DE102012202195B3 - Vorrichtung und Verfahren zur Erzeugung von Heißgas und Dieselpartikelfiltersystem - Google Patents

Abstract

Vorrichtung zur Erzeugung von Heißgas mit – einer Einlassöffnung (14) für einen Luftstrom (16), die in einer Gehäusewand (12) ausgebildet ist, – zumindest erste (24), zweite (46) und dritte (52) Brennräume, die von der Gehäusewand (12) in einer axialen Richtung beabstandet sind, so dass zwischen den Brennräumen (24, 46, 52) und der Gehäusewand (12) ein erster Abschnitt (56) eines Luftzuführungskanals gebildet wird, in den die Einlassöffnung (14) mündet, wobei der erste Brennraum (24) ein geschlossenes Ende (34) und ein offenes Ende (36) aufweist, – einem zweiten Abschnitt (58) des Luftzuführungskanals, der in axialer Richtung durch den ersten Brennraum (24) hindurch verläuft, – einer Glühkerze (20), die in einer ersten Kraftstoffzuführung (22) angeordnet ist, und die durch den ersten Abschnitt (56) in den ersten Brennraum (24) ragt, – zumindest eine Lufteinlassleitung (60), um einen ersten Teil des Luftstroms (16) über die Glühkerze (20) in den ersten Brennraum (24) zu der Erzeugung eines Brenngases zu leiten, – einer ersten Verbindung (44) zwischen dem offenen Ende (36) des ersten Brennraums (24) und dem zweiten Brennraum (46), – einer zweiten Verbindung (50) zwischen dem zweiten Brennraum (46) und dem dritten Brennraum (52), – einer zweiten Kraftstoffzuführung mit einer durch den ersten Abschnitt (56) und den zweiten Abschnitt (58) hindurch verlaufenden Kraftstoffleitung (32), – einem dritten Abschnitt (72) des Luftzuführungskanals, der entlang der ersten Verbindung (44) verläuft und in den dritten Brennraum (52) mündet, – einer Kraftstoffverteilerplatte (74), in die die Kraftstoffleitung (32) der zweiten Kraftstoffzuführung mündet, und die Öffnungen (76) zum Austritt des über die Kraftstoffleitung (32) geförderten Kraftstoffs in den dritten Abschnitt (72) hat, – einer Austrittsöffnung (78) für das aus dem dritten Brennraum (52) austretende Heißgas, die gegenüber der Kraftstoffverteilerplatte (74) angeordnet ist, wobei der zweite Brennraum (46) den ersten Brennraum (24) umhüllt und der dritte Brennraum (52) den zweiten Brennraum umhüllt (46), und wobei die ersten (44) und zweiten (50) Verbindungen jeweils so angeordnet sind, dass eine erste Richtungsumkehr des Brenngases beim Übertritt von dem ersten Brennraum (24) in den zweiten Brennraum (46) und eine zweite Richtungsumkehr des Brenngases beim Übertritt vom zweiten Brennraum (46) in den dritten Brennraum (52) erfolgt.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erzeugung von Heißgas, insbesondere zur Regeneration von Partikelfiltern, sowie ein Dieselpartikelfiltersystem.
• Aus DE 10 2006 015 841 B3 ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erzeugung von Heißgas, insbesondere zur Regeneration von Partikelfiltern, bekannt.
• Die US 2011/0197570 A1 beschreibt einen Brenner zur Erhöhung der Temperatur eines Gasstroms, wie beispielsweise eines Abgasstroms, um Feinstaub oder unverbrannte Kohlenwasserstoffe in dem Abgas zu verbrennen.
• Aus DE 195 04 183 A1 ist weiter ein Vollstrombrenner zur thermischen Regeneration eines Partikelfilters in einem Abgasnachbehandlungssystem eines Verbrennungsmotors, insbesondere eines Dieselmotors vorgeschlagen, welcher voll im Abgasrohr, insbesondere in einem erweiterten geradlinigen koaxialen Abgas-Rohrabschnitt, angeordnet ist. Dadurch kann ein Partikelfilter axial an7geströmt werden, was einen vereinfachten Aufbau und eine gute Temperaturverteilung bedeutet.
• Die DE 2 035 591 A beschreibt eine Vorrichtung für die Nach-Verbrennung von brennbaren Rückständen in Motorabgasen von Verbrennungsmotoren, umfassend eine von einem Mantel begrenzte und an die Abgasleitung des Motors angeschlossene Nach-Brennkammer, Mittel zur Anlieferung von Zusatzluft an die Nach-Brennkammer, sowie einen Wärmeaustauscher für die Vorwärmung der Zusatzluft durch die Abgase der Nach-Brennkammer, wobei der Wärmeaustauscher die Nach-Brennkammer umhüllend so angeordnet ist, dass die Zusatzluft in einem Umfangsbereich entgegen der Strömungsrichtung der Abgase zirkuliert, die in einem Zwischenbereich zwischen diesem Umfangsbereich und dem Mantel der Nach-Brennkammer strömen.
• Von diesem Stand der Technik ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Vorrichtung und ein verbessertes Verfahren zur Erzeugung von Heißgas sowie ein verbessertes Dieselpartikelfiltersystem zu schaffen.
• Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird jeweils mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
• Nach Ausführungsformen der Erfindung wird eine Vorrichtung zur Erzeugung von Heißgas geschaffen, bei der das Brenngas bei seinem Übertritt zwischen den Brennräumen zumindest eine zweifache Richtungsumkehr erfährt. Kraftstoff wird in den ersten Brennraum zugeführt, um dort die Verbrennung zu starten. Das in dem ersten Brennraum erzeugte Brenngas strömt dann in den zweiten Brennraum, wobei seine Richtung umgekehrt wird, und über den zweiten Brennraum schließlich in den dritten Brennraum, wobei die Richtung des Brenngases nochmals umgekehrt wird. Zur Vergrößerung der Leistung kann Kraftstoff bzw. ein Kraftstoff-Luft-Gemisch zusätzlich in den dritten Brennraum eingeleitet werden.
• Hierdurch wird es ermöglicht, das Heißgas mit einer Leistung von zum Beispiel bis zu 300 kW zu erzeugen. Diese hohe Leistung macht Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung besonders geeignet für die Regeneration von Partikelfiltern bei straßenungebundenen Maschinen und Geräten (Non-Road Maschinen). Non-Road-Motoren sind: Rasenmäher und Laubsauger, Freizeitboote, Schienenverkehr, Luftfahrt, Baumaschinen (z. B. Bagger), landwirtschaftliche Geräte (z. B. Traktoren), Industrieanlagen (z. B. Gabelstapler), Dienstprogramm Geräte (z. B. Generatoren und Pumpen).
• Von besonderem Vorteil ist dabei ferner, dass die Leistung in einem weiten Bereich zwischen 3 kW bis 300 kW stufenlos über eine entsprechende Regelung der Luft- und Kraftstoffzufuhr einstellbar ist.
• Im Weiteren werden Ausführungsformen der Erfindung mit Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
• 1 eine Schnittansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
• 2 ein Blockdiagramm einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Dieselpartikelfiltersystems.
• Im Weiteren werden Elemente der nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen, die einander entsprechen oder gleichen, jeweils mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.
• Die 1 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erzeugung von Heißgas, das heißt einen Brenner 10. Der Brenner 10 hat eine Gehäusewand 12. Die Gehäusewand 12 hat eine exzentrische Einlassöffnung 14 für einen Luftstrom 16, der beispielsweise von einem Gebläse produziert wird. Die Einlassöffnung 14 ist in axialer Richtung ausgerichtet.
• Ferner hat die Gehäusewand 12 eine exzentrische Öffnung 18 mit einem Innengewinde, in welches eine Flammglühkerze 20 eingeschraubt ist. Auch die Flammglühkerze 20 ist axial ausgerichtet.
• Bei der Flammglühkerze 20 kann es sich um eine handelsübliche Flammglühkerze, beispielsweise des Herstellers BERU oder BOSCH handeln. Die Flammglühkerze 20 hat einen Kraftstoffkanal 22, über den Kraftstoff über die Flammglühkerze 20 in einen ersten Brennraum 24 geleitet werden kann.
• Der Kraftstoff läuft entlang eines Glühstifts der Flammglühkerze 20 in einen Mischraum der Flammglühkerze 20, der von einem Schutzrohr 26 der Flammglühkerze 20 umgeben ist. Das Schutzrohr 26 hat Löcher 28, über die ein erster Teil 30 des Luftstroms 16 in den Mischraum gelangen kann. Dort wird dieser Teil 30 des Luftstroms 16 mit dem Kraftstoff, der über den Kraftstoffkanal 22 zu dem Mischraum gelangt, vermischt, so dass ein Kraftstoff-Luft-Gemisch entsteht. Dieses Kraftstoff-Luft-Gemisch kann durch eine Glühspule der Flammglühkerze 20 gezündet werden.
• Neben dem Kraftstoffkanal 22 hat der Brenner 10 eine weitere Kraftstoffzuführung, die eine Kraftstoffleitung 32 aufweist. Die Kraftstoffleitung 32 verläuft in axiale Richtung des Brenners 10 durch die Gehäusewand 12 hindurch.
• Beispielswelse ist der Brenner 10 – bis auf die Einlassöffnung 14 und die Öffnung 18 sowie die Flammglühkerze 20 – ringförmig oder rotationssymmetrisch, insbesondere zylinderförmig ausgebildet. in diesem Fall verläuft die Kraftstoffleitung 32 vorzugsweise entlang der Mittelachse, insbesondere der Rotationsachse, des Brenners 10.
• Der Brennraum 24 hat ein geschlossenes Ende 34 und ein offenes Ende 36. Beispielsweise kann der Brennraum 24 hohlzylinderförmig ausgebildet sein, wie in der 1 dargestellt. Vorzugsweise auf der inneren Wandung 38 des Brennraums 24 sind Mittel zur Vergrößerung der Oberfläche der inneren Wandung 38 angeordnet, um aufgrund des Leydenfrost-Effekts entstehende Kraftstofftropfen in dem ersten Brennraum aufzunehmen und dort unter Sauerstoffmangel zu verbrennen. Hierdurch wird insbesondere die sog. Weißrauchbildung durch unverbrauchten Kraftstoff in der Startphase des Brenners unterdrückt.
• Bei den Mitteln zur Vergrößerung der Oberfläche kann es sich um ein Drahtgestrick 40 handeln, welches auf der inneren Wandung 38 in Richtung 42 hinter dem Schutzrohr 26 der Flammglühkerze 20 angeordnet ist. Das Drahtgestrick 40 sollte so eng sein, dass flüssiger Kraftstoff, der über den Kraftstoffkanal 22 in den Brennraum 24 gelangt, nicht aus dem Brennraum 24 herausgeblasen wird, sondern entlang des Drahtgestricks 40 durch eine Kapillarwirkung gefördert wird.
• Vorzugsweise hat das Drahtgestrick 40 eine Platinbeschichtung zur Temperaturerhöhung der inneren Wandung 38 während des Brennvorgangs. Dadurch wird ein erster Teil 30 des Luftstroms 16 über die innere Wandung 38 aufgewärmt und beim Herunterfahren des Brenners 10 eventuell noch vorhandene oder entstehende Kraftstoffdämpfe beim Ausblasen der Flammglühkerze 20 katalytisch oxidiert.
• Statt eines Drahtgestricks kann auch ein Drahtgewirke, ein Drahtgewebe oder ein Keramik- oder Metallschaum verwendet werden.
• Der erste Brennraum 24 ist über eine erste Verbindung 44 mit einem zweiten Brennraum 46 verbunden. Der Brennraum 46 umhüllt den Brennraum 24 und ist beispielsweise ebenfalls ringförmig oder hohlzylinderförmig ausgebildet. Aus dem ersten Brennraum in Richtung 42, d. h. aus dem offenen Ende ausströmendes Brenngas wird über die Verbindung 44 in den Brennraum 46 geleitet, wobei das Brenngas eine Richtungsumkehr erfährt, das heißt beispielsweise eine 180°-Umkehr, so dass die Richtung 48 der Strömung des Brenngases in dem Brennraum 46 der Richtung 42 entgegengesetzt ist.
• Der Brennraum 46 ist über eine Verbindung 50 mit einem dritten Brennraum 52 verbunden, wobei der Brennraum 52 den Brennraum 46 und damit auch den Brennraum 24 umhüllt. Der Brennraum 52 kann ebenfalls ringförmig oder hohlzylinderförmig ausgebildet sein.
• Über die Verbindung 50 kann das Brenngas aus dem Brennraum 46 in den Brennraum 52 einströmen, wobei es nochmals eine Richtungsumkehr um zum Beispiel 180° erfährt, so dass es in dem Brennraum 52 in Richtung 54 strömt, die der Richtung 48 entgegengesetzt ist. Je nach Ausführungsform können zwischen dem Brennraum 46 und dem Brennraum 52 weitere Brennräume angeordnet sein, wobei jeweils beim Übertritt des Brenngases von einem Brennraum zum nächsten eine Richtungsumkehr erfolgt.
• Die Brennräume 24, 46 und 52 sind in axialer Richtung von der Gehäusewand 12 beabstandet, wie in der 1 gezeigt, so dass zwischen der Gehäusewand 12 und den Brennräumen 24, 46 und 52 ein erster Abschnitt 56 eines Luftzuführungskanals gebildet wird.
• An den ersten Abschnitt des Luftzuführungskanals schließt sich ein zweiter Abschnitt 58 des Luftzuführungskanals an, welcher in axialer Richtung verläuft und zwar durch den ersten Brennraum 24 hindurch. Wenn der erste Brennraum 24 hohlzylinderartig ausgebildet ist, wie in der 1 dargestellt, so verläuft der zweite Abschnitt 58 des Luftzuführungskanals durch den Innenradius der Hohlzylinderform hindurch.
• Vorzugsweise umhüllt der zweite Abschnitt 58 die Kraftstoffleitung 32, so dass der durch die Kraftstoffleitung 32 geförderte Kraftstoff durch den Teil des Luftstroms, welcher durch den Abschnitt 58 strömt, gekühlt wird.
• Von besonderem Vorteil ist, dass die Flammglühkerze 20 durch den Abschnitt 56 des Luftzuführungskanals hindurch in den Brennraum 24 hineinragt, so dass der durch den Abschnitt 56 verlaufende Teil der Flammglühkerze 20 von einem Teil des Luftstroms 16 umspült wird, so dass die Flammglühkerze 20 gekühlt wird. Hierdurch wird eine Überhitzung der Flammglühkerze 20 vermieden.
• An der inneren Wandung 38 des ersten Brennraums 24 ist in axialer Richtung eine Luftbypassleitung 60 angeordnet, die entlang des zweiten Abschnitts 58 verläuft. Über die Luftbypassleitung 60 strömt der erste Teil des Luftstroms 16 erwärmt durch die innere Wandung 38 in den Brennraum 24 ein, und zwar an dessen geschlossenem Ende 34.
• Hierzu kann die Luftbypassleitung 60 einen Lufteinlassbohrung 62 aufweisen, durch welchen ein Teil des Luftstroms 16, der durch den Abschnitt 58 strömt, in die Luftbypassleitung 60 abgezweigt wird. Dieser abgezweigte Teil des Luftstroms erfährt hierbei eine Richtungsumkehr und strömt in Richtung 64, welche der Richtung 66 der Strömung in dem Abschnitt 58 des Luftzuführungskanals entgegengesetzt ist.
• Die Luftbypassleitung 60 mündet in das geschlossene Ende 34 des Brennraums 24 und ein Teil der aus der Luftbypassleitung 60 strömenden Luft trifft dabei auf das Schutzrohr 26 der Flammglühkerze 20 sowie auf die Löcher 28, um sich in dem Mischraum mit dem über den Kraftstoffkanal 22 einströmenden Kraftstoff zu vermischen. Hierdurch kommt es zu einer Initialzündung des resultierenden Kraftstoffluft-Gemisches.
• In dem ersten Brennraum 24 können Drallschaufeln 68 angeordnet sein. Die Drallschaufeln 68 sind an der Innenseite der äußeren Wandung 70 des Brennraums 24 ausgebildet, und in der Richtung 42 der Strömung des Brenngases durch den Brennraum 24 geneigt, um das Brenngas in dem Brennraum 24 zu verwirbeln und in eine Drehbewegung zu bringen.
• Der Luftzuführungskanal hat einen dritten Abschnitt 72, der entlang der Verbindung 44 verläuft und sich dann entlang des zweiten Brennraums 46 in axialer Richtung erstreckt. Der Abschnitt 72 mündet in den dritten Brennraum 52, so dass die durch den Abschnitt 72 strömende Luft auf das durch die Verbindung 50 hindurchtretende Brenngas trifft.
• Gegenüber dem offenen Ende 36 des Brennraums 24 ist eine Kraftstoffverteilerplatte 74 angeordnet. Die Kraftstoffverteilerplatte hat Öffnungen 76 zu dem Abschnitt 72, durch welche Kraftstoff hindurchtreten kann. Die Kraftstoffleitung 32 mündet in die Kraftstoffverteilerplatte 74, so dass der durch die Kraftstoffleitung 32 hindurch geförderte Kraftstoff über die Kraftstoffverteilerplatte 74 bzw. deren Öffnungen 76 zu der durch den Abschnitt 72 hindurchströmenden Luft gelangen kann, um dort ein Kraftstoff-Luft-Gemisch zu bilden.
• An seinem der Gehäusewand 12 gegenüberliegenden Ende hat der Brenner 10 eine Austrittsöffnung 78 für das resultierende Heißgas. Die Austrittsöffnung 78 ist zum Beispiel kreisförmig und wird durch eine Gehäusewand 80 des Brenners 10 gebildet, die der Gehäusewand 12 gegenüberliegt.
• Das Brenngas strömt aus dem Brennraum 52 entlang der Gehäusewand 80 und gelangt so zu der Austrittsöffnung 78. Dabei strömt es an einem Stromlinienkörper 82 entlang, der auf der Kraftstoffverteilerplatte 74 angeordnet ist. Der Stromlinienkörper 82 kann rotationssymmetrisch ausgebildet sein und verjüngt sich in Richtung auf die Austrittsöffnung 78. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Stromlinienkörper 82 um einen Hohlkörper, um die Erhitzung der Kraftstoffverteilerplatte durch das austretende Heißgas zu begrenzen.
• Am austrittsöffnungsseitigen Ende des Brennraums 52 kann eine Öffnung 84 in dem Gehäuse des Brenners 10 vorgesehen sein, durch welche Abgas 86 aufgrund des Bernoulli-Effekts angesaugt und einströmen kann.
• Zwischen dem Abschnitt 56 und der Verbindung 50 oder dem Brennraum 52 kann eine Lufteinlassleitung 88 angeordnet sein, um einen zweiten Teil der Luft aus dem ersten Abschnitt 56 in den Brennraum 52 zu leiten. Die Lufteinlassleitung 88 ist dabei vorzugsweise so ausgerichtet, dass dieser zweite Teil der Luft mit einem Drall entlang der Innenseite der äußeren Wandung 89 des Brennraums 52 strömt, beispielsweise spiralförmig, um zusätzlich Sauerstoff in dem Brennraum 52 zur Verfügung zu stellen und gleichzeitig zur Kühlung der Innenseite der äußeren Wandung 89.
• Zum Betrieb des Brenners 10 kann wie folgt vorgegangen werden:
  Zum Starten des Brenners werden die Zuführung des Kraftstoffs über den Kraftstoffkanal 22 durch Ansteuerung einer Kraftstoffpumpe und zum Beispiel ein Gebläse zur Zuführung des Luftstroms 16 gestartet. Dieser Kraftstoff vermischt sich mit dem Teil des Luftstroms, welcher über die Luftbypassleitung 60 den Mischraum der Flammglühkerze 20 erreicht, so dass fettes Kraftstoff-Luft-Gemisch entsteht.
• Dieses Kraftstoff-Luft-Gemisch wird durch die Flammglühkerze 20 gezündet, so dass eine Initialflamme in den Brennraum 24 resultiert. Hierdurch wird unter anderem das Drahtgestrick 40 erhitzt, so dass der Austritt von Kraftstofftröpfchen aus dem offenen Ende 36 des Brennraums 24 verhindert wird.
• Das Brenngas wird in dem Brennraum 24 ferner durch die Drallschaufeln 68 verwirbelt und in Drallbewegung gesetzt und strömt aus dem offenen Ende 36 über die Verbindung 44 in den Brennraum 46. Durch den Brennraum 46 strömt das Brenngas über die Verbindung 50 in den Brennraum 52. Dort trifft das Brenngas auf den Teil des Luftstroms, welcher über den Abschnitt 72 des Luftzuführungskanals in den Brennraum 52 einströmt. Das Brenngas verwirbelt mit diesem Teil des Luftstroms und verbrennt, wodurch das Heißgas resultiert, welches aus der Austrittsöffnung 78 strömt.
• Bei dieser ersten Betriebsart des Brenners 10 erfolgt die Kraftstoffzufuhr lediglich über den Kraftstoffkanal 22, nicht aber über die Kraftstoffleitung 32. Die Brennerleistung, die der Brenner 10 so erreichen kann ist regelbar und liegt zwischen 3 und 27 kW.
• Wird eine größere Brennerleistung für die Erhöhung der Abgase auf die Zündtemperatur des Rußes benötigt, kann über die zweite Betriebsart die Brennerleistung bis 300 kW erhöht werden.
• Nachdem sich der Brenner 10 in dieser ersten Betriebsart aufgeheizt hat, kann zu einer zweiten Betriebsart des Brenners übergegangen werden, um die Leistung wesentlich zu erhöhen. Hierzu wird dem Brenner 10 über die Kraftstoffleitung 32 Kraftstoff über eine zweite Kraftstoffpumpe zugeführt und die Stärke des Luftstroms 16 wird vergrößert. Der Kraftstoff strömt über die Kraftstoffleitung 32 in die bereits aufgeheizte Kraftstoffverteilerplatte 74 und von dort in den Abschnitt 72.
• Als Folge hiervon trifft das Brenngas am Ende der Verbindung 50 nicht auf einen Luftstrom, wie bei der ersten Betriebsart, sondern auf ein Kraftstoff-Luft-Gemisch, welches aus dem Abschnitt 72 strömt.
• Dieses Kraftstoff-Luft-Gemisch wird durch das Brenngas gezündet, was zu einer wesentlichen Leistungssteigerung beispielsweise auf bis zu 300 kW führt.
• Das über die Öffnung 84 einströmende Abgas 86 kann einen Luftanteil von zum Beispiel 10–15% haben, so dass hierüber weitere Verbrennungsluft zum vollständigen Verbrennen des Kraftstoff-Luft-Gemisches zur Verfügung steht.
• Von besonderem Vorteil ist bei Ausführungsformen der Erfindung die kompakte Bauweise des Brenners 10, insbesondere die geringe Bauhöhe, die durch die zumindest zweifache Richtungsumkehr des Brenngases ermöglicht wird, in Verbindung mit der hohen und dennoch regelbaren Brennerleistung bei optimaler Umweltverträglichkeit. Um die Bauhöhe des Brenners 10 weiter zu verringern, können zusätzliche Richtungsumkehrungen und entsprechende weitere Brennräume vorgesehen sein.
• Die 2 zeigt ein Dieselpartikelfiltersystem 90 mit dem Brenner 10. Der Brenner 10 befindet sich in einer Abgasleitung 92, durch welche Abgas 86 eines Dieselmotors 94 strömt. Die Geometrie der Abgasleitung 92 ist so ausgebildet, dass das Abgas den Brenner 10 seitlich anströmt, so dass der Brenner 10 durch das Abgas, welches beispielsweise eine Temperatur von 150°C haben kann, gekühlt wird. Ein Teil des Abgases wird aufgrund des Bernoulli-Effekts durch die Öffnungen 84 in den Brenner 10 gesaugt und trägt dort zur Verbrennung des Brenngases bei. Ein anderer Teil des Abgases strömt an dem Brenner 10 vorbei und trifft auf das von dem Brenner 10 erzeugte Heißgas an dessen Austrittsöffnung 78. Hierbei vermischt sich das Heißgas, welches eine Temperatur von zum Beispiel 300 bis 1000°C haben kann, mit diesem Teil des Abgas 86, so dass zum Beispiel eine Regenerationstemperatur von 400°C resultiert. Das aus der Mischung des Heißgases mit dem Abgas resultierende Gasgemisch trifft dann auf einen Partikelfilter 96, dessen Rußpartikel hierdurch verbrannt werden.
• Die Regelung der Kraftstoffzuführung durch den Kraftstoffkanal 22 bzw. die Kraftstoffleitung 32 sowie die Regelung des Luftstroms 16 erfolgt durch eine Regelungsvorrichtung 98, die z. B. eine Pumpvorrichtung für den Kraftstoff und ein Gebläse ansteuert.
• Beispielsweise ist die Regelungsvorrichtung 98 mit einem Drucksensor 100 in der Abgasleitung 92 verbunden sowie mit einem Drucksensor 102, der den Druck der Umgebungsluft misst. Die Regelungsvorrichtung 98 ermittelt die Druckdifferenz der von den Drucksensoren 100 und 102 ermittelten Drücke. Sobald die Druckdifferenz einen Schwellwert überschreitet, so bedeutet dies, dass sich der Partikelfilter 96 mit Rußpartikeln belädt und eine Regeneration des Partikelfilters 96 erforderlich ist.
• Daraufhin startet die Regelungsvorrichtung 98 den Brenner 10 automatisch oder manuel ausgelöst durch den Fahrer der Maschine, indem sie den Brenner 10 zunächst in der ersten Betriebsart betreibt und dann anschließend in der zweiten Betriebsart, um Heißgas mit einer entsprechend großen Leistung zu produzieren, und zwar unabhängig von dem aktuellen Betriebszustand des Dieselmotors 94. Mit anderen Worten kann die Regeneration des Partikelfilters 96 in jedem Betriebszustand des Dieselmotors, sei es unter hoher Lastbeaufschlagung, unter kleiner Last oder auch bei ausgeschaltetem Dieselmotor, 94 erfolgen, wobei im letzteren Fall das Heißgas ohne das Abgas 86 erzeugt wird, so dass die Leistung des Gebläses von der Regelung 98 dann entsprechend höher gestellt wird, um dies auszugleichen.
• Die Brennerleistung wird über den Temperatursensor 103, der sich im Abgasleitung 92 vor dem Partikelfilter befindet, geregelt. Damit der Partikelfilter während der Regenerationsphase nicht überhitzt wird (Abgastemperaturen beispielweise > 700°C), wird die Regenerationstemperatur über den zweiten Temperatursensor 104 hinter dem Partikelfilter, überwacht.
• Wird die max. Regenerationstemperatur durch den Temperatursensor 104 sensiert, so wird über die Steuerung 105 sowie die Regelung 95 die Kraftstoffmenge in der Kraftstoffleitung 32 sowie im Kraftstoffkanal 22 reduzieren. Die Luftmenge in der Luftleitung 16 wird der Brennerleistung angepasst und über die Regelung 95 geregelt.
• Bezugszeichenliste

10

Brenner

12

Gehäusewand

14

Einlassöffnung

16

Luftstrom

18

Öffnung

20

Flammglühkerze

22

Kraftstoffkanal

24

Brennraum

26

Schutzrohr

28

Löcher

30

Teil

32

Kraftstoffleitung

34

Ende

36

Ende

38

Wandung

40

Drahtgestrick

42

Richtung

44

Verbindung

46

Brennraum

48

Richtung

50

Verbindung

52

Brennraum

54

Richtung

56

Abschnitt

58

Abschnitt

60

Luftbypassleitung

62

Lufteinlassbohrung

64

Richtung

66

Richtung

72

Abschnitt

74

Kraftstoffverteilerplatte

76

Öffnung

78

Austrittsöffnung

80

Gehäusewand

82

Stromlinienkörper

84

Öffnung

86

Abgas

88

Lufteinlassleitung

89

Wandung

90

Dieselpartikelfiltersystem

92

Abgasleitung

94

Dieselmotor

96

Partikelfilter

98

Regelungsvorrichtung

100

Drucksensor

102

Drucksensor

103

Temperatursensor

104

Temperatursensor

105

Steuerungseinheit

Claims (16)

1. Vorrichtung zur Erzeugung von Heißgas mit – einer Einlassöffnung (14) für einen Luftstrom (16), die in einer Gehäusewand (12) ausgebildet ist, – zumindest erste (24), zweite (46) und dritte (52) Brennräume, die von der Gehäusewand (12) in einer axialen Richtung beabstandet sind, so dass zwischen den Brennräumen (24, 46, 52) und der Gehäusewand (12) ein erster Abschnitt (56) eines Luftzuführungskanals gebildet wird, in den die Einlassöffnung (14) mündet, wobei der erste Brennraum (24) ein geschlossenes Ende (34) und ein offenes Ende (36) aufweist, – einem zweiten Abschnitt (58) des Luftzuführungskanals, der in axialer Richtung durch den ersten Brennraum (24) hindurch verläuft, – einer Glühkerze (20), die in einer ersten Kraftstoffzuführung (22) angeordnet ist, und die durch den ersten Abschnitt (56) in den ersten Brennraum (24) ragt, – zumindest eine Lufteinlassleitung (60), um einen ersten Teil des Luftstroms (16) über die Glühkerze (20) in den ersten Brennraum (24) zu der Erzeugung eines Brenngases zu leiten, – einer ersten Verbindung (44) zwischen dem offenen Ende (36) des ersten Brennraums (24) und dem zweiten Brennraum (46), – einer zweiten Verbindung (50) zwischen dem zweiten Brennraum (46) und dem dritten Brennraum (52), – einer zweiten Kraftstoffzuführung mit einer durch den ersten Abschnitt (56) und den zweiten Abschnitt (58) hindurch verlaufenden Kraftstoffleitung (32), – einem dritten Abschnitt (72) des Luftzuführungskanals, der entlang der ersten Verbindung (44) verläuft und in den dritten Brennraum (52) mündet, – einer Kraftstoffverteilerplatte (74), in die die Kraftstoffleitung (32) der zweiten Kraftstoffzuführung mündet, und die Öffnungen (76) zum Austritt des über die Kraftstoffleitung (32) geförderten Kraftstoffs in den dritten Abschnitt (72) hat, – einer Austrittsöffnung (78) für das aus dem dritten Brennraum (52) austretende Heißgas, die gegenüber der Kraftstoffverteilerplatte (74) angeordnet ist, wobei der zweite Brennraum (46) den ersten Brennraum (24) umhüllt und der dritte Brennraum (52) den zweiten Brennraum umhüllt (46), und wobei die ersten (44) und zweiten (50) Verbindungen jeweils so angeordnet sind, dass eine erste Richtungsumkehr des Brenngases beim Übertritt von dem ersten Brennraum (24) in den zweiten Brennraum (46) und eine zweite Richtungsumkehr des Brenngases beim Übertritt vom zweiten Brennraum (46) in den dritten Brennraum (52) erfolgt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Lufteinlassleitung einen Lufteinlass (62) aufweist, wobei der Lufteinlass (62) im Bereich des offenen Endes (36) des ersten Brennraums (24) angeordnet ist, so dass ein erster Teil des Luftstroms (16) durch die Lufteinlassleitung entgegen der Lufteinlassrichtung (66) in Richtung (64) zu dem geschlossenen Ende (34) des ersten Brennraums (24) strömt, um über die Glühkerze (20) in den ersten Brennraum (24) einzuströmen.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, mit zumindest einer zweiten Lufteinlassleitung (88), zur Einleitung eines zweiten Teils des Luftstroms (16) von dem ersten Abschnitt (56) des Luftzuführungskanals in den dritten Brennraum (52).
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die zweite Lufteinlassleitung (88) so ausgebildet ist, dass der zweite Teil des Luftstroms (16) einen axialen Drall erfährt.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit zumindest einer Einlassöffnung (84) für ein Abgas (86), die an einem austrittsöffnungsseitigen Ende des dritten Brennraums (52) angeordnet ist.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem Stromlinienkörper (82), der an der Kraftstoffverteilerplatte (74) angeordnet ist, und der sich in Richtung auf die Austrittsöffnung (78) verjüngt.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in dem ersten Brennraum (24) Drallschaufeln (68) zur Verwirbelung des Brenngases angeordnet sind.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit Mitteln (40) zur Vergrößerung der Oberfläche einer Innenseite des ersten Brennraums (24), um aufgrund des Leydenfrost-Effekts entstehende Kraftstofftropfen in dem ersten Brennraum (24) aufzunehmen und dort unter Sauerstoffmangel zu verbrennen.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Mittel (40) zur Vergrößerung der Oberfläche als Drahtgestrick, Drahtgewirke, Drahtgewebe, Metallschaum oder Keramikschaum ausgebildet sind.
10. Dieselpartikelfiltersystem (90) mit – einer Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, – einer die Vorrichtung (10) umhüllenden Abgasleitung (92), die einen Einlass für Abgas (86) eines Verbrennungsmotors (94) aufweist, – einem Partikelfilter (96), wobei die Abgasleitung (92) so ausgebildet ist, dass die Vorrichtung (10) im Betrieb von dem Abgas (86) angeströmt wird, so dass die Vorrichtung (10) von dem Abgas (86) gekühlt wird und sich das Abgas (86) mit dem aus der Austrittsöffnung (78) ausströmenden Heißgas vermischt, so dass der Partikelfilter (96) mit dem daraus resultierenden Gas beaufschlagt wird, um hierdurch eine Regeneration des Partikelfilters (96) zu ermöglichen.
11. Dieselpartikelfiltersystem (90) nach Anspruch 10, mit einer Regelungsvorrichtung (98) zur Regelung des Luftstroms (16) sowie der Zuführung von Kraftstoff über die erste Kraftstoffzuführung (22) und die zweite Kraftstoffzuführung (32, 74), wobei eine Steuerungseinheit (105) dazu ausgebildet ist, die Vorrichtung (10) in einem ersten Betriebszustand nur über die erste Kraftstoffzuführung (22) mit Kraftstoff zu versorgen und in einem zweiten Betriebszustand die Vorrichtung (10) über sowohl die erste (22) als auch die zweite (32) Kraftstoffzuführung mit Kraftstoff zu versorgen.
12. Verfahren zur Erzeugung von Heißgas mit folgenden Schritten: – Verbrennung von Kraftstoff unter Sauerstoffmangel in einem ersten Brennraum (24), – Austritt von Brenngas aus dem ersten Brennraum (24) in einen zweiten Brennraum (46) mit einer ersten Richtungsumkehr, – Austritt des Brenngases aus dem zweiten Brennraum in einen dritten Brennraum (52) mit einer zweiten Richtungsumkehr, – Auslass des resultierenden Heißgases aus dem dritten Brennraum (52), wobei in einer ersten Betriebsart Kraftstoff nur in den ersten Brennraum (24) zugeführt wird, und wobei in einer zweiten Betriebsart Kraftstoff sowohl in den ersten Brennraum (24) als auch in den dritten Brennraum (52) zugeführt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei in der ersten Betriebsart das Heißgas mit einer Leistung zwischen 3 und 27 kW und in dem zweiten Betriebsart das Heißgas mit einer Leistung von bis zu 300 kW erzeugt wird, wobei die Leistung in dem Bereich zwischen 3 und 300 kW stufenlos regelbar ist.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, wobei Kraftstoff zunächst nur in den ersten Brennraum (24) geleitet wird und nach Erhitzung der ersten (24), zweiten (46) und dritten (52) Brennräume Kraftstoff zusätzlich in den dritten Brennraum (52) geleitet wird.
15. Verfahren nach Anspruch 12, 13 oder 14, wobei das Heißgas mit einem Abgas (86) eines Verbrennungsmotors (94) gemischt wird und in einen Partikelfilter (96) strömt, um den Partikelfilter (96) zu regenerieren.
16. Verfahren nach Anspruch 15, wobei die Regeneration des Partikelfilters (96) unabhängig von einem Betriebszustand eines Verbrennungsmotors (94), der das Abgas (86) produziert, durchgeführt wird.

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