Absteuervorrichtung

Abstract

 Beschrieben wird eine Verbrennungskraftmaschine (1), umfassend wenigstens einen Ansaugtrakt (2), wenigstens einen Abgastrakt (3), wenigstens eine Regel- bzw. Steuerungseinheit (31) sowie wenigstens einen Brenner (6) und eine mit dem Brenner (6) kommunizierende Kraftstoffversorgungseinheit (26) und wenigstens eine Absteuervorrichtung (24).

Beschreibung

[0001] Verbrennungskraftmaschine, insbesondere mit einer Kraftstoff-Absteuermöglichkeit und einer Rücklaufleitung, vorzugsweise im Kraftstoffversorgungssystem für Abgasnachbehandlungssysteme.

[0002] Derartige Systeme sind z. B. bekannt aus der DE 10 2008 002 003. Dort wird ein Kraftstoffinjektor zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine beschrieben, wobei der Kraftstoffinjektor über eine Rücklaufleitung an einen Vorratsbehälter angeschlossen ist.

[0003] Weiter sind im Bereich der Abgasnachbehandlung Systeme bekannt, die keine Möglichkeit der Entlüftung im Stillstand vorsehen.

[0004] Für die Kraftstoffversorgung des Abgasnachbehandlungssystems - dem Brenner - wird der Kraftstoff vor der Kraftstoffzumesseinheit (ZME / eng.: FCU) abgezweigt und über eine Kraftstoffleitung zur Dosiereinrichtung des Brennersystems geführt. Durch Aktivierung des sogenannten Shutoff-Ventils wird der Eintritt für den Kraftstoff in die Dosiereinrichtung freigegeben und steht mit dem Druck des Niederdruckkreislaufs - erzeugt durch die Kraftstoffförderpumpe - vor den Dosierventilen an. Solange die Dosierventile nicht aktiv angesteuert werden, wird der Kraftstoff im Versorgungssystem gehalten. Über einen softwaregestützten Zuschaltalgorithmus wird, wenn angefordert, anschließend das DV2 mit geringer Frequenz angesteuert und misst somit die für den Brennerstart benötigte Menge bei. Nachdem das Dosierventil die für die Verbrennung maximale Menge dosiert und der Brenner stabil betrieben wird, schaltet automatisch das DV1 zu. Dieses sorgt durch seine in den Abgastrakt eindosierte und die auf dem Diesel-Oxidationskatalysator (DOC) reagierende Menge für die notwendige Temperaturanhebung zur Regeneration des Diesel-Partikelfilters (DPF).

[0005] Derartige Systeme ermöglichen keine ausreichenden Entlüftungsmöglichkeiten ohne eine aktive Brenner-Inbetriebnahme. Wenn eine Aktivierung des Brenners trotz notwendiger Systementlüftung nicht möglich ist, kann die Zuschaltung der Dosierventile nur erfolgen, wenn bestimmte motorische Bedingungen herrschen, z. B. hohe Temperatur vor dem DOC (> 300°C).

[0006] Des Weiteren kommt es bei Deaktivierung aller in der Dosiereinheit befindlichen Aktuatoren (SV, DV1 und DV2) zu einem Einschluss des Kraftstoffvolumens, welches bei Erwärmung - bedingt durch z. B. Nachheizeffekte - zu starkem Druckanstieg führt.

[0007] In der Zeit, in der keine planmäßige Regeneration oder Spülvorgänge stattfinden, kommt es bei dem eingeschlossenen Kraftstoffvolumen zu Alterungseffekten, welche sich durch die Temperaturerhöhung signifikant verstärken und somit kritisch für den Systembetrieb werden können.

[0008] Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die oben genannten Nachteile zu vermeiden und eine Vorrichtung zu schaffen, die einen sicheren und wirtschaftlichen Betrieb unter unterschiedlichsten Betriebsbedingungen gewährleistet.

[0009] Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1 gelöst.

[0010] Die Einbringung einer Absteuervorrichtung schafft einen Kreislauf, welcher bei Öffnung des Shutoff-Ventils für einen permanenten Kraftstofffluss in der ersten Stufe des Systems sorgt.

[0011] Somit kann die erste Stufe des Kraftstoffsystems entkoppelt von motorischen Randbedingungen oder aktivem Brennerbetrieb entlüftet werden. Unabhängig von Entlüftungsvorgängen vermeidet eine Absteuervorrichtung einen Druckanstieg durch Nachheizeffekte, da der Kraftstoffdruck sich selbst nach Deaktivierung von SV, DV1 und DV2 über den zusätzlichen Pfad entspannen kann.

[0012] Des Weiteren bietet eine Absteuervorrichtung Vorteile hinsichtlich der Druckstabilität im Kraftstoffsystem. Durch den permanenten Fluss kommt es zu geringerer positiver und negativer Beschleunigung der Kraftstoffsäule, welches insbesondere bei frequenzgesteuerten Dosierventilen für Druckwellen mit geringerer Amplitudenhöhe sorgt. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass durch die stetige Spülung in Verbindung mit dem Entfernen des Kraftstoffs im Kraftstoffsystem keine Ablagerungen insbesondere durch vorzeitige Alterung des thermischen Stress ausgesetzten Kraftstoffs entstehen können. Von besonderem Vorteil ist eine derartige Lösung im Hinblick auf den Einsatz von Pflanzenölen, da beispielsweise keine Rapsölablagerungen entstehen können, wenn die Verbrennungskraftmaschine mit Rapsöl betrieben wird.

[0013] Die Schaffung einer Einheit, welche neben der normalen Flussrichtung einen zusätzlichen Querschnitt als Abzweigung bereitstellt, ist von Vorteil. Diese Abzweigung kann sowohl als freier Querschnitt ausgeführt sein, als auch die hydraulischen Elemente, wie z. B. eine Drossel oder Blende, beinhalten, es ist eine Maßnahme, um starke Druckschwingungen in dem Kraftstoffsystem zu verhindern. Weiter werden starke Druckanstiege durch Temperatureintrag auf das Fluid verhindert. Des Weiteren wird die Kraftstoffalterung durch unnötige Temperaturanstiege verhindert.

[0014] Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnungen. Diese zeigen in:

Figur 1:

eine schematische Darstellung einer Verbrennungskraftmaschine mit Abgasnachbehandlung,

Figur 2:

eine schematische Darstellung der Kraftstoffversorgungseinheit,

Figur 3:

ein Vergleich des Druckverlaufs im Kraftstoffsystem mit und ohne Absteuervorrichtung,

Figur 4a:

eine Absteuervorrichtung,

Figur 4b:

drei Querschnittsvarianten in der Absteuervorrichtung gemäß Fig. 4a.

[0015] Eine Verbrennkraftmaschine 1 ist in dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel eine 4-zylindrige selbstzündende Brennkraftmaschine 1, die mit einem Common-Rail-Einspritzsystem, Abgasturboaufladung und Abgasrückführung ausgestattet sein kann und selbstverständlich auch beliebige andere Zylinderzahlen, insbesondere 1, 2, 3, 5, 6, 8, 10, 12, 16, etc. aufweisen kann. In dem Ausführungsbeispiel wird der Brennkraftmaschine 1 über ein Frischgasleitungssystem 2 Verbrennungsluft zugeführt, während der Kraftstoff über das Einspritzsystem direkt in die einzelnen Zylinderbrennräume eingespritzt wird. Das Abgas wird in einen Abgassammler 3 abgeführt und dort über eine Abgasleitung 4 einem Abgasnachbehandlungssystem 5 zugeführt.

[0016] Das Abgasnachbehandlungssystem 5 weist einen Brenner 6 und einen Katalysator und/oder Partikelfilter 7 auf. In dem Ausführungsbeispiel sind ein Katalysator 7a und ein Partikelfilter 7b vorhanden. Grundsätzlich können hier alle bekannten für eine Abgasnachbehandlung geeigneten Vorrichtungen und Vorrichtungskombinationen vorhanden sein. So kann ein Partikelfilter 7b alleine vorhanden sein, wobei dann von dem Brenner 6 die in dem Partikelfilter 7b aus dem Abgas ausgefilterten und eingelagerten Partikel verbrannt werden. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass eine Kombination aus Katalysator 7a und Partikelfilter 7b vorhanden sind, wobei dann die möglichen Ausbildungen als SCR-Katalysator (selektive katalytische Reduktion), Oxydationskatalysator und NOx-Speicherkatalysator, jeweils in Kombination mit dem Partikelfilter 7b, vorhanden sind. In diesem Falle wird der Brenner 6 zur Erhöhung der Abgastemperatur und zur Einleitung der jeweiligen Reaktion in dem entsprechenden Katalysator 7a eingesetzt. Schließlich ist es auch möglich, nur einen Katalysator 7a entsprechend den vorherigen Möglichkeiten einzusetzen, wobei auch in diesem Falle der Brenner 6 zur Erhöhung der Abgastemperatur und zur Einleitung der entsprechenden Reaktion in dem Katalysator 7a verwendet wird.

[0017] In dem Ausführungsbeispiel wird das Abgas über die Abgasleitung 4 und den eingeschalteten Brenner in Vollstrom durch den Katalysator 7a und Partikelfilter 7b geleitet und verlässt das System über eine Auspuffleitung 8. Im Rahmen der Erfindung ist es selbstverständlich auch möglich, das Abgasnachbehandlungssystem 5 in einem im Nebenstrom oder isolierten System einzusetzen.

[0018] Der Brenner 6 weist ein Brennergehäuse 9 auf, an dem bzw. in dem die wesentlichen Brennerkomponenten befestigt sind und eine mit dem Brennergehäuse 9 verbundene Brennkammer 10, die in die Abgasleitung 4 hineinragt. Die Brennkammer 10 weist in Strömungsrichtung des Abgases zu dem Katalysator 7a hin eine Öffnung 11 auf, in die beispielsweise Verwirbelungskomponenten eingesetzt sein können. Dem Brenner 6 wird - durch Pfeile 12a, 12b dargestellt - Kraftstoff und Brennluft zugeführt. Gesteuert wird das Abgasnachbehandlungssystem durch eine elektronische Steuereinrichtung, die Bestandteil des Steuersystems für die Brennkraftmaschine 1 sein kann. Dieser Steuereinrichtung werden notwendige Daten, wie beispielsweise Abgastemperatur vor dem Brenner 6, hinter dem Brenner 6 und in der Auspuffleitung 8 (gegebenenfalls auch in dem Katalysator 7a und dem Partikelfilter 7b), zugeführt und darüber hinaus werden gegebenenfalls Druckwerte in dem Abgasstrom vor dem Katalysator 7a und hinter dem Partikelfilter 7b bzw. bei anderer Konstellation der jeweils vorhandenen Komponenten ermittelt und weitergeleitet. Aus weiterhin in der Steuereinrichtung abgespeicherten Kennfeldern können noch weitere Daten abgelegt und bedarfsweise abgefragt werden.

[0019] In Figur 2 wird die Kraftstoffentnahme aus einem Tank 23 nach einem Kraftstofffilter 25 über Kraftstoffleitungen 29, hin zu einer ab- und zuschaltbaren Dosiereinheit 30, dargestellt. Dieses kraftstoffführende System kann mittels Absteuervorrichtung 24 entlüftet werden und vermeidet einen Temperatureintrag auf eine in einem eingeschlossenen Volumen befindliche Flüssigkeit dadurch, dass die Flüssigkeit über den Rücklauf 22 der Kraftstoffleitung 21 des Brenners 1 in den Tank 23 der Verbrennungskraftmaschine rückgeführt wird. Eine derartige Vorrichtung kann insbesondere in Kraftstoffsystemen der Abgasnachbehandlung zum Einsatz gelangen, insbesondere bei Brennern, z. B. zur DPF-Regeneration.

[0020] Sobald das Shutoff-Ventil 20 über die Motorsteuerung 31 angesteuert wird, baut sich im Raum hinter dem Shutoff-Ventil durch das Einströmen des Kraftstoffs der Kraftstoffdruck auf, welcher über den Drucksensor 32 gemessen wird. Bei ausreichendem Kraftstoffdruck können das Dosierventil Brenner 18 als auch das Dosierventil 19 wiederum durch die Motorsteuerung 31 angesteuert werden. Durch hochfrequente Auswertung der Drucksignale des Drucksensors 32, 15 und 17 in der Motorsteuerung 31 wird der Betriebszustand der Dosierventile 18 und 19 ermittelt, um so die Vorgabemengen an Kraftstoff korrekt zuzusteuern.

[0021] Figur 3 zeigt einen Vergleich des Druckverlaufs über die Zeit im Kraftstoffsystem mit und ohne Absteuervorrichtung.

[0022] Die Darstellung gemäß Figur 4a zeigt eine in Figur 2 eingesetzte Absteuervorrichtung 24 mit Rücklauf 22.

[0023] In Figur 4b werden drei Querschnittsvarianten der Absteueröffnung dargestellt. Die erste Variante zeigt einen freien kreisrunden Querschnitt. In der zweiten Variante wird eine hydraulische Drossel gezeigt. Eine hydraulische Blende zeigt Variante drei in Figur 4b.

Bezugszeichen

[0024] 

1

Brennkraftmaschine

2

Frischgasleitungssystem / Ansaugtrakt

3

Abgassammler / Abgastrakt

4

Abgasleitung

5

Abgasnachbehandlungssystem

6

Brenner

7a

Katalysator

7b

Partikelfilter

8

Auspuffleitung

9

Brennergehäuse

10

Brennkammer

11

Öffnung

12a, 12b

Pfeile

13

Einspritzung

14

Ventil

15

Drucksensor

16

Ventil Brenner

17

Drucksensor Brenner

18

Dosierventil Brenner

19

Dosierventil

20

Shutoff-Ventil

21

Kraftstoffleitung Brenner

22

Rücklauf

23

Tank

24

Absteuervorrichtung

25

Kraftstofffilter

26

Kraftstoffversorgungseinheit

27

Kraftstoffförderpumpe

28

Regel- bzw. Steuerungseinheit

29

Kraftstoffleitung

30

schaltbare Dosiereinheit

31

Motorsteuerung / Regel- bzw. Steuerungseinheit

32

Drucksensor

Ansprüche

1. Verbrennungskraftmaschine (1), umfassend wenigstens einen Ansaugtrakt (2), wenigstens einen Abgastrakt (3), wenigstens eine Regel- bzw. Steuerungseinheit (31) sowie wenigstens einen Brenner (6) und eine mit dem Brenner (6) kommunizierende Kraftstoffversorgungseinheit (26) und wenigstens eine Absteuervorrichtung (24).

2. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftstoffversorgungseinheit (26) wenigstens ein Dosierventil (18, 19) aufweist.

3. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftstoffversorgungseinheit (26) wenigstens einen Sensor (15, 17) aufweist.

4. Verbrennungskraftmaschine nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftstoffversorgungseinheit (26) wenigstens ein Ventil (14, 16) aufweist.

5. Verbrennungskraftmaschine nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftstoffversorgungseinheit (26) wenigstens einen Rücklauf (22) aufweist.

6. Verbrennungskraftmaschine nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftstoffversorgungseinheit (26) wenigstens ein Kraftstofffilter (25) aufweist.

7. Verbrennungskraftmaschine nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftstoffversorgungseinheit (26) wenigstens eine Kraftstoffförderpumpe (27) aufweist.

8. Verbrennungskraftmaschine nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass sie wenigstens einen Partikelfilter (7b) aufweist.

9. Verbrennungskraftmaschine nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass sie wenigstens einen Katalysator (7a) aufweist.

10. Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine,
dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche zum Einsatz kommt.

Zeichnung