DE3532778C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Regenerieren von Rußfiltern, die in der Abgasleitung von Verbrennungsmaschinen angeordnet sind, mit einem an der Abgasleitung in der Nähe des Rußfilters angeordneten Brenner, der eine Brennstoffdüse aufweist, die über ein Brennstoffventil und eine Brennstoffleitung mit Brennstoff versorgbar ist und der einer Druckluftleitung zugeordnet ist.

Aus der DE-OS 27 56 570 ist eine Vorrichtung bekannt, bei der im Filtergehäuse ein aus elektrischen Heizwicklungen bestehendes Heizelement vorgesehen ist, das mit einem Teil des Filterbettes in Berührung steht. Mit dem Heizgerät sollen die Verbrennungsgase auf die Entzündungstemperatur der im Filter zurückgehaltenen Kohlenstoffteilchen 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 den DE 34 03 505 und 31 21 274 A1 sind für Fahrzeuge geeignete Vorrichtungen gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 bekannt, bei dem zur Regenerierung von Rußfiltern ein Ölbrenner verwendet wird, der mit dem für das Fahrzeug vorgesehenen Brennstoff gespeist werden kann. Der Brenner besteht lediglich aus einer Brennstoffdüse mit zugehöriger Zündelektrode und Verbrennungsluftzufuhr, die im Rußfiltergehäuse angeordnet sind. Eine derartige Regeneriereinrichtung ist zwar für mobile Verbrennungsmaschinen verwendbar, jedoch werden mit dem Verbrennungsgasstrom des Brenners Schadstoffe ausgestoßen, was gerade zu vermeiden ist. Außerdem können bei unvollständiger Verbrennung entstehender Ruß den Regenerierprozeß des Filters verzögern.

Aus der EP 1 30 387 ist ein Brenner bekannt, bei dem durch entsprechende Auslegung der Brennstoff- und Verbrennungsluftströme innerhalb des Brenners eine Verschmutzung der Brennstoffdüse durch die Brennerflamme vermieden wird. Damit kann zwar die Qualität der Heißgase günstig beeinflußt werden, aber bei Anwendungen eines derartigen Brenners in einem Abgasstrom würde eine Verschmutzung in den Betriebspausen des Brenners durch die Abgase erfolgen. Ein zuverlässiger Regenerierprozeß ist damit auch nicht gegeben.

Gemäß der DE 28 15 365 erfolgt die Erzeugung der Heißgase innerhalb des Abgasgrohres unter Nutzung des im Abgas enthaltenden Restsauerstoffes. Die Brennstoffdüse ragt dazu in das Abgasrohr hinein und ist durch einen Abweiser von der Direktbeaufschlagung des Abgases geschützt. Wenn die Brennstoffdüse außer Betrieb ist, können trotzdem Rußpartikel aus den Abgasen zur Düse gelangen und diese verstopfen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein für Fahrzeuge geeignetes System zur Regenerierung von Rußfiltern der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem eine zuverlässige und möglichst 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 Verbrennungsmotor vorgesehenen Brennstoff betreibbar und damit für Fahrzeuge verwendbar. Die erfindungsgemäße Einrichtung hat den Vorteil, daß eine vollständige Verbrennung des dem Brenner zugeführten Brennstoffes erfolgt. Damit werden keine Schadstoffe in der Regenerierungsphase erzeugt. Das Abbrennen des im Filter festhaftenden Rußes kann dabei rasch und vollständig geschehen, nachdem der Brenner keinen Ruß erzeugt. In Verbindung mit der während der Brenner-Betriebspausen durch die Brennstoffdüse führbaren Druckluft wird der sichere Betrieb, auch in den Startphasen, gewährleistet und die vollständige Verbrennung gesichert.

In dem Mischrohr des Brenners wird nämlich der aus der Düse austretende Brennstoff mit der Verbrennungsluft gemischt und durch die heißen rezirkulierenden Verbrennungsgase verdampft, so daß die eigentliche Verbrennung 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 Verbrennungsphase, so daß auch keine ungezündeten Gase aus dem Gemisch entweichen können. Das Flammrohr, das nicht Bestandteil des Abgasrohres ist, dient gleichzeitig als Abschirmung bzw. Begrenzung für die heißen Verbrennungsgase, die bei einem derartigen Brenner ca. 1600°C erreichen. Die Abgasanlage kann dadurch in Bezug auf ihre Temperatur­ beständigkeit unverändert bleiben. Dieser günstige Betrieb wird aufgrund der Druckluft für jede Betriebsphase sichergestellt, indem damit verhindert wird, daß in Betriebspausen des Brenners Ruß bzw. Kraftstoffablagerungen, insbesondere durch Verdampfung der flüchtigen Brennstoffbestandteile der Abgase des Ver­ brennungsmotors die Brennstoffdüse verstopfen.

Brenner mit einem Mischrohr und rezirkulierenden Verbrennungsgasen sind aus der DE 27 51 524 A1 bekannt. Solche Brenner werden jedoch aufgrund der sehr hohen Temperaturen der Heißgase ausschließlich für Heizungskessel und ähnlichen Heizzwecken verwendet.

Der Brenner ist vorzugsweise mit einer Gaszufuhreinrichtung ausgestattet, die in der Umgebung des Flammrohres des Brenners mündet und zur Zuführung von sauerstoffhaltigem 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 umgebenden Bauteile durch Überhitzung vermieden wird.

Die Entzündungstemperatur von Abgasruß liegt etwa 500°C, so daß zur Rege­ nerierung des Filters eine Heißgastemperatur 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 einer Zu­ satzleitung für die Frischluft angeordnetes Regelventil, das den Luftdurchsatz so regelt, daß das gekühlte Heißgas, d. h. nach der Zumischung von 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 Heißgas 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 Heißgasen kühlend vermischt.

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

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 Regenerierung 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 beendet werden. Dieses Verfahren eignet sich insbesondere für Stadtlinienbusse, die inbesondere 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 wesentlichen zylindrischen Blende vorgesehen, die den Heißgasstrom in mehrere Ströme aufteilt, wobei die Blende im Mantelbereich zumindest teilweise mit einem Kanal für das sauer­ stoffhaltige Gas umgeben ist.

Eine den Gasstrom führenden 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 Verbrenungszone bzw. der Verbrennung selber, sowie Geräuschbildungen werden dadurch weitgehend vermieden.

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

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

Der sauerstoffhaltige Gasstrom wird vorzugsweise innerhalb eines Ringraumes dem Heißgas zugeführt, der durch die Blende und einen diesen umgebenden Zylinder gebildet 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 Ver­ brennungsluftdurchsatz 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 Rußpartikeln im Filter sich ein hoher Gegendruck im Filtergehäuse aufbaut, der die Verbrennungsluftzufuhr zum Brenner beein­ trächtigen könnte.

Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung werden die Abgase der Verbrennungsmaschine als Verbrennungsluft für den Brenner verwendet, insbesondere die Abgase im Leerlaufbetrieb der Verbrennungsmaschine.

Derartige Maßnahmen sind beispielsweise aus JP-abstracts 1 58 311 bekannt, wobei das Abgas mittels einer Steuerklappe durch eine Umgehungsleitung zum Brenner geleitet werden kann. Dabei wirken sich die Abgasschwingungen negativ auf den Betrieb des Brenners aus.

Beim Anmeldungsgegenstand ist dagegen ein Expansionsraum für das Abgas vor dessen Eintritt in den Brenner vorgesehen, in dem der aufgrund des Maschinenbetriebes pulsierende Abgasstrom sich zumindest weitgehend beruhigen kann.

Die Anordnung des Brenners innerhalb des Expansionsraumes bietet außer der Platzsparnis viele Vorteile. Abgasleitungen zwischen Expansionsraum und Brenner sind dabei nicht erforderlich. Der während des Brennerbetriebes vom Abgas 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 nachdem ob eine zusätzliche Kühlung des Flammrohres nötig oder erwünscht ist.

Der den Expansionsraum begrenzende und den Brenner einschließende Windkessel kann vorzugsweise am Abgasrohr, in Abgasströmungsrichtung unmittelbar vor dem Filter angeordnet werden. Stromaufwärts nach dem Filter ist dann der Reihe nach ein Durchbruch für den Eintritt der Heißgase, eine verstellbare Abgasklappe sowie die Öffnung für den Austritt der Abgase in den Expansionsraum. Bei dieser Ausführung dienen die Abase 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 schematisch dargstellten Ausführungsbeispiels 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 Schaumkeramiken 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 enthaltende Partikel zurückgehalten.

Der in den Keramikrohren 12 aufgefangene Ruß muß zumindest 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 beibehalten, daß eine ausreichende Reinigung der Filter gewährleistet ist. Bei Stadtfahrten, Fahrten im Stau und im Falle der Stadtlinienbusse wird die Abgastemperatur zu niedrig sein, so daß bei länger anhaltendem Betrieb ohne gleichzeitiger Rußentfernung durchaus eine Verstopfung des Filters 11 die Folge sein kann.

Es ist daher notwendig, durch Zusatzwärme eine ausreichende Regenerierung von Rußfiltern sicherzustellen. Dazu ist gemäß Fig. 1 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 periodische Filterreinigungen während Betriebspausen des Verbrennungsmotors ausgelegt. Ist der Verbrennungsmotor des Fahrzeugs abgestellt, so wird der motorseitige Abgasrohrabschnitt 10 mittels seines Schließvorganges, z. B. einer Klappe 21 vom Vorraum 19 des Filters 11 getrennt. Die Klappen können zur besseren Durchwirkung 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 Strömungsrichtung 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 verwendet, je nach Antriebssystem des Fahrzeugs. Die Brennstoffzufuhr zum Brenner 20 erfolgt daher durch eine zusätzliche Kraftstoffpumpe 25, die an dem Brennstofftank des Fahrzeugs angeschlossen ist. Die Kraftstoffpumpe 25 wird von einem eigenen Motor 26 angetrieben, der gleichzeitig ein Gebläse oder eine Luftpumpe 27 betreibt, die Luft z. B. aus dem bereits vorhandenen Luftfilter des Fahrzeugs 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 vorgesehen, die in einem z. B. Rückschlagventil 30 in der Ver­ brennungsluftleitung 31 und einer Druckluftleitung 32 für ein Brennstoffventil 33 bestehen. Mit dem Rückschlagventil 30 wird verhindert, daß die Abase 13 des Ver­ brennungsmotors in das Gebläse 27 und weiter in den Luftfilter 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 Betriebspause des Brenners 20 und während des Betriebes des Fahrzeug-Verbrennungsmotors Druckluft durch das Brennstoffventil 33 geblasen, um eine Verschmutzung der Brennstoffdüse 34 zu verhindern.

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

Für die Verbrennung der Rußpartikel im Rußfilter 11 ist es erforderlich, daß in das Filtergehäuse Sauerstoff eingeführt wird, nachdem die Heißgase 23 keinen ausreichenden Sauerstoffgehalt haben. Zu diesem Zweck ist eine Zusatzleitung 45 vorgesehen, durch die Luft 60 aus der Verbrennungsluftleitung 31 abgeleitet und den Heißgasen 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 versehen. 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 die Parallelplatte 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 Wandungen der Schaumkeramik der Rohre 12 hindurch.

Die mit ca. 1600°C aus der Verbrennungszone 46 austretenden Heißgase werden unter entsprechender Zumischung von Frischluft aus der Zusatzleitung 45 auf ca. 600°C abgekühlt. Diese Temperatur reicht aus, um die Rußpartikel im Schaumkeramikrohr 12 auf deren Zündtemperatur von 500°C aufzuheizen. Mittels eines Thermostaten 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 erwünschten 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 Luftpumpe 27 so geregelt, daß in der Verbrennungsluftleitung 31 ein definierter Überdruck gegenüber dem Vorraum 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 Durchlassen 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 Filters 11, ist dieser wieder gereinigt und zur erneuten Aufnahme von Ruß bereit.

Die Einrichtung läßt sich auch bei Doppelfiltersystemen verwenden. Hier wird die Zuleitung der Abgase 13 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 gelenkt. Auf diese Weise ist ein kontinuierlicher Betrieb bzw. eine kontinuierliche Reinigung möglich, bei der das Fahrzeug nicht außer Betrieb genommen werden muß. Da die Regenerierung nur etwa 2-3mal 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 Brennergehäuse 36 und der darin angeordneten Brennstoffdüse 34, die in einem Mischrohr 24 mündet. Das Mischrohr 24 ist vom Flammrohr 47′ umgeben, das die Verbrennungszone 46 einschließt. Das aus der Verbrennungszone 46 austretende Heißgas 23 wird mit der Zusatzluft 60 vermischt, das durch die Zusatzleitung 45 in einen Ringraum 50′ einströmt. Zu diesem Zweck ist an der Mündung des Flammrohres 47′ eine Blende 15 aufgesetzt, deren Querschnitt sich zur Mündung 38 hin verkleinert. An der Mündung 38 der Blende 15 sind Schlitze 49′ vorgesehen, durch die das Heißgas 23 zusätzlich zur stirnseitig verbleibenden Öffnung der Blende 15 heraustritt. Dabei vermischt sich das Heißgas 23 mit der im Ringraum 50′ befindlichen Frischluft 60. Der Ringraum 50′ wird durch eine die Blende 15 umgebende Hülse 39 gebildet, in die die Zusatzleitung 45 mündet.

Durch starke Verjüngung des Mündungsteiles 38 der Blende 15 kann der durch die Schlitze 49′ gezwungene Heißgasstromanteil vergrößert werden, um damit die Vermischung der beiden Gase soweit wie möglich noch innerhalb des Ringraumes 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 aufgeflächert. 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 gewünschten 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 zylindriches Blendenbauteil 15′ an seiner Mündung 38′ im Umfang wellenartig geformt ist derart, daß der Querschnitt 42 die Form eines Sternes oder ähnlichen Gebildes annimmt. Das aus der Blende 15′ austretende Heißgas 23 hat damit auch einen sternförmigen Querschnitt. Durch starkes Einziehen der zur Zylindermitte hineingedrückten Umfangsteile 43 der Blende 15′ können schmale, sternförmig gerichtete Austrittsschlitze 44 gebildet werden, die eine sehr hohe Vergrößerung der Umfangsfläche des austretenden Heißgasstrahles bewirkt. Die eingezogenen Bereiche 43 dienen gleichzeitig zur Leitung der Frischluft 60 in den Mittelbereich des Heißgasstromes. Bei einer Blende 15′ gemäß Fig. 3 dringt also die Frischluft 60 bis in den Kern des Heißgasstromes ein.

In Fig. 4 ist ein zweites Ausführungsbeispiel, bei dem die Brenneranlage zur Regenerierung des Filters 11′ so ausgelegt 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 umgebender Expansionsraum 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 freigibt, während eine Nebenklappe 83 den vom Abgasrohr 10 abzweigenden Einlaßstutzen 70 sperrt. Beide Klappen 82, 83 können über einen geeigneten Mechanismus 84 vom Fahrer bedient werden.

Zur Regenerierung des Filters 11′ wird die Verbrennungs­ maschine des Fahrzeugs im Leerlauf betrieben, die Hauptklappe 82 geschlossen und die Nebenklappen 83 geöffnet. Damit strömen die im Leerlauf entstehenden sauerstoffhaltigen Abgase 13 durch den Einlaßstutzen 70 in den Expansionsraum 80 hinein. Gleichzeitig wird die Brennstoffzufuhr 29 zum Brenner 20 freigegeben. Der aus der Düse 34 austretende Brennstoff mischt sich mit den aus dem Ex­ pansionsbehälter einströmenden Teilstrom des Abases 13. Das Mischrohr 24 ist so angeordnet, daß die Heißgase 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 86 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 Flammrohres 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 teilsweise 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 (Mischgas 53′) strömt dann in Strömungsrichtung der Hauptabgase 13 nach der Hauptklappe 82 in die Abgasleitung 10 ein, um von dort in den Filter 11′ zu gelangen.

Bei dieser Ausführung wird also keine gesonderte Frischluft für den Regenerationsbetrieb benötigt. Stattdessen wird das Abgas 13 in einer einfachen Weise über den Brenner umgelenkt. Durch die in einer derartigen Anordnung ohnehin vorgesehenen Drosselstellen zwischen der Nebenklappe 83 im Einlaßstutzen 70 und in den 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 auch 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 Abgas 13 gleichzeitig dazu verwendet werden, das Flammrohr 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 und 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. Dannach kann die Fahrt bzw. der Fahrzeugbetrieb (Filterbetrieb) wieder fortgesetzt werden.

Claims (15)

1. Vorrichtung zum Regenerieren von Rußfiltern, die in der Abgasleitung von Verbrennungsmaschinen angeordnet sind, mit einem an der Abgasleitung in der Nähe des Rußfilters angeordneten Brenner, der eine Brennstoffdüse aufweist, die über ein Brennstoffventil und eine Brennstoffleitung mit Brennstoff versorgbar ist und der eine Druckluftleitung zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoffdüse (34) ein Mischrohr (24) und ein das Mischrohr umgebendes Flammrohr (47, 47′) zugeordnet ist, das eine Verbrennungszone (46) begrenzt, daß der Brenner so ausgestaltet ist, daß ein Teil der Heißgase aus der Verbrennungszone eingangsseitig in das Mischrohr zurückströmt und daß die Druckuftleitung (32) in das Brennstoffventil (33) für die Brennstoffversorgung mündet und so ausgestaltet ist, daß während der Betriebspausen des Brenners Druckluft zur Reinhaltung der Brennstoffdüse durch die Düse drückbar ist.

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

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung eine Zusatzleitung (45) für Frischluft ist, die in der Umgebung des Flammrohres (47) des Brenners (20) mündet.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in die Zusatzleitung (45) für die Frischluft (60) ein Ventil (59) zwischgeschaltet ist, mit dem der Frischluftdurchsatz in Abhängigkeit der Temperatur des mit der Frischluf gekühlten Heißgases (23) regelbar ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (59) so ausgelegt ist, daß die Temperatur des gekühlten Heißgases auf einer konstanten Temperatur, etwa 600°C haltbar ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung eine Abgaszuführeinrichtung (70, 72) ist, mit der zumindest ein Teil des Abgases (13) der Verbrennungsmaschine in die Umgebung des Flammrohres (47′) des Brenners (20) leitbar ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, 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 Ringraum (50) für das sauerstoffhaltige Gas (60, 13) umgeben ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Mündung (38′) der Blende (15′) wellenartig verengt ist, derart, daß der Austritt einen annähernd sternförmigen Querschnitt (42) hat.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Blende (15) radial von einer Hülse (39) zur Bildung eines Ringraumes (50′) für das sauerstoffhaltige Gas (60, 13) umgeben ist.

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

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

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein Expan­ sionsraum (80) für das Abgas (13) vor dessen Eintritt in den Brenner (20) vorgesehen ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Brenner (20) von einem Strömungsrohr (71) umgeben ist und zumindest teilweise im Expansionsraum (80) angeordnet ist und zwar so, daß das Strömungsrohr (71) vom relativ kalten Abgas umspülbar ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Flammrohr (47′) von einem mit Öffnungen (72) versehenen Strömungsrohr (71) umgeben ist.

15. Vorrichtung nach Ansprüchen 11 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Expansionsraum (80) über einen schließbaren Einlaßstutzen (70) mit dem Raum (10′) der Abgasleitung (10) stromaufwärts des Rußfilters (11′) verbindbar ist und daß die Abgasleitung (10) zwischen dem Einlaßstutzen (70) und dem Filter eine verstellbare Klappe (82) aufweist.