DE4242091A1 - Vorrichtung zum Starten des Regenerationsbrenners eines Partikelfiltersystems bei niedrigen Temperaturen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Partikelfiltersystem, insbeson­ dere für Dieselmotoren mit einem Partikelfilter, dem ein stromaufwärts in der Abgasleitung angeordneter Regenera­ tionsbrenner zugeordnet ist, dem Kraftstoff und Brennerluft zuführbar sind, wobei der Regenerationsbrenner ein Ventil­ gehäuse und eine Brennkammer aufweist.

Ein derartiges Partikelfiltersystem ist aus der DE-OS 37 29 861 bekannt. Bei diesem Partikelfiltersystem wird der Regenerationsbrenner mit fettem Kraftstoff/Luft-Gemisch betrieben, das in der Brennkammer mit stabiler und ruß­ freier Flamme verbrennt. Problematisch an einem derartig aufgebauten Partikelfiltersystem ist, daß ein derartiger Regenerationsbrenner zum Starten eine Mindestabgastempera­ tur benötigt. Diese Mindestabgastemperatur, durch die der Regenerationsbrenner auf eine für seinen Start erforderliche Mindesttemperatur aufgeheizt wird, liegt bei ca. 120°C.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Regene­ rationsbrenner eines Partikelfiltersystems bereitzustellen, der frühzeitig nach dem Start der Brennkraftmaschine auch bei niedrigen Abgastemperaturen betreibbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine vor dem Start des Regenerationsbrenners betreibbare Heiz­ einrichtung an dem Regenerationsbrenner angeordnet ist, wo durch der Regenerationsbrenner innerhalb kurzer Zeit die nötige Starttemperatur erreicht, während das Abgas noch nicht die nötige Temperatur erreicht oder den Regene­ rationsbrenner noch nicht genügend erhitzt hat. Dabei kann die Heizeinrichtung prinzipiell an beliebiger Stelle des Regenerationsbrenners angeordnet sein. Vorteilhaft ist sie in dem Ventilgehäuse angeordnet, wo sie beispielsweise die Brennerluft und/oder den zuzuführenden Kraftstoff erhitzen kann. Dementsprechend ist sie in einer derartigen Aus­ bildung im Bereich eines Kraftstoffleitungsanschlusses bzw. eines Brennerluftleitungsanschlusses angeordnet.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist die Heizeinrichtung in ein Zerstäuberdüsengehäuse einer Zer­ stäuberdüse integriert. Diese Anordnung hat sich als vor­ teilhaft erwiesen, da damit alle wesentlichen Komponenten gleichzeitig erhitzt werden.

In Weiterbildung der Erfindung ist die Heizeinrichtung ein als Glühkopf ausgebildetes Zerstäuberdüsengehäuse. Damit ist eine besonders gleichmäßige Erhitzung des Zerstäuberdü­ sengehäuses gewährleistet.

In Weiterbildung der Erfindung ist das Zerstäuberdüsenge­ häuse als Widerstandsheizkörper ausgebildet. Damit wird der Bauaufwand der Heizeinrichtung auf ein Minimum beschränkt.

Dabei ist in Weiterbildung der Erfindung der Widerstands­ körper aus Silicium-Carbid (SiC) herstellbar und zumindest einseitig isoliert in dem Ventilgehäuse befestigt. Bei ei­ nem derartig hergestellten und befestigten Widerstandskör­ per ist nur ein elektrischer Anschluß nötig, der in ein­ facher Weise in das Ventilgehäuse eingeführt werden kann.

In Weiterbildung der Erfindung besteht die Heizeinrichtung aus mindestens einer Glühkerze. Eine Glühkerze ist ein handelsübliches Bauteil, das somit keinerlei Beschaffungs­ probleme mit sich bringt. Auch kann eine Glühkerze in ein­ facher Weise durch eine Bohrung bzw. durch einen ent­ sprechend ausgebildeten Anschluß in das Ventilgehäuse ein­ geschraubt werden und gleichzeitig zur Umgebung abgedichtet werden. Mit dem Glühkörper ragt die Glühkerze dann in eine entsprechende Ausnehmung des Zerstäuberdüsengehäuses.

In Weiterbildung der Erfindung ist die Heizeinrichtung ein Heizwendel, der das Zerstäuberdüsengehäuse zumindest teil­ weise umschließt. Bei dieser Ausbildung kann der Heizwen­ del, beispielsweise nach Art eines Tauchsieders, ausgebil­ det und um das Zerstäuberdüsengehäuse gewickelt sein. Eine derartige Heizwendel bewirkt wiederum eine gleichmäßige Aufwärmung des Zerstäuberdüsengehäuses.

In Weiterbildung der Erfindung ist die Heizeinrichtung ein Heizgebläse, dessen Heißluftstrahl auf das Zerstäuberdüsen­ gehäuse und/oder den Ringraum zwischen dem Zerstäuberdüsen­ gehäuse und dem Ventilgehäuse gerichtet ist. Ein derartiges Heizgebläse, das beispielsweise nach Art eines Industrie­ heizgebläses aufgebaut sein kann und Temperaturen bis zu 800°C erreichen kann, sorgt für eine besonders schnelle und wirksame Aufheizung des gesamten Zerstäuberdüsengehäu­ ses und somit zu einer schnellen Betriebsbereitschaft des Regenerationsbrenners.

In Weiterbildung der Erfindung ist die Heizeinrichtung von einem Steuergerät in Abhängigkeit von Temperaturmeßwerten steuerbar. Dabei können diese Meßwerte beispielsweise von einer Temperaturmeßsonde geliefert werden, die an geeigne­ ter Stelle an dem Regenerationsbrenner angeordnet ist. Im übrigen können die Temperaturmeßsonde und das Steuergerät zu weiteren Steuerfunktionen des Regenerationsbrenners herangezogen werden. Ein weiterer positiver Effekt der er­ findungsgemäßen Heizeinrichtung ist eine Verringerung der Abgasemissionen des kalten Motors durch den frühzeitigen Start des Regenerationsbrenners und durch das damit mög­ liche frühzeitige Aufheizen des gesamten Partikelfil­ tersystems einschließlich des Abgases, des Partikelfil­ termonoliten und ggfs. eines nachgeschalteten Oxida­ tionskatalysators. Dadurch werden die CO- und die HC-Emission gesenkt.

Weitere Vorteile der Erfindung werden in der Zeichnungs­ beschreibung dargestellt, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben ist.

Die Figur zeigt einen Regenerationsbrenner 1 eines Parti­ kelfiltersystems, das beispielsweise bei selbstzündenden Brennkraftmaschinen eingesetzt wird. Der Regenerations­ brenner 1 besteht im wesentlichen aus einem Ventilgehäuse 2 und einer Brennkammer 3.

In dem Ventilgehäuse 2 sind ein Kraftstoffdosierventil 4 mit einem Kraftstoffleitungsanschluß 5, eine Glühkerze 6 sowie eine Brennerluftleitung 7, mit einer Druckmeßsonde 8 ange­ ordnet.

Zum Betreiben des Regenerationsbrenners 1 wird von einer nicht dargestellten Steuereinheit ein Brennerluftversor­ gungssystem eingeschaltet, das über die Brennerluftleitung 7 Brennerluft liefert. Dabei wird der in dem System herrschende Druck, der bei abgeschaltetem Brennerluftver­ sorgungssystem der Abgasgegendruck und beim Betrieb des Brennerluftsversorgungssystems ein gegenüber dem Abgas­ gegendruck erhöhter Druck ist, gemessen. Der entsprechende Meßwert wird an die genannte Steuereinheit weitergeleitet. Der Kraftstoff wird über eine Leitung, die an den Kraft­ stoffleitungsanschluß 5 angeschlossen ist, dem System zuge­ führt. Von dem Kraftstoffleitungsanschluß 5 gelangt der Kraftstoffin das Kraftstoffdosierventil 4, das wiederum mit der Steuereinheit verbunden ist und von dieser ge­ steuert wird. Von dem Kraftstoffdosierventil 4 gelangt der Kraftstoff über eine Zerstäuberdüse 9 in eine Luftdrall­ zerstäuberdüse 10, in der der Kraftstoff mit Brennerluft gemischt wird und durch eine Austrittsöffnung in die Brennkammer 3 austritt, in der das Brennerluft/Kraftstoff- Gemisch verbrennt. Dabei wird an einem Brennkammeraustritt 11 der Brennkammer 3 die aktuelle Gastemperatur über eine Temperaturmeßsonde 12 ermittelt. Die Brennkammer 3 und das Ventilgehäuse 2 sind in dem vorliegenden Ausführungsbei­ spiel durch ein thermisches Verbindungsverfahren, bei­ spielsweise Schweißen oder Löten, miteinander verbunden. Die Temperaturmeßsonde 12 liegt an der Seitenwand der Brennkammer 3 an und ist mit einer Befestigungseinrichtung 14 an dem Boden 15 der Brennkammer 3 befestigt. Dabei ragt die Meßspitze 16 der Temperaturmeßsonde 12 um ein genau definiertes Maß in den Brennkammeraustritt 11 der Brenn­ kammer 3 hinein. In das Zerstäuberdüsengehäuse 13 ragt eine Heizeinrichtung in Form einer Glühkerze 6 hinein, die zum erfindungsgemäßen Aufheizen des Kraftstoffs bzw. der Brennerluft sowie des Zerstäuberdüsengehäuses 13 dient. Anstelle der einen Glühkerze 6 können auch mehrere Glühkerzen 6 auf dem Umfang des Ventilgehäuses 2 bzw. des Zerstäuberdüsengehäuses 13 verteilt angeordnet sein. Ebenso ist es möglich, in den Ringraum 20 einen Heizwendel einzu­ setzen, der das Zerstäuberdüsengehäuse 13 zumindest teil­ weise umschließt.

Die Einheit aus Ventilgehäuse 2 und Brennkammer 3 ist mittels Schrauben 17 an dem Gehäuse 18 befestigt, das den eigentlichen Partikelfilter aufnimmt. Bei einem Wartungs- oder Reparaturfall kann die bauliche Einheit Ventilgehäuse 2 und Brennkammer 3 durch Lösen der Schrauben 17 problemlos von dem Gehäuse 18 gelöst werden.

Durch die Lage der Glühkerze 6 in der Nähe der Zerstäuber­ düse 9 wird ein Teil des Kraftstoffs beim Betreiben der Glühkerze 6 verdampft. Bei der anschließenden Kondensation bilden sich feinste Kraftstofftröpfen, die zu einem zünd­ willigen Kraftstoff-Luftgemisch führen.

Claims (9)

1. Partikelfiltersystem, insbesondere für Dieselmotoren mit einem Partikelfilter, dem ein stromaufwärts in der Ab­ gasleitung angeordneter Regenerationsbrenner zugeordnet ist, dem Kraftstoff und Brennerluft zuführbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Regenerationsbrenner (1) eine auch vor dem Start desselben betreibbare Heizeinrich­ tung angeordnet ist.

2. Partikelfiltersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung in ein Zer­ stäuberdüsengehäuse (13) einer Zerstäuberdüse (9) inte­ griert ist.

3. Partikelfiltersystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung ein als Glühkopf ausgebildetes Zerstäuberdüsengehäuse (13) ist.

4. Partikelfiltersystem nach einem der vorherigen Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß das Zerstäuberdüsengehäuse (13) als Widerstandsheizkörper ausgebildet ist.

5. Partikelfiltersystem nach Anspruch 4, wobei der Regenerationsbrenner ein Ventilgehäuse aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstandsheizkörper aus Silicium-Carbid (SiC) herstellbar ist und zumindest elek­ trisch isoliert in dem Ventilgehäuse (2) befestigt ist.

6. Partikelfiltersystem nach einem der vorherigen Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung zumindest eine Glühkerze (6) aufweist.

7. Partikelfiltersystem nach einem der vorherigen Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung ein Heizwendel ist, der das Zerstäuberdüsengehäuse (13) zumin­ dest teilweise umschließt.

8. Partikelfiltersystem nach einem der vorherigen Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung ein Heizge­ bläse ist, dessen Heißluftstrahl auf das Zerstäuberdüsenge­ häuse (13) und/oder den Ringraum (20) zwischen dem Zer­ stäuberdüsengehäuse (13) und dem Ventilgehäuse (2) gerich­ tet ist.

9. Partikelfiltersystem nach einem der vorherigen Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung von einem Steuergerät in Abhängigkeit von Temperaturmeßwerten steuer­ bar ist.