaufschlagt ist. Wird nun die Einspritzleitung 12 in der entsprechenden Steuerphase mit Kraftstoff druckbeauf schlagt, so wird dieser Kraftstoff zusammen mit dem einge brachten Additiv durch das Einspritzventil 17 in den Zylinder 22 eingespritzt. Gleichzeitig wird über die zugehörige Mem branpumpe 4 wieder über die zugehörigen entsprechenden Lei tungen 41, 42 und 51 Additiv in die nunmehr nicht druckbeauf schlagte Einspritzleitung 11 gefördert.

In der gleichen Weise erfolgt die gegenphasige Förderung des Additivs zwischen den beiden Einspritzleitungen 13 und 14 und deren zugehörigen Membranpumpen 4 und den entsprechenden För derleitungen.

Um zu verhindern, daß kein Additiv zur Membranpumpe der be nachbarten Einspritzleitung oder in die Zulaufleitung 31 ge fördert wird, sind jeweils die Rückschlagventile 5 vorgesehen.

Bei der Entspannung der jeweiligen Membran einer Membranpumpe wird über die sich selbsttätig zurückstellende Membran Additiv aus der angeschlossenen Zulaufleitung 31 angesaugt, so daß sich der Förderraum wiederum für den nächsten Förder vorgang füllt. Diese Zulaufleitungen 31 sind jeweils rückfluß gehemmt, entweder durch einzelne Drosselventile oder ein Rück schlagventil 6 direkt hinter dem Vorratsbehälter 3.

Es besteht auch die Möglichkeit, mit entsprechenden Teilmengen über eine druckbeaufschlagte Einspritzleitung mehrere nicht druckbeaufschlagte Einspritzleitungen mit Additiven zu beauf schlagen. Möglich ist eine Förderung von Additiven über die Membranpumpe 4 direkt zum zugehörigen Zylinder, in die Ver brennungsluftzufuhr oder in die nachgeschaltete Abgasleitung vor dem Rußfilter.

Bei einem Dieselmotor mit einem Zylinder kann gemäß Fig. 2 die Additivzufuhr wie folgt gesteuert werden:

An die Einspritzleitung 102 von der Einspritzpumpe 101 zum Einspritzventil 103 ist eine Förder- bzw. Zufuhrleitung mit den Abschnitten 104, 106 und 108 angeschlossen. Vom Vorrats behälter 109 gelangt das Additiv über den Leitungsabschnitt 108 zu einer extern betriebenen Förderpumpe 107 über die Förderleitung 106, das sich öffnende Rückschlagventil 105 und den Leitungsabschnitt 104 in die Einspritzleitung 102, solange diese nicht mit einem Druck beaufschlagt ist, der höher als der Ruhedruck ist. Bei Überschreitung des Ruhedrucks wird die zugeströmte oder angesaugte Additivmenge zum Einspritzventil 103 gedrückt. Das Rückschlagventil 105 ist dabei geschlossen.

Bezugszeichenliste

1 Einspritzpumpe
11 Einspritzleitung
12 Einspritzleitung
13 Einspritzleitung
14 Einspritzleitung
16 Einspritzventil
17 Einspritzventil
18 Einspritzventil
19 Einspritzventil
2 Motor
21 Zylinder
22 Zylinder
23 Zylinder
24 Zylinder
3 Additivvorratsbehälter
31 Zulaufleitung
4 Membranpumpe
41 Förderleitung
42 Förderleitung
5 Rückschlagventil
51 Förderleitung
6 Rückschlagventil
101 Einspritzpumpe
102 Einspritzleitung
103 Einspritzventil
104 Förderleitung
105 Rückschlagventil
106 Förderleitung
107 Pumpe
108 Förderleitung
109 Additivvorratsbehälter

Claims

1. Verfahren zur Reinigung eines Rußfilters im Abgassystem einer mit über Einspritzpumpen und zugehörigen druck beaufschlagten Einspritzleitungen geförderten Diesel kraftstoff betriebenen Verbrennungskraftmaschine, bei dem drehzahl- bzw. lastabhängig gesteuert eine Zu mischung eines durch katalytische Wirkung im Hinblick auf den Rußabbrand verbrennungsfördernden, flüssigen Additiv aus einem Vorratsbehälter zum Kraftstoff, zur Verbrennungsluft oder zum Abgas erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß das Additiv über den wechselnden Druck in einer oder mehreren Ein spritzleitungen (11, 12, 13, 14 bzw. 102) über eine Förderleitung (41, 42, 51 bzw. 104) mit rückfluß hemmender Vorrichtung (5, 105) gefördert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß das Additiv über eine von der druckbeauf schlagten Einspritzleitung (11, 12, 13, 14) druckbe triebene Vorrichtung (4) gesteuert gefördert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich net, daß das Additiv abwechselnd über die jeweils durch die entsprechende druckbeaufschlagte Einspritz leitung (11, 12, 13, 14) druckbetriebene Vorrichtung (4) in eine oder mehrere der nicht druckbeaufschlagten anderen Einspritzleitungen (11, 12, 13, 14) gesteuert wird.

4. Vorrichtung zur Reinigung eines Rußfilters im Abgas system einer mit über eine oder mehrere Einspritz pumpen und zugehörige druckbeaufschlagte Einspritz leitungen geförderten Dieselkraftstoff betriebenen Verbrennungskraftmaschine, bei dem drehzahl- bzw. lastabhängig gesteuert eine Zumischung eines durch katalytische Wirkung im Hinblick auf den Rußabbrand verbrennungsfördernden, flüssigen Additiv aus einem Vorratsbehälter zum Kraftstoff, zur Verbrennungsluft oder zum Abgas erfolgt, dadurch gekennzeich net, daß in einer Förderleitung (41, 42, 51. bzw. 104) eine rückflußhemmende Vorrichtung (5, 105) vor gesehen ist, über die das Additiv über den wech selnden Druck in einer oder mehreren der Einspritz leitungen (11, 12, 13, 14 bzw. 102) gefördert wird.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn zeichnet, daß die rückflußhemmende Vorrichtung ein Rückschlagventil (5, 105) ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn zeichnet, daß die über den wechselnden Druck in der Einspritzleitung betriebenen Fördervorrichtung eine Membranpumpe (4) ist, über die bei Druckbeauf schlagung Additiv zu einer benachbarten Einspritzlei tung (11, 12, 13, 14) oder in eine andere Kraftstoff zuführung, eine Verbrennungsluftzuführung oder in eine Abgasleitung über die rückflußgehemmte Förderleitung (41, 42, 51) gefördert wird und über die bei Druck entlastung Additiv aus dem Vorratsbehälter (3) nach gesaugt wird.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn zeichnet, daß in der Förderleitung (41, 42, 51) von der Membranpumpe (4) zur benachbarten Einspritz leitung das Rückschlagventil (5) angeordnet ist.

8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangegan genen Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeich net, daß in der der Zulaufleitung (31) für das Additiv ein Rückschlagventil (6) angeordnet ist, vor zugsweise direkt hinter dem Vorratsbehälter (3).

9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in der Zulaufleitung (31) für das Additiv als rückflußhemmen de Vorrichtung ein Drosselventil angeordnet ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn zeichnet, daß in einer Förderleitung (104, 106, 108) vom Vorratsbehälter (9) für das Additiv zu einer Einspritzleitung (102) eine Förderpumpe (107) und ein dazu nachgeschaltetes Rückschlagventil (105) angeord net sind, wobei über die Förderpumpe (107) und das Rückschlagventil (105) Additiv jeweils in einer Unter druck- oder Ruhephase in die Einspritzleitung (102) strömt bzw. angesaugt wird.