JP2009536311A - 高温ガスを発生する装置及び方法、ディーゼル粒子フィルタ装置、電子装置及びコンピュータプログラム製品 - Google Patents

Abstract

本発明は、高温ガスを発生する装置に関し、燃料を燃焼させる第１の燃焼空間（２）と、第２の燃焼空間を包囲する第２の燃焼空間（３５）とを持ち、第１の燃焼空間が開いた端部（５）と閉じた端部（３６）とを持ち、第１の燃焼空間が、閉じた端部に設けられる燃料入り口（１３）を持ち、第２の燃焼空間が高温ガスの流出開口（３７）を持ち、第２の燃焼空間が閉じた端部に燃焼用空気の入口が設けられている。

Description

本発明は、高温ガスを発生し特に粒子フィルタを再生する装置及び方法、ディーゼル粒子フィルタ装置、適当な電子装置及びコンピュータプログラム製品に関する。

ディーゼル機関では、不均質の燃料−空気混合気の自己点火により、ディーゼル燃料の燃焼が行われる。不完全な燃焼の場合、酸素不足のため粒子が形成される。粒子は主として炭素（煤）、硫酸塩及び不完全燃焼の炭化水素（ＨＣ）から成っている。このような粒子を除去するため、従来技術からディーゼル粒子フィルタが公知である。

ディーゼル粒子フィルタを使用すると、一般にフィルタ負荷の増大と共に排気ガス背圧が上昇する。許容排気ガス背圧の超過は機関製造者により許されておらず、フィルタを空にする保守は顧客によって望まれていないので、フィルタの受動的又は能動的再生が必ず必要である。

能動的なディーゼル粒子フィルタ装置とは、排気ガス圧力の監視から始まって手動又は制御により能動的に始動される「電子的に再生する装置」又は「バーナにより援助される装置」を意味する。

従来技術によれば、燃料を噴霧するため小さい開口を持つノズルを介して燃料が燃焼空間へ導入され、その際燃料が必要な燃焼用空気と混合されるようなバーナが普通である。この場合の欠点は、ノズルの微小な噴霧開口が、例えばバーナの停止の際生じるような燃焼残渣により急速にコークス化し、こうしてバーナの作動の障害が起こることである。

ディーゼル粒子フィルタ用のこのようなバーナは、特にドイツ連邦共和国の特許出願公開第４２２９１０３号、第３５４５４３７号、第４２４３０３５号、第１０１３０３３８号、第１０１３８１１１号、第１０２０４０７３号、第１９８１０７３８号、第３７２９８６１号明細書、米国特許第４，５４１，２３９号明細書、ドイツ連邦共和国実用新案第２００２３５６０号明細書、ドイツ連邦共和国の特許出願第１０００５３７６号、第３５４５４３７号明細書から公知である。

近い従来技術として本発明が出発しているドイツ連邦共和国特許出願公開第３７３４１９７号明細書から、制御可能なバーナも既に公知である。

これに対し高温ガスを発生し特に粒子フィルタを再生するための改善された装置及び方法、ディーゼル粒子フィルタ装置、適当な電子装置及びコンピュータプログラム製品を提供するという課題が、本発明の基礎になっている。

本発明の基礎になっている課題は、独立請求項の特徴によって解決される。本発明の好ましい実施形態は、従属請求項に示されている。

本発明によれば、高温ガスを発生する装置が、燃料を燃焼させる第１の燃焼空間と、第２の燃焼空間を包囲する第２の燃焼空間とを持ち、第１の燃焼空間が開いた端部と閉じた端部とを持ち、第２の燃焼空間が高温ガスの流出開口を持ち、この流出開口が第１の燃焼空間の閉じた端部に対向して設けられている。

本発明は、比較的小さい構造で比較的大きい出力を持つディーゼル粒子フィルタ用バーナの提供を可能にする。これは、第２の燃焼空間の内部に第１の燃焼空間を設けることによって可能にされる。

本発明の実施形態によれば、第１の燃焼空間が、酸素不足の状態で燃料を燃焼させるように形成されている。即ち第１の燃焼空間に、λ＜１の空気比を持つ燃料−空気混合気が供給され、即ち「濃厚混合気」とも称される過剰燃料を持つ燃料−空気混合気が供給される。

本発明の実施形態によれば、第１及び第２の燃焼空間が内外に設けられる管部分により形成されている。この場合第１の燃焼空間が第２の燃焼空間により完全に包囲されている。

本発明の実施形態によれば、第２の燃焼空間に空気流が発生されて、第２の燃焼空間の高温ガス流出開口の方へ流れる。空気流がなるべくねじれを持っているので、空気流は第２の燃焼空間の外壁の内側に沿ってほぼらせん状に流れる。それにより第２の燃焼空間の外壁が冷却されるので、外壁の温度が例えば３００℃以下の作動温度を取る。

本発明の実施形態によれば、第２の燃焼空間内の空気流が、偏心してずれて設けられる空気供給部により発生される。空気供給部は、例えば第１の燃焼空間の開いた端部と第２の燃焼空間の閉じた端部との間で、第２の燃焼空間へ開口している。第１の燃焼空間から第２の燃焼空間へ流れる燃焼ガスは空気供給部により捕捉され、それと完全に混合することがないので、燃焼ガスは空気流に従って、らせん軌道にほぼ沿って、出口開口の方へ送られる。

本発明の実施形態によれば、装置がジャケットを持ち、このジャケットを通って燃焼用空気が供給される。これは、それにより特に冷たい外壁が得られるという利点を持っている。

本発明の実施形態によれば、空気流が、第１の燃焼空間から第２の燃焼空間への燃焼ガスの供給面に延びるねじれを持っている。このため装置が例えば腎臓状に形成されている。この実施形態は、それが特にこじんまりしており、僅かな費用で製造可能であるという利点を持っている。

本発明の実施形態によれば、装置が、第２の燃焼空間を通って第１の燃焼空間の方へ延びる燃料供給部を持っている。燃料供給部が、第１の燃焼空間の閉じた端部の近くで第１の燃焼空間へ開口しているのがよい。この燃料供給部によって、第１の燃焼空間を第２の燃焼空間内に保持することができる。

本発明の実施形態によれば、空気流の少なくとも一部が第２の燃焼空間を通って延びる燃料供給部へ当たるように、空気流が第２の燃焼空間内に流れる。それにより燃料供給部の溶断を回避するために、燃料供給部が冷却される。更に燃料供給部へ空気流及び燃焼ガスの一部が当たることによって、乱流が生じ、それにより燃焼ガスに含まれる過剰燃料の完全燃焼が行われる。これにより例えば１４００℃までの高温ガスが発生され、その際高温ガスの温度は例えば燃料供給の制御を介して調節可能である。

本発明の実施形態によれば、燃料供給部に加熱プラグ特に火炎加熱プラグがある。加熱プラグにより燃料が蒸発される。燃料を空気と混合するため、加熱プラグの範囲に、混合空間が形成されている。

本発明の実施形態によれば、第１の燃焼空間に編物が設けられている。この編物は、ライデンフロスト現象のため第１の燃焼空間に存在することがある燃料滴の吸収に役立つ。編物により、このような燃料滴が第１の燃焼空間から第２の燃焼空間へ達するのが回避される。編物は、例えば白金で被覆される針金編物である。

本発明の実施形態によれば、高温ガスの流出開口に接続フランジがあって、燃焼用空気及び燃焼ガスを渦巻かせるため、これらの流れの中へ入り込んでいる。

別の局面で本発明は、第１の燃焼空間内において酸素不足の状態で燃料を燃焼させ、第１の燃焼空間から第２の燃焼空間へ第１の方向に燃焼ガスを流出させ、第２の燃焼空間の高温ガスの流出開口の方へ第２の燃焼空間内に空気流を発生し、その際第２の方向を第１の方向に対して逆にする段階を持つ、高温ガスを発生する方法に関する。

本発明による方法の実施形態によれば、開始段階後に燃料−空気混合気を点火する手段が停止される。即ち始動段階中に、第１の燃焼空間内の燃焼過程を維持するために点火手段がもはや必要でなくなるまで、第１の燃焼空間が加熱される。点火手段が例えば火炎加熱プラグを持っていると、これが開始段階後もはや電気エネルギを供給される必要がないという特別な利点がある。

本発明の別の実施形態によれば、燃焼過程を終了するため、まず加熱プラグが再び付勢される。それにより第１の燃焼空間内の火炎前面が燃料供給部の出口の方へ引込まれる。更に針金編物の温度が高められる。その後に燃料の供給が停止され、空気が燃料供給部へ吹込まれる。それにより燃料の残りが第１の燃焼空間へ吹込まれ、そこで燃焼するので、場合によっては存在する煤被覆及びコークス化物が除去される。

別の局面において本発明は、粒子フィルタ及び本発明による高温ガス発生装置を持つディーゼル粒子フィルタ装置に関する。粒子フィルタを再生するため、フィルタは高温ガスの作用を受ける。これは連続する作動中に即ち「オンライン」で行われるか、又は機関が停止している場合に行われる。

本発明の実施形態によれば、高温ガスの温度が測定される。制御量としての温度により、燃料の供給が制御される。これは、熱すぎる高温ガスによる粒子フィルタの損傷を回避するために有利である。

別の局面において本発明は、本発明による高温ガス発生装置を制御するための電子装置及びコンピュータプログラム製品に関する。

本発明の実施例が図面を参照して更に詳細に説明される。以下の実施例の互いに一致する素子は同じ符号で示されている。

図１は、本発明によるガス発生装置の実施例即ちバーナ３３を示す。バーナ３３は第１の燃焼空間２及び第２の燃焼空間３５を持っている。燃焼空間２は開いた端部５及び閉じた端部３６を持っている。

第２の燃焼空間３５は、ここで考察されている実施例では、第１の燃焼空間２を完全に包囲している。第２の燃焼空間３５は高温ガス２７の流出開口３７を持っている。第２の燃焼空間３５の流出開口３７は、第１の燃焼空間２の閉じた端部３６に対向して設けられている。

ここで考察されている実施例では、燃焼空間２及び３５は、内外に同心的に設けられる２つの管部分即ち外側管３及び内側管４により形成されている。外側管３は、その流出開口３７とは反対側に閉じた端部３８を持っている。

燃焼用空気管６は、偏心してずれて第２の燃焼空間３５へ開口し、しかも閉じた端部３８と開いた端部３８との間の範囲で開口している。この範囲に火炎空間７が形成されている。燃焼用空気管６により、燃焼用空気３９の入口が形成される。この入口は、第２の燃焼空間３５の閉じた端部３８即ち閉じた端部３８のすぐ近く又は閉じた端部３の近くにある。

燃焼用空気３９は、燃焼用空気送風機２８（図３参照）を経て、燃焼用空気管６を通って火炎空間７へ送られる。ここで「燃焼用空気」とは、例えば周囲空気のような酸素含有気体又は他の酸素含有気体を意味する。

燃焼用空気３９が燃焼用空気管６を経て火炎空間７へ流入すると、これにより空気流４０が流出開口３７の方へ発生される。空気流４０はなるべく外側管３の壁１の内側に沿って流れる。空気流４０は、外側管３及び内側管４の縦軸線の周りにねじれを持っているのがよい。このねじれは、燃焼用空気管６を経て火炎空間７へ燃焼用空気の偏心した流入によって生じる。これが図２に関して更に詳細に説明される。

バーナ３３は燃料供給部４１を持っている。燃料供給部４１は、加熱プラグ管９の出口１３により形成される燃料入口を経て第１の燃焼空間２へ燃料−空気混合気を供給するのに役立つ。出口１３は、第１の燃焼空間２の閉じた端部３６の所即ち閉じた端部３６のすぐそば又は閉じた端部３６の近くにある。

このため燃料供給部４１は、閉じた端部３６の近くで燃焼空間２へ開口する火炎プラグ管９を持っている。ここで考察される実施例では、火炎プラグ管９はバイパス８を経て燃焼用空気管６に接続されている。従ってバイパス８を経て空気流４２が燃料供給部４１へ流入することができる。

加熱プラグ管９は、燃焼空間３５を通って燃焼空間２へ延びる部分４３を持っている。それにより燃料−空気混合気が燃焼空間３５を通って燃焼空間２へ送られる。

例えば加熱プラグ管９は、外側管３を貫通する範囲でこれに溶接され、同様に内側管４を貫通する範囲でこれに溶接され、こうして内側管４を外側管３内に保持する。従って加熱プラグ管９により、内側管４が外側管３に取付けられている。その代わりに又はそれに加えて、内側管４を外側管３内に取付けるための別の取付け手段を設けることもできる。

加熱プラグ管９へ火炎加熱プラグ１０が差込まれている。それは製造者ＢＥＲＵの特に形式ＦＲ２０ ２４Ｖの市販の火炎加熱プラグであってもよい。火炎加熱プラグは、３ポート２位置切換え電磁弁１６に接続される燃料通路１１を持っている。電磁弁１６を介して、選択的に燃料１７又は火炎加熱プラグ１０にある燃料通路１１を空吹きするための掃気空気を導くことができる。

電磁弁１６の適当な位置で、燃料１７が火炎加熱プラグ１０の加熱ピン１２に沿って、火炎加熱プラグ１０の保護環９により包囲される混合空間２１へ流入する。保護管１９は穴２０を持ち、これらの穴を経て空気流４２の一部が混合空間２１へ達することができる。そこで空気流４２の一部が、燃料通路１１を経て混合空間２１へ達する燃料１７と混合するので、燃料−空気混合気が生じる。燃料１７又は燃料−空気混合気は、火炎加熱プラグ１０の加熱コイル２２によって点火されることができる。

保護環９は加熱プラグ管９より少し小さい断面を持っているので、間隙２３が部分４３の範囲に形成される。空気流４２の一部は穴２０を経て混合空間２１へ流入するのではなく、間隙２３を通りかつ部分４３を経て燃焼空間２へ流入する。間隙２３により、保護管１９と加熱プラグ管９との間に冷却通路が形成される。空気流のこの部分は加熱プラグ管９を冷却し、こうして加熱プラグ管９及び加熱プラグ１０の胴部を過熱から保護する。

燃焼用空気管６を経て燃焼用空気３９を偏心して供給するため、空気流４０は外側管３及び内側管４の縦軸線の周りにねじれを持っている。このねじれは、空気流４０の大部分が部分４３の範囲で加熱プラグ管９に当たるように、選ばれているのがよい。それにより加熱プラグ管９が更に強く冷却される。更にそれによって、空気流４０が、燃焼空間２に発生されている燃焼ガスにより渦巻く。それ以外に渦巻きは、流出開口３７の範囲しかもバーナ３３の接続フランジ２６の所で起こる。部分４３及び接続フランジ２６の所における渦巻きのため、燃焼ガスが空気流４０と混合されるので、燃焼ガスの今まで燃焼しなかった燃料が燃焼する。

燃焼用空気３９の偏心した流入により、空気流４０は外側管３の壁１の内側に沿ってほぼらせん状に流れる。その際空気流４０は、部分４３へ当たるまでほぼ層流である。従って燃焼空間３５内で、比較的冷たい燃焼用空気３９が、空気流４０として壁１の内側に沿って流れるので、燃焼空間２から燃焼空間３５へ達する燃焼ガスの火炎が、壁１の内側から離されるか又は「吹き払われる」。これは、外側管３の壁１が冷却され、一方内側管４は燃焼ガスの火炎により加熱される、という利点を持っている。

火炎加熱プラグ１０は、ほぼ部分４３の範囲で加熱プラグ管９へ当たる空気流４０によるほかに、貫流及び燃料通路１１における燃料１７の少なくとも部分的な蒸発によっても冷却される。

燃焼空間２の内側即ち内側管４の内側には、針金編物２４が設けられている。例えば針金編物は、閉じた端部５と燃焼空間２への加熱プラグ管９の出口１３との間に設けられている。針金編物は、液状の燃料１７が燃焼空間２から吹出されず、針金編物２４に沿って毛細管作用により上方へ引張られるように、密になっている。針金編物２４上の白金被覆は、燃焼過程中における内側管４の温度上昇に役立つ。それによりバーナ３３の停止の際、場合によってはまだ存在するか又は生じる燃料蒸気が、火炎加熱プラグ１０の吹き消しの際触媒酸化される。

燃焼過程中に、燃料１７が火炎加熱プラグ１０の燃料通路１１を経て混合空間２１へ達するように、電磁弁１６が切換えられ、混合空間２１で燃料が、穴２０を通って混合空間２１の中へ入る空気流４２の部分と混合するため、濃厚な燃料−空気混合気が生じる。この混合気は加熱プラグ管９の部分４３を経て燃焼空間２へ達する。生じる燃焼ガスは、燃焼空間２の開いた端部５を通って火炎空間７へ入る。燃焼用空気管６を通って燃焼用空気３９が燃焼空間３５へ流入するので、そこに空気流が生じる。この空気流は、燃焼空間２の開いた端部５を通って燃焼空間３５へ流出する燃焼ガスも捕捉する。燃焼ガスは部分４３及び接続フランジ２６の所における渦巻きにより、空気流４０で完全に燃焼せしめられ、それにより高温ガス２７が生じて、バーナ３３の流出開口３７を通って流出する。酸素流即ち単位時間毎に燃焼用空気３９を介して燃焼空間３５へ供給される酸素は、酸素が過剰な場合、燃焼空間３５において燃焼ガスの燃焼が行われるので、高温ガス２７は酸素を含んでいる。

燃焼空間２において、燃料が例えば約５００℃〜６００℃の温度において酸素不足の状態で燃焼する。特に空気流４０による外側管３の冷却によって、外側管３は内側管４より低温である。例えば外側管３の作動温度は３５０℃以下なるべく２００℃〜３００℃である。例えば作動温度は、閉じた端部３８において約２００℃、加熱プラグ管９の範囲では約３００℃であり、火炎加熱プラグ１０自体は約４０℃の温度を持っている。このことは、例えば自動車のディーゼル粒子フィルタ装置へバーナを問題なく組込むのに特に有利である。

バーナ３３の作動温度の選択に応じて、高温ガス２７は約１４００℃までの温度を持つことができる。高温ガス２７を粒子フィルタの再生のために使用する場合一般に４００℃〜７００℃の温度が望ましい。粒子フィルタ中の煤を酸化するため、高温ガス２７が酸素成分を持っていることが必要である。このため燃焼空間３５における燃焼ガスの燃焼がλ＞１．５の空気比で行われるようにする。

燃料１７の供給を制御することにより、空気比の最適な設定で高温ガスの温度を制御することができる。それにより粒子フィルタにおける煤粒子の酸化のために、酸素の濃厚な高温ガスを使用することができる。

バーナの作動の際、ライデンフロスト効果のため燃焼空間２内に燃料滴が形成されることがある。これらの燃料滴は針金編物２４により捕えられ、そこにおいて酸素不足の状態で燃焼せしめられる。

内側管４の加熱のため、バーナ３３の開始段階後に、火炎加熱プラグ１０を消勢することができる。なぜならば、開始段階後燃焼過程を維持するために、火炎加熱プラグはもはや必要でないからである。このことは、バーナの作動中に火炎加熱プラグ１０の作動により自動車の電池を常に負荷する必要がない、という特別な利点を持っている。

開始段階のほかに、更に後述するように、バーナ３３の停止段階においても、火炎加熱プラグ１０が付勢される。

図２は、図１の実施例におけるバーナ３３の断面を火炎空間７の範囲において示している。

図２に概略的に示すように、燃焼用空気管６を通って偏心して燃焼空間３５へ導入される燃焼用空気３９によって、空気流４０が壁１の内側に沿って発生される。この空気流４０はほぼ層流であり、バーナ３３の縦軸線４４の周りの回転方向成分と、閉じた端部３８から流出開口３７の方への並進方向成分とを持っている。それにより全体として、空気流４０のほぼらせん状の推移が生じるので、空気流４０のできるだけ大きい部分が加熱プラグ管９の部分４３へ当たる（図１参照）。その結果火炎加熱プラグ１０が強く冷却される。

燃焼ガス４５は燃焼空間２から燃焼空間３５へ入る。この燃焼ガス４５は、燃焼空間３５へ流入する燃焼用空気により、完全に渦巻くことなく捕えられるので、燃焼ガスは、空気流４０に従って同様にほぼらせん軌道上を回転及び並進して流出開口の方へ送られる。

空気流４０により燃焼ガス４５は壁１から吹き離されるので、燃焼ガスの火炎が壁１へ達することはない。その結果内側管４が外側管３より強く加熱される。

図３は本発明によるディーゼル粒子フィルタ装置４６の実施例を示す。図１及び２の素子に一致する図３の素子は、同じ符号をつけられている。

バーナ３３及びディーゼル機関４７は、Ｙ形管４８を介して粒子フィルタ４９に接続されている。粒子フィルタ４９は、ディーゼル機関４７の排気ガスから煤を除去するのに役立つ。フィルタ４９により除去された煤粒子は、必要な場合バーナ３３から供給される高温ガス２７により燃焼せしめられる。これは、オンラインで即ちディーゼル機関４７の運転の際、又はディーゼル機関４７の停止後行うことができる。粒子フィルタ４９の再生のため即ち煤粒子の燃焼のため、バーナ３３が手動で又は自動的に始動される。

バーナ３３を制御するため、プログラム５２のプログラム指令を行う少なくとも１つのプロセッサ５１を持つ制御装置５０が用いられる。制御装置５０は、燃焼用空気管６（図１参照）を介して燃焼用空気３９を吹込む燃焼用空気送風機２８の始動に用いられる。更に制御装置５０は、電磁弁１６、ディーゼル供給ポンプ３０及び開閉器３２の始動に用いられる。

ここで考察される実施例では、必要な場合掃気空気１８も燃焼用空気送風機２８から供給され、このため送風機は電磁弁１６の入口に接続されている。電磁弁１６の他の入口はディーゼル供給ポンプ３０に接続されて、この場合ディーゼル燃料である燃料を供給する。開閉器３２を介して、火炎加熱プラグ１０を電源３１に接続することができる。電源３１は例えば自動車電池であってもよい。

制御装置５０は、更にセンサ５３即ちいわゆる火炎監視器及び／又は火炎加熱プラグを検査する電流センサ５５に接続可能である。センサ５３は、燃料の燃焼が行われるか否か、即ちバーナ３３が点火したか否かを確認するのに役立つ。電流センサ５５は、火炎加熱プラグ１０が加熱されるか又は欠陥のため故障しているか否かを確認するのに役立つ。これにより、バーナ３３が故障の場合点火されない時、又は燃焼が行われなくなった時、燃料をバーナ３３に送らないようにすることができる。このような場合制御装置５０は、ディーゼル供給ポンプ３０を停止することによって、燃料供給を停止する。

更に制御装置５０は、粒子フィルタ４９の前で高温ガス２７の温度を測定する温度センサ５４に接続されている。制御装置５０は、ディーゼル供給ポンプ３０の始動により燃料１７の供給を制御して、高温ガス２７の所望の温度が生じるようにする。その際目標温度を、使用される粒子フィルタ４９に関係して規定して、制御装置５０に記憶することができる。温度センサ５４により測定される実際温度が目標温度と相違していると、ディーゼル供給ポンプ３０の供給割合が高められて、高温ガス２７の所望の温度が生じるようにする。

ディーゼル粒子フィルタ装置４６の種々の可能な作動態様が、更に図４〜６により詳細に説明される。

図４は本発明の実施例によるバーナ３３の開始過程を示す。段階１００において制御装置５０が開閉器３２を始動させて、火炎加熱プラグ１０を電源３１に接続する。それから制御装置５０電磁弁１６及びディーゼル供給ポンプ３０を始動させるので、燃料が燃料通路１１を経て火炎加熱プラグ１０へ送られる。更に制御装置５０が燃焼用空気送風機２８を始動させるので、空気流４０及び空気流４２が発生される。それにより混合空間２１に燃料−空気混合気が生じ、火炎加熱プラグ１０により点火される。従って段階１０４において、燃焼空間２４内で、この燃料−空気混合気の燃焼が酸素不足の状態で行われ、それにより内側管４が加熱される。内側管４が充分高い温度に達すると、段階１０６において、制御装置５０から開閉器３２のための開放パルスにより、火炎加熱プラグが消勢される。なぜならば、内側管４における燃焼が、その温度のため維持されるからである。特にこれは、電源３１の充電が維持されるという利点を持っている。

開始段階後に内側管４は、例えば５００℃〜６００℃の作動温度に達する。作動段階において、燃料１７が引続き供給される。これは、ディーゼル供給ポンプ３０の形式に応じて衝撃的に又は連続的に行われる。内側管４の温度のため、及び白金で被覆される針金編物２４の援助により、内側管４における燃焼が維持される。

燃料１７は、燃料通路１１内で火炎加熱プラグ１０の熱い加熱ピンに沿って流れ、ここで既に部分的に蒸発する。これは、開始段階において、混合空間２１内の蒸気段階にある十分な燃料を、加熱プラグ２２における燃焼の点火のために利用するのに十分である。

開始段階において燃料１７は火炎加熱プラグ１０において蒸発し、加熱ピンの所で点火される。それにより火炎が内側管４内の一層深い所にあり、それにより内側管が一層強く加熱される。数秒後に内側管４の温度は、供給される燃料１７を火炎加熱プラグ１０の援助なしに自動的に蒸発させるために充分高い。こうして作動段階において燃料は、内側管４のほぼ中央から開いた端部５まで蒸発するので、針金編物２４の温度が低下し、このことは、白金被覆の寿命が高まるという利点を持っている。

開始段階及びそれに続く作動段階において、特に大きいバーナ出力を発生するため燃料の大きい供給量において、蒸発しない燃料１７の滴が、特にライデンフロスト現象の出現により、内側管４又はその中に現れることがある。蒸発しない燃料１７のこのような滴は針金編物２４により吸い込まれる。針金編物２４の大きい表面及び高い温度により、吸い込まれた燃料１７が蒸発して燃焼する。

バーナ３３が針金編物２４を備えていると、針金編物なしより大きいバーナ出力が実現される。例えば針金編物なしのバーナ３３は、４ｋＷまでのバーナ出力で作動可能であるが、針金編物２４により３０ｋＷ以上の著しく大きいバーナ出力が可能である。

バーナ出力の調節は、単位時間当たり供給される燃料１７の量の制御のみを介して行われるのがよい。この場合燃焼用空気送風機２８は常に全出力で作動せしめられる。

停止段階において、バーナ３３の停止のため、開閉器３２を操作するため制御装置５０から制御パルスを送出することにより、まず火炎加熱プラグ１０が再び付勢される。これにより内側管４内の火炎前面が出口１３の方へ動かされる。特に針金編物２４の温度が約７００℃〜８００℃に上昇せしめられる。温度上昇後、燃料１７の供給が、制御装置５０によるディーゼル供給ポンプ３０の停止によって停止される。制御装置５０は電磁弁１６を始動させるので、燃料通路１１への吹込みのため掃気空気１８が放出される（段階１１０，１１２）。掃気空気は存在する燃料残部を混合空間２１及び燃焼空間４へ吹込み、針金編物２４の所で燃焼させる。それにより、場合によっては火炎加熱プラグ１０に存在する煤被覆及びコークス化物が除去される。バーナ３３の冷却のため、なお若干時間の間、掃気空気及び場合によっては燃焼用空気３９も、付加的な冷却空気として吹込むことができる。

図６は、適当な信号プランの実施例を示す。バーナ３３を始動する開閉電鍵の操作後、開閉器３２によって火炎加熱プラグ１０が始動せしめられる。火炎加熱プラグ１０の監視は、例えば電流センサ３５により行われる。このセンサは、加熱段階中に、火炎加熱プラグ１０が実際に加熱されていることを示す信号「論理１」を供給する。電流センサ５５が「論理０」を供給すると、障害が存在し、燃料１７は供給されない。

火炎加熱プラグ１０の始動から約１分後、ディーゼル供給ポンプ３０及び燃焼用空気送風機２８が始動せしめられるので、燃料１７及び空気流４２が混合空間２１へ達し、そこで燃料−空気混合気が加熱プラグにより点火される。なるべくディーゼル供給ポンプ３０の直前に燃焼用空気送風機２８が始動せしめられるので、燃料１７が混合空間２１へ達する時、既に空気流４２が利用可能である。更に１分後、火炎加熱プラグ１０が制御装置５０により遮断されるまで、内側管４が加熱される。それによりバーナの開始段階が終了される。次の作動段階中に、バーナの燃焼過程が、ディーゼル供給ポンプ３０及び燃焼用空気送風機２８の引続く回転の際、維持される。燃焼の維持はセンサ５３により検査される。このセンサは、作動段階の間、バーナ３３における燃焼が実際に行なわれていることを示す信号「論理１」を供給する。センサ５３が信号「論理０」を供給すると、故障があり、燃料１７の供給が停止される。

バーナ３３の停止のため、特に針金編物２４の温度を高めるため、火炎加熱プラグ１０が制御装置５０により再び付勢される。火炎加熱プラグ１０の再付勢から約１分後、ディーゼル供給ポンプ３０が停止され、電磁弁１６が制御装置５０により始動せしめられて、今や掃気空気１８が燃料通路１１へ流入する。これにより燃料残渣及び煤が内側管４へ吹込まれ、それによりそこで特に針金編物２４の所で完全に燃焼せしめられる。火炎加熱プラグ１０は更に１．５分後停止される。選択的に追従段階において、更に空気をバーナ３３へ吹込んで、これを冷却することができる。

図７は本発明によるバーナ３３の別の実施例を示す。この実施例では、バーナ３３は、第１及び第２の燃焼空間２，３５を少なくとも部分的に包囲する外被５６を持っている。燃焼用空気３９は外被５６を経て供給される。このため燃焼用空気管６は、燃焼空間３５の壁１に直接設けられているのではなく、外被５６に設けられている。従って燃焼用空気３９は壁１の周りを流れ、それから火炎空間７へ入る。これは、外被５６により形成される外壁５７が特に冷たいという利点を持っている。

図８は本発明によるバーナ３３の別の実施例を示す。この実施例では、空気流４０及び燃焼ガス４５は、第２の燃焼空間３５の形状により、燃料供給部の方向及び燃焼用空気３９の供給部の方向の周りにねじれるようにずらされる。このため１つ又は複数の流れ案内素子５８を、バーナ２の開いた端部５に設けることができる。第２の燃焼空間３５の形状は、図８に示すようにほぼ腎臓状とすることができる。

少なくとも１つの流れ案内素子５８が燃焼用空気管６の方向に延びるバイパス壁５９の終端部分を形成している。流れ案内素子５８とバイパス壁５９は、なるべく４５°〜９０°特になるべく５５°〜７０°の範囲の角度６０をなしている。角度６０及び流れ案内素子の長さは、バーナの壁１の壁部分１′と壁部分１′の方を向く流れ案内素子５８の端部６２との間でなるべく５ｍｍ〜７ｍｍの範囲にある燃焼用空気間隙６１の大きさを決定する。壁部分１′は、流れ案内素子５８の端部６２に対向する壁１の部分である。燃焼用空気間隙６１を通って燃焼用空気３９の一部が流れるので、空気流４０が生じる。燃焼用空気３９の残りの部分は、空気流４２としてバイパス８を通って流れる。

所定のバーナ形状寸法において、高温ガス２７の温度及び過剰空気は、燃料供給部４１において供給される特定量の燃料１７（図１参照）に関して、角度６０を介して、燃焼用空気の流れをバイパス８内の空気流４２と燃焼空間３５内の空気流４０とに分割することにより、調節することができる。間隙６１が小さく選ばれるほど、高温ガスの温度は高くなる。５７°〜６３°の角度６０の範囲が特に有利なことがわかった。角度６０を変化することにより、後に接続されるフィルタの再生のための特別な条件にバーナを調節することができる。

ここに考察されている実施例では、壁１の湾曲部７１のため空気流４０が例えば約１８０°転向されるので、湾曲部７１の通過後の空気流４０は、燃焼ガス４５が第１の燃焼空間２から第２の燃焼空間３５へ出る方向に対して、もはや逆ではない。この形状寸法のため、バイパス８はバーナ３３の内部にある。

図８によるバーナの利点は、簡単に製造可能なことである。壁１は高級鋼板から連続する曲げ部品として製造され、（図９に示すように）底板６３に溶接される。別の素子として、別の工程でバイパス壁５９が溶接され、角度６０が可変であるように流れ案内素子５８が入れられ、かつ合わされる。針金編物２４は燃焼空間２へ入れられるので、４つの壁の周囲に当接する。最後に燃焼用空気管６及び加熱プラグ管９を含む蓋６４が溶接される。バーナは今や使用可能である。

図８による実施例の変形では、流れ案内素子５８に調節素子例えばねじが取付けられ、部分１′の範囲にある壁１を通って外部へ導かれ、これを介して作動中にも角度６０の調節、従って例えばλセンサ又は高温ガス２７の温度による高温ガスの過剰空気の制御を介して、バーナ特性の連続適合が可能にされる。

図８によるバーナの実施例は、その小形化及び小さい全高の点ですぐれている。３５ｍｍの全高を持つバーナが効果的に作動せしめられた。小形化により、この形式のバーナをフィルタの入口モジュールに統合することが可能になる。これにより再生バーナを統合されるディーゼル粒子フィルタの特に空間を節約する構造が可能である。再生作用の高い信頼性のほかに、このような構造は、強固な構造及び震動に対する不感性の点ですぐれている。これらの利点は、例えば建設機械のような車道以外で使用される車両において特に過酷な使用の場合に生じる。図１０，１１及び１２はこのような構造を示している。

バーナの腎臓状構造によって、入口モジュールにおいて排気ガス管を中央に置くことができる。入口モジュールにある腎臓バーナの別の利点は、燃焼過程において生じる高い表面温度の遮蔽である。

図１０はディーゼルフィルタ７０の入口範囲の断面図を示す。フィルタハウジング６４内に、排気ガス中の煤粒子を除去するフィルタ包装体６５が挿入されている。排気ガス流６９は、入口モジュール６６の壁６７にある排気ガス管６８を経てこの入口モジュールへ導入される。入口モジュール６６の端壁６７′の内側にナーナ３３が溶接されている。流出開口３７を経て高温ガス２７が入口モジュール６６へ達し、続いてフィルタ包装装置６５へ入り、そこでその再生作用を始める。入口モジュールを高温ガス２７の高い温度に対して保護するため、壁部分６７″の範囲に、１つ又は複数の保護板を取付けるか、又は他の熱保護手段を設けることができる。これは、見易くするため図１１には示されていない。

本発明による装置の実施例の概略断面図を示す。 空気供給部の範囲における図１の実施例の概略横断面図２を示す。 本発明によるディーゼル粒子フィルタ装置の実施例のブロックダイヤグラムを示す。 本発明による方法の実施例の流れ図を示す。 本発明による方法の別の実施例の流れ図を示す。 本発明による装置の実施例を始動する信号計画の実施例を示す。 外被を持つ本発明による装置の別の実施例の概略断面図を示す。 本発明による装置の別の実施例の概略縦断面図を示す。 図８の実施例の斜視図を示す。 粒子フィルタを統合された別の実施例の縦断面図を示す。 図１０の実施例の横断面図を示す。 図１０及び１１の実施例の斜視図を示す。

１ 壁
２ 燃焼空間
３ 外側管
４ 内側管
５ 開いた端部
６ 燃焼用空気管
７ 火炎空間
８ バイパス
９ 加熱プラグ管
１０ 火炎加熱プラグ
１１ 燃料通路
１２ 加熱ピン
１３ 出口
１４ 加熱燃焼空間
１５ 燃焼ガス通路
１６ 電磁弁
１７ 燃料
１８ 掃気空気
１９ 保護管
２０ 穴
２１ 混合空間
２２ 加熱コイル
２３ 間隙
２４ 針金編物
２６ 接続フランジ
２７ 高温ガス
２８ 燃焼用空気送風機
２９ 電磁弁
３０ ディーゼル
３１ 電源
３２ 開閉器
３３ バーナ
３５ 燃焼空間
３６ 閉じた端部
３７ 流出開口
３８ 閉じた端部
３９ 燃焼用空気
４０ 空気流
４１ 燃料供給部
４２ 空気流
４３ 部分
４４ 縦軸線
４５ 燃焼ガス
４６ ディーゼル粒子フィルタ装置
４７ ディーゼル機関
４８ Ｙ形管
４９ 粒子フィルタ
５０ 制御装置
５１ プロセッサ
５２ プログラム
５３ センサ（火炎監視器）
５４ 温度センサ
５５ 流れセンサ
５６ 外被
５７ 外壁
５８ 流れ案内素子
５９ バイパス壁
６０ ５８と５９とのなす角度
６１ 燃焼用空気間隙
６２ 流れ案内素子の端部
６４ フィルタハウジング
６５ フィルタ包装体
６６ 入口モジュール
６７ 入口モジュールの壁
６７′ 入口モジュールの端壁
６８ 排気ガス管
６９ 廃ガス流
７０ ディーゼル粒子フィルタ

Claims (45)

1. 高温ガスを発生する装置であって、燃料を燃焼させる第１の燃焼空間（２）と、第２の燃焼空間を包囲する第２の燃焼空間（３５）とを持ち、
   第１の燃焼空間が開いた端部（５）と閉じた端部（３６）とを持ち、第１の燃焼空間が、閉じた端部に設けられる燃料入り口（１３）を持ち、
   第２の燃焼空間が高温ガスの流出開口（３７）を持ち、第２の燃焼空間が閉じた端部に燃焼用空気の入口が設けられている、装置。
2. 第１の燃焼空間が、酸素不足の状態で燃料を燃焼させるように形成されている、請求項１に記載の装置。
3. 第１の燃焼空間が、酸素不足の状態で燃料を蒸発させるように形成されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の装置。
4. 第１の燃焼空間及び第２の燃焼空間が第１の管部分（４）及び第２の管部分（３）の中に設けられている、請求項１又は２又は３に記載の装置。
5. 第２の燃焼空間（３５）内に流出開口（３７）の方へ第１の空気流（４０）を発生する手段（６；２８）を持っている、先行する請求項の１つに記載の装置。
6. 第１の空気流がねじれを持つように、第１の空気流を発生する手段が形成されている、請求項５に記載の装置。
7. 第１の空気流が第２の燃焼空間の外壁（１）に沿って流れるように、第１の空気流を発生する手段が形成されている、請求項５又は６に記載の装置。
8. 偏心してずれて第２の燃焼空間へ開口する空気供給部（６）を持っている、先行する請求項の１つに記載の装置。
9. 空気供給部が、第１の燃焼空間（２）の開いた端部（５）と第２の燃焼空間の閉じた端部（３８）との間で、第２の燃焼空間へ開口している、先行する請求項の１つに記載の装置。
10. 第１の燃焼空間へ燃料を供給する燃料供給部（４１）を持ち、燃料供給部が第２の燃焼空間を通って延びている、先行する請求項の１つに記載の装置。
11. 第２の空気流（４２）を分岐させるバイパス（８）と、第２の空気流の少なくとも一部を燃料と混合させる混合空間（２１）とを持っている請求項１０に記載の装置。
12. 第２の空気流（４２）の一部が、燃料供給部と混合空間とにより形成される間隙（２３）を通って、第１の燃焼空間へ流入する、請求項１１に記載の装置。
13. 燃料供給部が、第１の燃焼空間の閉じた端部（３６）の近くで第１の燃焼空間へ開口している、請求項１０又は１１又は１２に記載の装置。
14. 加熱プラグ（１０）を持つ、請求項１０〜１３の１つに記載の装置。
15. 加熱プラグが燃料供給部内に設けられている、請求項１４に記載の装置。
16. 第１の燃焼空間が、燃料供給部により第２の燃焼空間内に取付けられている、請求項１０〜１５の１つに記載の装置。
17. 燃料及び／又は燃料残渣を燃料供給部から除去するために、第３の空気流（１８）を燃料供給部へ供給する手段（１６）を持っている、請求項１０〜１６の１つに記載の装置。
18. 第１の空気流の一部が燃料供給部の部分（４３）へ当たるように、第１の空気流を発生する手段が形成され、燃料供給部のこの部分が第２の燃焼空間を通って延びている請求項５〜１７の１つに記載の装置。
19. 第１の燃焼空間内に編物（２４）をもっている、先行する請求項の１つに記載の装置。
20. 第１の燃焼空間の外壁が最高４００℃なるべく最高で２００℃〜３００℃の作動温度を持っている、先行する請求項の１つに記載の装置。
21. 流出開口から流出する高温ガスが酸素を含んでいるように、第１の空気流を発生する手段が形成されている、先行する請求項の１つに記載の装置。
22. 入口へ燃焼用空気を供給するため、第２の燃焼空間を少なくとも部分的に包囲する外被（５６）を持っている、先行する請求項の１つに記載の装置。
23. 第２の燃焼空間の高温ガス（３７）が、第１の燃焼空間の閉じた端部に対向して設けられている、先行する請求項の１つに記載の装置。
24. 第２の燃焼空間を通って流れるガス（４０，４５，２７）を転向させる湾曲部（７１）を持っている、先行する請求項の１つに記載の装置。
25. ガスが約１８０°の転向角だけ転向されるように、湾曲部が形成されている、請求項２４に記載の装置。
26. バイパス（８）が装置の内部に延びている、請求項１１〜２５の１つに記載の装置。
27. 第１の燃焼空間から流出する燃焼ガス（４５）用の流れ案内素子（５８）を持っている、先行する請求項の１つに記載の装置。
28. 流れ案内素子（５８）が燃焼用空気管（６）と開いた端部（５）との間に設けられている、請求項２７に記載の装置。
29. 流れ案内素子が角形である、請求項２７又は２８に記載の装置。
30. 流れ案内素子が５０〜７０°なるべく５７〜６３°の角をなしている、請求項２９に記載の装置。
31. 角が調節可能である、請求項２９又は３０に記載の装置。
32. 粒子フィルタ（４９）、及び先行する請求項の１つに記載の高温ガスを発生する装置（３３）を持っている、ディーゼル粒子フィルタ装置。
33. 高温ガス（２７）の温度を検出する温度センサ（５４）、及び制御量としての温度により燃料の供給を制御する手段（３０，５０，５１，５２）を持っている、請求項２４に記載のディーゼル粒子フィルタ装置。
34. 粒子フィルタと装置が１つの構造単位を形成している、請求項３２又は３３に記載のディーゼル粒子フィルタ装置。
35. 第１の燃焼空間（２）内において酸素不足の状態で燃料（１７）を燃焼させ、
    第１の燃焼空間（２）から第２の燃焼空間（３５）へ第１の方向に燃焼ガスを流出させ、
    第２の燃焼空間の高温ガスの流出開口（３７）の方へ第２の燃焼空間内に空気流を発生し、その際第２の方向を第１の方向に対して逆にする
    段階を持つ、高温ガス（２７）を発生する方法。
36. 空気流がねじれを持ち、第２の燃焼空間の壁（１）に沿って流れる、請求項３５に記載の方法。
37. 燃料（１７）が燃料供給部（４１）を経て第２の燃焼空間を通って第１の燃焼空間へ達し、空気流（４０）の少なくとも一部が燃料供給部へ当たる、請求項３５又は３６に記載の方法。
38. 燃料（１７）が開始段階で加熱プラグ（１０）により点火され、開始断系の終了後加熱プラグが消勢される、請求項３５又は３６又は３７に記載の方法。
39. 加熱プラグが停止段階で付勢され、燃料が引続き第１の燃焼空間へ供給される、請求項３８に記載の方法。
40. 請求項１〜３１の１つに記載の装置（３３）又は請求項３２〜３４の１つに記載のディーゼル粒子フィルタ装置を制御する電子装置。
41. 電子装置が、開始段階の終了後加熱プラグを消勢するように形成されている、請求項４０に記載の電子装置。
42. 電子装置が、停止段階中に加熱プラグを付勢するように形成されている、請求項４０又は４１に記載の装置。
43. 電子装置が、燃料の供給を制御するように形成されている、請求項４０又は４１又は４２に記載の装置。
44. 請求項１〜３１に記載の装置又は開始段階における燃料（１７）の点火のため請求項３３又は３４に記載のディーゼル粒子フィルタ装置（４６）の始動、及び開始段階後加熱プラグの消勢の段階を実施するための実行可能な指令（５２）を持つコンピュータプログラム製品。
45. 停止段階中に加熱プラグを付勢するための実行可能な指令を持つコンピュータプログラム製品。

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