EP0296435B1 - Verfahren und Vorrichtung zum Reinigen eines Russfilters - Google Patents

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EP0296435B1
EP0296435B1 EP88109324A EP88109324A EP0296435B1 EP 0296435 B1 EP0296435 B1 EP 0296435B1 EP 88109324 A EP88109324 A EP 88109324A EP 88109324 A EP88109324 A EP 88109324A EP 0296435 B1 EP0296435 B1 EP 0296435B1
Authority
EP
European Patent Office
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exhaust gas
combustion chamber
chamber
ignition
fuel
Prior art date
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EP88109324A
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English (en)
French (fr)
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EP0296435A2 (de
EP0296435A3 (en
Inventor
Enrique Santiago
Peter Kugland
Alois Ullmer
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Arvin Industries Deutschland GmbH
Original Assignee
Zeuna Starker GmbH and Co KG
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Publication of EP0296435A3 publication Critical patent/EP0296435A3/de
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/02—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
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    • F01N3/02—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
    • F01N3/021—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters
    • F01N3/023—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters using means for regenerating the filters, e.g. by burning trapped particles
    • F01N3/025—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters using means for regenerating the filters, e.g. by burning trapped particles using fuel burner or by adding fuel to exhaust
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B3/00—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition
    • F02B3/06—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with compression ignition

Definitions

  • the invention relates to a method for cleaning a soot filter in the exhaust line of a diesel engine under load and for all engine speeds, and a device suitable for carrying out this method with a combustion chamber arranged in front of the soot filter, in which the fuel nozzle and an electrical ignition device associated therewith are installed.
  • Such a device is known from DE-A-32 19 948.
  • the burner works with secondary air, which is heated in an annular chamber surrounding the combustion chamber before it reaches the combustion chamber. There the mixture of secondary air and sprayed fuel is ignited by a glow plug. The hot combustion gas is used to regenerate a downstream soot filter.
  • the present invention has for its object to effectively burn off the soot in a soot filter for changing engine operating conditions, but still structurally simple.
  • the ignition conditions can be better controlled. Appropriate metering of the partial exhaust gas flow enables a uniform combustion of the oxygen content still contained in the exhaust gas of 7 to 15% of the total exhaust gas flow leaving the engine can be achieved.
  • the engine exhaust gas supplied to the combustion chamber the temperature of which is a maximum of about 400 ° C., is heated up very strongly by the afterburning in the combustion chamber. Due to the heated exhaust gas partial flow, which is the main exhaust gas flow before Soot filter is added again, it succeeds in raising the exhaust gas temperature of the total exhaust gas flow to about 700 ° C.
  • This temperature is above the ignition temperature of the soot to be burned in the soot filter.
  • ignition and combustion conditions can be achieved by providing an ignition chamber in connection with the combustion chamber, through which a partial exhaust gas flow flows.
  • a preferred embodiment is that the ignition chamber is arranged within the combustion chamber and that a first partial exhaust gas flow flows through the ignition chamber and a second partial exhaust gas stream flows through a cavity formed between the combustion chamber wall and the ignition chamber, and that both partial exhaust gas flows are mixed together in the combustion chamber behind the ignition chamber .
  • the admixed partial exhaust gas stream is burned.
  • the second exhaust gas partial flow is initially in heat exchange with the wall of the ignition chamber, ie it absorbs heat to a limited extent, but at the same time isolates the ignition chamber from the colder environment.
  • the proportion of the first partial exhaust gas flow in the total exhaust gas flow is preferably between 2 and 5%, that of the second partial exhaust gas flow 15 to 20%.
  • the mixing of the two partial exhaust gas streams still takes place within the combustion chamber, it being expediently provided that the second partial exhaust gas stream is set in rotation by means of helical guide plates provided between the ignition chamber and the combustion chamber wall.
  • the combustion chamber can either be installed in a bypass line of the exhaust system or be enveloped by the exhaust line in such a way that the main exhaust gas flow is passed through an outer annular space between the exhaust line and the combustion chamber wall.
  • This embodiment is particularly energy and space-saving.
  • An expedient embodiment of this embodiment consists in that the combustion chamber is inserted approximately concentrically into the exhaust pipe and is connected on the upstream side to a chamber whose wall is arched against the exhaust gas flow and has a central opening.
  • the chamber adjoins an orifice which has first openings for metering the first partial exhaust gas stream and, radially outside the ignition chamber, second openings for metering the second partial exhaust gas stream.
  • the ignition chamber is preferably constricted in the manner of a Venturi nozzle, the mouth of the fuel nozzle being arranged approximately in the narrow point of the ignition chamber or slightly behind it.
  • the ignition device comprises two ignition electrodes which are passed through the exhaust pipe, the combustion chamber wall and the wall of the ignition chamber, so that their electrodes face each other close to the mouth of the fuel nozzle.
  • soot filter In the context of the invention, it does not matter what type of soot filter is; For example, both the usual ceramic filters and so-called ceramic wound filters come into question, in which perforated steel tubes are encased in a ceramic fiber winding. Furthermore, an exhaust gas turbine can be connected upstream of the device according to the invention.
  • the fuel for operating the fuel nozzle can preferably correspond to the engine fuel, to which an additive for burning the soot combustion is advantageously added.
  • the supply of fuel into the fuel nozzle can be regulated as a function of the respective engine load or the respective engine operating point; the hotter the engine exhaust gases in the regeneration phase, the smaller the amount of fuel that can be injected into the combustion chamber through the fuel nozzle.
  • a diesel engine (1) is supplied with fuel via a fuel tank (2).
  • the intake air is fed to the diesel engine (1) via an intake air line (4).
  • An exhaust pipe (6) is connected to the exhaust manifold (5) of the diesel engine and is connected to an exhaust pipe (8) via a soot filter (7).
  • the soot filter (7) contains a ceramic insert (9) with channels running in the direction of flow, in which the unburned soot collects.
  • the fuel tank (2) is connected to the diesel engine (1) via a fuel line (10) and via a further fuel line (11), in which a feed pump (12) is installed, to a combustion chamber (13) which is connected to the exhaust line (6) is inserted between the exhaust manifold (5) and the soot filter (7).
  • the fuel is injected from the fuel line (11) for the post-combustion of a partial exhaust gas stream passed through the combustion chamber.
  • Fig. 2 shows a section A of FIG. 1 with an alternative arrangement of the combustion chamber (13), which is installed in a bypass line (15) branching off from the exhaust gas line (6).
  • the bypass line (15) is connected to the exhaust line (6) downstream again by means of a scoop (16) surrounding the exhaust line (6). connected, which is divided in the area of the scoop (16), the upstream part of the exhaust pipe (6) ending with a constriction (17).
  • Fig. 3 shows an axial section through the combustion chamber (13) which is arranged inside the exhaust pipe (6).
  • the right end of the exhaust pipe (6) is connected to a section (not shown) of the engine of the exhaust pipe (6) by means of a flange (18).
  • the exhaust pipe (6) tapered towards the left end is flanged to the housing of the soot filter (7).
  • Arrow (G) divided into a main exhaust gas stream flowing around the combustion chamber (13) in an outer annular space (42) formed between it and the exhaust pipe (6) in accordance with.
  • the chamber (21) has a wall (22) with the opening (20) that is curved against the flow and is flushed with the main exhaust gas stream (H).
  • the wall (22) is connected on the combustion chamber side to a diaphragm (23) which delimits the chamber (21) downstream and has various openings.
  • an ignition chamber (24) is connected to it, which in the manner of a Venturi nozzle Constriction (25) has.
  • First openings (26) in the diaphragm (23) open into the interior of the ignition chamber (24), through which a first partial exhaust gas flow acc.
  • the arrows (T1) flows.
  • the arrows (T2) pass through second openings (27) in the diaphragm (23) into a cavity (28) between the ignition chamber (24) and a cylindrical wall section (29) of the combustion chamber (13).
  • Both the cavity (28) and the interior of the ignition chamber (24) are open at their outflow end, so that both partial exhaust gas flows (T1, T2) mix behind the ignition chamber (24) inside the combustion chamber (13).
  • an annular space (30) between a cylindrical end section (31) of the ignition chamber (24) and the surrounding cylindrical wall section (29) of the combustion chamber (13) is provided with spiral baffles (32) which create a swirl generate the second exhaust gas partial flow (T2).
  • the exhaust gas partial flows (T1, T2) mix before they emerge from the the downstream open combustion chamber (13) together with the main exhaust gas flow (H).
  • This exhaust gas mixture whose temperature is around 700 ° C, gets into the soot filter and ensures the combustion of the soot.
  • the end section (33) of the combustion chamber (13) has openings (43) which cause partial quantities (T3) of the main exhaust gas stream (H) to be admixed inside the combustion chamber (13).
  • the temperature increase by post-combustion is initially subjected to the first exhaust gas partial flow (T1), the content of which has not been burned, and which is ignited behind the fuel nozzle (34).
  • T1 first exhaust gas partial flow
  • Two ignition electrodes (35) offset from one another in the circumferential direction serve as the ignition device and penetrate both the exhaust pipe (6) and the combustion chamber (13) and finally the wall of the ignition chamber (24).
  • the electrodes (36) are arranged directly next to the mouth (37) of the fuel nozzle (34), so that their ends are directed towards one another.
  • the ignition electrodes (35) each have a porcelain body (38) which is encased by a steel tube (39) for its thermal protection.
  • the ignition electrodes (35) are anchored in the wall of the exhaust pipe (6) by means of a fastening sleeve (40) surrounding the steel tube (39), the inner end of the porcelain body (38) is received in a pipe socket (41) which is connected to the ignition chamber ( 24) is connected.
  • the fuel line (11) passes through the opening (20) of the wall (22) of the chamber (21) and through a first opening (26) of the diaphragm (23) into the interior of the ignition chamber (24) and is there with the fuel nozzle ( 34) connected.
  • the cross section of the opening (20) in the chamber (21) corresponds approximately to the sum of the first openings (26) and the second openings (27) in the diaphragm (23).
  • a temperature of the first partial exhaust gas flow (T1) of approximately 1100 to 1200 ° C. results after ignition in the ignition chamber (24).
  • Mixing the first partial exhaust gas flow (T1) into the second partial exhaust gas stream (T2) causes this gas mixture to be burned in the combustion chamber (44) of the combustion chamber (13) that adjoins the ignition chamber (24).
  • This admixing takes place partly through the openings (43) in the combustion chamber (44) and partly behind the combustion chamber (13) in the section (45) of the exhaust pipe (6) leading to the soot filter (7).
  • the result is an exhaust gas mixing temperature of about 700 ° C, the temperature being appropriately controlled by the amount of fuel injected. This temperature is sufficient for the regeneration of the soot filter (7) by burning the soot accumulated there.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reinigen eines Rußfilters in der Abgasleitung eines Dieselmotors unter Last und für alle Motordrehzahlen, sowie eine zur Durchführung dieses Verfahrens geeignete Vorrichtung mit einer vor dem Rußfilter angeordneten Brennkammer, in welcher die Kraftstoffdüse und eine dieser zugeordnete elektrische Zündvorrichtung eingebaut sind.
  • Eine derartige Vorrichtung ist aus der DE-A-32 19 948 bekannt. Dabei arbeitet der Brenner mit Sekundärluft, welche in einer den Brennraum umgebenden Ringkammer erwärmt wird, bevor sie in den Brennraum gelangt. Dort wird das Gemisch aus Sekundärluft und eingesprühtem Kraftstoff durch eine Glühkerze gezündet. Das heiße Verbrennungsgas wird zum Regenerieren eines nachgeschalteten Rußfilters verwendet.
  • Aus der US-A-4 574 589 ist ein Verfahren zum Reinigen eines Rußfilters bekannt, welches ohne die Zufuhr von Sekundärluft arbeitet. Der der Brennkammer zugeführte Kraftstoff wird hier unter Verwendung des im Abgas enthaltenen Restsauerstoffs verbrannt. Durch die heißen Verbrennungsabgase wird der im Rußfilter angesammelte Ruß abgebrannt, wodurch der Rußfilter regeneriert wird.
  • Demgegenüber liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, das Abbrennen des Rußes in einem Rußfilter für wechselnde Motorbetriebszustände wirksam aber dennoch konstruktiv einfach zu verwirklichen.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß nach einem Verfahren gemäß Anspruch 1 und einer Vorrichtung gemäß Anspruch 6 gelöst, wobei auf eine Zufuhr von Sekundärluft in der Brennkammer gänzlich verzichtet werden kann.
  • Dadurch, daß durch die Brennkammer nur ein Abgasteilstrom, bevorzugt von weniger als etwa 25% des Gesamtabgasstromes geleitet und dort mittels der Zündvorrichtung gezündet wird, lassen sich die Zündbedingungen besser kontrollieren. Dabei kann durch geeignete Dosierung des Abgasteilstromes eine gleichmäßig verlaufende Verbrennung des im Abgas noch enthaltenen Sauerstoffanteils von 7 bis 15% des den Motor verlassenden Gesamtabgasstromes erreicht werden. Das der Brennkammer zugeführte Motorabgas, dessen Temperatur maximal etwa 400°C beträgt, wird durch die Nachverbrennung in der Brennkammer sehr stark aufgeheizt. Durch den aufgeheizten Abgasteilstrom, der dem Hauptabgasstrom vor dem Rußfilter wieder zugemischt wird, gelingt es, die Abgastemperatur des Gesamtabgasstroms auf etwa 700°C anzuheben. Diese Temperatur liegt über der Zündtemperatur des zu verbrennenden Rußes im Rußfilter. Für diesen Temperaturanstieg ist entscheidend, daß zuerst eine Abgasteilmenge mit dem eingespritzten Kraftstoff in der Brennkammer gezündet und verbrannt wird und daß der dabei verdampfte Kraftstoff nur teilweise verbrannt wird, sodaß es bei der Vermischung dieses heißen Verbrennungsgases mit weiteren Abgasanteilen in der und/ oder unmittelbar nach der Brennkammer zu einer weiteren Nachverbrennung der zugemischten Abgasanteile kommt, mit dem Ergebnis, daß die Temperatur des Gesamtabgasstroms vor dem Rußfilter erheblich über der bloßen Mischtemperatur liegt.
  • Besonders gleichmäßige Zünd- und Brennbedingungen lassen sich dadurch verwirklichen, daß in Verbindung mit der Brennkammer eine Zündkammer vorgesehen ist, welche von einem Abgasteilstrom durchströmt wird. Hierzu besteht eine bevorzugte Ausführungsform darin, daß die Zündkammer innerhalb der Brennkammer angeordnet ist und daß die Zündkammer von einem ersten Abgasteilstrom und ein zwischen Brennkammerwand und Zündkammer gebildeter Hohlraum von einem zweiten Abgasteilstrom durchströmt werden und daß beide Abgasteilströme in der Brennkammer hinter der Zündkammer miteinander vermischt werden. Dabei findet, wie oben bereits ausgeführt, eine Verbrennung des zugemischten Abgasteilstroms statt. Bei dieser Ausführungsform wird also nur der erste Abgasteilstrom in der Zündkammer gezündet; der zweite Abgasteilstrom steht zunächst im Wärmeaustausch mit der Wand der Zündkammer, d.h. er nimmt begrenzt Wärme auf, isoliert aber gleichzeitig die Zündkammer gegenüber der kälteren Umgebung. Der Anteil des ersten Abgasteilstroms am Gesamtabgasstrom beträgt dabei bevorzugt zwischen 2 und 5%, der des zweiten Abgasteilstroms 15 bis 20%. Die Vermischung der beiden Abgasteilströme erfolgt noch innerhalb der Brennkammer, wobei zweckmäßig vorgesehen ist, daß der zweite Abgasteilstrom mittels zwischen Zündkammer und Brennkammerwand vorgesehener schraubenlinienförmiger Leitbleche in Drehung versetzt wird. Die Folge davon ist eine besonders innige Vermischung der beiden Abgasteilströme, wobei es zu einer Verbrennung auch des zugemischten zweiten Abgasteilstroms kommt. Nach dem Zusammenströmen der aus der Brennkammer austretenden Abgasteilströme mit dem Hauptabgasstrom ergibt sich eine Nachverbrennung mit dem im Hauptabgasstrom enthaltenen Restsauerstoff.
  • Im Rahmen der Erfindung kann die Brennkammer entweder in eine Bypassleitung des Abgassystems eingebaut oder von der Abgasleitung eingehüllt werden, derart, daß der Hauptabgasstrom durch einen äußeren Ringraum zwischen der Abgasleitung und der Brennkammerwand geleitet wird. Diese Ausführungsform ist besonders energie-und platzsparend.
  • Eine zweckmäßige Ausgestaltung dieser Ausführungsform besteht darin, daß die Brennkammer etwa konzentrisch in das Abgasrohr eingesetzt ist und anströmseitig an eine Kammer angeschlossen ist, deren Wand gegen die Abgasströmung gewölbt ausgebildet ist und eine Mittelöffnung aufweist. Zur genauen Dosierung der beiden Abgasteilströme kann in weiterer Ausgestaltung vorgesehen sein, daß die Kammer an eine Blende angrenzt, welche erste Öffnungen zur Dosierung des ersten Abgasteilstromes und, radial außerhalb der Zündkammer, zweite Öffnungen der zur Dosierung des zweiten Abgasteilstromes aufweist.
  • Die Zündkammer ist bevorzugt in Art einer Venturidüse eingeschnürt, wobei die Mündung der Kraftstoffdüse etwa in der Engstelle der Zündkammer oder geringfügig dahinter angeordnet ist.
  • Ein weiterer Vorschlag zur Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die Zündvorrichtung zwei Zündelektroden umfaßt, welche durch die Abgasleitung, die Brennkammerwand und die Wand der Zündkammer hindurchgeführt sind, so daß sich deren Elektroden dicht vor der Mündung der Kraftstoffdüse gegenüber stehen.
  • Um einen besonders gleichmäßigen Verbrennungsablauf bei sicheren Zündbedingungen in wechselnden Lastzuständen über den gesamten Drehzahlbereich des Dieselmotors zu gewährleisten, kann es weiterhin von Vorteil sein, daß ein von Einbauten freier Endabschnitt der Brennkammer, in welchem sich der erste und der zweite Abgasteilstrom vermischen, mit Durchbrechungen für die Zuströmung von Teilmengen des Hauptabgasstroms versehen ist. Hier ermöglicht eine kleine erste Abgasteilmenge die Aufrechterhaltung stabiler Zündbedingungen, verbunden mit einer weitgehend vollständigen Verbrennung der Abgase mit dem Restsauerstoff der sukzessive zugeführten weiteren Abgasteilmengen.
  • Im Rahmen der Erfindung spielt es keine Rolle von welcher Art der Rußfilter ist; z.B. kommen sowohl die üblichen Keramikfilter als auch sog. Keramik-Wickelfilter in Frage, bei denen gelochte Stahlrohre in eine Keramikfaserwicklung eingehüllt sind. Ferner kann der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine Abgasturbine vorgeschaltet sein.
    Der Kraftstoff für den Betrieb der Kraftstoffdüse kann bevorzugt dem Motortreibstoff entsprechen, dem vorteilhaft ein Additiv zur Verbrennung der Rußverbrennung zugegeben wird.
  • Die Zufuhr von Kraftstoff in die Kraftstoffdüse kann in Abhängigkeit von der jeweiligen Motorlast bzw. dem jeweiligen Motorbetriebspunkt geregelt sein; je heißer die Motorabgase in der Regenerierungsphase sind, desto geringer kann die Kraftstoffmenge sein, die durch die Kraftstoffdüse in die Brennkammer eingespritzt wird.
  • Als Zündelektroden können im Handel erhältliche Ausführungsformen, wie sie beispielsweise in Heizungssystemen Anwendung finden, verwendet werden.
  • Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigt
    • Fig. 1
    eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem Abgassystem zwischen Motor und Rußfilter
    Fig. 2
    einen Ausschnitt A der Fig. 1 mit einer alternativen Anordnung der Brennkammer
    Fig. 3
    einen axialen Längsschnitt durch eine Brennkammer, welche im Inneren der Abgasleitung angeordnet ist und
    Fig. 4
    einen Schnitt gem. IV-IV der Fig. 3.
  • Gem. Fig. 1 wird ein Dieselmotor (1) über einen Kraftstofftank (2) mit Kraftstoff versorgt. Die Ansaugluft wird dem Dieselmotor (1) über eine Ansaugluftleitung (4) zugeführt. An den Abgaskrümmer (5) des Dieselmotors ist eine Abgasleitung (6) angeschlossen, welche über ein Rußfilter (7) mit einer Auspuffleitung (8) verbunden ist. Das Rußfilter (7) enthält einen Keramikeinsatz (9) mit in Strömungsrichtung verlaufenden Kanälen, in welchen sich der nichtverbrannte Ruß ansammelt. Der Kraftstofftank (2) ist über eine Kraftstoffleitung (10) mit dem Dieselmotor (1) und über eine weitere Kraftstoffleitung (11), in welche in eine Förderpumpe (12) eingebaut ist, mit einer Brennkammer (13) verbunden, welche in die Abgasleitung (6) zwischen dem Abgaskrümmer (5) und dem Rußfilter (7) eingesetzt ist. In der Brennkammer (13) , von welcher eine Ausführungsform in den Fig. 3 und 4 näher beschrieben ist, wird der Kraftstoff aus der Kraftstoffleitung (11) zur Nachverbrennung eines durch die Brennkammer geleiteten Abgasteilstroms eingespritzt.
  • Fig. 2 zeigt einen Ausschnitt A der Fig. 1 mit einer alternativen Anordnung der Brennkammer (13) , welche in eine von der Abgasleitung (6) abzweigende Bypassleitung (15) eingebaut ist. Die Bypassleitung (15) ist stromabwärts mittels einer die Abgasleitung (6) umgebenden Hutze (16) wieder an der Abgasleitung (6) angeschlossen, welche im Bereich der Hutze (16) geteilt ist, wobei der stromaufwärts liegende Teil der Abgasleitung (6) mit einer Einschnürung (17) endet.
  • Fig. 3 zeigt einen Axialschnitt durch die Brennkammer (13), welche im Inneren der Abgasleitung (6) angeordnet ist. Mit ihrem rechten Ende ist die Abgasleitung (6) mittels eines Flansches (18) an einem (nicht gezeichneten) motorseitigen Abschnitt der Abgasleitung (6) angeschlossen. Mit dem am linken Ende vorgesehenen Flansch (19) ist die zum linken Ende hin verjüngte Abgasleitung (6) am Gehäuse des Rußfilters (7) angeflanscht. Durch die im Inneren der Abgasleitung (6) angeordnete Brennkammer (13) wird der aus der Abgasleitung zuströmende Gesamtabgasstrom gem. Pfeil (G) aufgeteilt in einen die Brennkammer (13) in einem zwischen dieser und der Abgasleitung (6) gebildeten äußeren Ringraum (42) umströmenden Hauptabgasstrom gem. Pfeilen (H) und einen Abgasteilstrom (T0), der durch eine Öffnung (20) in eine der Brennkammer (13) vorgeschaltete Kammer (21) einströmt. Die Kammer (21) besitzt eine gegen die Strömung gewölbte, vom Hauptabgasstrom (H) umspülte Wand (22) mit der Öffnung (20). Die Wand (22) ist brennkammerseitig angeschlossen an eine die Kammer (21) stromabwärts begrenzende Blende (23), welche verschiedene Öffnungen aufweist. Auf der anderen Seite der Blende (23) ist daran eine Zündkammer (24) angeschlossen, welcher in Art einer Venturidüse eine Einschnürung (25) besitzt. Erste Öffnungen (26) in der Blende (23) münden in das Innere der Zündkammer (24), durch welche ein erster Abgasteilstrom gem. den Pfeilen (T1) strömt. Ein zweiter Abgasteilstrom gem. den Pfeilen (T2) gelangt durch zweite Öffnungen (27) in der Blende (23) in einen Hohlraum (28) zwischen Zündkammer (24) und einem zylindrischen Wandabschnitt (29) der Brennkammer (13). Sowohl der Hohlraum (28) als auch der Innenraum der Zündkammer (24) sind an ihrem Ausströmende offen, so daß sich beide Abgasteilströme (T1, T2) hinter der Zündkammer (24) im Inneren der Brennkammer (13) vermischen. Um eine möglichst innige Durchmischung zu erzielen, ist ein Ringraum (30) zwischen einem zylindrischen Endabschnitt (31) der Zündkammer (24) und dem umgebenden zylindrischen Wandabschnitts (29) der Brennkammer (13) mit spiralenförmigen Leitblechen (32) versehen, welche einen Drall des zweiten Abgasteilstroms (T2) erzeugen. In dem an die Zündkammer (24) anschließenden, sich in Strömungsrichtung des Abgases konisch verjüngenden Endabschnitt (33) der Brennkammer (13), welcher frei von Einbauten ist, vermischen sich die Abgasteilströme (T1, T2), bevor sie nach ihrem Austritt aus der stromabwärts offenen Brennkammer (13) mit dem Hauptabgasstrom (H) zusammen strömen. Dieses Abgasgeschmisch, dessen Temperatur etwa bei 700°C liegt, gelangt in den Rußfilter und sorgt dort für die Verbrennung des Rußes. Der Endabschnitt (33) der Brennkammer (13) weist Durchbrechungen (43) auf, welche ein Zumischen von Teilmengen (T3) des Hauptabgasstroms (H) noch im Inneren der Brennkammer (13) bewirken.
  • Der Temperaturerhöhung durch Nachverbrennung ist zunächst der erste Abgasteilstrom (T1) unterworfen, dessen Gehalt an nicht verbranntem Sauerstoff hinter der Kraftstoffdüse (34) entzündet wird. Als Zündvorrichtung dienen zwei, um 90° in Umfangsrichtung zueinander versetzte Zündelektroden (35) (vgl. Fig. 4), welche sowohl die Abgasleitung (6) als auch die Brennkammer (13) und schließlich die Wand der Zündkammer (24) durchstoßen. Die Elektroden (36) sind, wie in Fig. 4 dargestellt, unmittelbar neben der Mündung (37) der Kraftstoffdüse (34) angeordnet, so daß ihre Enden aufeinander zugerichtet sind. Die Zündelektroden (35) besitzen jeweils einen Porzellankörper (38), welcher zu seinem Wärmeschutz von einem Stahlrohr (39) ummantelt ist. Mittels einer das Stahlrohr (39) umgebenden Befestigungshülse (40) sind die Zündelektroden (35) in der Wand der Abgasleitung (6) verankert, das innere Ende des Porzellankörpers (38) ist in einem Rohrstutzen (41) aufgenommen, welcher mit der Zündkammer (24) verbunden ist. Die Kraftstoffleitung (11) gelangt durch die Öffnung (20) der Wand (22) der Kammer (21) und durch eine erste Öffnung (26) der Blende (23) in das Innere der Zündkammer (24) und ist dort mit der Kraftstoffdüse (34) verbunden.
  • Betrachtet man die Zuströmquerschnitte für die Abgasteilströme (T1) und (T2) sowie für den Hauptabgasstrom (H) in Höhe der Blende (23), so verhalten sich in einem konkreten Ausführungsbeispiel deren Flächen nach der Proportion: FT1: FT2: FH=2:11:50. Der Querschnitt der Öffnung (20) in der Kammer (21) entspricht etwa der Summe aus den ersten Öffnungen (26) und den zweiten Öffnungen (27) in der Blende (23).
  • Bei einer Eingangstemperatur des Abgases in die Brennkammer von etwa 400°C ergibt sich nach der Zündung in der Zündkammer (24) eine Temperatur des ersten Abgasteilstroms (T1) von etwa 1100 bis 1200 °C. Durch das Einmischen des ersten Abgasteilstroms (T1) zunächst in den zweiten Abgasteilstrom (T2) kommt es zu einer Verbrennung dieses Gasgemischs in dem an die Zündkammer (24) anschließenden Verbrennungsraum (44) der Brennkammer (13). Danach schließt sich noch eine Nachverbrennung beider Abgasteilströme (T1, T2) durch das Zumischen des Hauptabgasstroms (H) an. Dieses Zumischen erfolgt zum Teil durch die Durchbrechungen (43) im Verbrennungsraum (44), zum größeren Teil hinter der Brennkammer (13) in dem zum Rußfilter (7) führenden Abschnitt (45) der Abgasleitung (6). Das Ergebnis ist eine Abgasmischtemperatur von etwa 700°C, wobei die Temperatur zweckmäßig über die eingespritzte Kraftstoffmenge geregelt wird. Diese Temperatur ist für die Regeneration des Rußfilters (7) durch Verbrennen des dort angesammelten Rußes ausreichend.

Claims (19)

  1. Verfahren zum Reinigen eines Rußfilters (7) in der Abgasleitung (6) eines Dieselmotors (1) unter Last und fur alle Motordrehzahlen, bei welchem
    a) vom Gesamtabgasstrom (G) ein Abgasteilstrom (T0) abgezweigt wird,
    b) der Abgasteilstrom (T0) in eine Brennkammer (13) geleitet wird,
    c) der Abgasteilstrom (T0) oder ein davon abgezweigter erster Abgasteilstrom (T1) in der Brennkammer (13) mit Brennstoff gezündet wird, wobei ein Heizgas entsteht,
    d) das die Brennkammer (13) verlassende Heizgas mit einem außerhalb der Brennkammer geleiteten Hauptabgasstrom (H) aufeinmal oder suksessiv vereinigt und als Brenngas dem Rußfilter (7) zugeführt wird, wo es den Abbrand des dort angesammelten Rußes einleitet,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    e) als Brennstoff flüssiger Motorkraftstoff mittels einer in der Brennkammer (13) angeordneten Kraftstoffdüse (34) eingespritzt und an einer dieser zugeordneten elektrischen Zündvorrichtung gezündet wird und daß
    f) daß Kraftstoff in solcher Menge zugegeben wird, daß das Heizgas einen Kraftstoffüberschuß besitzt, so daß bei Schritt d) eine Verbrennung des verdampften noch unverbrannten Kraftstoffes stattfindet.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß in das Zündgas innerhalb der Brennkammer (13) ein zweiter Abgasteilstrom (T2) oder nacheinander weitere Abgasteilströme eingeleitet werden.
  3. Verfahren gemäß Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der zweite Abgasteilstrom (T2) vor dem Einleiten in das Heizgas durch dieses indirekt erwärmt wird.
  4. Verfahren gemäß Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Zufuhr von Kraftstoff in die Kraftstoffdüse in Abhängigkeit von den jeweiligen Motorbetriebspunkten geregelt wird in einer Weise, daß bei steigender Temperatur der Motorabgase in der Regenerierungsphase die Menge des in die Brennkammer eingespritzten Kraftstoffes reduziert wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Menge des eingespritzten Kraftstoffs in Abhängigkeit vom Erreichen einer Abgasmischtemperatur vor dem Eintritt in den Rußfilter von etwa 700°C geregelt wird.
  6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 1 zum Reinigen eines Rußfilters (7) in der Abgasleitung (6) eines Dieselmotors (1) unter Last, mit einer vor dem Rußfilter (7) angeordneten Brennkammer (13), in welcher eine Kraftstoffdüse (34) und eine dieser zugeordnete elektrische Zündvorrichtung eingebaut sind,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Brennkammer (13) für den Durchsatz eines vom Gesamtabgasstrom (G) abgezweigten Abgasteilstromes (T0) ausgelegt und ein die Brennkammer umgehender Bypass für den verbleibenden Hauptabgasstrom (H) vorgesehen ist, daß für den gesamten Drehzahlbereich des Dieselmotors Abgas in der Brennkammer (13) mit dem durch die Kraftstoffdüse (34) eingespritzten Kraftstoff vermischt und mit dem im Abgas vorhandenen Anteil an unverbranntem Sauerstoff durch die Zündvorrichtung gezündet und zu Heizgas verbrannt wird und daß der Brennkammer (13) ein Raum nachgeschaltet ist zur Vereinigung des Heizgases mit dem Hauptabgasstrom (H).
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Abgasteilstrom (T0) weniger als 25% des Gesamtabgasstromes (G) beträgt.
  8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß in Verbindung mit der Brennkammer (13) eine Zündkammer (24) vorgesehen ist, welche von einem Abgasteilstrom durchströmt wird.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Zündkammer (24) innerhalb der Brennkammer (13) angeordnet ist,
    daß die Zündkammer (24) von einem ersten Abgasteilstrom (T1) und ein zwischen Brennkammerwand (29) und Zündkammer (24) gebildeter Hohlraum (28) von einem zweiten Abgasteilstrom (T2) durchströmt werden, und daß beide Abgasteilströme (T1, T2) in der Brennkammer (13) hinter der Zündkammer (24) miteinander vermischt werden.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 9,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Zweite Abgasteilstrom (T2) mittels in einem inneren Ringraum (30) zwischen Zündkammer (24) und Brennkammer (13) vorgesehener schraubenlinienförmiger Leitbleche (32) in Drehung versetzt wird.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Brennkammer (13) in eine von der Abgasleitung (6) abgezweigte Bypassleitung (15) eingebaut ist.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Brennkammer (13) von der Abgasleitung (6) eingehüllt ist, derart, daß der Hauptabgasstrom (H) durch einen äußeren Ringraum (42) zwischen der Abgasleitung (6) und der Wand der Brennkammer (13) geleitet wird.
  13. Vorrichtung nach Anspruch 12,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Brennkammer (13) etwa konzentrisch in die Abgasleitung (6) eingesetzt ist und anströmseitig an eine Kammer (21) angeschlossen ist, deren Wand (22) gegen die Abgasströmung gewölbt ausgebildet ist und eine Mittelöffnung (20) aufweist.
  14. Vorrichtung nach Anspruch 13,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Kammer (21) an eine Blende (23) angrenzt, welche erste Öffnungen (26) zur Dosierung des ersten Abgasteilstroms (T1) und, radial außerhalb der Zündkammer (24), zweite Öffnungen (27) zur Dosierung des zweiten Abgasteilstroms (T2) aufweist.
  15. Vorrichtung nach Anspruch 9,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Anteil des ersten Abgasteilstroms (T1) 2 bis 5% des Gesamtabgasstromes (G) beträgt.
  16. Vorrichtung nach Anspruch 9,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Anteil des zweiten Abgasteilstroms (T2) 15 bis 20% des Gesamtabgasstroms (G) beträgt.
  17. Vorrichtung nach Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Zündkammer (24) in Art einer Venturidüse eingeschnürt ist und daß die Mündung (37) der Kraftstoffdüse (34) etwa in der Engstelle (25) der Zündkammer (24) oder geringfügig dahinter angeordnet ist.
  18. Vorrichtung nach Anspruch 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Zündvorrichtung zwei Zündelektroden (35) umfaßt, welche durch die Abgasleitung (6), die Brennkammerwand (29) und die Wand der Zündkammer (24) hindurchgeführt sind, so daß sich deren Elektroden (36) dicht vor der Mündung (37) der Kraftstoffdüse (34) gegenüberstehen.
  19. Vorrichtung nach Anspruch 9,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß ein von Einbauten freier Endabschnitt (33) der Brennkammer (13), In welchem sich der erste (T1) und der zweite Abgasteilstrom (T2) vermischen, mit Durchbrechungen (43) für die ZuStrömung von Teilmengen (T3) des Hauptabgasstromes (H) versehen ist.
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