DE3837472A1 - Partikelfiltersystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regenerierung von Partikelfiltern nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Die Partikelemission ist ein verfahrensbedingter Nachteil des Dieselmotors. Bisher wurde versucht, dieses Problem durch innermotorische Maßnahmen zu lösen. Die immer schär­ fer werdenden gesetzlichen Auflagen für Fahrzeugmotoren erfordern in Zukunft aber den Einsatz von Partikelfiltern im Abgasstrom.

Ein solches Partikelfilter wird in der nicht Vorveröffent­ lichten DE-OS 37 29 861 beschrieben. Hierbei handelt es sich um ein im Abgashauptstrom angeordnetes Keramikfilter, das während des Motorbetriebes durch Abbrennen des Parti­ kelbelages regenerierbar ist.

Da die zur Regeneration erforderliche Abgastemperatur von mehr als 550 Grad Celsius im Motorbetrieb in der Regel nicht erreicht wird, muß das Abgas entsprechend aufgeheizt werden. Dazu dient ein Brenner mit einer Luftdrallzerstäu­ berdüse, der Druckluft in konstantem unterstöchiometrischem Mengenstrom zugeführt wird. Die noch unverbrannten Be­ standteile der den Brenner verlassenden heißen Gase reagieren in einer Nachbrennkammer mit dem Restsauerstoff der dort eingeleiteten Abgase des Dieselmotors. Dadurch wird die zur Regeneration erforderliche Temperatur er­ reicht.

Die dazu benötigte Brennerleistung ist von der jeweiligen Menge und Temperatur des Abgases des Dieselmotors und da­ mit von dessen Drehzahl und Last abhängig. Eine konstante oder nur von der Motordrehzahl abhängige Gemischmenge und damit Brennerleistung, wie sie in der DE-OS 37 29 861 be­ schrieben ist, kann diese Forderung nicht erfüllen.

Für die Wirksamkeit und Lebensdauer des Partikelfilters ist es wichtig, das dessen Oberfläche gleichmäßig mit Partikeln beladen wird und der Abbrand der Partikel gleichmäßig und vollständig erfolgt. Nur so kann die Nutzungsdauer des Partikelfilters zwischen den Regenera­ tionen maximiert werden und Wärmespannungen mit den damit verbundenen Wärmerissen im keramischen Filterkörper ver­ mieden werden.

Bei dem Partikelfilter nach der DE-OS 37 29 861 treten das Motorabgas und das Heißgas des Brenners radial von innen nach außen in eine Nachbrennkammer vor dem Partikelfilter ein. Dadurch werden die äußeren Randpartien des Partikel­ filters bevorzugt mit Partikeln beladen und in der Regene­ rierungsphase bevorzugt regeneriert. Daraus folgt, daß die Nutzung der Filteroberfläche in Verbindung mit den Wärme­ spannungen nicht optimal ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Partikelfiltersystem zu schaffen, das im gesamten Be­ triebsbereich des Dieselmotors regenerationsfähig ist, ohne das Partikelfilter zu gefährden.

Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Durch die erfindungsgemäße Lösung kann die Leistung des Brenners im Rahmen der Sauerstoffmenge, die dem Brenner direkt zugeführt wird und die als Restsauerstoff im Abgas des Dieselmotors verfügbar ist, allein durch Variation der Brennstoffmenge beliebig verändert werden.

Auf diese Weise kann die Forderung erfüllt werden, im ge­ samten Betriebsbereich des Dieselmotors eine annähernd konstante und ausreichend hohe Regenerationstemperatur und damit eine vollständige Regeneration des Partikelfilters zu verwirklichen. Damit ist auch die Voraussetzung für ei­ ne vollautomatische, vom Fahrer unabhängige Regeneration erfüllt.

Die Anordnung nach Anspruch 2 bietet den Vorteil kleinst­ möglicher Brennerluftmenge und damit kleinstmöglichen Brennstoffverbrauch zu deren Förderung und Aufheizung.

Die erfindungsgemäße Ausbildung nach Anspruch 3 bietet den Vorteil, eine für jeden Betriebspunkt der Brennkraft­ maschine optimale Abstimmung der Mengen von Brennstoff und sauerstoffhaltigem Gas verwirklichen zu können.

Die Anordnung nach Anspruch 4 bietet den Vorteil einer einfachen Luftversorgungsanlage des Brenners, die durch die Ausbildung nach Anspruch 5 in ihrer Liefercharakte­ ristik auf einfache Weise variiert werden kann.

Die Ausbildung nach Anspruch 6 ermöglicht bei Vorhanden­ sein einer Druckluftquelle mit in etwa konstantem Druck, wie sie in Nutzfahrzeugen üblich ist, in Verbindung mit einer überkritisch durchströmten Düse eine besonders ein­ fache Lösung der Luftversorgung des Brenners.

Die Aufgabe der Erfindung wird auch durch den kennzeich­ nenden Teil des unabhängigen Anspruchs 7 gelöst. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung wird erreicht, daß das Abgas der Brennkraftmaschine sich im normalen Motorbetrieb durch die Drallströmung gleichmäßig in der Sekundärbrennkammer verteilt und dadurch das Partikelfilter gleichmäßig belädt. Zum andern wird erreicht, daß sich bei der Regeneration die Abgasströme des Dieselmotors und des Brenners durch deren entgegengesetzten Drallsinn in Art einer Scherstrom­ mischung intensiv mischen und so über eine gleichmäßige Temperaturverteilung vor dem Partikelfilter zu dessen gleichmäßiger, vollständiger und schonender Regeneration führen.

Bei Vorhandensein von Strömungsleitvorrichtungen oder ähn­ lichen Einbauten in der Sekundärbrennkammer, z.B. radial in der Sekundärbrennkammer angeordneten Strömungsleit­ blechen oder Strömungsblenden, kann es vorteilhaft sein, die Richtung des Dralls in der Primär- und Sekundärbrenn­ kammer gleichsinnig zu gestalten.

Die Ausbildung nach Anspruch 8 bietet den Vorteil kurzer Baulänge des Partikelfiltersystems, ein Vorteil, der durch die Anordnung nach Anspruch 9 noch verstärkt wird, da der Mischungs- und Homogenisierungsweg des Abgases bis zum Partikelfilter maximiert wird.

Die Ausbildung nach Anspruch 10 bietet den Vorteil einer symmetrischen Strömung, die beim Beladen des Partikelfil­ ters zu einer gleichmäßigen Vermischung der einzelnen Ab­ gasströme führt und beim Regenerieren zusätzlich zur gleichmäßigen Zumischung des Brenngases.

Die Anordnung nach Anspruch 11 bietet den Vorteil einer größtmöglichen Mischlänge für das Abgas der Brennkraft­ maschine und des Brenners. Außerdem wird die Brennkammer von dem Motorabgas gekühlt, wobei die aufgenommene Wärme der Regeneration direkt zugute kommt.

Von dieser bevorzugten Anordnung und Ausbildung der Pri­ märbrennkammer kann auch abgewichen werden. So kann es bei gewissen Anwendungsfällen vorteilhaft sein, die Primär­ brennkammer komplett in die Sekundärbrennkammer einzu­ bauen, so daß zwischen der Vorderwand der Sekundärbrenn­ kammer und der Primärbrennkammer ein Abstand entsteht, der die Anbringung von axialen Öffnungen in der Vorderwand der Primärbrennkammer gestattet.

Es kann aber auch vorteilhaft sein, die Primärbrennkammer wenigstens teilweise außerhalb und vor der Sekundärbrenn­ kammer anzubringen.

Auch kann es von Vorteil sein, die Primärbrennkammer nicht koaxial zur Sekundärbrennkammer anzubringen, sondern aus der Mitte der Sekundärbrennkammer versetzt. Dabei kann die Achse der Primärbrennkammer parallel zur Achse der Sekun­ därbrennkammer verlaufen oder diese schneiden oder wind­ schief zu dieser verlaufen.

Bei Einbaufällen mit möglichst kurz bauenden Partikelfil­ tersystem ist es auch denkbar, die Primärbrennkammer am Umfang der Sekundärbrennkammer und außerhalb derselben an­ zubringen. Dabei kann die Einströmrichtung in die Sekun­ därbrennkammer radial oder tangential sein, wobei die tangentiale Einströmung im Sinne oder im Gegensinne zur Strömung der Abgasleitung gerichtet sein kann.

Die Anordnung nach Anspruch 12 verhindert negative Auswir­ kungen der Abgaspulsationen des Dieselmotors auf die Stabilität der Flamme der Primärbrennkammer und ermöglicht eine Zumischung sauerstoffhaltigen Abgases in die Primär­ brennkammer.

Die Ausbildung nach Anspruch 13 gibt den Bereich der Brennkammerbohrungen wieder, der sich für eine Abstimmung auf Druckschwankungsunempfindlichkeit bewährt hat.

Die Anordnung nach den Ansprüchen 14 und 15 bietet den Vorteil, daß bei Ausfall der Zündung der Kraftstoff nicht in den Kernbereich des Partikelfilters gelangen kann, was zur Überhitzung und partiellen Zerstörung des Filters führen würde.

Aufgrund des relativ kleinen Durchmessers der Prallplatte und ihres großen Abstandes von der Austrittsöffnung der Primärbrennkammer, bewirkt die Prallplatte keine wesent­ liche Strömungsbeeinflussung, so daß die Gleichmäßigkeit der Beaufschlagung des Partikelfilters gewährleistet bleibt.

Durch die Ausbildung nach Anspruch 16 wird sichergestellt, daß die Prallplatte durch die hohe thermische Bean­ spruchung im Heißgasstrom der Primärbrennkammer nicht durch Überhitzung zerstört wird. Für diese Aufgabe eignet sich neben hochwarmfestem Stahl insbesondere Keramik.

Die Anordnung nach Anspruch 17 stellt eine einfache Form der Luftversorgung des Brenners dar.

Die Fördercharakteristik des Verdrängergebläses kann durch die Ausbildung nach Anspruch 18 auf einfache Weise modifi­ ziert werden.

Die Anordnung nach Anspruch 19 bietet für den Fall einer Druckluftquelle, wie sie im Druckluftbehälter von Nutz­ fahrzeugen im normalen Fall gegeben ist, eine elegante Lösung zur Luftversorgung der Primärbrennkammer. Die über­ kritische Düse bietet dabei den Vorteil, daß auch bei ge­ wissen Druckschwankungen im Vorratsbehälter eine annähernd konstante Luftmenge geliefert wird.

Die Ausbildung nach Anspruch 20 gestattet eine sogenannte Knopfdruckregeneration. Diese wird im Gegensatz zur voll­ automatischen Regeneration auf Wunsch des Fahrers durch Knopfdruck bei Leerlauf des Motors ausgelöst. Da in diesem Betriebszustand der Brennkraftmaschine ein großer Luft­ überschuß im Abgas des Motors besteht, kann auf eine äuße­ re Sauerstoffzufuhr verzichtet werden. Dadurch wird der Bauaufwand für die Regenerationsanlage besonders niedrig, der Bedienungsaufwand jedoch erhöht.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der fol­ genden Beschreibung und der Zeichnung, in der ein Aus­ führungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt ist.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch das Partikelfil­ tersystem mit der Luftversorgung der Luftdrall­ zerstäuberdüse durch ein Verdrängergebläse;

Fig. 2 einen Querschnitt durch die Primär- und Sekundärbrennkammer mit zwei Abgasleitungen, die tangential in die Sekundärbrennkammer münden;

Fig. 3 einen Längsschnitt durch das Partikelfil­ tersystem mit der Luftversorgung der Luftdrall­ zerstäuberdüse aus einer Konstantdruckquelle;

Fig. 4 einen Längsschnitt durch das Partikelfil­ tersystem mit der Sauerstoffversorgung der Luft­ drallzerstäuberdüse durch Zufuhr von Motor­ abgas.

Das Partikelfiltersystem 2 besteht aus einem Brenner 3 und einem Partikelfilter 7, die beide im Hauptstrom einer Ab­ gasleitung 10 eines Dieselmotors 1 angeordnet sind. Der Brenner 3 besteht aus einer Luftdrallzerstäuberdüse 5, ei­ ner Primärbrennkammer 6 und einer Sekundärbrennkammer 9.

Die Luftdrallzerstäuberdüse 5 wird von einer nicht darge­ stellten Förder- und Dosiereinrichtung über die Brenn­ stoffzufuhrleitung 18 mit Brennstoff niedrigen Druckes versorgt. Die Versorgung mit Druckluft geringen Druckes erfolgt über die Gasleitung 4. Diese ist in der Ausführung nach Fig. 1 mit einem von dem Dieselmotor 1 angetriebenen Verdrängergebläse 15 verbunden, dem ein Abblaseventil 11 zugeordnet ist.

In der Ausführung nach Fig. 3 ist die Luftdrallzerstäu­ berdüse 5 über ein Magnetventil 21 und eine überkritisch durchströmte Düse 19 mit einem Druckbehälter 20 verbunden.

Bei der Lösung nach Fig. 4 besteht eine Verbindung zwi­ schen der Abgasleitung 10 und der Gasleitung 4, wobei in der Abgasleitung 10 eine Drosselklappe 17 und in der Gas­ leitung 4 ein Magnetventil 16 angeordnet sind.

Der Luftdrallzerstäuberdüse 5 ist die Primärbrennkammer 6 nachgeschaltet. Die Primärbrennkammer 6 sitzt koaxial in der Sekundärbrennkammer 9, an deren Vorderwand 22 sie be­ festigt ist.

Die Primärbrennkammer 6 besitzt eine axiale Austrittsöff­ nung 8, deren Durchmesser ca. 60 bis 80% des Durchmessers der Primärbrennkammer 6 beträgt. Außerdem sind am Umfang der Primärbrennkammer 6 in deren - in Strömungsrichtung gesehen - vorderem Drittel Öffnungen 12 angebracht. Diese Öffnungen haben einen Gesamtquerschnitt von 5 und 20% des Primärbrennkammerquerschnitts.

Die Sekundärbrennkammer 9 ist wie die Primärbrennkammer 6 zylinderförmig. An ihrem Umfang und - in Strömungsrichtung gesehen - vorderen Teil ist die Abgasleitung 10 tangential angeschlossen. Bei mehreren Abgasleitungen 10 sind deren Abstände am Umfang der Sekundärbrennkammer 9 gleich, wie in Fig. 2 dargestellt.

Der Primärbrennkammer 9 schließt sich das Partikelfilter 7 an. Hierbei handelt es sich um ein monolithisches Keramik­ filter üblicher Bauart.

Zwischen der Austrittsöffnung 8 der Primärbrennkammer 6 und dem Partikelfilter 7 ist eine kreisförmige Prallplatte 13 vorgesehen, die z.B. über Speichen 14 mit dem Umfang der Sekundärbrennkammer 9 verbunden ist. Die Prallplatte 13, die aus warmfestem Material wie z. B. Keramik besteht, hat einen Durchmesser von ca. 60% des Primärbrennkammer­ durchmessers und einen Abstand zur Öffnung 8 von ca. 150% des Primärbrennkammerdurchmessers.

Das Partikelfiltersystem funktioniert wie folgt:

Im normalen Motorbetrieb tritt das Abgas des Dieselmotors 1 durch die Abgasleitung 10 tangential in die Sekundär­ brennkammer 9 ein und bewirkt dort eine Drallströmung. Im Falle von zwei oder mehreren Abgasleitungen, wie sie z. B. bei V-Motoren üblich sind, werden eventuell vorhandene Un­ terschiede der Abgastemperatur und des Partikelgehaltes zwischen den verschiedenen Abgasleitungen 10 durch die Drallströmung in der Sekundärbrennkammer 9 ausgeglichen. Diese Homogenisierung des Abgasstromes führt zu einer gleichmäßigen Beladung und damit zur optimalen Ausnutzung des Partikelfilters.

Dabei steigt der Abgasgegendruck des Dieselmotors 1 an. Wenn der Abgasgegendruck eine bestimmte Höhe erreicht hat, wird automatisch, während des normalen Betriebes des Die­ selmotors 1 der Brenner 3 eingeschaltet, um das Partikel­ filter 7 zu regenerieren.

Dadurch erhält die Luftdrallzerstäuberdüse 5 über die Brennstoffleitung 18 Brennstoff und über die Gasleitung 4 Luft.

Der Brennstoff wird von einer nicht abgebildeten Quelle, z. B. der Kraftstoff-Förderpumpe des Dieselmotors 1 unter relativ geringem Druck angeliefert. Seine Menge richtet sich nach der momentanen Last bzw. Abgastemperatur und Drehzahl des Dieselmotors 1.

Die Luft, die ebenfalls einen relativ niedrigen Druck hat, wird entweder von einem Dieselmotor angetriebenen Verdrän­ gergebläse 15 oder von einem Druckbehälter 20 über ein Magnetventil 21 und über eine überkritische Düse 19 zur Luftdrallzerstäuberdüse gefördert.

Die Lösung mit dem Druckbehälter 20 bietet sich bei Fahr­ zeugen mit Druckluftbremse und entsprechend dimensionier­ ten Luftkompressor an. Diese konstruktiv einfache Lösung liefert auch bei nicht ganz konstantem Behälterdruck einen weitgehend konstanten Luftdruck vor der Luftdrallzerstäu­ berdüse 5.

Demgegenüber ist der Druck, den das Verdrängergebläse 15 liefert, von der Drehzahl des Dieselmotors 1 abhängig, wo­ bei ein Abblaseventil 11 zur Druckbegrenzung vorgesehen ist.

Die der Luftdrallzerstäuberdüse 5 zugeführte Luftmenge und damit auch die zu ihrer Förderung und Aufheizung benötigte Energie ist relativ gering, da bei dem erfindungsgemaßen Partikelfiltersystem 1 der Restsauerstoff des Dieselmotor­ abgases zur Regeneration des Partikelfilters 7 mit heran­ gezogen wird.

Der Restsauerstoffgehalt im Abgas eines Dieselmotors liegt zwischen ca. 7% bei Vollast und ca. 18% im Leerlauf. Die 7% Restsauerstoffgehalt bei Vollast reichen gerade aus, um eine Regeneration in angemessener Zeit zu verwirkli­ chen, vorausgesetzt, die Abgastemperatur erreicht in die­ sem Lastpunkt die Regenerationstemperatur. Dies ist nur bei Dieselmotoren mit relativ hoher Nenndrehzahl der Fall. Bei Stadtbusmotoren, bei denen Partikelfilter in erster Linie zur Anwendung kommen, wird die Nenndrehzahl aus Ver­ brauchs- und Emissionsgründen relativ niedrig gewählt, wo­ durch auch die maximale Abgastemperatur relativ niedrig bleibt. Deshalb muß hier auch im Vollastpunkt der Nenn­ drehzahl, dem Punkt des kleinsten Leistungsbedarfs des Brenners 3, dieser arbeiten, um die Regenerationstempera­ tur zu erreichen. Da in diesem Betriebspunkt nur die er­ forderliche Mindestsauerstoffmenge im Abgas vorliegt, darf dem Abgas kein Sauerstoff entzogen werden. Deshalb ist in diesem Betriebspunkt das Brennstoff-Luftgemisch des Brenners 3 ungefähr stöchiometrisch. Auf diese Weise wird die Regenerationstemperatur mit der geringst möglichen Zu­ satzluftmenge und ohne Inanspruchnahme des Restsauerstoff­ gehaltes des Abgases erreicht.

In allen anderen Betriebspunkten des Dieselmotors 1 ist eine höhere Brennerleistung und damit eine größere Brenn­ stoffmenge erforderlich, was bei gleichbleibender oder ab­ nehmender Luftmenge ein unterstöchiometrisches Gemisch im Brenner 3 zur Folge hat. Der fehlende Sauerstoff wird dann vom Motorabgas geliefert, dessen Restsauerstoffgehalt mit der jeweils erforderlichen Brennerleistung steigt.

In der Luftdrallzerstäuberdüse 5 bildet die zugeführte Druckluft eine Drallströmung, die an einer Schneide zu einer feinen Zerstäubung des Brennstoffs führt.

Das Brennstoff-Luftgemisch tritt mit Drall aus der Luft­ drallzerstäuberdüse 5 in die Primärbrennkammer 6 ein und wird dort mit Hilfe einer nicht abgebildeten Hoch­ spannungszündvorrichtung gezündet.

Aufgrund der Drallströmung in der Primärbrennkammer 6 bil­ det sich in deren Achse eine Unterdruckzone. Dadurch strö­ men die brennenden Gase in Richtung Luftdrallzerstäuber­ düse 5 zurück und bilden einen Toruswirbel.

Auf diesen Toruswirbel trifft das frisch eingeblasene Ge­ misch und wird durch Mehrfachrezirkulation intensiv auf­ bereitet.

Der stationäre Toruswirbel wirkt außerdem als Flammenhal­ ter, wodurch eine stabile Flamme in der Primärbrennkammer 6 gewährleistet ist.

Die Stabilität der Flamme hängt auch von Druckschwankungen in der Primärbrennkammer 6 ab, die vom Abgasstrom des Die­ selmotors 1 herrühren. Diese Druckschwankungen werden durch die Öffnungen 12 am Umfang der Primärbrennkammer 6 weitgehend abgeschwächt. Im Bereich der Öffnungen 12 herrscht aufgrund der Ejektorwirkung der Luftdrallzerstäu­ berdüse 5 in der Primärbrennkammer 6 ein Unterdruck, durch den das pulsierende Abgas aus der Sekundärbrennkammer 9 in die Primärbrennkammer 6 eintritt. Da die Abgasdruckschwan­ kungen zugleich auch an der Öffnung 8 der Primärbrenn­ kammer 6 wirksam sind, heben sie sich in ihrer Wirkung auf die Flamme in der Primärbrennkammer 6 weitgehend auf.

Außerdem tritt mit dem Abgas durch die Öffnungen 12 Rest­ sauerstoff in die Primärbrennkammer 6 ein, was besonders bei sehr fettem Gemisch zu einer erwünschten Abmagerung führt, die ein gewünschtes Hinauswandern der Flamme aus der Primärbrennkammer 6 begrenzt und damit ein Abreißen und Verlöschen der Flamme verhindert.

Eine weitere Möglichkeit, den Restsauerstoff des Abgases der Brennkraftmaschine schon in der Primärbrennkammer 6 zu verarbeiten, besteht darin, der Luftdrallzerstäuberdüse 5 anstelle von externer Luft Abgas aus der Abgasleitung 10 zuzuführen, wie in Fig. 4 dargestellt wird. Durch Öffnen eines Magnetventils 16 und gleichzeitiges Schließen einer Drosselklappe 17 wird über die Gasleitung 4 die erforder­ liche Strömungsverbindung hergestellt. Die erforderliche Druckdifferenz zwischen Luftdrallzerstäuberdüse 5 und Primärbrennkammer 6 wird durch eine gewollte Undichtheit der Drosselklappe 17 erreicht, die entweder eine definier­ te Bohrung oder einen definierten Spalt zur Abgasleitung 10 besitzt. Diese Art der Regeneration funktioniert nur beim Leerlauf, da nur in diesem Betriebspunkt ein aus­ reichend hoher Restsauerstoffgehalt im Abgas vorliegt. Deshalb ist eine automatische Regeneration nicht möglich, so daß in diesem Fall die Regeneration durch Knopfdruck vom Fahrer ausgelöst werden muß.

Die der Öffnung 8 der Primärbrennkammer 6 vorgelagerte Prallplatte 13 verhindert, daß beim Nichtzünden der Pri­ märbrennkammer 6 unverbrannter Brennstoff auf das Parti­ kelfilter 7 gelangt und dieses nach erfolgter Zündung durch Überhitzung gefährdet. Da die Prallplatte 13 im heißen Abgasstrom steht, ist sie selber heiß und wirkt bis zur Zündung des Kraftstoffluftgemisches als Oberflächen­ vergaser für den Kraftstoff. Aufgrund ihrer geringen Ab­ messung, bezogen auf den Durchmesser der Sekundärbrenn­ kammer 9 beeinflußt sie die Gleichmäßigkeit der Strömung in der Sekundärbrennkammer 9 nicht.

Die Verbrennung eines zum Teil unterstöchiometrischen Ge­ misches in der Primärbrennkammer 6 führt aufgrund der intensiven Gemischaufbereitung zu einer partikelfreien Teilverbrennung unter starker Bildung von CO, H₂ und Radikalen. Diese Gase verbinden sich in der Sekundärbrenn­ kammer 9 mit einem Teil des Restsauerstoffs des Abgases, wobei die Vermischung des Abgases mit dem aus der Primär­ brennkammer 6 austretenden Reaktionsgases erfindungsgemäß durch den entgegengesetzten Drehsinn des Dralls in der Primär- und Sekundärbrennkammer in Art einer Scherstrom­ mischung erfolgt.

Dieser intensive Mischvorgang bewirkt, daß die Sekundär­ brennkammer 9 und damit auch die Stirnseite des Partikel­ filters 7 gleichmäßig von Flammen beaufschlagt werden. Ausgehend von einzelnen Zündkeimen wird daher ein gleich­ mäßiger und schonender Abbrand des Partikelbelages des Partikelfilters 7 erreicht.

Claims (20)

1. Verfahren zur Regeneration eines Partikelfilters (7), das in der Abgasleitung (10) einer Brennkraftmaschi­ ne, insbesondere eines Dieselmotors (1) angeordnet ist, wobei die Regeneration durch Abbrennen des Partikelbelages im Vollstrom des Abgases erfolgt, mit einem dem Partikel­ filter (7) zugeordneten Brenner (3), dem Brennstoff und sauerstoffhaltigen Gas zuführbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Mengen des dem Brenner (3) zugeführten Brennstoffes und sauerstoff­ haltigen Gases variierbar ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des dem Brenner (3) zugeführten Brennstoffs und sauerstoffhaltigen Gases in dem Betriebspunkt des Dieselmotors (1), bei dem der Leistungsbedarf des Brenners (3) zum Erreichen der Regene­ rationstemperatur am niedrigsten ist, in etwa stöchiome­ trisch und in allen übrigen Betriebspunkten des Dieselmo­ tors (1) unterstöchiometrisch ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Brenner (3) zugeführ­ ten Mengen an Brennstoff und sauerstoffhaltigem Gas im ge­ samten Betriebsbereich des Dieselmotors (1) variierbar sind.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Brenner (3) zugeführte Menge des sauerstoffhaltigen Gases proportional zur Dreh­ zahl des Dieselmotors (1) ist.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Brenner (3) zugeführte Menge des sauerstoffhaltigen Gases proportional zur Dreh­ zahl des Dieselmotors (1) ist und ab einer bestimmten Drehzahl des Dieselmotors (1) in etwa konstant gehalten wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Brenner (3) zugeführte Menge des sauerstoffhaltigen Gases im Gesamtbetriebsbe­ reich des Dieselmotors (1) konstant gehalten wird.

7. Partikelfiltersystem mit einem Partikelfilter (7) im Hauptstrom einer Abgasleitung (10) eines Dieselmotors (1) und einem Brenner (3), wobei der Brenner (3) eine Luftdrallzerstäuberdüse (5) aufweist, der mittels einer Gasleitung (4) sauerstoffhaltiges Gas zuführbar ist, und an die sich eine Primärbrennkammer (6) mit einer Primär­ drallströmung und eine Sekundärbrennkammer (9) anschlie­ ßen, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgasleitung (10) draller­ zeugend an die Sekundärbrennkammer (9) angeschlossen ist und der Drehsinn der Drallströmung der Sekundärbrennkammer (9) dem Drehsinn der Drallströmung in der Primärbrenn­ kammer (6) vorzugsweise entgegengerichtet ist.

8. Partikelfiltersystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgasleitung (10) am Um­ fang der Sekundärbrennkammer (9) angeschlossen ist.

9. Partikelfiltersystem nach den Ansprüchen 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgasleitung (10) in den in Strömungsrichtung vorderen Teil der Sekundärbrennkammer (9) mündet.

10. Partikelfiltersystem nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß bei mehreren Abgasleitungen (10) deren Einmündungen in die Sekundärbrennkammer (9) in gleichen Abständen angeordnet sind.

11. Partikelfiltersystem nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärbrennkammer (6) vor­ zugsweise innerhalb des in Strömungsrichtung vorderen Teils der Sekundärbrennkammer (9) angeordnet ist.

12. Partikelfiltersystem nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß am Umfang der Primärbrenn­ kammer (6) Öffnungen (12) angeordnet sind.

13. Partikelfiltersystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (12) in Strö­ mungsrichtung gesehen im ersten Drittel der Primärbrenn­ kammer (6) angeordnet sind und ihr Querschnitt 5 bis 20% des Querschnitts der Primärbrennkammer (6) beträgt.

14. Partikelfiltersystem nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine Prallplatte (13) koaxial zur Austrittsöffnung (8) der Primärbrennkammer (6) dem Partikelfilter (7) vorgelagert angeordnet ist.

15. Partikelfiltersystem nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Prallplatte (13) vorzugswei­ se kreisförmig ist und ihr Durchmesser ca. 60% und ihr Abstand zum Primärkammerende ca. 150% des Durchmessers der Primärbrennkammer (6) beträgt.

16. Partikelfiltersystem nach den Ansprüchen 14 und 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Prallplatte (13) aus warm­ festem Material besteht.

17. Partikelfiltersystem nach einem der Ansprüche 7 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasleitung (4) mit der Druckseite eines von der Brennkraftmaschine (1) angetrie­ benen Verdrängergebläses (15) verbunden ist.

18. Partikelfiltersystem nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß in der Gasleitung (4) ein Ab­ blaseventil (11) angeordnet ist.

19. Partikelfiltersystem nach einem der Ansprüche 7 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasleitung (4) über ein Magnetventil (18) und eine Strömungsdrossel (19), die vor­ zugsweise als eine überkritische Düse ausgebildet ist, mit einem Druckbehälter (20) von konstantem oder annähernd konstantem Druck verbunden ist.

20. Partikelfiltersystem nach einem der Ansprüche 7 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasleitung (4) über ein Magnetventil (16) mit der Abgasleitung (10) verbunden ist, und daß in Strömungsrichtung hinter dem Abzweig der Lei­ tung (4) in der Abgasleitung (10) eine Drosselklappe (17) angeordnet ist.