DE3632696C2

DE3632696C2 -

Info

Publication number: DE3632696C2
Application number: DE19863632696
Authority: DE
Inventors: Peter Dr.-Ing. 6096 Raunheim De Zima; Wilfried Roos; Konrad Dipl.-Ing. 6090 Ruesselsheim De Thaler
Original assignee: Adam Opel GmbH
Current assignee: Adam Opel GmbH
Priority date: 1986-09-26
Filing date: 1986-09-26
Publication date: 1992-01-16
Also published as: DE3632696A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Kraftfahrzeug mit einem Dieselmotor, einer einen Rußfilter aufweisenden Abgasanlage und einer ohne Fremdluftzufuhr arbeitenden, mit einem flüssigen Brennstoff betriebenen Heizeinrichtung zum Aufheizen des Rußfilters zwecks Abbrennen von Rußpartikeln. Ein solches Kraftfahrzeug ist Gegenstand der EP 0 132 166.The invention relates to a motor vehicle a diesel engine, one with a soot filter Exhaust system and a working without external air supply, with a liquid fuel operated heater to heat up the soot filter to burn off Soot particles. Such a motor vehicle is the subject EP 0 132 166.

Die Rußfilter solcher Kraftfahrzeuge haben die Aufgabe, Rußpartikel aus dem Abgas zu trennen, damit sie nicht in die Umwelt gelangen. Zusätzlich zum Ruß werden im Ruß filter unter anderem auch sich am Ruß anlagernde Kohlen wasserstoffe und ein Teil der im Kraftstoff vorhandenen Additive zurückgehalten. Durch katalytisch wirkende Metallbeschichtungen der Filterelemente des Rußfilters ist es möglich, diese Kohlenwasserstoffe und andere Stoffe zu oxidieren.The soot filter of such motor vehicles has the task Separate soot particles from the exhaust so that they don't get in get into the environment. In addition to soot, soot will also Among other things, it also filters coals attached to the soot Hydrogen and part of the fuel Additives retained. Through catalytic metal coatings the filter elements of the soot filter it is possible to use these hydrocarbons and other substances to oxidize.

Die im Rußfilter sich sammelnden Feststoffe werden bei ausreichend hohen Abgastemperaturen von selbst gezündet, so daß der sich sammelnde Ruß unmittelbar verbrannt werden kann. Bei ungünstigen Bedingungen, insbesondere niedriger Außentemperatur und Kurzstreckenbetrieb oder niedriger Fahrgeschwindigkeit bleibt die Abgastemperatur jedoch weit unterhalb der Reaktionstemperatur von etwa 450 bis 500 Grad C, die zu einem Selbstzünden des Rußes führt. The solids collecting in the soot filter become sufficiently high exhaust gas temperatures ignited by itself, so that the soot that accumulates burns immediately can be. In unfavorable conditions, in particular low outside temperature and short distance operation or the exhaust gas temperature remains low however, well below the reaction temperature of about 450 to 500 degrees C, which leads to self-ignition of the soot leads.

Um dennoch ein gezieltes Abbrennen des Rußes im Rußfil ter zu erreichen, lehrt die eingangs genannte EP 0 132 166, den Rußfilter von Zeit zu Zeit aufzuheizen. Die hierfür vorgesehene Heizvorrichtung arbeitet mit Äthanol oder Methanol als Brennstoff, der in einem separaten Vorratsbehälter bevorratet wird.In order to burn off the soot in the soot fil the EP 0 132 166 mentioned at the beginning teaches heat up the soot filter from time to time. The The heater provided for this works with ethanol or methanol as fuel in a separate Storage container is stored.

Auch die DE-OS 35 27 578 beschreibt ein Rußfilter, welcher periodisch durch Aufheizen entrußt wird. Eingeleitet wird der periodische Regenerationsvorgang dann, wenn der Strömungswiderstand des Rußfilters unerwünscht hoch ist.DE-OS 35 27 578 describes a soot filter, which is periodically sooted by heating. Initiated the periodic regeneration process becomes when the flow resistance of the soot filter is undesirably high is.

Die bekannten Abgasanlagen mit einem periodisch aufzuheizenden Rußfilter sind sehr aufwendig aufgebaut. Insbesondere die mit Kraftstoff betriebenen Brenner erfordern ein Gebläse, Zündsysteme mit Flammüberwachung und eine Bypasseinrichtung mit einem zweiten Rußfilter, damit während des Rußabbrennens der Filter nicht vom zu reini genden Abgas durchströmt werden muß. Abgesehen von den hohen Kosten erfordern die bekannten Einrichtungen einen relativ hohen Platzbedarf, der oftmals nicht zu erfüllen ist. Gemeinsam ist allen bekannten Einrichtungen auch, daß eine aufwendige Steuerungstechnik und Wärmeschutz maßnahmen notwendig werden.The known exhaust systems with a periodically to be heated Soot filters are very complex. In particular that require fuel operated burners a blower, ignition systems with flame monitoring and one Bypass device with a second soot filter, so during the soot burning of the filters not to clean exhaust gas must be flowed through. Except the the known facilities require high costs relatively high space requirements, which often cannot be met is. Common to all known institutions, that a complex control technology and thermal protection measures become necessary.

Bei Ottomotoren ist es durch die US-PS 29 37 490 auch schon bekannt, einen Abgaskatalysator mittels einer vor geschalteten Brennkammer möglichst rasch auf eine be stimmte Temperatur aufzuwärmen, damit die katalytische Reaktion in Gang kommt. Hierzu wird nach dem Starten des kalten Motors in kurzen Intervallen die Zündung aller oder zumindest einer der Zündkerzen abgeschaltet, so daß vom Motor her unverbranntes Gemisch in die Brennkammer gelangt. Dort wird dem Gemisch Außenluft zugeführt und das dadurch entstehende zündfähige Gemisch mittels einer Glüh- oder Zündkerze gezündet. Ist die für das Starten der katalytischen Reaktion erforderliche Temperatur einmal erreicht, so entsteht durch die Katalyse genügend Wärme, um die Reaktion in Gang zu halten, so daß auch niedrige Abgastemperaturen bei Teillastbetrieb nicht schaden. Eine solche Einrichtung ist für Rußfilter in Abgasanlagen von Dieselmotoren nicht anwendbar, da es für die Rußverbrennung darauf ankommt, die Abgastempe raturen ständig oberhalb eines bestimmten Wertes zu halten, was bei ständigem Teillastbetrieb, beispiels weise bei Taxis oder im Winter bei niedrigen Außentempe raturen mit den bisher bekannten Mitteln nicht zu er reichen ist.In gasoline engines it is also by the US-PS 29 37 490 already known, an exhaust gas catalytic converter by means of a switched combustion chamber as quickly as possible on a be agreed to warm up temperature so the catalytic Reaction gets going. For this, after starting the cold engine in short intervals the ignition of all or switched off at least one of the spark plugs, so that mixture that has not been burned by the engine into the combustion chamber reached. There, outside air is supplied to the mixture and the resulting ignitable mixture by means of a Glow or spark plug ignited. Is that for starting the temperature required for the catalytic reaction Once reached, catalysis creates enough Heat to keep the reaction going so that too low exhaust gas temperatures during part-load operation not damage. Such a device is for soot filters in Exhaust systems of diesel engines are not applicable as it for the soot combustion, the exhaust gas temp temperature constantly above a certain value keep what with constant part-load operation, for example wise with taxis or in winter with low outside temperature ratures with the previously known means not to he is enough.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kraftfahr zeug der eingangs genannten Art mit einem Dieselmotor derart zu gestalten, daß in seinem Rußfilter auf mög lichst einfache Weise auch bei andauerndem Teillastbe trieb oder Betrieb bei niedrigen Außentemperaturen der Ruß selbsttätig verbrannt wird.The invention has for its object a motor vehicle stuff of the type mentioned with a diesel engine to be designed so that in its soot filter possible as simple as possible, even with an ongoing partial load powered or operated at low outside temperatures Soot is burned automatically.

Diese Aufgabe wird auf überraschend einfache Weise da durch gelöst, daß die Heizeinrichtung zum ständigen Arbeiten bei Teillastbetrieb des Dieselmotors ausgebildet und zum Verbrennen von Dieselkraftstoff ausgelegt ist. This task is done in a surprisingly simple way solved by that the heater for constant work trained at part-load operation of the diesel engine and is designed to burn diesel fuel.

Durch diese Gestaltung wird mittels der Heizeinrichtung die Abgastemperatur auf den für die Rußverbrennung er forderlichen Wert angehoben, sobald dieser infolge von Teillastbetrieb abzusinken droht. Da die Heizeinrichtung ohne Frischluftzufuhr arbeitet, wird die Abgastemperatur nicht durch zugemischte, kalte Luft weiter herabgesetzt. Dadurch vermag die Heizeinrichtung mit sehr geringer Energiezufuhr zu arbeiten. Dank der Erfindung kommt es auch bei ständig im Teillastbetrieb eingesetzten Fahr zeugen zu einer dauernden Rußverbrennung, so daß der Strömungswiderstand des Rußfilters gleichbleibend gering bleibt. Das angestrebte Abbrennen des Rußes läßt sich dank der Erfindung sogar ohne Beschichtung der Filter elemente erzielen.This design means that the heating device the exhaust gas temperature to that for soot combustion required value increased as soon as this as a result of Part load operation threatens to drop. Because the heater works without fresh air supply, the exhaust gas temperature not further reduced by mixed cold air. As a result, the heater can with very little Energy supply to work. Thanks to the invention it comes even when driving constantly in part-load operation testify to a permanent soot combustion, so that the Flow resistance of the soot filter remains low remains. The desired burning of the soot can be done thanks to the invention even without coating the filter achieve elements.

Ein ausreichend gutes Arbeiten der Heizeinrichtung er reicht man mit einfachen Mitteln, wenn zum Ansteuern der Heizeinrichtung die Abgastemperatur, die Drehzahl des Dieselmotors, die Motorlast und der Abgasgegendruck be rücksichtigt sind. Das Heranziehen des Abgasgegendruckes als Steuerkriterium ist vorteilhaft, weil bei Abgasgegen drücken über 0,4 bar der Kraftstoffverbrauch des Diesel motors unerwünscht ansteigt. Die Berücksichtigung der Abgastemperatur sorgt dafür, daß auch im Winterbetrieb der sich sammelnde Ruß verbrannt wird. The heater works well is enough with simple means if to control the Heating device the exhaust gas temperature, the speed of the Diesel engine, the engine load and the exhaust back pressure are taken into account. The use of exhaust back pressure as a control criterion is advantageous because with exhaust gas counter press the diesel fuel consumption above 0.4 bar motors increases undesirably. Taking into account the Exhaust gas temperature ensures that even in winter the soot that accumulates is burned.

Besonders einfach ist die Heizeinrichtung ausgebildet, wenn sie eine mit Dieselkraftstoff betriebene Flammglüh kerze aufweist. Da bei dem Teillastbetrieb, während dem die Heizeinrichtung arbeiten soll, im Abgas ein Restsau erstoffgehalt von etwa 8 bis 16% vorhanden ist, kann eine solche Heizeinrichtung gänzlich ohne Frischluftzu fuhr arbeiten. Dadurch wird die Abgastemperatur nicht unnötig herabgesetzt, so daß der Energieverbrauch der Heizeinrichtung gering bleibt. Weiterhin erhöht sich die Strömungsgeschwindigkeit des Abgases durch die Zumi schung von Frischluft nicht, was dazu führen könnte, daß die Heizflamme durch eine zu hohe Strömungsgeschwindig keit ausgeblasen werden kann.The heating device is particularly simple, if they have a flame glow powered by diesel fuel has candle. Since in the partial load operation during the the heating device should work, a residual sow in the exhaust gas content of about 8 to 16% is present such a heating device completely without fresh air drove to work. This will not reduce the exhaust gas temperature unnecessarily reduced so that the energy consumption of the Heater remains low. Furthermore, the Exhaust gas flow rate through the Zumi fresh air, which could lead to the fact that the heating flame through too high a flow rate can be blown out.

Die Gefahr eines Auslöschens der Heizflamme durch eine zu hohe Strömungsgeschwindigkeit kann weiter herabge setzt werden, wenn gemäß einer vorteilhaften Ausgestal tung der Erfindung die Flammglühkerze exzentrisch zur Rußfilterlängsachse im Einlaßstutzen des Rußfilters angeordnet ist. In einem solchen Randbereich des Einlaß stutzens ist die Strömungsgeschwindigkeit infolge der üblichen Geschwindigkeitsverteilung geringer als in der Mitte des Einlaßstutzens, was das Arbeiten der Heizein richtung begünstigt. Die Praxis hat gezeigt, daß trotz der exzentrischen Anordnung der Heizeinrichtung der Ruß filter über seinen gesamten Bereich ausreichend aufge heizt wird, so daß es überall zu der angestrebten Rußver brennung kommt.The danger of the heating flame being extinguished by a too high a flow rate can decrease further be set if according to an advantageous Ausgestal tion of the invention, the flame glow plug eccentrically Soot filter longitudinal axis in the inlet connection of the soot filter is arranged. In such an edge area of the inlet is the flow velocity due to the usual speed distribution lower than in the Middle of the inlet nozzle, what the working of the heater favored direction. Practice has shown that despite the eccentric arrangement of the heating device the soot filter applied sufficiently over its entire area is heated so that there is everywhere the desired soot burning comes.

Besonders gut läßt sich die für die Flammglühkerze opti male Abgasmenge festlegen, wenn gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung die Flammglühkerze in einer von einem Teilstrom des Abgases durchströmten Brenn kammer angeordnet ist. The opti for the flame glow plug is particularly good Set the male flue gas amount if according to another Embodiment of the invention, the flame glow plug in one combustion through which a partial flow of the exhaust gas flows chamber is arranged.

Eine ausreichende Aufheizung des gesamten Abgases ist möglich, wenn die Brennkammer ein auf den Filter gerich tetes, sich zum Filter hin im Querschnitt konisch ver engendes Flammrohr mit radialen Durchlässen hat. Diese Ausführungsform führt zu einer örtlichen Temperaturer höhung an der Eingangsseite des Filters, wodurch es zu einer Entzündung der Rußpartikel im Rußfilter kommt. Eine gleichmäßige Aufheizung und damit eine gleichmäßige Rußverbrennung läßt sich jedoch auch erzielen, wenn die Brennkammer ein auf den Filter gerichtetes, sich zum Filter hin im Querschnitt konisch erweiterndes Flammrohr mit radialen Durchlässen hat.Adequate heating of the entire exhaust gas is necessary possible if the combustion chamber is placed on the filter tetes, tapered in cross section towards the filter narrowed flame tube with radial passages. These Embodiment leads to a local temperature increase on the input side of the filter, causing it to inflammation of the soot particles in the soot filter. A uniform heating and thus an even Soot combustion can also be achieved if the Combustion chamber a directed at the filter, to the The flame tube has a conically expanding cross-section with radial passages.

Die Erfindung läßt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zu ihrer weiteren Verdeutlichung sind drei davon in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend beschrie ben. Die Zeichnung zeigt inThe invention permits numerous embodiments. To three of them are shown in the Drawing shown and are described below ben. The drawing shows in

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erste Aus führungsform eines Rußfilters mit der erfin dungsgemäßen Heizeinrichtung, Fig. 1 shows a longitudinal section through a first guide From form a soot filter with the heater OF INVENTION to the invention,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine zweite Aus führungsform der Anordnung nach Fig. 1, Fig. 2 is a longitudinal section through a second form from the guide assembly of FIG. 1,

Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine dritte Aus führungsform der Anordnung nach Fig. 1. Fig. 3 shows a longitudinal section through a third guide die from the arrangement of FIG. 1.

Die Fig. 1 zeigt einen Rußfilter, welcher in einem zylindrischen Gehäuse 1 innerhalb einer Isolation 2 eine Vielzahl von Filterelementen 3 hat. Abgas strömt durch einen Einlaßstutzen 4 an einer Seite in die Filterele mente 3, von dort radial aus ihnen heraus und dann über einen Auslaßstutzen 5 zur weiteren, nicht gezeigten Abgasanlage. Fig. 1 shows a soot filter, which has a plurality of filter elements 3 in a cylindrical housing 1 within an insulation 2 . Exhaust gas flows through an inlet port 4 on one side in the Filterele elements 3 , from there radially out of them and then through an outlet port 5 to the other exhaust system, not shown.

Wichtig für die Erfindung ist eine Heizeinrichtung 6, welche sich im Einlaßstutzen befindet und exzentrisch zur Längsachse 7 des Rußfilters angeordnet ist. Die Heiz einrichtung 6 besteht aus einer ein Widerstandsglüh element enthaltenden Flammglühkerze 8, der Dieselkraft stoff über eine Leitung 9 und einen Anschluß 10 zuführ bar ist. In der Leitung 9, die zur Druckseite einer Ein spritzpumpe 11 des Dieselmotors führt, ist ein Magnet ventil 12 geschaltet. Öffnet dieses Magnetventil 12, dann gelangt Dieselöl zur Flammglühkerze 8, so daß sich dieses im Einlaßstutzen 4 entzündet und dadurch das in die Filterelemente 3 gelangende Abgas aufheizt. Dadurch wird auch bei Teillastbetrieb oder bei niedrigen Außen temperaturen die zur Verbrennung des Rußes in den Filter elementen erforderliche Temperatur erreicht. Die Flamm glühkerze 8 kann statt rechtwinklig zur Längsachse 7 auch schräg zu ihr angeordnet sein.Important for the invention is a heating device 6 , which is located in the inlet connection and is arranged eccentrically to the longitudinal axis 7 of the soot filter. The heating device 6 consists of a resistance glow element containing flame glow plug 8 , the diesel fuel via a line 9 and a connector 10 is feed bar. In the line 9 , which leads to the pressure side of an injection pump 11 of the diesel engine, a solenoid valve 12 is connected. Opens this solenoid valve 12 , then diesel oil reaches the flame glow plug 8 , so that it ignites in the inlet port 4 and thereby heats the exhaust gas reaching the filter elements 3 . As a result, the temperature required for combustion of the soot in the filter elements is reached even at partial load operation or at low outside temperatures. The flame glow plug 8 can also be arranged obliquely to it instead of at right angles to the longitudinal axis 7 .

Nicht dargestellt ist die Steuerung des Magnetventiles 12. Diese erfolgt in Abhängigkeit von der Abgastempera tur, dem Abgasgegendruck, der Motordrehzahl und der Motorlast. Letzteres kann zum Beispiel durch die Stel lung des Fahrpedals festgestellt werden.The control of the solenoid valve 12 is not shown. This takes place depending on the exhaust gas temperature, the exhaust gas back pressure, the engine speed and the engine load. The latter can be determined, for example, by the position of the accelerator pedal.

Die Ausführungsform gemäß der Fig. 2 unterscheidet sich von der zuvor beschriebenen dadurch, daß die Flammglüh kerze 8 im Einlaßstutzen 4 innerhalb einer vom Einlaß stutzen 4 abgetrennten Brennkammer 13 angeordnet ist. Diese Brennkammer 13 hat ein sich zu den Filterelementen 3 hin konisch verjüngendes Flammrohr 14 mit radialen Durchlässen 15 in seiner Mantelfläche. Zur Abgasströ mungsseite hin hat die Brennkammer 13 einen Einlaß 16, durch den ein Teilgasstrom des im Einlaßstutzen 4 strö menden Abgases in die Brennkammer 13 gelangt. Genau wie bei dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel hat die Flammglühkerze 8 einen Anschluß 10 zur Zufuhr von Diesel kraftstoff. The embodiment according to FIG. 2 differs from that previously described in that the flame glow plug 8 is arranged in the inlet nozzle 4 within a nozzle 4 separated from the combustion chamber 13 . This combustion chamber 13 has a flame tube 14 which tapers conically towards the filter elements 3 and has radial passages 15 in its outer surface. Towards the exhaust gas flow side, the combustion chamber 13 has an inlet 16 through which a partial gas flow of the exhaust gas flowing in the inlet connection 4 enters the combustion chamber 13 . Just like in the previously described embodiment, the flame glow plug 8 has a connection 10 for supplying diesel fuel.

Gemäß Fig. 3 hat die Brennkammer 13 statt eines sich zu den Filterelementen 3 hin verengenden Flammrohres 14 ein sich trichterförmig zu den Filterelementen 3 hin erwei terndes Flammrohr 14. Dadurch wird das durch den Einlaß stutzen 4 strömende Abgas noch gleichmäßiger auf die zur Rußverbrennung erforderliche Temperatur erhitzt.According to Fig. 3 has the combustion chamber 13 instead of to the filter elements 3 towards narrowing the flame tube 14, a funnel-shaped manner to the filter elements 3 towards Erwei terndes flame tube 14. As a result, the exhaust gas flowing through the inlet 4 is heated evenly to the temperature required for soot combustion.

Eine im Einlaß 16 der Nebenbrennkammer 13 angeordnete Drosselklappe 17 dient zur Steuerung der der Heizein richtung 6 zugeführten Abgasmenge in Abhängigkeit von den jeweiligen Strömungsverhältnissen.An arranged in the inlet 16 of the secondary combustion chamber 13 throttle valve 17 is used to control the amount of exhaust gas supplied to the heater 6 depending on the respective flow conditions.

Claims

1. Motor vehicle with a diesel engine, a soot filter having an exhaust system and a working without external air supply, operated with a liquid fuel heating device for heating the soot filter for burning off soot particles, characterized in that the heating device ( 6 ) for constant work at part load operation of the diesel engine trained and designed to burn diesel fuel.

2. Motor vehicle according to claim 1, characterized in that the exhaust gas temperature, the speed of the diesel engine, the engine load and the exhaust gas back pressure are taken into account to control the heating device ( 6 ).

3. Motor vehicle according to claims 1 or 2, characterized in that the heating device ( 6 ) has a flame glow plug ( 8 ) operated with the diesel fuel.

4. Motor vehicle according to one or more of the preceding claims, characterized in that the flame glow plug ( 8 ) is arranged eccentrically to the soot filter longitudinal axis in a lassstutzen ( 4 ) of the soot filter.

5. Motor vehicle according to one or more of the preceding claims, characterized in that the flame glow candle ( 8 ) is arranged in a partial flow of the exhaust gas flowing through the combustion chamber ( 13 ).

6. Motor vehicle according to one or more of the preceding claims, characterized in that the combustion chamber ( 13 ) has a flame tube ( 14 ) with radial passages ( 15 ) directed towards the filter and narrowing in cross-section towards the filter.

7. Motor vehicle according to one or more of the preceding claims, characterized in that the combustion chamber ( 13 ) has a flame tube ( 14 ) with radial passages ( 15 ) directed towards the filter, which conically widens in cross-section towards the filter.