DE3532778A1 - Vorrichtung zum regenerieren von russfiltern - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Re­ generieren von Rußfiltern, die in der Abgasleitung von Verbrennungsmaschinen angeordnet sind, mit einem an der Abgasleitung in der Nähe des Rußfilters angeordneten, eine Brennstoffdüse enthaltenden Brenner.

Aus der DE-OS 27 56 570 ist eine Vorrichtung bekannt, bei der im Filtergehäuse ein aus elektrischen Heizwick­ lungen bestehendes Heizelement vorgesehen ist, das mit einem Teil des Filterbettes in Berührung steht. Mit dem Heizgerät sollen die Verbrennungsgase auf die Entzündungs­ temperatur der im Filter zurückgehaltenen Kohlenstoff­ teilchen angehoben werden. Eine derartige Vorrichtung eignet sich insbesondere für stationäre Anlagen, bei denen eine ausreichende Stromquelle, z.B. das Stromnetz verfügbar ist. Ein derartiges System wird jedoch bei Fahrzeugen, bei denen nur eine begrenzte elektrische Energie zur Verfügung steht, zu Schwierigkeiten führen.

Aus der DE-OS 34 03 505 ist eine für Fahrzeuge geeignete Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 bekannt, bei dem zur Regenerierung von Rußfiltern ein Ölbrenner ver­ wendet wird, der mit dem für das Fahrzeug vorgesehenen Brennstoff gespeist werden kann. Der Brenner besteht lediglich aus einer Brennstoffdüse mit zugehöriger Zünd­ elektrode und Verbrennungsluftzufuhr, die im Rußfilter­ gehäuse angeordnet sind. Eine derartige Regenerierein­ richtung ist zwar für mobile Verbrennungsmaschinen verwend­ bar, jedoch werden mit dem Verbrennungsgasstrom des Brenners Schadstoffe ausgestoßen, was gerade zu vermeiden ist. Außerdem können bei der unvollständigen Verbrennung entstehender Ruß den Regenerierprozeß des Filters verzögern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein für Fahr­ zeuge geeignetes System zur Regenerierung von Rußfiltern der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem eine mög­ lichst rasche Reinigung von Rußfiltern möglich ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmalen gelöst.

Ein derartiger Brenner ist auch mit dem für den Ver­ brennungsmotor vorgesehenen Brennstoff betreibbar und damit für Fahrzeuge verwendbar. Die erfindungsgemäße Einrichtung hat den Vorteil, daß eine vollständige Verbrennung des dem Brenner zugeführten Brennstoffs er­ folgt. Damit werden keine Schadstoffe in der Regene­ rierungsphase erzeugt. Das Abbrennen des im Filter fest­ haftenden Rußes kann dabei rasch und vollständig ge­ schehen, nachdem der Brenner keinen Ruß erzeugt.

In dem Mischrohr des Brenners wird nämlich der aus der Düse austretende Brennstoff mit der Verbrennungsluft gemischt und durch die heißen rezirkulierenden Ver­ brennungsgase verdampft, so daß die eigentliche Ver­ brennung aus der Gasphase des Brennstoffes verläuft. Ein derartiges Gemisch wird dann problemlos gezündet und ohne Rückstände zu hinterlassen vollständig verbrannt. Das Flammrohr begrenzt dabei die Verbrennungszone, so daß auch keine ungezündeten Gase aus dem Gemisch entweichen können. Das Flammrohr, das nicht Bestandteil des Abgas­ rohres ist, dient gleichzeitig als Abschirmung bzw. Be­ grenzung für die heißen Verbrennungsgase, die bei einem derartigen Brenner ca. 1600°C erreichen. Die Abgasanlage kann dadurch in Bezug auf ihre Temperaturbeständigkeit unverändert bleiben.

Der Brenner ist vorzugsweise mit einer Gaszufuhrein­ richtung ausgestattet, die in der Umgebung des Flammrohres des Brenners mündet und zur Zuführung von sauerstoff­ haltigem Gas für die Verbrennung der Rußpartikel dient. Mit dem sauerstoffhaltigen Gas können gleichzeitig die heißen Verbrennungsgase des Brenners soweit abgekühlt werden, daß einerseits das Ausbrennen der Rußpartikel möglich ist und andererseits eine Beschädigung der um­ gebenden Bauteile durch Oberhitzung vermieden wird.

Die Entzündungstemperatur von Abgasruß liegt etwa bei 500°C, so daß zur Regenerierung des Filters eine Heiß­ gastemperatur von 550 bis 750°C erforderlich ist. Für diese Zwecke kann das gekühlte Heißgas vorzugsweise auf eine konstante Temperatur von etwa 600°C geregelt werden. Bei der Verwendung von Frischluft als sauerstoffhaltiges Gas geschieht dieses am einfachsten durch ein in der Zufuhr­ leitung für die Frischluft angeordnetes Regelventil, das den Luftdurchsatz so regelt, daß das gekühlte Heißgas, d.h. nach der Zumischung der Frischluft in die Heißgase des Brenners auf die gewünschte konstante Temperatur gehalten wird. Das hat den Vorteil, daß ein geringstmöglicher Regelaufwand erforderlich ist, wobei der Brenner in seinem optimalen Betriebspunkt betrieben wird.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Einrichtung zum Zuführen von sauerstoffhaltigem Gas eine Abgaszufuhreinrichtung, mit der zumindest ein Teil des Abgases der Verbrennungsmaschine in die Umgebung des Flammrohres leitbar ist.

Mit dem ca. 180°C heißen Abgasen läßt sich das Heiß­ gas des Brenners ausreichend kühlen.

Durch Anordnung zumindest des Flammrohrendteiles in die Abgasleitung erfolgt eine direkte Umspülung dieses Teiles durch das Abgas, das sich dabei mit dem austretenden Heiß­ gasen kühlend vermischt.

Im Leerlaufbetrieb der Verbrennungsmaschine enthält das Abgas einen Sauerstoffüberschuß. Dieser kann gleich­ zeitig genützt werden, um den für die Verbrennung des Rußes im Filter erforderlichen Sauerstoff zu liefern. Damit entfallen Einrichtungen zur Zuführung von Frisch­ luft.

Bei einer derartigen Ausrüstung ist es vorteilhaft, wenn der Regeneriervorgang für den Rußfilter nach Bedarf oder periodisch vom Fahrzeugfahrer eingeleitet wird. Dieses kann derart erfolgen, daß durch eine optische und/oder akustische Anzeige dem Fahrer zu erkennen gegeben wird, daß in Kürze eine Reinigung des Filters erforderlich wird. Der Fahrer wird dann den Wagen auf einen Parkplatz fahren, den Motor im Leerlauf weiterbetreiben und den Brenner für die Regenerierung betätigen. In wenigen Minuten, etwa 5 bis 10 Minuten kann dann der Regeneriervorgang wieder be­ endet werden. Dieses Verfahren eignet sich insbesondere für Stadtlinienbusse, die insbesondere an Endhaltestellen ohnehin einen längeren Aufenthalt haben, der für den Regeneriervorgang genutzt werden kann.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Brenner am Austritt des Flammrohres mit einer im wesent­ lichen zylindrischen Blende vorgesehen, die den Heißgas­ strom in mehrere Ströme aufteilt, wobei die Blende im Mantel­ bereich zumindest teilweise mit einem Kanal für das sauer­ stoffhaltige Gas umgeben ist.

Eine den Gasstrom führende Blende trennt den Gasstrom am Blendenaustritt bzw. entlang der Strömungsrichtung derart, daß ein möglichst geringer Druckunterschied durch die Blende aufgebaut wird. Beeinträchtigungen des Brenners, insbesondere innerhalb der Verbrennungszone bzw. der Verbrennung selber, sowie Geräuschbildungen werden dadurch weitgehend vermieden.

Die Blende ist vorzugsweise im wesentlichen zylindrisch ausgebildet, wobei zumindest am Heißgasaustrittsende der Zylinder in Umfangsrichtung wellenartig ausgebildet ist. Dabei können die Austrittsöffnungen im Mantelbereich und/ oder am Stirnende des Zylinders angeordnet sein.

Der Heißgasstrom wird auf diese Weise radial aufgefächert, d.h. die Vergrößerung der Oberfläche des Heißgastromes findet im wesentlichen in radialer Richtung statt, so daß sich die axiale Länge der Mischzone reduziert. Es konnte festgestellt werden, daß mit einem derartigen Blenden­ bauteil Geräuschbildungen von offenen Brennern gedämpft werden.

Der sauerstoffhaltige Gasstrom wird vorzugsweise innerhalb eines Ringraumes dem Heißgas zugeführt, der durch das Blendenbauteil und einen diesen umgebenden Zylinder ge­ bildet wird. Das Gas wird dabei in gleicher Richtung strömen wie das Heißgas und mit diesem unmittelbar am Austritt aus der Blende in Verbindung gebracht.

Der Brenner ist vorzugsweise mit einer Luftpumpe bzw. einem Gebläse für die Verbrennungsluft ausgestattet, die bzw. das so ausgelegt ist, daß damit der Verbrennungsluftdurchsatz in Abhängigkeit einer Regelgröße, z.B. des im Filtergehäuse entstehenden Gegendruckes änderbar ist.

Hierdurch wird der einwandfreie Betrieb des Brenners sichergestellt, auch wenn durch starke Ablagerung von Ruß­ partikeln im Filter sich ein hoher Gegendruck im Filter­ gehäuse aufbaut, der die Verbrennungsluftzufuhr zum Brenner beeinträchtigen könnte.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das Brennstoffzufuhrventil mit einem Druckluftanschluß versehen, mit dem die Brennstoffdüse in Betriebspausen des Brenners freigehalten werden kann. Damit wird verhindert, daß Ruß bzw. Kraftstoffablagerungen, insbesondere durch Ver­ dampfung der flüchtigen Brennstoffbestandteile durch die Abgase des Verbrennungsmotors die Brennstoffdüse ver­ stopft.

Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfingung werden die Abgase der Verbrennungsmaschine als Verbrennungsluft für den Brenner verwendet, insbesondere die Abgase im Leer­ laufbetrieb der Verbrennungsmaschine. Hierzu ist ein Ex­ pansionsraum für das Abgas vor dessen Eintritt in den Brenner vorgesehen, in dem der aufgrund des Maschinen­ betriebes pulsierende Abgasstrom sich zumindest weitgehend beruhigen kann.

Die Anordnung des Brenners innerhalb des Expansionsraumes bietet außer der Platzersparnis viele Vorteile. Abgas­ leitungen zwischen Expansionsraum und Brenner sind dabei nicht erforderlich. Der während des Brennerbetriebes vom Ab­ gas durchströmte Expansionsraum dient gleichzeitig als Wärmeisolierung gegenüber angrenzende Fahrzeugteile und zugleich als Kühler für das Flammrohr des Brenners.

In diesem Fall übernimmt der Expansionsraum auch die Zuführung der Abgase in die Heißgase.

Für die Aufteilung der Abgase in Verbrennungsluft für den Brenner und als Zumischung für die Heißgase ist ein Strömungsrohr vorgesehen, das das Flammrohr umgibt und das Öffnungen aufweist, die den gewünschten Zustrom der Abgase in die Heißgase vorgeben. Die Öffnungen können nach der Mündung des Flammrohres oder aber auch um das Flammrohr vorgesehen werden, je nach dem ob eine zusätzliche Kühlung des Flammrohres nötig oder erwünscht ist.

Der den Expansionsraum begrenzende und den Brenner ein­ schließende Windkessel kann vorzugsweise am Abgasrohr, in Abgasströmungsrichtung unmittelbar vor dem Filter ange­ ordnet werden. Stromaufwärts nach dem Filter ist dann der Reihe nach ein Durchbruch für den Eintritt der Heiß­ gase, eine verstellbare Abgasklappe sowie die Öffnung für den Austritt der Abgase in den Expansionsraum. Bei dieser Ausführung dienen die Abgase als Verbrennungsluft und Kühlgas für den Brenner sowie als sauerstoffhaltiges Gas für die Rußverbrennung. Es ist also zusätzlich lediglich ein Brennstoffzufuhrsystem für den Brenner vorzusehen.

Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung schema­ tisch dargestellten Ausführungsbeispieles der Erfindung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel,

Fig. 2 und 3 je ein Detail aus Fig. 1 und

Fig. 4 ein zweites Ausführungsbeispiel.

In der Abgasleitung 10 ist ein Rußpartikelfilter 11 zwischengeschaltet, der z.B. aus mehreren zylindrischen porösen Schaumkeramikrohren 12 besteht. Das Abgas 13 strömt dabei in die Hohlräume 14 der Schaumkeramikrohre 12 und von dort durch die Schaumkeramik hindurch in äußere Räume 17, von wo aus das von Rußpartikeln gereinigte Abgas 13′ abgeleitet wird. In den porösen Wandungen der Rohre 12 werden die im Abgas 13 enthaltenden Partikel zurückge­ halten.

Der in den Keramikrohren 12 aufgefangene Ruß muß zu­ mindest periodisch entfernt werden, was in der Regel durch Abbrennen desselben geschieht. Dazu ist eine Erhitzung der Keramikrohre 12 auf die Entzündungstemperatur des Rußes erforderlich, die je nach dem Vorhandensein eines Katalysators oder von Kraftstoffzusätzen bei 300 bis 600°C liegt. Die Abgastemperaturen können im Vollastbereich die niedrigeren Entzündungstemperaturen erreichen, jedoch wird in der Regel diese Temperatur nicht soweit beibe­ halten, daß eine ausreichende Reinigung der Filter gewähr­ leistet ist. Bei Stadtfahrten, Fahrten im Stau und im Falle der Stadtlinienbusse wird die Abgastemperatur zu niedrig sein, so daß bei länger anhaltendem Betrieb ohne gleich­ zeitiger Rußentfernung durchaus eine Verstopfung des Filters 11 die Folge sein kann.

Es ist daher notwendig, durch Zusatzwärme eine aus­ reichende Regenerierung von Rußfiltern sicherzustellen.

Gemäß Fig. 1 ist dazu ein Brenner 20 vorgesehen, der in einen Vorraum 19 des Rußfilters 11 mündet, durch den auch das Abgas 13 strömt. Dieser Brenner 20 ist für perio­ dische Filterreinigungen während Betriebspausen des Verbrennungsmotors ausgelegt. Ist der Verbrennungsmotor des Fahrzeugs abgestellt, so wird der motorseitige Abgasrohrabschnitt 10 mittels eines Schließvorganges, z.B. einer Klappe 21 vom Vorraum 19 des Filters 11 ge­ trennt. Die Klappen können zur besseren Dichtwirkung mit Kolbenringen versehen sein. Damit soll vermieden werden, daß bei Betrieb des Brenners 20 die aus diesem strömenden Heißgase 23 zum Verbrennungsmotor gelangen. Die Anordnung des Brenners 20 relativ zur Strömungs­ richtung des Filters 11 und des Abgases 13 richtet sich nach dem Aufbau des jeweiligen Fahrzeugs. Gemäß Fig. 1 strömen die Heißgase 23 parallel zur Strömungsrichtung innerhalb des Filters 11, während die Abgase 13 senkrecht dazu einströmen.

Als Brenner 20 wird ein öl- oder gasbetriebenes Gerät ver­ wendet, je nach Antriebssystem des Fahrzeugs. Die Brenn­ stoffzufuhr zum Brenner 20 erfolgt daher durch eine zu­ sätzliche Kraftstoffpumpe 25, die an dem Brennstofftank des Fahrzeugs angeschlossen ist. Die Kraftstoffpumpe 25 wird von einem eigenen Motor 26 angetrieben, der gleich­ zeitig ein Gebläse oder eine Luftpumpe 27 betreibt, die Luft z. B. aus dem bereits vorhandenen Luftfilter des Fahr­ zeugs als Verbrennungsluft 28 dem Brenner 20 zuführt. Die Brennstoffzufuhr 29 und die Verbrennungsluftzufuhr 28 erfolgen im Verhältnis 1,05 <λ< 3,0, wobei eine konstante Brennstoffzufuhr während des Betriebes des Brenners 20 vorgesehen werden kann.

Für den Fahrzeugbetrieb, d.h. bei Ausstoßen von Abgasen 13 sind Sicherungsvorkehrungen für das Brennersystem vorge­ sehen, die in einem z.B. Rückschlagventil 30 in der Ver­ brennungsluftzufuhrleitung 31 und einer Druckluftzufuhr 32 für ein Brennstoffventil 33 bestehen. Mit dem Rückschlag­ ventil 30 wird verhindert, daß die Abgase 13 des Ver­ brennungsmotors in das Gebläse 27 und weiter in den Ansaug­ filter des Motors gelangen. Durch die heißen Abgase ver­ dampfen die leichter flüchtigen Bestandteile des Brenn­ stoffzufuhrsystems 35, so daß die zurückbleibenden höher siedenden Bestandteile die Brennstoffdüse 34 zusetzen können. Um dieses zu verhindern, wird während der Be­ triebspause des Brenners 20 und während des Betriebes des Fahrzeug-Verbrennungsmotors Druckluft 32 durch das Ventil 33 geblasen, um eine Verschmutzung der Düse 34 zu verhindern.

Aufgrund von im Abgassystem auftretenden Fibrationen ist nur der Brenner selbst am Abgassystem bzw. am Filtergehäuse befestigt, während alle anderen Kompo­ nenten, nämlich die Kraftstoffpumpe 25, der Motor 26, das Gebläse 27 und das Brennstoffventil 33 am Fahrzeug­ rahmen befestigt sind. Elastische Bereiche 40, 41 der Brennstoff- bzw. Verbrennungsgaszufuhr verhindern die Ausbreitung der Fibrationen des Brenners 20 auf die übrigen Komponenten des Brennersystems bzw. auf das Fahrzeug.

Für die Verbrennung der Rußpartikel im Abgasfilter 11 ist es erforderlich, daß in das Filtergehäuse Sauerstoff zugeführt wird, nachdem die Heißgase 23 keinen aus­ reichenden Sauerstoffgehalt haben. Zu diesem Zweck ist eine Zusatzleitung 45 vorgesehen, durch die Luft 60 aus der Verbrennungsluftleitung 31 abgeleitet und den Heiß­ gasen 23 beigemischt wird. Die Beimischung erfolgt nach der Verbrennungszone 46 des Brenners 20. Hierzu ist das Flammrohr 47 von einer Hülse 48 umgeben und im Bereich nach der Verbrennungszone 46 mit Durchlässen 49 ver­ sehen. Die Zusatzleitung 45 mündet in den Ringraum 50 zwischen der Hülse 48 und dem Flammrohr 47 und gelangt über die Öffnungen 49 zum Heißgas 23, wo es sich vermischt und als gekühltes Mischgas 53 in den Vorraum 19 des Filters 11 einströmt. Durch eine Prallplatte 54 wird das Mischgas 53 verteilt und gegebenenfalls durch die Umlenkung vollends vermischt. Das Mischgas 53 strömt ebenso wie das Abgas 13 über die noch freigebliebenen Hohlräume 14 durch die Keramikwandungen der Rohre 12 hindurch.

Die mit ca. 1600°C aus der Verbrennungszone 46 austre­ tenden Heißgase werden unter entsprechender Zumischung von Frischluft aus der Zusatzleitung 45 auf ca. 600°C abgekühlt. Diese Temperatur reicht aus, um die Ruß­ partikel im Keramikrohr 12 auf deren Zündtemperatur von 500°C aufzuheizen. Mittels eines Thermosstaten 58 wird über ein Magnetventil 59, das in der Zusatzleitung 45 zwischengeschaltet ist, der Zusatzluftdurchsatz 60 so geregelt, daß die Temperatur des Mischgases 53 den er­ wünschten Wert, z.B. ca. 600°C konstant beibehält. Je nach Ablagerungsgrad des Rußes in den Filterrohren 12 wird ein Gegendruck im Vorraum 19 aufgebaut, der bei dem Betrieb des Brenners 20 berücksichtigt werden muß. Mittels eines Druckreglers 62 wird demzufolge die Luft­ pumpe 27 so geregelt, daß im Verbrennungsluftzufuhr­ rohr 31 ein definierter Oberdruck gegenüber dem Vor­ raum 19 herrscht.

Die in Fig. 1 gezeigte Ausführung ist ein Beispiel, bei dem der Rußfilter 11 periodisch regeneriert wird. Im Betrieb des Fahrzeugs ist die Klappe 21 zum Durch­ lassen des Abgases 13 geöffnet, während dieser Zeit ist der Brenner außer Betrieb. Um den Reinigungsprozeß des Filters 11 durchzuführen, muß der Verbrennungsmotor abgeschaltet sein. Die Klappe 21 wird geschlossen und der Brenner 20 wird in Betrieb genommen. In etwa 5 bis 15 Minuten, je nach Füllungsgrad und Größe des Fil­ ters 11, ist dieser wieder gereinigt und zur erneuten Aufnahme von Ruß bereit.

Die Einrichtung läßt sich auch bei Doppelfiltersystemen verwenden. Hier wird die Zuleitung des Abgasrohres 10 bzw. der Mischgase 53 alternierend von einem Filter zum anderen geleitet. Während ein Filter Ruß aus den Abgasen aufnimmt, wird der andere Filter zu dessen Reinigung vom Mischgas aus dem Brenner beaufschlagt. Nach einer vorgegebenen Zeit werden die Gasströme auf den jeweils anderen Filter ge­ lenkt. Auf diese Weise ist ein kontinuierlicher Betrieb bzw. eine kontinuierliche Reinigung möglich, bei der das Fahrzeug nicht außer Betrieb genommen werden muß. Da die Reduzierung nur etwa 2-3 mal täglich erfolgt, ist es auch denkbar, für die kurze Zeit der Regenerierung auf den Filter vollständig zu verzichten und ihn durch einen Bypaß zu umgehen.

Fig. 2 zeigt einen Teil des Brenners 20 mit einem Brenner­ gehäuse 36 und der darin angeordneten Brennstoffdüse 34, die in einem Mischrohr 24 mündet. Das Mischrohr 24 ist vom Flammrohr 74 umgeben, das die Verbrennungszone 46 ein­ schließt. Das aus der Verbrennungszone 46 austretende Heißgas 23 wird mit der Zusatzluft 60 vermischt, das durch die Leitung 45 in einen Ringraum 50′ einströmt. Zu diesem Zweck ist an der Mündung des Flammrohres 74 eine Blende 15 aufgesetzt, deren Querschnitt sich zur Mündung 38 hin verkleinert. Am Mündungsende 38 der Blende 15 sind Schlitze 49′ vorgesehen, durch die das Heißgas 23 zu­ sätzlich zur stirnseitig verbleibenden Öffnung der Blende 15 heraustritt. Dabei vermischt sich das Heißgas 23 mit der im Ringspalt 50′ befindlichen Zusatzluft 60. Der Ringspalt 50′ wird durch eine die Blende 15 umgebende Hülse 39 gebildet, in die die Gaszufuhrleitung 45 mündet.

Durch starke Verjüngung des Mündungsteiles 38 der Blende 15 kann der durch die Schlitze 49′ gezwungene Heißgasstromanteil vergrößert werden, um damit die Ver­ mischung der beiden Gase soweit wie möglich noch innerhalb des Ringspaltes 50′ erfolgen zu lassen. Ähnliche Wirkung wird erreicht, wenn die stirnseitige Öffnung der Blende 15 geschlossen wird.

Durch die Blende 15 wird der Heißgasstrom 23 radial aufge­ fächert. Der Strom erhält damit eine wesentlich größere Kontaktfläche für die Zusatzluft 60. Dadurch kann eine gute Vermischung der beiden Gase 23 und 60 sowie auch ein wirkungsvoller Temperaturausgleich erfolgen, wobei keine weiteren Maßnahmen notwendig sind. Die gewünschen Ziele bei der Vermischung der beiden Gase 23 und 60 werden dabei in einem relativ kurzen Ringraum erfüllt, was zu einer Einsparung in der Gesamtlänge des Mischungsraumes führt.

Die Blende kann vielseitig ausgestaltet werden, um eine Auffächelung bzw. Teilung des Heißgasstromes 23 zu erreichen.

In Fig. 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem ein zylindrisches Blendenbauteil 15′ an seinem Mündungs­ ende 38 im Umfang wellenartig geformt ist derart, daß der Querschnitt 41 die Form eines Sternes oder ähnlichen Ge­ bildes einnimmt. Das aus der Blende 15′ austretende Heiß­ gas 23 hat damit auch einen sternförmigen Querschnitt. Durch starkes Einziehen der zur Zylindermitte hineinge­ drückten Umfangsteile 43 der Blende 15′ können schmale, sternförmig gerichtete Austrittsschlitze 44 gebildet werden, die eine sehr hohe Vergrößerung der Umfangsfläche des aus­ tretenden Heißgasstrahles 23 bewirkt. Die eingezogenen Bereiche 43 dienen gleichzeitig zur Leitung des Gasstromes 60 in den Mittelbereich 51 des Heißgasstromes 23. Bei einer Blende gemäß Fig. 3 dringt also das Zusatzgas 60 bis in den Kern des Heißgasstromes 23 ein.

In Fig. 4 ist ein zweites Ausführungsbeispiel, bei dem die Brenneranlage zur Regenerierung des Filters 11′ so aus­ gelegt ist, daß die Abgase 13 als Verbrennungsluft für den Brenner 20 und als sauerstoffhaltiges Gas genutzt werden kann.

Dazu ist ein von einem Gehäuse 81 umgebener Expansions­ raum 80 vorgesehen, in den ein Einlaßstutzen 70 für das Abgas 13 hineinragt und der zumindest den heißen Teil des Brenners 20 enthält. Im Betrieb des Fahrzeugs werden die Abgase 13 über die Hauptabgasleitung 10 in den Filter 11′ geführt, indem eine Hauptklappe 82 das Abgasrohr 10 frei­ gibt, während eine Nebenklappe 83 den vom Abgasrohr 10 abzweigenden Einlaßstutzen 70 sperrt. Beide Klappen 82, 83 können über einen geeigneten Mechanismus 84 vom Fahrer be­ dient werden.

Zur Regenerierung des Filters 11′ wird die Verbrennungs­ maschine des Fahrzeugs im Leerlauf betrieben, die Haupt­ klappe 82 geschlossen und die Nebenklappe 83 geöffnet. Damit strömen die im Leerlauf entstehenden sauerstoff­ haltigen Abgase 13 durch den Einlaßstutzen 70 in den Expansionsraum 80 hinein. Gleichzeitig wird die Brennstoff­ zufuhr 29 zum Brenner 20 freigegeben. Der aus der Düse 34 austretende Brennstoff mischt sich mit den aus dem Ex­ pansionsbehälter einströmenden Teilstrom des Abgases 13. Das Mischrohr 24 ist so angeordnet, daß die Verbrennungs­ gase 23 aus der Verbrennungszone 46 über einen ring­ zylindrischen Rezirkulationsraum 75 in das Mischrohr 24 zurückgesaugt werden. Innerhalb des Mischrohres 24 wird der Brennstoff 29 durch die rezirkulierenden Ver­ brennungsgase 84 erwärmt und verdampft und mit diesen und dem Abgas 13 zu einem vollständig verbrennbaren Gas vermischt, das mit einer Zündeinrichtung 85 gezündet und in der Verbrennungszone 46 innerhalb des Flamm­ rohres 47′ vollständig verbrennt.

Der Brenner 20 bzw. das Flammrohr 47′ ist von einem Strömungsrohr 71 umgeben, das Öffnungen 72 enthält, durch die die Abgase 13 teilweise aus dem Expansionsraum 80 an den Austritt des Flammrohres 47′ gelangen.

Das hier eintretende Abgas vermischt sich somit mit dem aus dem Flammrohr 47′ austretenden Heißgas 23. Hierbei wird einerseits das Heißgas mit den kühleren Abgasen 23 auf niedrigere Temperaturen gebracht und andererseits der Sauerstoff im Heißgas 23 angereichert. Das auf diese Weise gekühlte und mit Sauerstoff versetzte Heißgas 53′ strömt dann in Strömungsrichtung der Hauptabgase 13 nach der Hauptklappe 82 in das Abgasrohr 10 ein, um von dort in den Filter 11′ zu gelangen.

Bei dieser Ausführung wird also keine gesonderte Frisch­ luft für den Regenerationsbetrieb benötigt. Stattdessen wird das Abgas 13 in einer einfachen Weise über den Brenner umgelenkt. Durch die in einer derartigen Anordnung ohne­ hin vorgesehenen Drosselstellen zwischen der Neben­ klappe 83 im Einlaßstutzen 70 und in den Eintritts­ öffnungen 72, 73 und 74 im Brennergehäuse 36 findet eine Dämpfung der stark pulsierenden Motorabgase 13 statt, die durch den gleichzeitig als Gasführung dienenden Expan­ sionsraum 80 stark unterstützt wird. Es sind also keine weiteren Maßnahmen notwendig, um die stark schwingenden Motorabgase 13 als Verbrennungsluft für den Brenner 20 brauchbar zu machen.

Je nach Bedarf und ohne weiteren Aufwand kann das Ab­ gas 13 gleichzeitig dazu verwendet werden, das Flamm­ rohr 47′ zu kühlen, indem entsprechende Öffnungen 72 auch im Bereich des Flammrohres 47′ vorgesehen werden.

Die Ausführung gemäß Fig. 4 eignet sich ganz besonders für Stadtlinienbusse, bei denen im Fahrplan Wartezeiten eingeplant werden müssen. Diese Pausen können dazu genützt werden, den Regeneriervorgang durchzuführen.

Im allgemeinen wird das Fahrzeug mit einer optischen und/ oder akustischen Anzeige versehen, die in Abhängigkeit vom Druckverlust des Filters in Verbindung mit Motordrehzahl und Abgastemperatur bzw. anderweitigen Größen, ein Signal abgibt, das anzeigt, daß der Filter demnächst regeneriert werden muß. Der Fahrer wird dann das Fahrzeug kurzzeitig im Leerlauf betreiben und über Bedienungselemente die Hauptklappe 82 schließen, gleichzeitig die Nebenklappe 83 öffnen und den Regeneriervorgang einleiten. Nach einer vorgeschriebenen Zeit zwischen 5 bis 15 Minuten kann die Regenerierungsphase wieder beendet werden. Der Fahrer wird dann von Regenerierbetrieb auf Fahrbetrieb umschalten, so daß die Abgase wieder im Hauptabgasrohr zum Filter gelangen. Danach kann die Fahrt bzw. der Fahrzeugbetrieb (Filterbetrieb) wieder fortgesetzt werden.

Claims (17)

1. Vorrichtung zum Regenerieren von Rußfiltern, die in der Abgasleitung von Verbrennungsmaschinen ange­ ordnet sind, mit einem an der Abgasleitung in der Nähe des Rußfilters angeordneten, eine Brennstoffdüse enthaltenden Brenner (20), dadurch gekennzeichnet, daß der Brenner ein Ölbrenner (20) ist, der ein der Brenn­ stoffdüse (22) zugeordnetes Mischrohr (24) und ein das Mischrohr umgebendes Flammrohr (47, 47′) hat, das eine Verbrennungszone (46) begrenzt, und daß der Brenner so ausgestaltet ist, daß ein Teil der Heißgase aus der Verbrennungszone eingangsseitig in das Mischrohr zurückströmt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gasbrenner mit einem Flammrohr vorgesehen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß dem Brenner (20) eine Einrichtung (45; 70, 72) zum Zuführen von sauerstoffhaltigem Gas (60, 13) zugeordnet ist, mit der das sauerstoff­ haltige Gas in der Umgebung des Flammrohres (47, 47′) dem Heißgas (23) des Brenners (20) zuführbar ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung eine Zusatzleitung (45) für Frischluft ist, die in der Umgebung des Flammrohres (47) des Brenners (20) mündet.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in die Zusatzleitung (45) für die Frischluft (60) ein Regelventil (59) zwischengeschaltet ist, mit dem der Frischluftdurchsatz in Abhängigkeit der Temperatur des mit der Frischluft gekühlten Heißgases (23 bzw. 53) regelbar ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Regelventil (59) so ausgelegt ist, daß die Temperatur des gekühlten Heißgases (53) auf einer konstanten Temperatur, etwa 600°C haltbar ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung eine Abgaszuführeinrichtung (70, 72). ist, mit der zumindest ein Teil des Abgases (13) der Verbrennungsmaschine in die Umgebung des Flamm­ rohres (47′) des Brenners (20) leitbar ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, daß der Brenner (20) am Austritt des Flammrohres (47, 47′) eine im wesentlichen zylindrisch ausgebildete Blende (15) hat, die den Heißgasstrom (23) aufteilt, daß die Blende im Mantelbereich zumindest teilweise mit einem Kanal (50) für das sauerstoffhaltige Gas (60, 13) um­ geben ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das ausgangsseitige Ende (38) der Blende (15′) wellenartig verengt ist derart, daß der Austritt einen annähernd sternförmigen Querschnitt (41) hat.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Blende (15) radial von einer Hülse (39) zur Bildung eines Strömungskanals (50′) für das sauerstoffhaltige Gas (60, 13) umgeben ist.

11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Brenner (20) mit einer Luftpumpe (27) für die Verbrennungsluft aus­ gestattet ist, die so ausgelegt ist, daß damit der Verbrennungsluftdurchsatz (28) in Abhängigkeit einer Regelgröße änderbar ist.

12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Druckluftleitung (32) vorgesehen ist, die in einem Brennstoffventil (33) für die Brennstoffzufuhr (29) für den Brenner (20) mündet.

13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (70, 81, 82, 83, 73, 74) vorgesehen sind, mit denen Abgase (13) der Verbrennungsmaschine als Verbrennnungsluft dem Brenner (20) zuführbar sind.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein Expansionsraum (80) für das Abgas (13) vor dessen Eintritt (73) in den Brenner (20) vorgesehen ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Brenner (20) zumindest teilweise im Expansionsraum (80) angeordnet ist und zwar so, daß das Strömungsrohr (71) vom relativ kaltem Ab­ gas umspülbar ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Flammrohr (47′) von einem mit Öffnungen (72) versehenen Strömungsrohr (71) um­ geben ist.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Expansionsraum (80) über eine schließbare Öffnung (70) mit dem Raum (10′) der Abgasleitung (10) stromaufwärts des Ruß­ filters (11′) verbindbar ist und daß die Abgas­ leitung (10) zwischen der Öffnung und dem Filter eine verstellbare Drossel (82) aufweist.