DE4325906A1 - Verfahren zur Regenierung eines im Abgastrakt einer Brennkraftmaschine eingesetzten Partikelfilters und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regenerierung eines im Abgastrakt einer Brennkraftmaschine eingesetzten Partikelfil­ ters nach den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfah­ rens gemäß Anspruch 3.

Aus der DE 40 25 017 A1 ist eine Abgasanlage mit einem Parti­ kelfilter und einem Brenner zur Regenerierung des Partikelfil­ ters bekannt. Aus einer Zerstäuberdüse gelangt das Brenn­ stoff-Luftgemisch in ein Mischrohr, in dem zugeführte Primär­ luft die Zerstäubung des Brennstoffes unterstützt. Das Gemisch bzw. die Brenngase führen in ein Flammrohr, das Leitöffnungen für den Einlaß eines Abgasstromes der Brennkraftmaschine ent­ hält. Der Abgasstrom vermischt sich mit den Brenngasen. Durch den im Abgas enthaltenen Restsauerstoff wird ein Teil des unverbrannten Kraftstoffes verbrannt. Die vollständige Ver­ brennung erfolgt spätestens an dem der Zerstäuberdüse entge­ gengesetzten Ende des Flammrohres, wenn Brenngase über am Flammrohr umfangsseitig angeordnete Durchlässe in den Mischraum stromauf des Partikelfilters geleitet und sich mit den das Flammrohr umströmenden und über eine Stauscheibe gelangenden Restabgasanteilen vermischen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Brenner der gattungsgemäßen Art dahingehend abzuändern, daß bei nahezu druckloser Kraftstoffzuführung dennoch eine vollständige Ver­ brennung mit gleichförmiger Temperaturverteilung vor dem Par­ tikelfiltereintritt sichergestellt ist.

Zur Lösung der Aufgabe dienen die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale.

Durch die Anordnung einer besonderen Sekundärzone wird eine einseitige Flammenausbildung und damit eine strähnige Verbren­ nung mit örtlich auftretenden sehr hohen Temperaturspitzen vermieden. Die besonders ausgebildete Sekundärzone mit ihrer gezielt eingeleiteten Sekundärluft verhindert Kraftstoffnischenbildungen bzw. unverbrannte Kraftstoffanhäu­ fungen im Brennergehäuse und bewirkt eine verbesserte raumfül­ lende Vorverbrennung als weitere Stufe für die nachfolgende vollständige Verbrennung vor dem Eingang des Partikelfilters. Schließlich ist aufgrund der nahezu drucklosen Kraftstoffzu­ führung lediglich der Einsatz konventioneller Förderpumpen möglich.

In den weiteren Unteransprüchen sind noch förderliche Weiter­ bildungen der Erfindung angegeben, z. B. durch die besondere Anordnung von Prallblech, Blechkegel und Lochblechkegel, durch die eine gleichmäßige Temperaturverteilung sowie eine homogene Aufbereitung des Brenngemisches auf ein filterverträgliches Niveau erzielt wird.

Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und anhand von einem Ausführungsbeispiel im folgenden näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Brenner im Schnitt

Fig. 2 den Brenner nach der Linie II-II in Fig. 1 und

Fig. 3 eine Kraftstoffdüse mit Luftunterstützung.

Ein in Fig. 1 gezeigter Brenner 1 zur Regenerierung eines Par­ tikelfilters 2 setzt sich aus drei Brennzonen zusammen, von denen die erste Zone die mit 3 bezeichnete Primärzone, die zweite und mittlere Zone die mit 4 bezeichnete Sekundärzone und die dritte Zone die mit 5 bezeichnete Nachbrennzone darstellt.

Die Primärzone umfaßt ein als Einsatzkörper ausgebildetes Mischrohr 6 mit einer zentralen Öffnung 7 in der Stirnseite 6a sowie einen mittig ausgerichteten Verdampferkörper 8 ist mit einer zentral in den Verdampferkörper 8 hineinragenden Glühkerze 9.

Der Verdampferkörper 8 ist innenseitig mit einem Drahtgestrick 10 ausgekleidet, das von einem in dem Verdampferkörper 8 ein­ gelassenen Ringausnehmung umgeben ist, in den eine Kraftstoff­ zuführleitung 11 radial einmündet.

Zwischen dem Verdampferkörper 8 und dem Mischrohr 6 befindet sich ein zylinderförmiges perforiertes Lochblech 12, das ge­ meinsam mit dem Mischrohr 6 einen Ringzwischenraum 13 bildet, in den eine Primärluftleitung 14 tangential einmündet.

Das Mischrohr ist noch mit einem konvex geformten Prallblech 15 ausgestattet, das mittig in der Vorbrennkammer bzw. Primär­ brennkammer 16 und mit Abstand zur Mischrohröffnung 7 liegt und zur Umlenkung der Brenngase dient.

Das Lochblech 12 endet kurz vor dem Prallblech 15 und weist etwa die doppelte Länge des zurückgesetzten Verdämpferkörpers 8 auf. In die Primärkammer 16 ragt ein Thermofühler 17.

Das Mischrohr 6 ist am durchmessermäßig größeren Brennergehäuse 18 angeflanscht und ragt mit seinem vorderen Mischrohrteil in eine Sekundärbrennkammer 19, die von einem ringförmigen Leit­ blech 20 begrenzt ist und zugleich eine Zwischenwand darstellt, welche mit dem Brennergehäuse 18 einen Ringraum 21 bildet. Das Leitblech 20 ist für die Sekundärluftzuführung mit Durchlässen 22 versehen, die durch in Luftströmungsrichtung und zur Sekun­ därbrennkammer 19 hin verlaufende abgeknickte Blechabschnitte 23 gebildet sind.

Das Brennergehäuse 18 ist von mindestens einer Kraftstoffdüse 24 durchsetzt, die bis zum Leitblech 20 reicht und mit diesem brennkammerseitig bündig abschließt. Eine Sekundärluftleitung 25 ragt tangential in das Brennergehäuse 18 so hinein, daß der Sekundärluftstrom in zwei Teilströme aufgeteilt wird, von denen der eine Teilstrom in den Ringraum 21 und der andere Teilstrom entlang des Leitbleches 20 geleitet wird (Fig. 2). Letzterer vermischt sich mit dem durch die Kraftstoffdüse 24 einge­ sprühten Kraftstoff und diesem Kraftstoff-Luftgemisch wird der durch die Durchlässe 22 des Ringraumes 21 geführte Luftteil­ strom beigemischt.

Die Kraftstoffdüse 24 ist als Hohlschraube mit Sprühlöchern 26 für den Sekundärkraftstoff ausgebildet (Fig. 3), sie kann aber auch zusätzlich mit Luftblaseöffnungen 27 gemäß Fig. 4 versehen sein. Die Luftunterstützung fördert die Feinverteilung des Se­ kundärkraftstoffes. Das in der Sekundärzone 4 erzeugte bren­ nende Gemisch vermischt sich mit den heißen Brenngasen aus der Primärzone 3.

Durch die besondere Ausbildung der Sekundärbrennkammer 19 in Verbindung mit der besonderen Kraftstoff- und Sekundärluftzu­ führung ergibt sich eine raumfüllende Verbrennung. Kraftstoff­ nischenbildungen bis hin zum Partikelfilter 2 werden vermieden.

Das Brennergehäuse 18 enthält stromab des Leitbleches 20 und koaxial zum Mischrohr 6 einen flachen Prallkörper 28 mit nach­ folgendem Blechkegel 29 für die Verteilung des brennenden Ge­ misches bis hin zur Nachbrennzone, die zugleich Nachbrennkammer bzw. Mischraum 30 ist.

Der Blechkegel 29 ist großzügig von einem Lochblechkegel 31 umgeben, der in der Nachbrennzone 5 angeordnet ist und bis zum Partikelfilter 2 reicht. Über eine Abgasleitung 32 werden Mo­ torabgase radial in den Mischraum 30 geleitet, die den Loch­ blechkegel 31 durchdringen und dem brennenden Gemisch zur gleichmäßigen Nachverbrennung zugeführt werden. Es ergibt sich eine vollständige Verbrennung und eine optimale Verteilung und Vermischung der Motorabgase mit den aus dem Brenner 1 kommenden Brenngasen auf ein filterverträgliches Niveau am Eingang des Partikelfilters 2.

Claims (8)

1. Verfahren zur Regenerierung eines im Abgastrakt einer Brennkraftmaschine eingesetzten Partikelfilters, bei dem in eine Primärzone eines Brenners eingebrachter Kraftstoff mit tangential zugeführter Primärluft vorverbrannt wird und die erzeugten Heißgase in einer Nachbrennkammer Motorabgasen bei­ gemischt und vor Eintritt des Partikelfilters nachverbrennt werden, dadurch gekennzeichnet, daß in eine zwischen Primärzone (3) und Nachbrennkammer (30) vorgesehene und motorabgasfreie Sekundärzone (4) Sekundär­ kraftstoff eingesprüht und mit tangential zugeführter Sekun­ därluft verblasen und den aus der Primärzone (3) austretenden Heißgasen beigemischt und raumfüllend im Brenner (1) vorver­ brannt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die eingeblasene Sekundärluft in zwei weitgehend getrennt verlaufende Luftteilströme aufgeteilt wird, von denen der in­ nere Teilstrom mit dem eingesprühten Kraftstoff verblasen und der äußere kraftstofffreie Teilstrom dem aus Kraftstoff und Sekundärluft bestehenden Gemisch vor der Vermischung mit den aus der Primärzone (3) ausströmenden Heißgasen beigemischt wird.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den An­ sprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die unmittelbar der Primärzone (3) angeschlossene Sekun­ därzone (4) ein mit Durchlässen (22) versehenes Leitblech (20) für die Sekundärlufteinströmung enthält, das ein in der Pri­ märzone (3) angeordnetes und teilweise in die Sekundärzone (4) hineinragendes Mischrohr (6) in seinem endseitigen Bereich um­ gibt und mindestens eine Kraftstoffdüse (24) aufweist, daß das Leitblech (20) gemeinsam mit dem Brennergehäuse (18) einen für den Teilstrom der eingeblasenen Sekundärluft vorgesehenen Ringraum (21) bildet und ferner eine Sekundärbrennkammer (19) begrenzt, in der sich der zugeführte Kraftstoff mit dem durch die Durchlässe (22) im Leitblech (20) führenden anderen Teil­ strom der Sekundärluft vermischt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärzone (3) einen Verdampferkörper (8) mit einer in diesen zentral hineinragenden Glühkerze (9) und ein die Glüh­ kerze umgebendes Drahtgestrick (10) aufweist, daß am Verdamp­ ferrohr (8) ein Einlaß für den über das Drahtgestrick (10) ge­ leiteten Primärkraftstoff vorgesehen ist und daß zwischen dem Verdampferrohr (8) und dem Mischrohr (6) ein zylinderförmiges Lochblech (12) für den tangential zugeführten Primärluftein­ tritt liegt, das in Achsrichtung gesehen wesentlich über das kurz ausgeführte Verdampferrohr (8) hinausragt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Mischrohrauslaß ein Prallblech (28) zur Umlenkung der in die Sekundärzone (4) einströmenden Brenngase vorgelagert ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchlässe (22) im sekundärseitigen Leitblech (20) durch in Luftströmungsrichtung und zum Brennraum hin verlau­ fende abgeknickte Blechabschnitte (23) gebildet sind.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß stromab des Sekundärbrennraumes (19) ein Prallkörper (28) sowie ein mit Abstand nachfolgender Blechkegel (29) angeordnet sind, von denen der Blechkegel (29) teilweise von einem durchmesser- und längenmäßig wesentlich größeren Lochblechkegel (31) in einer dem Partikelfilter (2) vorgelagerten Nachbrenn­ kammer bzw. Mischraum (30) umgeben ist.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß über den Lochblechkegel (31) Motorabgase in den Mischraum (30) geleitet und den Brenngasen aus dem Sekundärbrennraum (19) zur gleichmäßigen vollständigen Verbrennung zugeführt werden.