DE19504183A1 - Brenner zur thermischen Regeneration eines Partikelfilters in einem Abgasnachbehandlungssystem eines Verbrennungsmotors, insbesondere Dieselmotors - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Brenner zur thermischen Regeneration eines Partikelfilters, welcher im Abgasrohr eines Verbrennungsmotors, insbesondere eines Dieselmotors, angeordnet ist.

Gemäß P 44 43 133.3 wird ein Brenner zur thermischen Rege­ neration eines Partikelfilters in einem Abgasnachbehandlungs­ system eines Verbrennungsmotors vorgeschlagen, wobei der Brenner koaxial dem Partikelfilter vorgelagert ist und der zu behandelnde Abgasstrom seitlich zwischen Brenner und Par­ tikelfilter eingeleitet wird. Dadurch kann der Partikelfil­ ter nicht axial vom Abgasstrom angeströmt werden, was u. a. einen komplizierten Aufbau des Abgasnachbehandlungssystems bedeutet und eine nicht optimale Temperaturverteilung im Abgasrohr im Bereich des Brenners und des Partikelfilters zur Folge hat.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Brenners zur thermischen Regeneration eines Partikelfilters der eingangs genannten Art, der einfach aufgebaut und sehr wirkungsvoll im Betrieb ist und dessen Brennkammer insbesondere voll im Abgasstrom des Abgasrohres gelegen ist.

Gelöst wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe durch einen Brenner der im Patentanspruch 1 angegebenen Art, vorteilhaft weitergebildet nach den Unteransprüchen 2 bis 15 (erste Ausführungsvariante).

Gelöst wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe auch durch einen Brenner der im Patentanspruch 16 angegebenen Art, vorteilhaft weitergebildet nach den Unteransprüchen 17 bis 24 (zweite Ausführungsvariante).

Eine dritte Ausführungsvariante der Erfindung ist gekenn­ zeichnet durch einen Brenner der im Patentanspruch 25 ange­ gebenen Art, vorteilhaft weitergebildet nach den Merkmalen der Unteransprüche 26 bis 30.

Schließlich wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe auch durch einen Brenner der im Patentanspruch 35 angegebe­ nen Weise gelöst, welcher nach den Merkmalen der Unter­ anspruche 36 bis 43 vorteilhaft weitergebildet sein kann.

Sämtlichen vier vorgenannten Brennervarianten ist eigen, daß die Brennkammern in einem im Durchmesser erweiterten gerad­ linigen Abschnitt des Abgasrohres liegen, wenn auch nur teil­ weise. Der erweiterte Abgas-Rohrabschnitt bzw. die Brennkam­ merdurchmesser sind hierbei so gewählt, daß der Druckabfall des durchströmenden Abgases möglichst gering ist.

Die erste Ausführungsvariante ist insbesondere als Verdampferbrennkammer im erweiterten geradlinigen Abschnitt des Abgasrohres konzipiert, welche vorzugsweise als sog. Rußbrenner (Nachbrenner) im Abgasrohr eines Dieselmotors Verwendung findet.

Die Verdampferbrennkammer ist in Form einer Pilotbrennkammer ausgebildet und besitzt eine seitliche Glüheinrichtung (Glühkerze, Glühstift), die mit Luft versorgt wird und bei der der zugeführte Kraftstoff primär gezündet wird. Die Pilotbrennkammer wird vorzugsweise mit konstanter Leistung betrieben, wenn auch eine Regelung der Leistung vorgesehen sein kann.

Die Pilotbrennkammer besitzt mantelumfangsseitig eine Abgas- Dralleinrichtung und wird durch diese im erweiterten Abgas­ rohr zentriert gehalten. Diese Dralleinrichtung besteht vor­ zugsweise aus Leitschaufeln, die innen hohl sind und durch die über Brennstoffleitungen der Brennstoff für eine zweite Hauptstufe zugeführt wird. Durch die Leitschaufeln kann auch im Bedarfsfall Luft durchgeschickt werden. Bei dieser Kraft­ stoffzuführung wird die im Abgas steckende Energie zur Zer­ stäubung genutzt. Auch zugeführte Frischluft kann dazu die­ nen.

Am Pilotbrennkammeraustritt sitzt ein erster Flammhalter, der vorzugsweise als Strahlblech ausgeführt ist, wobei Form und Geometrie durch Versuch ermittelt werden. Das Strahl­ blech dient im Betrieb als Zündhilfe und als Verdampferober­ fläche für die zweite Brennkammerstufe.

Zur Verbrennung wird in der zweiten Brennkammerstufe vorzugs­ weise der Restsauerstoff des Motors benutzt.

Die infolge weiter aufgeführten Flammhalter sind zweckmäßig, um die Flamme bei unterschiedlichen Abgasmassenströmen zu halten. Die Abstimmung der ein oder mehreren nachgeordneten Flammhalter werden durch Versuch bestimmt.

Zur besseren Durchmischung des Brennerabgases und des Motor­ abgases kann der Motorabgasstrom in eine primäre und in eine sekundäre Strömung aufgeteilt werden, was einmal zur Kühlung des Brennkammermantels beiträgt und zum anderen eine gute Durchmischung und gesteuerte Motorabgaszuführung zur Brenn­ kammer bewirkt.

Die Brennstoffzuführung der zweiten Brennkammerstufe kann auch über den Brennkammermantel vor oder nach der Abgas- Dralleinrichtung erfolgen. Dies wäre dann die reine Ver­ dampferbrennkammer im klassischen Sinn.

Die Brennstoffzuführung der zweiten Stufe kann aber auch über ein Taktventil (Druckzerstäuberdüse) ausgeführt werden, welches den Brennstoff direkt in die Flamme der Pilotbrenn­ kammer einspritzt. Dadurch erfolgt im Betrieb ein schnelles Zünden der zweiten Stufe, und es steht die volle Brenner­ betriesbsleistung sofort zur Verfügung.

Die erste Ausführungsvariante der Erfindung besitzt insbeson­ dere folgende Vorteile:

• - Es wird nur eine geringe Luftversorgung für die Pilotbrenn­ kammer benötigt.
• - Der Brenner heizt direkt den Abgasstrom auf, wodurch sich eine homogene Temperaturverteilung vor dem Partikelfilter ergibt.
• - Die Verdampferoberfläche wird durch das Motorabgas vorge­ wärmt, so daß sich gute Starteigenschaften ergeben; ande­ rerseits wird die Verdampferoberfläche durch das Motor­ abgas während des Brennerbetriebes gekühlt, so daß sich keine thermische Überlastung ergibt.
• - Der Brenner ist unempfindlich gegenüber Verunreinigungen, so daß sich ein gesichertes Startverhalten ergibt.
• - Der Partikelfilter kann axial angeströmt werden, was einen vereinfachten Aufbau bedeutet und eine gute Temperaturver­ teilung.
• - Der Brenner kann beliebig zwischen Abgasaustritt und Partikelfilter eingebaut werden.

Die zweite Ausführungsvariante kennzeichnet sich insbesonde­ re durch eine Pilotbrennkammer in Form eines Fackelzünders im im Durchmesser erweiterten geradlinigen Abschnitt des Abgasrohres, wobei der Fackelzünder eine seitliche Flammglüh­ kerze mit Brennstoff zufuhr aufweist und eine Zusatzluftver­ sorgung in Form einer vorgeordneten Luftbrause vorgesehen sein kann.

Der Fackelzünder besitzt vorteilhafterweise einen seitlichen Zündluftanschluß und ist in einem Gehäuse angeordnet, wel­ ches am stromabwärtigen Ende sich verjüngt und offen ist und sich insbesondere koaxial zum Abgasrohr erstreckt. Das Gehäu­ se kann stromaufwärtig eine Motorabgas-Eintrittsöffnung auf­ weisen.

Vor und/oder nach dem Fackelzünder können eine erste und/oder eine zweite Brennstoffzufuhrleitung vorgesehen sein, welche von der Mantelseite her aus in den erweiterten geradlinigen Abgas-Rohrabschnitt seitlich einmündet, d. h. die zweite Ausführungsform eines Brenners kann für eine oder zwei Brennerstufen ausgelegt sein.

Von Vorteil ist, daß die verwendete Flammglühkerze bekannter Bauart sein kann und mit Luft aus einem Nebenverbraucher- Druckluftsystem eines Kraftfahrzeugs versorgt werden kann. Gegebenenfalls kann eine eigene kleine Luftversorgung vorge­ sehen sein. Insgesamt ergibt sich ein sehr einfacher Aufbau.

Die dritte Ausführungsvariante eines Brenners sieht eben­ falls die Verwendung einer Flammglühkerze vor, welche mit einer Verdampferbrennkammer kombiniert ist. Vorgenannte Bau­ teile liegen, wie auch die vorgenannten Ausführungsvarian­ ten, voll im Abgasstrom eines Motors in einem im Durchmesser sich erweiternden geradlinigen Abschnitt.

Die Verdampferbrennkammer kann für einen zweistufigen Brenn­ betrieb ausgelegt sein und durch Ausbildung eines vorne und hinten offenen Zylinderteils im Abgasrohr für eine primäre und sekundäre Abgasströmung sorgen. Von Vorteil ist hier ebenfalls der einfache Aufbau bei Verwendung handelsüblicher Bauteile und die Verwendung von Luft aus einem Nebenver­ braucher-Druckluftsystem eines Kraftfahrzeugs.

Die letztgenannte Ausführungsvariante der Erfindung kenn­ zeichnet sich durch eine Luftzerstäuberbrennkammer in einem im Durchmesser erweiterten geradlinigen Abschnitt eines Abgasrohres, betrieben ebenfalls nach dem vollen Abgasmassen­ stromprinzip.

Die Luftzerstäuberbrennkammer besitzt Ähnlichkeit mit der ersten Ausführungsvariante, was die Brennkammerform anbe­ langt, d. h. ein geschlossenes stromaufwärtig gelegenes gewölbtes Anströmende, sowie ein stromabwärtiges offenes Ende, wobei der Abgasstrom das Brennkammergehäuse mantel­ umfangsseitig umströmt.

In der Luftzerstäuberbrennkammer befindet sich bevorzugt zentral eine Luftzerstäuberdüse, welche insbesondere eine sog. Zweistoffdüse sein kann, d. h. eine seitliche Luftzufüh­ rung sowie eine seitliche Brennstoffversorgungsleitung auf­ weist.

Der vorgenannte sog. "Mantelstrombrenner" kann ein- oder zweistufig ausgelegt sein. Er benötigt Zerstäuberluft aus dem Druckluftnetz oder einem Turbolader oder aus einem eigen­ ständigen vorgesehenen Kompressor. Die Zündung geschieht über eine Funkenstrecke.

Vorzugsweise wird die erforderliche Brennerleistung über eine Düse gefahren. Der Motorabgasstrom wird in zwei Teil­ ströme (sekundär, primär) aufgeteilt und durch die Brennkam­ mer sowie an der Brennkammer vorbeigeleitet. Der primäre Abgasstrom wird an dem sekundären Brennerabgas am Ende der in Form eines Flammrohres ausgebildeten Luftzerstäuberbrenn­ kammer zugemischt, wo dann zur Verbesserung der Mischung entsprechende Leitapparaturen vorhanden sein können.

Von Vorteil ist insbesondere die Unempfindlichkeit gegenüber Verschmutzung bei einer sicheren Zündung. Darüber hinaus er­ gibt sich eine gute Luftbrennstoffvormischung direkt an die­ sem Austritt und damit keine Entmischung. Die Zündung erfolgt, wie bei einem Schalter, sehr schnell. Insbesondere ergibt sich eine sehr gute Brennerleistung, die schnell bei einer Inbetriebnahme zur Verfügung steht. Ansonsten weist diese Ausführungsvariante die gleichen Vorteile wie die vor­ genannten Ausführungsvarianten auf.

Zu erwähnen ist, daß die Brennerleistungsregelung mechanisch über einen drehzahlabhängigen Brennstoffvordruck und mittels Dehnstoffelement als Nadelhubgeber erfolgen kann. Hierbei wird die Düsennadel mit einem Dehnstoffelement gekoppelt. Das Dehnstoffelement sitzt, wie auch der Brenner, in vollem Abgasmassenstrom und verändert in Abhängigkeit von der Abgas­ temperatur den Düsennadelhub und damit auch die Brennstoff­ menge. Weiterhin wird der Brennstoffvordruck in Abhängigkeit von der Motordrehzahl aufgebaut (wie bei bekannten Verteiler­ einspritzpumpen). Damit ist die eingespritzte Brennstoffmen­ ge abgastemperatur- und drehzahlabhängig. Bei Saugmotoren ist die Abgasmasse proportional der Motordrehzahl. Damit ist eine mechanische Brennerleistungsregelung möglich. Bei turbo- und ladeluftgekühlten Motoren muß das Lastsignal (z. B. Ladedruck) aufgeschaltet werden, z. B. der Ladedruck- Drehzahldruckregler - Brennstoffdruck. Das Dehnstoffelement muß auf die erforderliche Brennerleistung und den Motor abge­ stimmt werden.

Vorgenannte Brennerleistungsregelung mechanischer Bauart ist einfachen Aufbaus und benötigt lediglich Zündeinrichtung, Auslösesignal und ein Brennstoff-Freigebesignal.

Generell können vorgenannte Ausführungsvarianten bei nicht ausreichender Versorgung durch den Restsauerstoff des Motor­ abgases für eine verbesserte Durchmischung über eine vorge­ ordnete Luftbrause Luft zugeführt oder direkt der Brennkam­ mer zur Verbrennung zugemischt werden.

Um ein homogenes, zündfähiges Gemisch zu bilden oder zu ver­ bessern, kann es zweckmäßig sein, daß vor der Brennstoff zu­ führungsstelle entsprechende Leiteinrichtungen, insbesondere Leitschaufeln, vorgesehen sind.

Die gesamte Regenerationszeit kann beim Einsatz von Ver­ dampferbrennern im Abgas verkürzt werden, wenn der Brenner bei Motorstart mit gezündet und mit kleiner Leistung betrie­ ben wird. Bei Regenerationsanforderung kann dann sofort ohne lange Startprozedur Brennerleistung zugefahren werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispie­ len unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 eine erste Ausführungsvariante eines Vollstrom-Bren­ ners in einem schematischen Axialschnitt im Bereich eines sich im Durchmesser erweiterten geradlinigen Abgas-Rohrabschnitts,

Fig. 2 eine zweite Ausführungsvariante eines Vollstrom-Bren­ ners in einer Schnittansicht ähnlich Fig. 1,

Fig. 3 eine dritte Ausführungsvariante eines Vollstrom-Bren­ ners in einer Schnittansicht ähnlich den Fig. 1 und 2,

Fig. 4 einen Querschnitt durch den Brenner nach Fig. 3 längs der Linie A-A,

Fig. 5 eine vierte Ausführungsvariante eines Vollstrom-Bren­ ners ähnlich den vorhergehenden Ausführungsvarian­ ten, und

Fig. 6 die Ausführungsvariante nach Fig. 5 in Abwandlung mit einer zweiten Brennkammerstufe.

Gemäß Fig. 1 ist ein Brenner 1 zur thermischen Regeneration eines (nicht veranschaulichten) Partikelfilters in einem Abgasnachbehandlungssystem eines Verbrennungsmotors vorge­ sehen, insbesondere eines Dieselmotors. Der Brenner 1 befin­ det sich hierbei voll im Abgasmassenstrom. Der Abgasstrom A kommt gemäß Zeichnung von links vom Abgasturbolader und strömt nach dem Brenner 1 auf den Partikelfilter im Abgas­ rohr, welcher gemäß Fig. 1 rechts gelegen ist.

Der Brenner 1 gemäß der ersten Ausführungsvariante der Fig. 1 besitzt eine zentrale koaxiale Verdampferbrennkammer 5, wel­ che stromaufwärtig ein geschlossenes gewölbtes Anströmende 6 und stromabwärtig mit einer Öffnung 7 ausgebildet ist. Der Vollstrombrenner im Abgasrohr eines Dieselmotors (auch für einen Ottomotor als Brenner eines Katalysators verwendbar) wird aufgrund der Ausbildung der Verdampferbrennkammer im Innern des sich erweiternden geradlinigen Abgas-Rohrab­ schnitts im Betrieb mantelumfangsseitig umströmt. Der Brenn­ kammerdurchmesser ist so gewählt, daß der Druckabfall an der Brennkammer möglichst gering ist.

Die Verdampferbrennkammer 5 besitzt einen zentralen Abschnitt in Form eines Lochrohres 8, welches koaxial zur Achse des Abgasrohres 3 verläuft. Insgesamt ist die Verdampferbrennkammer 5 durch eine erste Abgas-Dralleinrichtung 9, welche sich im Mantelringraum 10 befindet, im erweiterten Abgas-Rohrabschnitt 4 gehalten und zentriert. Die erste Abgas-Dralleinrichtung 9 weist insbesondere Leit­ schaufeln auf, welche innen hohl sind, für einen Zweck, der nachfolgend noch beschrieben ist.

Das stromaufwärtige gewölbte Anströmende 6 der Verdampfer­ brennkammer 5 umfaßt einen ersten seitlichen Lufteintritts­ kanal 11, welcher durch den Mantel des erweiterten Abgas- Rohrabschnitts 4 geführt ist.

Ferner umfaßt die Verdampferbrennkammer 5 eine erste seit­ liche Brennstoffzufuhr mit einer seitlichen Glüheinrichtung 13 (Glühstift, Glühkerze), durch die der zugeführte Brenn­ stoff primär gezündet wird ("Pilotbrennkammer").

Der Verdampferbrennkammer bzw. der Pilotbrennkammer kann eine zweite Brennkammerstufe B nachgeordnet sein, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist.

Die zweite Brennkammerstufe B umfaßt eine zweite seitliche Brennstoffzufuhr 14, welche im Bereich der ersten Abgas-Dralleinrichtung 9 über eine Ringleitung 15 in den Mantelringraum 10 den zweiten Brennstoff einleitet, wobei das Brennstoffmündungsende 16 der zweiten Brennstoff zufuhr auf der stromabwärtigen Seite hin sich erstreckt und dort geöffnet ist. Die zweite Brennstoffzufuhr 14 verläuft im Bereich der ersten Abgas-Dralleinrichtung 9 im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 im Innern der hohlen Leitschaufeln, und zwar in entsprechenden Bohrungen.

Der Öffnung 7 der Verdampferbrennkammer 5 ist stromabwärtig ein erster Flammhalter 17 in Form eines Strahlbleches nachge­ ordnet, welcher eine Zündhilfe und eine Verdampferoberfläche für die zweite Brennkammerstufe B ist.

Dem ersten Flammhalter 17 sind in einem zusätzlich vergrößer­ ten Abgas-Rohrabschnitt 19 ein oder mehrere weitere koaxiale Flammhalter nachgeordnet, die am Innenumfang des erweiterten oder vergrößerten Abgas-Rohrabschnitts befestigt sind.

Im Betrieb wird die Verdampferbrennkammer vorzugsweise mit konstanter Leistung betrieben. Die sog. Pilotbrennkammer, welche mit Luft versorgt wird, wird über die Glüheinrichtung 13 gezündet, durch die auch die primäre Brennstoffzuführung erfolgt. In der sog. Hauptbrennkammer stromabwärtig hinter dem ersten Flammhalter 17 wird dann der Abgasstrom A, wel­ cher zusätzlich mit der zweiten Brennstoffzufuhr 14 ver­ mischt und durch die Abgas-Dralleinrichtung 9 verwirbelt wird, gezündet. Die weiter nachgeordneten weiteren Flammhal­ ter 18 sorgen für eine Stabilisierung der Flamme in unter­ schiedlichen Abgasmassenströmen. Der Brenner kann irgendwo zwischen Abgasaustritt des Dieselmotors und dem Partikelfil­ ter im Abgasstrang eingesetzt werden.

Die in Fig. 2 veranschaulichte zweite Ausführungsvariante eines Brenners 1 zur thermischen Regeneration eines Partikel­ filters ist ebenfalls als sog. Vollstrombrenner in einem im Durchmesser erweiterten geradlinigen Abgas-Rohrabschnitt 4 ähnlich Fig. 1 vorgesehen. Der erweiterte Abgas-Rohr­ abschnitt 4 ist mit einer Pilotbrennkammer in Form eines Fackelzünders 20 mit seitlicher Flammglühkerze 21 versehen, wobei der Fackelzünder 20 am Mantel des Abgas-Rohrabschnitts 4 befestigt ist. Das Gehäuse 22 des Fackelzünders 20 besitzt stromabwärtig ein sich verjüngendes offenes Ende 23, welches koaxial zum Abgasrohr 3 bzw. dem erweiterten Abgas-Rohr­ abschnitt 4 verläuft. Stromaufwärtig besitzt das Gehäuse 22 des Fackelzünders 20 eine Motorabgas-Eintrittsöffnung 25. Im Bereich der Eintrittsöffnung 25 befindet sich auch ein seit­ licher Zündluftanschluß 24, welcher durch den Mantel des er­ weiterten Abgas-Rohrabschnitts 4 verläuft.

Dem Fackelzünder 20 ist stromaufwärtig eine zentrale Luft­ brause 26 vorgeordnet, welche einen seitlichen Stutzen 27 für die Zufuhr von Zusatzluft aufweist.

Der Luftbrause 26 nachgeordnet befindet sich eine erste Brennstoffzufuhrleitung 28, und hinter dem Fackelzünder 20 eine zweite Brennstoffzufuhrleitung 29, wobei beide Brenn­ stoffzufuhrleitungen 28 und 29 mit einer Mantelringleitung 30 ausgebildet sind und radial in das Innere des Abgas-Rohr­ abschnitts 4 hineinreichende Leitungsstege 31 besitzt. Die Leitungsstege 31 weisen in stromabwärtiger Richtung eine Reihe von Austrittsöffnungen 32 für eine optimale Vermi­ schung des Brennstoffs mit der Luft und dem Abgasstrom A auf.

Der gemäß Fig. 2 zweistufig ausgebildete Fackelzünder besitzt ferner, der zweiten Brennstoffzuführleitung 29 stromabwärtig nachgeordnet, ein oder mehrere koaxiale weitere Flammhalter 18, welche in einem zweiten vergrößerten Abgas-Rohrabschnitt liegen und für eine Stabilisierung der Flamme im dortigen Reaktionsraum des zweiten Abgas-Rohr­ abschnitts sorgen.

Das in den Fig. 3 und 4 veranschaulichte Ausführungsbeispiel eines Vollstrombrenners 1 sieht wie das vorgenannte zweite Ausführungsbeispiel eine Flammglühkerze 21 mit einer primä­ ren Brennstoffversorgung 34 vor, und zwar bei einer zweistu­ figen Verdampferbrennkammer 33 mit einem koaxialen Zylinder­ teil 35, welches über eine zweite Abgas-Dralleinrichtung 36 und eine Abgas-Umlenkeinrichtung 39 konzentrisch im Abgas­ rohr 3 bzw. im erweiterten Abgas-Rohrabschnitt 4 umfangs­ mäßig befestigt ist.

Die zweite Abgas-Dralleinrichtung 36 besitzt schräge Leit­ bleche nach Art eines Schraubgewindes und befindet sich auf der stromaufwärtigen Seite des Zylinderteils 35. Die Ab­ gas-Umlenkeinrichtung 39 umfaßt einzelne winklige Leitbleche und befindet sich am stromabwärtigen Ende des Zylinderteils 35.

Durch das vorne und hinten offene Zylinderteil 35 kann primär Abgas direkt durch das Zylinderteil strömen, sowie sekundär durch den Mantelringraum 10, wobei die sekundäre Abgasströmung einer starken Verwirbelung durch die Einrich­ tungen 36 und 39 ausgesetzt ist.

Zwischen den letztgenannten Einrichtungen 36 und 39 befindet sich eine zweite Brennstoffversorgung 38, durch die radial durch den erweiterten Abgas-Rohrabschnitt Brennstoff der ver­ wirbelten sekundären Abgasströmung beigemengt werden kann. Die zweite Verdampferbrennkammer 33 besitzt für eine zweite Brennkammerstufe B eine dritte Brennstoffversorgung 40 mit einer Mantelringleitung 41, ähnlich der zweiten Brennstoff­ versorgung 38. Der durch die Abgas-Umlenkeinrichtung 39 extrem verwirbelte vorverbrannte sekundäre Abgasstrom wird mithin weiter durch dritten Brennstoff vermengt und zusammen mit dem primären Abgasstrom in der zweiten Brennkammerstufe B nachverbrannt, wobei dortige weitere Flammhalter 18 die Flamme stabilisieren, bevor der behandelte heiße Abgasstrom dem (nicht veranschaulichten) Partikelfilter zugeführt wird.

Das in Fig. 5 veranschaulichte Ausführungsbeispiel eines Vollstrombrenners 1 kennzeichnet sich insbesondere durch einen im Durchmesser erweiterten geradlinigen Abgas-Rohr­ abschnitt 4, in welchem koaxial eine Luftzerstäuberbrennkam­ mer 43 ausgebildet ist, die stromaufwärtig ein geschlosse­ nes, gewölbtes Anströmende 6 ähnlich der ersten Ausführungs­ variante besitzt und stromabwärtig offen ist, insbesondere verjüngt ausgebildet ist. Die Luftzerstäuberbrennkammer wird, einen Mantelringraum 10 ausbildend, im erweiterten Abgas-Rohrabschnitt 4 konzentrisch gehalten. Durch den Mantelringraum 10 strömt der Abgasstrom A.

Die Luftzerstäuberbrennkammer 43 besitzt eine zentrale Luft­ zerstäuberdüse 44 und ist als sog. Zweistoffdüse ausgebil­ det, d. h. mit einer seitlichen Brennstoffversorgungsleitung 45 und einer seitlichen Luftversorgungsleitung 46. Die Düse 44 wird durch eine Leiteinrichtung 49 im Innern der Luftzer­ stäuberbrennkammer an zentraler Stelle gehalten. Der Luftzer­ stäuberdüse 44 ist eine seitliche Zündeinrichtung 47 nachge­ ordnet.

Das stromaufwärtig geschlossene gewölbte Anströmende 6 der Luftzerstäuberbrennkammer 43, die eine sog. "Mantelstrom­ brennkammer" ist, weist eine weitere Luftversorgungsleitung 48 auf, welche radial einmündet und das Innere der Brennkam­ mer zusätzlich mit Luft versorgt.

Der stromabwärtige Teil der Luftzerstäuberbrennkammer 43 ist als sog. Flammrohr ausgebildet und besitzt eine Vielzahl von Mantelöffnungen 50, durch welche ein primärer Abgasstrom A′ von der Mantelringraumseite in das Innere des Flammrohrs ge­ leitet und verbrannt wird. Der primäre Abgasstrom A′ ver­ einigt sich nach der Abgas-Leiteinrichtung 51 in einer sog. Mischstrecke, die mit einem weiteren Flammhalter 18 ausge­ stattet ist.

Nach dem weiteren Flammhalter 18 erfolgt eine Aufteilung in einem erweiterten Abgas-Mischraum 52, in welchem sich eine Leitanordnung 53 mit konisch sich erweiterten Leitblechen befindet. Nach dem Mischraum 52 werden die nachverbrannten, sehr heißen Abgase dem eigentlichen Partikelfilter 2 zugelei­ tet, welcher dann durch Verbrennung der Partikel bzw. von Ruß für eine Regeneration des Filters befreit wird.

Das in Fig. 6 veranschaulichte Ausführungsbeispiel eines Vollstrombrenners 1 entspricht weitgehend dem Ausführungsbei­ spiel nach Fig. 5, sieht jedoch in Abwandlung zu diesem eine zweite Brennkammerstufe B vor. Die zweite Brennkammerstufe B umfaßt eine weitere Brennstoffversorgungsleitung 54 mit Man­ telringleitung und Einzeldüsen 55 kurz vor der Abgas-Leitein­ richtung 51 im Mantelringraum 10 sowie einen nachfolgenden im Durchmesser vergrößerten Abgasrohrabschnitt 19 mit weite­ ren Flammhaltern 18 ähnlich den Fig. 1 und 2.

Es sei noch angemerkt, daß in den Unteransprüchen enthaltene selbständig schutzfähige Merkmale trotz der vorgenommenen formalen Rückbeziehung auf den Hauptanspruch entsprechenden eigenständigen Schutz haben sollen. Im übrigen fallen sämt­ liche in den gesamten Anmeldungsunterlagen enthaltenen erfin­ derischen Merkmale in den Schutzumfang der Erfindung.

Claims (43)

1. Brenner (1) zur thermischen Regeneration eines Partikel­ filters (2), welcher im Abgasrohr (3) eines Verbrennungs­ motors, insbesondere eines Dieselmotors, angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgasrohr (3) einen im Durchmesser erweiterten geradlinigen Abschnitt (4) aufweist, in welchem eine zen­ trale, koaxiale Verdampferbrennkammer (5) ausgebildet ist, die bezüglich des Abgasstromes (A) stromaufwärtig ein geschlossenes gewölbtes Anströmende (6) und stromab­ wärtig mit einer Öffnung (7) ausgebildet ist, wobei die Verdampferbrennkammer vom Abgasstrom (A) mantelumfangs­ seitig umströmt ist (Fig. 1).

2. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdampferbrennkammer (5) einen zentralen Brenn­ kammerabschnitt in Form eines koaxialen Lochrohres (8) aufweist.

3. Brenner nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdampferbrennkammer (5) durch eine im Mantel­ ringraum (10) angeordnete erste Abgas-Dralleinrichtung (9) im erweiterten Abschnitt (4) des Abgasrohres (3) gehalten und zentriert ist.

4. Brenner nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Abgas-Dralleinrichtung (9) Leitschaufeln aufweist.

5. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das stromaufwärtige gewölbte Anströmende (6) der Ver­ dampferbrennkammer (5) einen seitlichen ersten Luftein­ trittskanal (11) aufweist.

6. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdampferbrennkammer (5) eine erste seitliche Brennstoffzufuhr (12) mit einer seitlichen Glüheinrich­ tung (13) aufweist.

7. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdampferbrennkammer (5) (Pilotbrennkammer) eine zweite Brennkammerstufe (B) nachgeordnet ist.

8. Brenner nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Brennkammerstufe (B) eine zweite seit­ liche Brennstoffzufuhr (14) mit einer Ringleitung (15) aufweist, welche im Bereich der ersten Abgas-Drallein­ richtung (9) den zweiten Brennstoff in den Mantelring­ raum (10) einleitet, wobei das Brennstoffmündungsende (16) der zweiten Brennstoffzufuhr (14) stromabwärtig an­ geordnet ist.

9. Brenner nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Brennstoffzufuhr (14) zumindest teilweise im Innern der ersten Abgas-Dralleinrichtung (9) ver­ läuft, insbesondere Bohrungen der Leitschaufel der ersten Abgas-Dralleinrichtung sind.

10. Brenner nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Brennkammerstufe (B) eine zweite Brenn­ stoff zufuhr aufweist, welche über ein Taktventil oder einen Druckzerstäuber aus erfolgt, das bzw. der den zwei­ ten Brennstoff direkt in die Flamme der Verdampferbrenn­ kammer (5) bzw. Pilotbrennkammer einspritzt.

11. Brenner nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdampferbrennkammer (5) ein erster Flammhalter (17), vorzugsweise ein Strahlblech, nachgeordnet ist, welcher eine Zündhilfe und Verdampferoberfläche für die zweite Brennkammerstufe (B) ist.

12. Brenner nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß dem ersten Flammhalter weitere Flammhalter (18) koaxial nachgeordnet sind.

13. Brenner nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die weiteren Flammhalter (18) in einem im Durchmes­ ser vergrößerten Abgasrohrabschnitt (19) konzentrisch angeordnet sind.

14. Brenner nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungsluft der zweiten Brennkammerstufe (B) die Restluft des Abgases des Verbrennungsmotors ist.

15. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß zur besseren Durchmischung des Brennerabgases und des Motorabgases der Motorabgasstrom (A) in eine primäre und eine sekundäre Strömung aufgeteilt ist.

16. Brenner (1) zur thermischen Regeneration eines Partikel­ filters (2), welcher im Abgasrohr (3) eines Verbrennungs­ motors, insbesondere eines Dieselmotors, angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgasrohr (3) einen im Durchmesser erweiterten geradlinigen Abschnitt (4) aufweist, in welchem eine Pilotbrennkammer in Form eines Fackelzünders (20) mit einer seitlichen Flammglühkerze (21) ausgebildet und am Mantel des erweiterten Abgas-Rohrabschnitts (4) befestigt ist, wobei das Gehäuse (22) des Fackelzünders (20) ein stromabwärtiges sich verjüngendes offenes Ende (23) aufweist, das achsparallel zum Abgasrohr (3) verläuft (Fig. 2).

17. Brenner nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das sich verjüngende offene Ende (23) des Fackelzün­ dergehäuses (22) zentrisch im Abgasrohr (3) gelegen ist.

18. Brenner nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Fackelzünder (20) einen seitlichen Zündluft­ anschluß (24) aufweist.

19. Brenner nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Fackelzündergehäuse (22) stromaufwärtig eine Motorabgas-Eintrittsöffnung (25) aufweist.

20. Brenner nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß dem Fackelzünder stromaufwärtig eine zentrale Luft­ brause (26) vorgeordnet ist, welche einen seitlichen Stutzen (27) für die Zufuhr von Zusatzluft aufweist.

21. Brenner nach einem der Ansprüche 16 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß dem Fackelzünder (20) eine erste Brennstoffzuführlei­ tung (28) vorgeordnet ist.

22. Brenner nach einem der Ansprüche 16 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß dem Fackelzünder (20) stromabwärtig eine zweite Brennstoffzuführleitung (29) nachgeordnet ist.

23. Brenner nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und zweite Brennstoffzuführleitungen (28, 29) eine Mantelringleitung (30) und radial in den erwei­ terten Abgasrohrabschnitt (4) hineinreichende Leitungs­ stege (31) besitzt, welche mit Austrittsöffnungen (32) in stromabwärtiger Richtung versehen sind.

24. Brenner nach einem der Ansprüche 16 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß dem Fackelzünder (20) mit zweiter Brennstoffzuführ­ leitung (29) ein oder mehrere koaxiale weitere Flammhal­ ter (18) nachgeordnet sind, welche in einem im Durchmes­ ser vergrößerten Abgas-Rohrabschnitt (19) liegen.

25. Brenner (1) zur thermischen Regeneration eines Partikel­ filters (2), welcher im Abgasrohr (3) eines Verbrennungs­ motors, insbesondere eines Dieselmotors, angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgasrohr (3) einen im Durchmesser erweiterten geradlinigen Abgas-Rohrabschnitt (4) aufweist, in welchem zumindest teilweise eine zweite Verdampferbrenn­ kammer (33) mit Flammglühkerze (21) ausgebildet ist, die eine Brennstoffversorgung (34) aufweist (Fig. 3 und 4).

26. Brenner nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Verdampferbrennkammer (33) eine zweite Brennkammerstufe (B) aufweist.

27. Brenner nach Anspruch 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Verdampferbrennkammer (33) ein stromauf­ wärtig und stromabwärtig offenes koaxiales Zylinderteil (35) aufweist, welches über eine zweite Abgas-Drallein­ richtung (36) im Mantelringraum (10) zwischen Zylinder­ teil (35) und Abgasrohr (3) befestigt ist.

28. Brenner nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Flammglühkerze (21) der zweiten Abgas-Drallein­ richtung (36) stromabwärtig nachgeordnet und in einem Tangentialstutzen (37) des erweiterten Abgas-Rohr­ abschnitts (4) befestigt ist und in den Mantelringraum (10) zwischen Zylinderteil (35) und dem erweiterten Abgas-Rohrabschnitt (4) hineinreicht.

29. Brenner nach Anspruch 27 oder 28, dadurch gekennzeichnet, daß der weiteren Abgas-Dralleinrichtung (36) eine zweite Brennstoffversorgung (38) nachgeordnet ist, welche in den Mantelringraum (10) im wesentlichen radial hinein­ reicht.

30. Brenner nach einem der Ansprüche 27 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß im Mantelringraum (10) eine Abgas-Umlenkeinrichtung (39) angeordnet ist, welche der Flammglühkerze (21) sowie der gegebenenfalls vorhandenen zweiten Brennstoff­ versorgung (38) nachgeordnet ist.

31. Brenner nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß am erweiterten Abgas-Rohrabschnitt (4) eine dritte Brennstoffversorgung (40) befestigt ist, welche der Abgas-Umlenkeinrichtung (39) nachgeordnet ist.

32. Brenner nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite und/oder die dritte Brennstoffversorgung (38, 40) einen Mantelringleitungsabschnitt (41) auf­ weist, welcher radial einwärts gerichtete Brennstoffmün­ dungsabschnitte (42) besitzt.

33. Brenner nach Anspruch 31 oder 32, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Brennstoffversorgung (40) - in axialer Richtung gesehen - in etwa im Bereich des stromabwärti­ gen offenen Endes des Zylinderteils (35) der zweiten Verdampferbrennkammer gelegen ist.

34. Brenner nach einem der Ansprüche 31 bis 33, dadurch gekennzeichnet, daß der dritten Brennstoffversorgung (40) stromabwärts ein oder mehrere weitere Flammhalter (18) nachgeordnet sind, welche koaxial zum Zylinderteil (35) verlaufen.

35. Brenner (1) zur thermischen Regeneration eines Partikel­ filters (2), welcher im Abgasrohr (3) eines Verbrennungs­ motors, insbesondere eines Dieselmotors, angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgasrohr (3) einen im Durchmesser erweiterten geradlinigen Abgas-Rohrabschnitt (4) aufweist, in welchem koaxial eine Luftzerstäuberbrennkammer (43) koaxial ausgebildet ist, die stromaufwärtig ein geschlos­ senes gewölbtes Anströmende (6) und stromabwärtig offen ist und vom Abgasstrom (A) mantelumfangsseitig umströmt ist (Fig. 5 und 6).

36. Brenner nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftzerstäuberbrennkammer (43) eine zentrale Luftzerstäuberdüse (44) aufweist, welche mit einer radialen Brennstoffversorgungsleitung (45) und einer radialen Luftversorgungsleitung (46) versehen ist, wobei der Luftzerstäuberdüse (44) eine radiale Zündeinrichtung (47) nachgeordnet ist.

37. Brenner nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, daß das gewölbte Anströmende (6) der Luftzerstäuberbrenn­ kammer (43) eine weitere radiale Luftversorgungsleitung (48) aufweist.

38. Brenner nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoffversorgungsleitung (45) und der Luft­ versorgungsleitung (46) eine Leiteinrichtung (49) nachge­ ordnet ist, welche gleichzeitig als Halterung der Luft­ zerstäuberdüse (44) in der Luftzerstäuberbrennkammer (43) dient.

39. Brenner nach einem der Ansprüche 36 bis 38, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftzerstäuberbrennkammer (43) stromabwärtig als Flammrohr mit Mantelöffnungen (50) ausgebildet ist.

40. Brenner nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, daß das stromabwärtige Ende des Flammrohres verjüngt aus­ gebildet ist und über eine Abgas-Leiteinrichtung (51) mit dem Innenumfang des erweiterten Abgas-Rohrabschnitts (4) befestigt ist.

41. Brenner nach einem der Ansprüche 35 bis 40, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftzerstäuberbrennkammer (43) ein oder mehrere koaxiale weitere Flammhalter (18) nachgeordnet sind.

42. Brenner nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, daß den weiteren Flammhaltern (18) ein sich erweiternder koaxialer Mischraum (52) mit einer Leitanordnung (53) nachgeordnet ist, dem sich der Partikelfilter (2) im Abgasrohr (3) anschließt.

43. Brenner nach einem der Ansprüche 35 bis 42, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftzerstäuberbrennkammer (43) eine zweite Brennkammerstufe (B) aufweist, wobei eine weitere Brenn­ stoffversorgungsleitung (54) mit Einzeldüsen (55) vorgesehen ist (Fig. 6).