DE3904351A1 - Verfahren und vorrichtung zum betreiben eines dieselmotors mit einem russfilter zur reinigung des abgases - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines durch einen Kühlmittelstrom kühlbaren Dieselmotors nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Durch­ führung dieses Verfahrens.

Bei Dieselmotoren mit abbrennbaren Rußfiltern ist es bekannt, besondere Maßnahmen ergreifen zu müssen, um im Teillastbe­ reich ausreichend hohe Abgastemperaturen zum Abbrennen abge­ schiedenen Rußes zu erreichen. Eine bekannte Maßnahme besteht beispielsweise darin, die Ansaugluft im Teillastbereich zu drosseln, wodurch die Abgastemperatur wegen des damit verbun­ denen verringerten Luftüberschusses bei der Verbrennung erhöht wird. Ein Nachteil besteht allerdings darin, daß ins­ besondere bei übermäßiger Drosselung der Ansaugluftzufuhr der Restsauerstoffgehalt im Abgas heruntergesetzt wird, wodurch die Reaktivität des Rußfilters leiden kann. Eine zu starke Drosselung bedingt häufig eine unerwünschte Wirkungsgrad­ verschlechterung des Motors.

Ferner ist es auch bekannt, die Abgastemperatur durch Abgas­ rückführung zu erhöhen, was wiederum zu einer Verschlechter­ ung der Reaktivität des Rußfilters wegen verringerten Rest­ sauerstoffgehaltes im Abgas führen kann.

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, bei der Erhöhung der Abgastemperatur im Teillastbereich die oben beschriebenen bekannten Verfahren noch durch eine wei­ tere Maßnahme zu ergänzen. Bei einer Kombination mit einer Ansaugluftdrosselung soll insbesondere vermieden werden, daß durch übermäßiges Drosseln der Ansaugluftzufuhr der Restsau­ erstoffgehalt im Abgas zu weit heruntergesetzt wird. Auch soll eine nennenswerte Wirkungsgradverschlechterung vermieden werden.

Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Betreiben des Dieselmo­ tors nach dem Verfahren nach Anspruch 1.

Bei dieser Verfahrensführung erfolgt eine die Abgastemperatur erhöhende Drosselung der Ansaugluft des Kühlmittelstromes, ggf. zusammen mit einer entsprechenden Drosselung der Ansaug­ luft nur in einem Teillastbereich, in dem überhaupt noch für ein Rußabbrennen ausreichend hohe Temperaturen erwartbar sein können, während in dem darunter liegenden Teillastbereich eine darüber hinausgehende Drosselung ausgeschlossen bleibt. Dies ist ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Ver­ fahrens.

Eine Variation der Motorkühlung in Abhängigkeit der Motorlast ist an sich u.a. aus US 12 53 695 bekannt, jedoch zu einem vollständig anderen Zweck, nämlich der allgemeinen Anhebung der Motortemperatur bei Niedriglast. Gerade dies ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren, bei dem in diesem Betriebs­ zustand noch ein definierter Kühlmittelstrom fließen soll, nicht der Fall.

Um bei einem plötzlichen Übergang aus einem hohen Lastbereich mit hoher Drehzahl in einen niedrigeren Lastbereich mit etwa verbleibend hoher Drehzahl (z.B. Schiebebetrieb) zum einen keine Überhitzung des Motors zu riskieren und zum anderen keine zu starke Abmagerung des Luft-Brennstoff-Gemisches zu erhalten, wird für einen solchen Betriebszustand bei einer zweckmäßigen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens für die Dauer der hohen Drehzahl die Drosselung der Motor­ kühlung, ggf. zusammen mit derjenigen der Ansaugluft redu­ ziert.

Durch welche konkreten konstruktiven Maßnahmen dies recht vorteilhaft geschehen kann, wird bei der Beschreibung des Ausführungsbeispieles dargelegt werden.

Spezielle Vorrichtungen zur Durchführung des erfindungsge­ mäßen Verfahrens sind im übrigen Gegenstand der Unteransprü­ che 3 und folgende.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen

Fig. 1 die schematische Darstellung eines Diesel­ motors mit je einer Drosselklappe in der Luft­ ansaugleitung und der Kühlwasserleitung.

Fig. 2 eine Drosselklappe mit einem Bypass-Ventil.

Die Ansaugluft gelangt durch die Ansaugluftleitung 1 in den Dieselmotor. Das von der Wasserpumpe 2 durch den Motor geförderte Kühlwasser durchströmt die Külwasserleitung 3. Sowohl in der Ansaugluftleitung 1 wie in der Kühlwasser­ leitung 3 sind Drosselklappen 4 bzw. 5 vorgesehen. Beide Drosselklappen sind an ein gemeinsames Gestänge 6 angelenkt. An dem von den Drosselklappen 4, 5 abgewandten Ende ist dieses Gestänge (6) mit der die Kraftstoffzufuhr steuernden Regel­ stange (7) gelenkig verbunden. Die Drehachsen, um die die Drosselklappen 4, 5 schwenken, sind gleichzeitig ortsfeste Drehachsen für das Gestänge 6. Der an der Regelstange 7 ein­ getragene Pfeil deutet die Richtung an, in die die Regel­ stange bei Motorlasterhöhung zu bewegen ist, d.h. bei Vollast befindet sich die Regelstange entsprechend der Zeichnung weiter links, während sie bei Leerlauf eine Stellung weiter rechts einnimmt.

In der tatsächlich in der Zeichnung dargestellten Lage befindet sich der Motor in einem unteren jedoch noch oberhalb des Leerlaufs liegenden Lastbereich, in dem die Drosselklap­ pen 4, 5 sich noch in ihrer maximalen Öffnungslage befinden. Daß ein solcher Betriebszustand erzielbar ist, ermöglicht die Ausgleichseinrichtung 8 innerhalb des Gestänges 6. Diese Ausgleichseinrichtung besteht aus einem Hohlzylinder 9, der fest mit dem an der Regelstange 7 angelenkten Ende des Ge­ stänges 6 verbunden ist. Durch das offene Ende dieses Hohl­ zylinders 9 greift ein an seinem Ende tellerförmig verdickter Stab 10 ein, der fest mit den an die Drosselklappen 4, 5 an­ gelenkten Gestänge 6 -Teilen verbunden ist. An das offene Ende des Hohlzylinders 9 ist ein Anschlag 11 angeformt. Zwi­ schen diesem Anschlag 11 und dem tellerförmigen Ende des Stabes 10 wirkt eine Druckfeder 12. Wird die Regelstange 7 bei Unterschreiten eines vorbestimmten unteren Motorlastbe­ triebszustandes (LU) weiter in Richtung Leerlauf (in der Zeichnung nach rechts) verschoben, so wird die Druckfeder 12 zusammengedrückt, weil die Drosselklappen 4, 5 sich dann bereits in einer Endlage mit minimaler Durchtrittsöffnung befinden, die nicht überschritten werden kann. Ein solcher Betriebszustand ist in der Zeichnung dargestellt.

Wird die Regelstange in Richtung Vollast verschoben, wird derjenige Teillastbereich, in dem eine Betätigung der Dros­ selklappen 4, 5 erfolgt dann erreicht, wenn das tellerförmig verdickte Ende des Stabes 10 den geschlossenen Boden des Hohlzylinders 9 erreicht. Bei weiterer Verschiebung der Regel­ stange 7 in Richtung Vollast werden die Drosselklappen 4, 5 in Richtung auf abnehmende Drosselwirkung verschoben. Bei Vol­ last liegen die Drosselklappen 4, 5 in derjenigen Endlage, in der von ihnen keine Drosselwirkung mehr ausgeht.

Um durch das erfindungsgemäße Drosseln der Motorkühlung und/oder der Ansaugluft bei plötzlichem Übergang aus einem hohen Lastbereich in einen niedrigeren Lastbereich mit verbleibend hoher Drehzahl einerseits die Gefahr einer möglichen Motorüberhitzung zu vermeiden und andererseits keine zu hohe Luftabmagerung in den Verbrennungsgasen zu erhalten, sind die Drosselklappen 4, 5 mit einem Bypassventil 13 ausrüstbar, das bei hoher Drehzahl wegen des damit verbundenen großen Luftansaugstromes bzw. der hohen Fördermenge des Kühlwassers selbsttätig öffnet. Ein solches Bypassventil 13 kann nach Fig. 2 beispielsweise wie ein federbelastetes Rückschlagventil ausgebildet sein.

Bei entsprechender Auslegung des Gestänges 6 sowie der Federkraft der Druckfeder 12 kann die Funktion des Bypass­ ventiles 13 auch von den Drosselklappen 4, 5 selbst ausgeübt werden. In diesem Fall bewirkt der beschriebene hohe Unterduck bei hohen Drehzahlen an den Drosselklappen 4, 5 ein Verschwen­ ken in Richtung geringerer Drosselung durch Zusammendrücken der Druckfeder 12.

Insbesondere die beschriebenen Vorrichtungen ermöglichen auf konstruktiv einfache und damit kostengünstige Weise eine zusätzliche Erhöhung der Abgastemperatur. Dieses erfindungs­ gemäße Verfahren ist mit den verschiedensten anderen bekann­ ten Methoden zur Abgastemperaturerhöhung kombinierbar. Ins­ besondere können die aus dem Stand der Technik bekannten Ver­ fahren durch eine solche Kombination erheblich bezüglich der ihnen jeweils anhaftenden Nachteile verbessert werden.

Claims (6)

1. Verfahren zum Betreiben eines durch einen Kühlmittelstrom kühlbaren Dieselmotors mit einem Rußfilter zur Reinigung des Abgases, bei dem auf dem Filter die aus dem Abgasstrom abge­ trennten Rußpartikel abgebrannt werden und bei dem im Teil­ last-Motorbetrieb die Abgastemperatur u.a. durch Drosseln der Ansaugluft und/oder durch eine Abgasrückführung erhöht werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlmittelstrom in einem Teillastbereich zwischen unterhalb Vollast und einem vorgebbaren unteren Teillastwert (LU) mit abnehmender Last bis auf einen vorbestimmbaren Maxi­ malwert lastabhängig gedrosselt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß bei plötzlichem Übergang aus einem oberen Lastbereich mit hoher Drehzahl in einen niedrigeren Lastbereich mit verblei­ bend hoher Drehzahl die Drosselung des Kühlmittel- und ggf. des Ansaugluftstromes für die Dauer der hohen Drehzahl unter­ bunden wird.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2 bei einem Dieselmotor mit Wasserkühlung, dadurch gekennzeichnet, daß in der durch den Motor führenden Kühlwasserleitung (3) eine Drosselklappe (5) eingebaut ist, die über ein Gestänge (6) verdrehbar ist, das mechanisch mit der die Kraftstoff­ zufuhr steuernden Regelstange (7) verbunden ist, wobei inner­ halb dieses Gestänges (6) eine Ausgleichseinrichtung (8) vor­ gesehen ist, die bei Last unterhalb des unteren Teillast­ wertes (LU) die Bewegung der Regelstange (7) ohne Weitergabe an die Drosselklappe (5) kompensiert.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Ausgleichseinrichtung (8) bei hoher Drehzahl mit niedriger Last gleichzeitig ein von der Lage der Regelstange (7) unabhängiges öffnen der Drosselklappe (5) durch den an dieser anliegenden Unterdruck zuläßt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4 mit einer Drosselklappe (4) zur Drosselung der Ansaugluft, da­ durch gekennzeichnet, daß diese Drosselklappe (4) ebenfalls an das zwischen der Drosselklappe (5) in der Kühlwasserleitung (3) und der Regelstange (7) eingespannte Gestänge (6) angeschlossen ist.

6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgleichseinrichtung (8) besteht aus einem einseitig geschlossenen Hohlzylinder (9), der mit einem ersten Teil des Gestänges (6) fest verbunden ist, und einem an seinem Ende verdickten Stab (10), der in dem offenen Ende des Hohlzy­ linders (9) gleitbar gelagert ist und fest mit einem zweiten Teil des Gestänges (6) verbunden ist, wobei zwischen dem verdickten Ende des Stabes (10) und einem Anschlag (11) an dem offenen Ende des Hohlzylinders (9) eine Druckfeder (12) wirkt und daß der Verschiebeweg des Stabes (10) in dem Hohl­ zylinder (9) demjenigen Weg der Regelstange (7) entspricht, innerhalb dessen die Drosselklappen (4, 5) noch nicht aus ihrer jeweiligen Endstellung heraus bewegt werden sollen.