WO2013120804A1 - Device and method for generating hot gas, and diesel particle filter system - Google Patents

Device and method for generating hot gas, and diesel particle filter system Download PDF

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WO2013120804A1
WO2013120804A1 PCT/EP2013/052681 EP2013052681W WO2013120804A1 WO 2013120804 A1 WO2013120804 A1 WO 2013120804A1 EP 2013052681 W EP2013052681 W EP 2013052681W WO 2013120804 A1 WO2013120804 A1 WO 2013120804A1
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combustion chamber
fuel
gas
air
combustion
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Waldemar Karsten
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Physitron Gmbh
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    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
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    • F01N2240/00—Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being
    • F01N2240/14—Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being a fuel burner
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    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D2900/00—Special features of, or arrangements for burners using fluid fuels or solid fuels suspended in a carrier gas
    • F23D2900/21—Burners specially adapted for a particular use
    • F23D2900/21006—Burners specially adapted for a particular use for heating a catalyst in a car

Definitions

  • the invention relates to a device and a method for producing hot gas, in particular for the regeneration of Pumblefiitern, and a diesel particulate filter system.
  • DE 102006015841 B3 discloses an apparatus and a method for producing hot gas, in particular for the regeneration of particle filters.
  • US 2011/0197570 A1 describes a burner for increasing the temperature of a gas stream, such as an exhaust gas stream, to burn particulate matter or unburned hydrocarbons in the exhaust gas.
  • DE 195 04 183 A1 further proposes a full-flow burner for the thermal regeneration of a particulate filter in an exhaust aftertreatment system of an internal combustion engine, in particular a diesel engine, which is arranged in the exhaust gas pipe, in particular in an extended rectilinear coaxial exhaust gas pipe section. This allows a particle filter to be flowed axially, which means a simplified construction and a good temperature distribution.
  • DE 2 035 591 A describes a device for the after-combustion of combustible residues in engine exhaust gases of internal combustion engines, comprising a after-combustion chamber delimited by a jacket and connected to the exhaust pipe of the engine, means for supplying additional air to the after-combustion chamber, and a heat exchanger for preheating the additional air by the exhaust gases of the post-combustion chamber, wherein the heat exchanger is arranged enveloping the Nachbrrennhunt so that the additional air circulates in a circumferential region against the flow direction of the exhaust gases, in an intermediate region between this peripheral region and the jacket of the post-combustion chamber.
  • an apparatus for generating hot gas in which the fuel gas in its passage between the Brennleton experiences at least a two-fold reversal.
  • Fuel is supplied to the first combustion chamber to start combustion there.
  • the fuel gas generated in the first combustion chamber then flows into the second combustion chamber, its direction being reversed, and finally into the third combustion chamber via the second combustion chamber, the direction of the fuel gas being again reversed.
  • a fuel-air mixture can be additionally introduced into the third combustion chamber.
  • Non-road engines include: lawn mowers and vacuum cleaners, pleasure boats, rail, aviation, construction equipment (e.g., excavators), agricultural equipment (e.g., tractors), industrial equipment (e.g., forklifts), utility equipment (e.g., generators and pumps).
  • FIG. 1 is a sectional view of an embodiment of a device according to the invention.
  • FIG. 1 shows an embodiment of a device according to the invention for producing hot gas, that is to say a burner 10.
  • the burner 0 has a housing wall 12.
  • the housing wall 12 has an eccentric inlet opening 14 for an air flow 16 which is produced, for example, by a blower.
  • the inlet opening 14 is aligned in the axial direction.
  • the housing wall 12 has an eccentric opening 18 with an internal thread into which a Flammgiühkerze 20 is screwed.
  • the flame glowing candle 20 is also axially aligned.
  • the flame glow plug 20 may be a commercially available flame glow plug, for example the manufacturer BERU or BOSCH.
  • the Fiammglühkerze 20 has a fuel passage 22, can be passed through the fuel via the flame glow plug 20 into a first combustion chamber 24.
  • the fuel runs along a glow plug of the flame glow plug 20 into a mixing chamber of the flame glow plug 20, which is surrounded by a protective tube 26 of the Fiammglühkerze 20.
  • the protective tube 26 has holes 28 through which a first part 30 of the air flow 16 can enter the mixing chamber. There, this part 30 of the air flow 16 with the fuel, the channel 22 via the fuel passes to the mixing chamber, mixed, so that a fuel-air mixture is formed.
  • This fuel-air mixture can be ignited by an annealing coil of the Fiammglühkerze 20.
  • the burner 10 has a further fuel supply, which has a fuel line 32.
  • the fuel line 32 extends in the axial direction of the burner 10 through the housing wall 12 therethrough.
  • the burner 10 except for the inlet opening 14 and the opening 18 and the Fiammglühkerze 20 - annular or rotationally symmetrical, in particular cylindrically shaped.
  • the fuel line 32 extends preferably along the central axis, in particular the axis of rotation, of the burner 10.
  • the combustion chamber 24 has a closed end 34 and an open end 36.
  • the combustion chamber 24 may be hollow-cylindrical, as shown in FIG.
  • on the inner wall 38 of the combustion chamber 24 means for increasing the surface of the inner wall 38 are arranged to receive due to the Leydenfrost effect resulting fuel droplets in the first combustion chamber and to burn there under oxygen deficiency. This suppresses in particular the so-called white smoke formation due to unused fuel in the starting phase of the burner.
  • the means for enlarging the surface may be a wire mesh 40 which is arranged on the inner wall 38 in the direction 42 behind the protective tube 26 of the flame glow plug 20.
  • the wire mesh 40 should be so tight that liquid fuel entering the combustion chamber 24 via the fuel channel 22 will not be blown out of the combustion chamber 24, but will be conveyed along the wire mesh 40 by capillary action.
  • the wire mesh 40 has a platinum coating for increasing the temperature of the inner wall 38 during the firing process. As a result, a first part 30 of the air stream 16 is warmed up via the inner wall 38 and, when the burner 10 is shut down, any remaining or resulting fuel vapors are catalytically oxidized when the flame glow plug 20 is blown out.
  • wire knit instead of a wire knit, a wire knit, a wire mesh or a ceramic or metal foam can be used.
  • the first combustion chamber 24 is connected to a second combustion chamber 46 via a first connection 44.
  • the combustion chamber 46 encloses the combustion chamber 24 and is, for example, also annular or hollow cylindrical. From the first combustion chamber in the direction 42, that is, from the open end effluent combustion Gas is passed via the connection 44 into the combustion chamber 46, wherein the fuel gas undergoes a reversal of direction, that is, for example, a 180 ° return, so that the direction 48 of the flow of fuel gas in the combustion chamber 46 of the direction 42 is opposite.
  • the combustion chamber 46 is connected via a connection 50 to a third combustion chamber 52, wherein the combustion chamber 52 encloses the combustion chamber 46 and thus also the combustion chamber 24.
  • the combustion chamber 52 can likewise be annular or hollow-cylindrical.
  • the fuel gas from the combustion chamber 46 can flow into the combustion chamber 52, wherein it again undergoes a reversal of direction by for example 180 °, so that it flows in the combustion chamber 52 in the direction 54, which is opposite to the direction 48.
  • further combustion chambers may be disposed between the combustion chamber 46 and the combustion chamber, wherein in each case upon passage of the fuel gas from one combustion chamber to the next direction reversal.
  • the combustion chambers 24, 46 and 52 are spaced in the axial direction of the housing wall 12, as shown in Figure 1, so that between the housing wall 12 and the combustion chambers 24, 46 and 52, a first portion 56 of an air supply channel is formed.
  • the first section of the air supply channel is adjoined by a second section 58 of the air supply channel, which runs in the axial direction and through the first combustion chamber 24.
  • the second section 58 of the air supply duct extends through the inner radius of the hollow cylindrical form.
  • the second portion 58 envelops the fuel line 32 so that the fuel delivered through the fuel line 32 fuel through the portion of the air flow, which flows through the portion 58, is cooled.
  • the flame glow plug 20 protrudes through the section 56 of the air supply channel into the combustion chamber 24, so that the portion of the flame glow plug 20 extending through the section 56 is surrounded by a portion of the air flow 16, so that the flame glow plug 20 is cooled , As a result, overheating of the flame glow plug 20 is avoided.
  • an air bypass line 60 is arranged in the axial direction, which extends along the second portion 58. Via the air bypass line 60, the first part of the air flow 16 flows through the inner wall 38 into the combustion chamber 24, namely at its closed end 34.
  • the air bypass line 60 may have an air inlet bore 62, through which a part of the air flow 16, which flows through the portion 58, is branched off into the air bypass line 60.
  • This branched-off part of the air flow hereby experiences a reversal of direction and flows in the direction 64, which is opposite to the direction 66 of the flow in the section 58 of the air supply duct.
  • the air bypass line 60 opens into the closed end 34 of the combustion chamber 24 and a portion of the air flowing from the air bypass line 60 strikes the protective tube 26 of the flame glow plug 20 and the holes 28 to be in the mixing chamber with the fuel flowing through the fuel passage 22 to mix. This causes an initial ignition of the resulting fuel-air mixture.
  • swirl blades 68 may be arranged in the first combustion chamber 24.
  • the swirl vanes 68 are formed on the inside of the outer wall 70 of the combustion chamber 24, and in the direction 42 of the flow of the fuel gas through the Combustion chamber 24 inclined to swirl the fuel gas in the combustion chamber 24 and to bring in a rotary motion.
  • the air supply passage has a third portion 72 which extends along the connection 44 and then extends along the second combustion chamber 46 in the axial direction.
  • the section 72 opens into the third combustion chamber 52, so that the air flowing through the section 72 impinges on the fuel gas passing through the connection 50.
  • a Kraftstoffverteilerplat- te 74 is arranged.
  • the fuel rail plate has openings 76 to the portion 72 through which fuel can pass.
  • the fuel line 32 terminates in the fuel rail 74 so that the fuel delivered through the fuel line 32 can pass through the fuel rail 74 and its ports 76 to the air passing through the section 72 to form a fuel-air mixture.
  • the burner 10 At its end opposite the housing wall 12, the burner 10 has an outlet opening 78 for the resulting hot gas.
  • the outlet opening 78 is, for example, circular and is formed by a housing wall 80 of the burner 10, which is opposite the housing wall 12.
  • the fuel gas flows out of the combustion chamber 52 along the housing wall 80 and thus reaches the outlet opening 78.
  • it flows along a streamline body 82 which is arranged on the fuel distributor plate 74.
  • the flow line body 82 may be rotationally symmetrical and tapers in the direction of the outlet opening 78.
  • the flow line body 82 is a hollow body in order to limit the heating of the fuel distributor plate by the exiting hot gas.
  • an opening 84 can be provided in the housing of the burner 10, through which exhaust gas 86 can be sucked in and flow in due to the Bernoulli effect.
  • an air inlet line 88 may be arranged to direct a second portion of the air from the first portion 56 into the combustion chamber 52.
  • the air inlet line 88 is preferably oriented so that this second part of the air flows with a twist along the inside of the outer wall 89 of the combustion chamber 52, for example helically, in order to additionally provide oxygen in the combustion chamber 52 and at the same time for cooling the inside of the outer wall 89th
  • the supply of the fuel via the fuel channel 22 by starting a fuel pump and, for example, a fan for supplying the air flow 16 are started.
  • This fuel mixes with the part of the air flow, which reaches the mixing chamber of the flame glow plug 20 via the air bypass line 60, so that rich fuel-air mixture is formed.
  • This fuel-air mixture is ignited by the flame glow plug 20, so that an initial flame in the combustion chamber 24 results.
  • the wire mesh 40 is heated, so that the escape of fuel droplets from the open end 36 of the combustion chamber 24 is prevented.
  • the fuel gas is further swirled in the combustion chamber 24 by the swirl vanes 68 and set in swirling motion and flows from the open end 36 via the connection 44 into the combustion chamber 46.
  • the fuel gas flows via the connection 50 into the combustion chamber 52
  • the fuel gas strikes the part of the air flow which flows into the combustion chamber 52 via the section 72 of the air supply duct.
  • the fuel gas swirls with this part of the airflow and burns, resulting in the hot gas flowing out of the exhaust port 78.
  • the fuel supply takes place only via the fuel passage 22, but not via the Kraftstoffieitung 32.
  • the Brennerieis- tion which can reach the burner 10 so is adjustable and is between 3 and 27 kW.
  • the burner output can be increased up to 300kW via the second operating mode.
  • the burner 10 After the burner 10 has heated up in this first mode, it is possible to proceed to a second mode of operation of the burner to substantially increase the power.
  • fuel is supplied to the burner 10 via the fuel line 32 via a second fuel pump, and the intensity of the air flow 16 is increased.
  • the fuel flows via the fuel line 32 into the already heated fuel distributor plate 74 and from there into the section 72.
  • the fuel gas at the end of the connection 50 does not encounter an air flow, as in the first mode, but a fuel-air mixture flowing out of the portion 72.
  • This fuel-air mixture is ignited by the fuel gas, which leads to a significant increase in performance, for example up to 300 kW.
  • the exhaust gas 86 flowing in through the opening 84 can have an air content of, for example, 10% to 15%, so that further combustion air is available for completely burning the fuel-air mixture.
  • the compact design of the burner 10, in particular the low height which is made possible by the at least two-fold reversal of the direction of the fuel gas in combination with the high, yet controllable burner performance with optimum environmental compatibility.
  • additional direction reversals and corresponding additional combustion chambers may be provided.
  • FIG. 2 shows a diesel particulate filter system 90 with the burner 10.
  • the burner 10 is located in an exhaust pipe 92 through which exhaust gas 86 of a diesel engine 94 flows.
  • the geometry of the exhaust pipe 92 is formed so that the exhaust gas flows to the burner 10 side, so that the burner 10 is cooled by the exhaust gas, which may for example have a temperature of 150 ° C.
  • Part of the exhaust gas is sucked through the openings 84 in the burner 10 due to the Bernoulli effect, where it contributes to the combustion of the fuel gas.
  • Another part of the exhaust gas flows past the burner 10 and strikes the hot gas generated by the burner 10 at its outlet opening 78.
  • the hot gas which may have a temperature of for example 300 to 1000 ° C, mixed with this part of the Exhaust gas 86, so that, for example, a regeneration temperature of 400 ° C results.
  • the gas mixture resulting from the mixture of the hot gas with the exhaust gas then impinges on a particle filter 96, the Rußpartikei are thereby burned.
  • control device 98 which is e.g. controls a pumping device for the fuel and a fan.
  • control device 98 is connected to a pressure sensor 100 in the exhaust line 92 and to a pressure sensor 102 which measures the pressure of the ambient air.
  • the control device 98 determines the pressure difference of the pressures determined by the pressure sensors 100 and 102. As soon as the pressure difference exceeds a threshold value, this means that the particulate filter 96 charges with soot particles and regeneration of the particulate filter 96 is required. Thereafter, the control device 98 starts the burner 10 automatically or manue! triggered by the driver of the engine by first operating the burner 10 in the first mode and then subsequently in the second mode to produce hot gas with a correspondingly high power, regardless of the current operating condition of the diesel engine 94.
  • the regeneration of the particulate filter 96 in any operating condition of the diesel engine be it under high load, under light load or even with the diesel engine switched off, 94, in the latter case, the hot gas is generated without the exhaust gas 86, so that the performance of the fan of the control 98 is then raised accordingly to compensate for this.
  • the burner output is controlled via the temperature sensor 103, which is located in the exhaust pipe 92 in front of the particle filter. So that the particle filter is not overheated during the regeneration phase (exhaust-gas temperatures, for example,> 700 ° C.), the regeneration temperature is monitored via the second temperature sensor 104 behind the particle filter.
  • the max. Regeneration temperature sensed by the temperature sensor 104, so will reduce the amount of fuel in the fuel line 32 and the fuel passage 22 via the controller 105 and the controller 95.
  • the amount of air in the air line 16 is adapted to the burner power and regulated by the controller 95.

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Abstract

The invention comprises a device for generating hot gas having - an inlet opening (14) for an air flow (16), said inlet opening being formed in a housing wall (12), - at least first (24), second (46) and third (52) combustion chambers which are spaced apart from the housing wall (12) in an axial direction, such that between the combustion chambers and the housing wall there is formed a first portion (56) of an air supply duct into which the inlet opening issues, wherein the first combustion chamber has a closed end (34) and an open end (36), - a second portion (58) of the air supply duct which runs in an axial direction through the first combustion chamber (24), - a glow plug (20) which is arranged in a first fuel feed (22) and which projects through the first portion into the first combustion chamber, - at least one air inlet line (60) for conducting a first part of the airflow over the glow plug into the first combustion chamber for the generation of a combustion gas, - a second fuel feed with a fuel line (32) which runs through the first portion and the second portion.

Description

Vorrichtung und Verfahren zur Erzeugung von  Apparatus and method for generating
und Dieselpartikelfiltersystem  and diesel particulate filter system
Beschreibung description
Vorrichtung und Verfahren zur Erzeugung von Heißgas und Dieselpartikeifiltersys- tem Device and method for producing hot gas and diesel particulate filter system
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erzeugung von Heißgas, insbesondere zur Regeneration von Partikelfiitern, sowie ein Dieselpartikelfiltersystem. The invention relates to a device and a method for producing hot gas, in particular for the regeneration of Partikelfiitern, and a diesel particulate filter system.
Aus DE 102006015841 B3 ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erzeugung von Heißgas, insbesondere zur Regeneration von Partikelfiltern, bekannt. Die US 2011/0197570 A1 beschreibt einen Brenner zur Erhöhung der Temperatur eines Gasstroms, wie beispielsweise eines Abgasstroms, um Feinstaub oder unverbrannte Kohlenwasserstoffe in dem Abgas zu verbrennen. Aus DE 195 04 183 A1 ist weiter ein Vollstrombrenner zur thermischen Regeneration eines Partikelfilters in einem Abgasnachbehandlungssystem eines Verbrennungsmotors, insbesondere eines Dieselmotors vorgeschlagen, weicher voli im Ab- gasrohr, insbesondere in einem erweiterten geradlinigen koaxialen Abgas- Rohrabschnitt, angeordnet ist. Dadurch kann ein Partikelfilter axial angeströmt wer- den, was einen vereinfachten Aufbau und eine gute Temperaturverteilung bedeutet. DE 102006015841 B3 discloses an apparatus and a method for producing hot gas, in particular for the regeneration of particle filters. US 2011/0197570 A1 describes a burner for increasing the temperature of a gas stream, such as an exhaust gas stream, to burn particulate matter or unburned hydrocarbons in the exhaust gas. DE 195 04 183 A1 further proposes a full-flow burner for the thermal regeneration of a particulate filter in an exhaust aftertreatment system of an internal combustion engine, in particular a diesel engine, which is arranged in the exhaust gas pipe, in particular in an extended rectilinear coaxial exhaust gas pipe section. This allows a particle filter to be flowed axially, which means a simplified construction and a good temperature distribution.
Die DE 2 035 591 A beschreibt eine Vorrichtung für die Nach-Verbrennung von brennbaren Rückständen in Motorabgasen von Verbrennungsmotoren, umfassend eine von einem Mantel begrenzte und an die Abgasleitung des Motors angeschlos- sene Nach-Brennkammer, Mittel zur Anlieferung von Zusatzluft an die NachBrennkammer, sowie einen Wärmeaustauscher für die Vorwärmung der Zusatzluft durch die Abgase der Nach-Brennkammer, wobei der Wärmeaustauscher die NachBrennkammer umhüllend so angeordnet ist, dass die Zusatzluft in einem Umfangs- bereich entgegen der Strömungsrichtung der Abgase zirkuliert, die in einem Zwi- schenbereich zwischen diesem Umfangsbereich und dem Mantel der NachBrennkammer strömen. DE 2 035 591 A describes a device for the after-combustion of combustible residues in engine exhaust gases of internal combustion engines, comprising a after-combustion chamber delimited by a jacket and connected to the exhaust pipe of the engine, means for supplying additional air to the after-combustion chamber, and a heat exchanger for preheating the additional air by the exhaust gases of the post-combustion chamber, wherein the heat exchanger is arranged enveloping the Nachbrrennkammer so that the additional air circulates in a circumferential region against the flow direction of the exhaust gases, in an intermediate region between this peripheral region and the jacket of the post-combustion chamber.
Von diesem Stand der Technik ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Vorrichtung und ein verbessertes Verfahren zur Erzeugung von Heißgas sowie ein verbessertes Dieselpartikelfiltersystem zu schaffen. Starting from this prior art, it is an object of the invention to provide an improved apparatus and method for producing hot gas and an improved diesel particulate filter system.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird jeweils mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben, The object underlying the invention is achieved in each case with the features of the independent claims. Embodiments of the invention are specified in the dependent claims,
Nach Ausführungsformen der Erfindung wird eine Vorrichtung zur Erzeugung von Heißgas geschaffen, bei der das Brenngas bei seinem Übertritt zwischen den Brennräumen zumindest eine zweifache Richtungsumkehr erfährt. Kraftstoff wird in den ersten Brennraum zugeführt, um dort die Verbrennung zu starten. Das in dem ersten Brennraum erzeugte Brenngas strömt dann in den zweiten Brennraum, wobei seine Richtung umgekehrt wird, und über den zweiten Brennraum schließlich in den dritten Brennraum, wobei die Richtung des Brenngases nochmals umgekehrt wird. Zur Vergrößerung der Leistung kann Kraftstoff bzw. ein Kraftstoff-Luft- Gemisch zusätzlich in den dritten Brennraum eingeleitet werden. According to embodiments of the invention, an apparatus for generating hot gas is provided in which the fuel gas in its passage between the Brennräumen experiences at least a two-fold reversal. Fuel is supplied to the first combustion chamber to start combustion there. The fuel gas generated in the first combustion chamber then flows into the second combustion chamber, its direction being reversed, and finally into the third combustion chamber via the second combustion chamber, the direction of the fuel gas being again reversed. To increase the power fuel or a fuel-air mixture can be additionally introduced into the third combustion chamber.
Hierdurch wird es ermöglicht, das Heißgas mit einer Leistung von zum Beispiel bis zu 300 kW zu erzeugen. Diese hohe Leistung macht Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung besonders geeignet für die Regeneration von Partikelfiltern bei straßenungebundenen Maschinen und Geräten (Non-Road Maschinen). Non-Road-Motoren sind: Rasenmäher und Laubsauger, Freizeitboote, Schienenverkehr, Luftfahrt, Baumaschinen (z.B. Bagger), landwirtschaftliche Geräte (z.B. Traktoren), Industrieanlagen (z.B. Gabelstapler), Dienstprogramm Geräte (z.B. Generatoren und Pumpen). This makes it possible to produce the hot gas with a power of, for example, up to 300 kW. This high performance makes embodiments of the device according to the invention particularly suitable for the regeneration of particulate filters in off-road machines and equipment (non-road machines). Non-road engines include: lawn mowers and vacuum cleaners, pleasure boats, rail, aviation, construction equipment (e.g., excavators), agricultural equipment (e.g., tractors), industrial equipment (e.g., forklifts), utility equipment (e.g., generators and pumps).
Von besonderem Vorteil ist dabei ferner, dass die Leistung in einem weiten Bereich zwischen 3kW bis 300kW stufenlos über eine entsprechende Regelung der Luft- und Kraftstoffzufuhr einstellbar ist. Of particular advantage is further that the power in a wide range between 3kW to 300kW is infinitely adjustable via a corresponding control of the air and fuel supply.
im Weiteren werden Ausführungsformen der Erfindung mit Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: In the following, embodiments of the invention will be explained in more detail with reference to the drawings. Show it:
Fig. 1 eine Schnittansicht einer Ausführungsform einer erfindungsge- mäßen Vorrichtung, 1 is a sectional view of an embodiment of a device according to the invention,
Fig. 2 ein Blockdiagramm einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Dieselpartikelfiltersystems. Im Weiteren werden Elemente der nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen, die einander entsprechen oder gleichen, jeweils mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet. Die Figur 1 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erzeugung von Heißgas, das heißt einen Brenner 10. Der Brenner 0 hat eine Gehäusewand 12. Die Gehäusewand 12 hat eine exzentrische Einlassöffnung 14 für einen Luftstrom 16, der beispielsweise von einem Gebläse produziert wird. Die Einlassöffnung 14 ist in axialer Richtung ausgerichtet. 2 shows a block diagram of an embodiment of a diesel particulate filter system according to the invention. In the following, elements of the embodiments described below that correspond to one another or the same will be identified by the same reference numerals. FIG. 1 shows an embodiment of a device according to the invention for producing hot gas, that is to say a burner 10. The burner 0 has a housing wall 12. The housing wall 12 has an eccentric inlet opening 14 for an air flow 16 which is produced, for example, by a blower. The inlet opening 14 is aligned in the axial direction.
Ferner hat die Gehäusewand 12 eine exzentrische Öffnung 18 mit einem Innengewinde, in welches eine Flammgiühkerze 20 eingeschraubt ist. Auch die Flammglüh- kerze 20 ist axial ausgerichtet. Further, the housing wall 12 has an eccentric opening 18 with an internal thread into which a Flammgiühkerze 20 is screwed. The flame glowing candle 20 is also axially aligned.
Bei der Flammglühkerze 20 kann es sich um eine handelsübliche Flammglühkerze, beispielsweise des Hersteliers BERU oder BOSCH handeln. Die Fiammglühkerze 20 hat einen Kraftstoffkanal 22, über den Kraftstoff über die Flammglühkerze 20 in einen ersten Brennraum 24 geleitet werden kann. The flame glow plug 20 may be a commercially available flame glow plug, for example the manufacturer BERU or BOSCH. The Fiammglühkerze 20 has a fuel passage 22, can be passed through the fuel via the flame glow plug 20 into a first combustion chamber 24.
Der Kraftstoff läuft entlang eines Glühstifts der Flammglühkerze 20 in einen Mischraum der Flammglühkerze 20, der von einem Schutzrohr 26 der Fiammglühkerze 20 umgeben ist. Das Schutzrohr 26 hat Löcher 28, über die ein erster Teil 30 des Luft- Stroms 16 in den Mischraum gelangen kann. Dort wird dieser Teil 30 des Luftstroms 16 mit dem Kraftstoff, der über den Kraftstoff kanal 22 zu dem Mischraum gelangt, vermischt, so dass ein Kraftstoff-Luft-Gemisch entsteht. Dieses Kraftstoff-Luft- Gemisch kann durch eine Glühspule der Fiammglühkerze 20 gezündet werden. Neben dem Kraftstoffkanal 22 hat der Brenner 10 eine weitere Kraftstoffzuführung, die eine Kraftstoffleitung 32 aufweist. Die Kraftstoffleitung 32 verläuft in axiale Richtung des Brenners 10 durch die Gehäusewand 12 hindurch. The fuel runs along a glow plug of the flame glow plug 20 into a mixing chamber of the flame glow plug 20, which is surrounded by a protective tube 26 of the Fiammglühkerze 20. The protective tube 26 has holes 28 through which a first part 30 of the air flow 16 can enter the mixing chamber. There, this part 30 of the air flow 16 with the fuel, the channel 22 via the fuel passes to the mixing chamber, mixed, so that a fuel-air mixture is formed. This fuel-air mixture can be ignited by an annealing coil of the Fiammglühkerze 20. In addition to the fuel channel 22, the burner 10 has a further fuel supply, which has a fuel line 32. The fuel line 32 extends in the axial direction of the burner 10 through the housing wall 12 therethrough.
Beispielsweise ist der Brenner 10 - bis auf die Einlassöffnung 14 und die Öffnung 18 sowie die Fiammglühkerze 20 - ringförmig oder rotationssymmetrisch, insbesondere zylinderförmig ausgebildet. In diesem Fall verläuft die Kraftstoffleitung 32 vor- zugsweise entlang der Mittelachse, insbesondere der Rotationsachse, des Brenners 10. For example, the burner 10 - except for the inlet opening 14 and the opening 18 and the Fiammglühkerze 20 - annular or rotationally symmetrical, in particular cylindrically shaped. In this case, the fuel line 32 extends preferably along the central axis, in particular the axis of rotation, of the burner 10.
Der Brennraum 24 hat ein geschlossenes Ende 34 und ein offenes Ende 36. Bei- spielsweise kann der Brennraum 24 hohlzylinderförmig ausgebildet sein, wie in der Figur 1 dargestellt. Vorzugsweise auf der inneren Wandung 38 des Brennraums 24 sind Mittel zur Vergrößerung der Oberfläche der inneren Wandung 38 angeordnet, um aufgrund des Leydenfrost-Effekts entstehende Kraftstofftropfen in dem ersten Brennraum aufzunehmen und dort unter Sauerstoffmangel zu verbrennen. Hier- durch wird insbesondere die sog. Weißrauchbildung durch unverbrauchten Kraftstoff in der Startphase des Brenners unterdrückt. The combustion chamber 24 has a closed end 34 and an open end 36. For example, the combustion chamber 24 may be hollow-cylindrical, as shown in FIG. Preferably, on the inner wall 38 of the combustion chamber 24 means for increasing the surface of the inner wall 38 are arranged to receive due to the Leydenfrost effect resulting fuel droplets in the first combustion chamber and to burn there under oxygen deficiency. This suppresses in particular the so-called white smoke formation due to unused fuel in the starting phase of the burner.
Bei den Mitteln zur Vergrößerung der Oberfläche kann es sich um ein Drahtgestrick 40 handeln, welches auf der inneren Wandung 38 in Richtung 42 hinter dem Schutzrohr 26 der Flammglühkerze 20 angeordnet ist. Das Drahtgestrick 40 sollte so eng sein, dass flüssiger Kraftstoff, der über den Kraftstoffkanal 22 in den Brennraum 24 gelangt, nicht aus dem Brennraum 24 herausgeblasen wird, sondern entlang des Drahtgestricks 40 durch eine Kapillarwirkung gefördert wird. Vorzugsweise hat das Drahtgestrick 40 eine Platinbeschichtung zur Temperaturerhöhung der inneren Wandung 38 während des Brennvorgangs. Dadurch wird ein erster Teil 30 des Luftstroms 16 über die innere Wandung 38 aufgewärmt und beim Herunterfahren des Brenners 10 eventuell noch vorhandene oder entstehende Kraftstoffdämpfe beim Ausblasen der Flammglühkerze 20 katalytisch oxidiert. The means for enlarging the surface may be a wire mesh 40 which is arranged on the inner wall 38 in the direction 42 behind the protective tube 26 of the flame glow plug 20. The wire mesh 40 should be so tight that liquid fuel entering the combustion chamber 24 via the fuel channel 22 will not be blown out of the combustion chamber 24, but will be conveyed along the wire mesh 40 by capillary action. Preferably, the wire mesh 40 has a platinum coating for increasing the temperature of the inner wall 38 during the firing process. As a result, a first part 30 of the air stream 16 is warmed up via the inner wall 38 and, when the burner 10 is shut down, any remaining or resulting fuel vapors are catalytically oxidized when the flame glow plug 20 is blown out.
Statt eines Drahtgestricks kann auch ein Drahtgewirke, ein Drahtgewebe oder ein Keramik- oder Metallschaum verwendet werden. Instead of a wire knit, a wire knit, a wire mesh or a ceramic or metal foam can be used.
Der erste Brennraum 24 ist über eine erste Verbindung 44 mit einem zweiten Brenn- räum 46 verbunden. Der Brennraum 46 umhüllt den Brennraum 24 und ist beispielsweise ebenfalls ringförmig oder hohlzylinderförmig ausgebildet. Aus dem ersten Brennraum in Richtung 42, d.h. aus dem offenen Ende ausströmendes Brenn- gas wird über die Verbindung 44 in den Brennraum 46 geleitet, wobei das Brenngas eine Richtungsumkehr erfährt, das heißt beispielsweise eine 180°-Umkehr, so dass die Richtung 48 der Strömung des Brenngases in dem Brennraum 46 der Richtung 42 entgegengesetzt ist. The first combustion chamber 24 is connected to a second combustion chamber 46 via a first connection 44. The combustion chamber 46 encloses the combustion chamber 24 and is, for example, also annular or hollow cylindrical. From the first combustion chamber in the direction 42, that is, from the open end effluent combustion Gas is passed via the connection 44 into the combustion chamber 46, wherein the fuel gas undergoes a reversal of direction, that is, for example, a 180 ° return, so that the direction 48 of the flow of fuel gas in the combustion chamber 46 of the direction 42 is opposite.
Der Brennraum 46 ist über eine Verbindung 50 mit einem dritten Brennraum 52 verbunden, wobei der Brennraum 52 den Brennraum 46 und damit auch den Brennraum 24 umhüllt. Der Brennraum 52 kann ebenfalls ringförmig oder hohlzylinderför- mig ausgebildet sein. The combustion chamber 46 is connected via a connection 50 to a third combustion chamber 52, wherein the combustion chamber 52 encloses the combustion chamber 46 and thus also the combustion chamber 24. The combustion chamber 52 can likewise be annular or hollow-cylindrical.
Über die Verbindung 50 kann das Brenngas aus dem Brennraum 46 in den Brennraum 52 einströmen, wobei es nochmals eine Richtungsumkehr um zum Beispiel 180° erfährt, so dass es in dem Brennraum 52 in Richtung 54 strömt, die der Richtung 48 entgegengesetzt ist. Je nach Ausführungsform können zwischen dem Brennraum 46 und dem Brennraum 52 weitere Brennräume angeordnet sein, wobei jeweils beim Übertritt des Brenngases von einem Brennraum zum nächsten eine Richtungsumkehr erfolgt. Via the connection 50, the fuel gas from the combustion chamber 46 can flow into the combustion chamber 52, wherein it again undergoes a reversal of direction by for example 180 °, so that it flows in the combustion chamber 52 in the direction 54, which is opposite to the direction 48. Depending on the embodiment 52 further combustion chambers may be disposed between the combustion chamber 46 and the combustion chamber, wherein in each case upon passage of the fuel gas from one combustion chamber to the next direction reversal.
Die Brennräume 24, 46 und 52 sind in axialer Richtung von der Gehäusewand 12 beabstandet, wie in der Figur 1 gezeigt, so dass zwischen der Gehäusewand 12 und den Brennräumen 24, 46 und 52 ein erster Abschnitt 56 eines Luftzuführungskanals gebildet wird. The combustion chambers 24, 46 and 52 are spaced in the axial direction of the housing wall 12, as shown in Figure 1, so that between the housing wall 12 and the combustion chambers 24, 46 and 52, a first portion 56 of an air supply channel is formed.
An den ersten Abschnitt des Luftzuführungskanals schließt sich ein zweiter Ab- schnitt 58 des Luftzuführungskanals an, welcher in axialer Richtung verläuft und zwar durch den ersten Brennraum 24 hindurch. Wenn der erste Brennraum 24 hohl- zylinderartig ausgebildet ist, wie in der Figur 1 dargestellt, so verläuft der zweite Abschnitt 58 des Luftzuführungskanals durch den lnnenradius der Hohlzylinderform hindurch. Vorzugsweise umhüllt der zweite Abschnitt 58 die Kraftstoffleitung 32, so dass der durch die Kraftstoff leitung 32 geförderte Kraftstoff durch den Teil des Luftstroms, welcher durch den Abschnitt 58 strömt, gekühlt wird. Von besonderem Vorteil ist, dass die Flammglühkerze 20 durch den Abschnitt 56 des Luftzuführungskanals hindurch in den Brennraum 24 hineinragt, so dass der durch den Abschnitt 56 verlaufende Teil der Flammglühkerze 20 von einem Teil des Luftstroms 16 umspült wird, so dass die Flammglühkerze 20 gekühlt wird. Hierdurch wird eine Überhitzung der Flammglühkerze 20 vermieden. The first section of the air supply channel is adjoined by a second section 58 of the air supply channel, which runs in the axial direction and through the first combustion chamber 24. When the first combustion chamber 24 is of a hollow cylinder-like design, as shown in FIG. 1, the second section 58 of the air supply duct extends through the inner radius of the hollow cylindrical form. Preferably, the second portion 58 envelops the fuel line 32 so that the fuel delivered through the fuel line 32 fuel through the portion of the air flow, which flows through the portion 58, is cooled. It is particularly advantageous that the flame glow plug 20 protrudes through the section 56 of the air supply channel into the combustion chamber 24, so that the portion of the flame glow plug 20 extending through the section 56 is surrounded by a portion of the air flow 16, so that the flame glow plug 20 is cooled , As a result, overheating of the flame glow plug 20 is avoided.
An der inneren Wandung 38 des ersten Brennraums 24 ist in axialer Richtung eine Luftbypassleitung 60 angeordnet, die entlang des zweiten Abschnitts 58 verläuft. Über die Luftbypassleitung 60 strömt der erste Teil des Luftstroms 16 erwärmt durch die innere Wandung 38 in den Brennraum 24 ein, und zwar an dessen geschlosse- nem Ende 34. On the inner wall 38 of the first combustion chamber 24, an air bypass line 60 is arranged in the axial direction, which extends along the second portion 58. Via the air bypass line 60, the first part of the air flow 16 flows through the inner wall 38 into the combustion chamber 24, namely at its closed end 34.
Hierzu kann die Luftbypassleitung 60 einen Lufteinlassbohrung 62 aufweisen, durch welchen ein Teil des Luftstroms 16, der durch den Abschnitt 58 strömt, in die Luftbypassleitung 60 abgezweigt wird. Dieser abgezweigte Teil des Luftstroms erfährt hierbei eine Richtungsumkehr und strömt in Richtung 64, welche der Richtung 66 der Strömung in dem Abschnitt 58 des Luftzuführungskanals entgegengesetzt ist. For this purpose, the air bypass line 60 may have an air inlet bore 62, through which a part of the air flow 16, which flows through the portion 58, is branched off into the air bypass line 60. This branched-off part of the air flow hereby experiences a reversal of direction and flows in the direction 64, which is opposite to the direction 66 of the flow in the section 58 of the air supply duct.
Die Luftbypassleitung 60 mündet in das geschlossene Ende 34 des Brennraums 24 und ein Teil der aus der Luftbypassleitung 60 strömenden Luft trifft dabei auf das Schutzrohr 26 der Flammglühkerze 20 sowie auf die Löcher 28, um sich in dem Mischraum mit dem über den Kraftstoffkanal 22 einströmenden Kraftstoff zu vermischen. Hierdurch kommt es zu einer Initialzündung des resultierenden Kraftstoff- Luft-Gemisches. In dem ersten Brennraum 24 können Drallschaufeln 68 angeordnet sein. Die Drallschaufeln 68 sind an der Innenseite der äußeren Wandung 70 des Brennraums 24 ausgebildet, und in der Richtung 42 der Strömung des Brenngases durch den Brennraum 24 geneigt, um das Brenngas in dem Brennraum 24 zu verwirbeln und in eine Drehbewegung zu bringen. The air bypass line 60 opens into the closed end 34 of the combustion chamber 24 and a portion of the air flowing from the air bypass line 60 strikes the protective tube 26 of the flame glow plug 20 and the holes 28 to be in the mixing chamber with the fuel flowing through the fuel passage 22 to mix. This causes an initial ignition of the resulting fuel-air mixture. In the first combustion chamber 24 swirl blades 68 may be arranged. The swirl vanes 68 are formed on the inside of the outer wall 70 of the combustion chamber 24, and in the direction 42 of the flow of the fuel gas through the Combustion chamber 24 inclined to swirl the fuel gas in the combustion chamber 24 and to bring in a rotary motion.
Der Luftzuführungskanal hat einen dritten Abschnitt 72, der entlang der Verbindung 44 verläuft und sich dann entlang des zweiten Brennraums 46 in axialer Richtung erstreckt. Der Abschnitt 72 mündet in den dritten Brennraum 52, so dass die durch den Abschnitt 72 strömende Luft auf das durch die Verbindung 50 hindurchtretende Brenngas trifft. Gegenüber dem offenen Ende 36 des Brennraums 24 ist eine Kraftstoffverteilerplat- te 74 angeordnet. Die Kraftstoffverteilerplatte hat Öffnungen 76 zu dem Abschnitt 72, durch welche Kraftstoff hindurchtreten kann. Die Kraftstoffleitung 32 mündet in die Kraftstoffverteilerplatte 74, so dass der durch die Kraftstoffleitung 32 hindurch geförderte Kraftstoff über die Kraftstoffverteilerplatte 74 bzw. deren Öffnungen 76 zu der durch den Abschnitt 72 hindurchströmenden Luft gelangen kann, um dort ein Kraftstoff-Luft-Gemisch zu bilden. The air supply passage has a third portion 72 which extends along the connection 44 and then extends along the second combustion chamber 46 in the axial direction. The section 72 opens into the third combustion chamber 52, so that the air flowing through the section 72 impinges on the fuel gas passing through the connection 50. Opposite the open end 36 of the combustion chamber 24, a Kraftstoffverteilerplat- te 74 is arranged. The fuel rail plate has openings 76 to the portion 72 through which fuel can pass. The fuel line 32 terminates in the fuel rail 74 so that the fuel delivered through the fuel line 32 can pass through the fuel rail 74 and its ports 76 to the air passing through the section 72 to form a fuel-air mixture.
An seinem der Gehäusewand 12 gegenüberliegenden Ende hat der Brenner 10 eine Austrittsöffnung 78 für das resultierende Heißgas. Die Austrittsöffnung 78 ist zum Beispiel kreisförmig und wird durch eine Gehäusewand 80 des Brenners 10 gebildet, die der Gehäusewand 12 gegenüberliegt. At its end opposite the housing wall 12, the burner 10 has an outlet opening 78 for the resulting hot gas. The outlet opening 78 is, for example, circular and is formed by a housing wall 80 of the burner 10, which is opposite the housing wall 12.
Das Brenngas strömt aus dem Brennraum 52 entlang der Gehäusewand 80 und gelangt so zu der Austrittsöffnung 78. Dabei strömt es an einem Stromlinienkörper 82 entlang, der auf der Kraftstoffverteilerplatte 74 angeordnet ist. Der Stromlinienkörper 82 kann rotationssymmetrisch ausgebildet sein und verjüngt sich in Richtung auf die Austrittsöffnung 78. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Stromlinienkörper 82 um einen Hohlkörper, um die Erhitzung der Kraftstoffverteilerplatte durch das austretende Heißgas zu begrenzen. Am austrittsöffnungsseitigen Ende des Brennraums 52 kann eine Öffnung 84 in dem Gehäuse des Brenners 10 vorgesehen sein, durch welche Abgas 86 aufgrund des Bernoulli-Effekts angesaugt und einströmen kann. Zwischen dem Abschnitt 56 und der Verbindung 50 oder dem Brennraum 52 kann eine Lufteinlassleitung 88 angeordnet sein, um einen zweiten Teil der Luft aus dem ersten Abschnitt 56 in den Brennraum 52 zu leiten. Die Lufteinlassleitung 88 ist dabei vorzugsweise so ausgerichtet, dass dieser zweite Teil der Luft mit einem Drall entlang der Innenseite der äußeren Wandung 89 des Brennraums 52 strömt, bei- spielsweise spiralförmig, um zusätzlich Sauerstoff in dem Brennraum 52 zur Verfügung zu stellen und gleichzeitig zur Kühlung der Innenseite der äußeren Wandung 89. The fuel gas flows out of the combustion chamber 52 along the housing wall 80 and thus reaches the outlet opening 78. In this case, it flows along a streamline body 82 which is arranged on the fuel distributor plate 74. The flow line body 82 may be rotationally symmetrical and tapers in the direction of the outlet opening 78. Preferably, the flow line body 82 is a hollow body in order to limit the heating of the fuel distributor plate by the exiting hot gas. At the exit opening-side end of the combustion chamber 52, an opening 84 can be provided in the housing of the burner 10, through which exhaust gas 86 can be sucked in and flow in due to the Bernoulli effect. Between the portion 56 and the connection 50 or the combustion chamber 52, an air inlet line 88 may be arranged to direct a second portion of the air from the first portion 56 into the combustion chamber 52. In this case, the air inlet line 88 is preferably oriented so that this second part of the air flows with a twist along the inside of the outer wall 89 of the combustion chamber 52, for example helically, in order to additionally provide oxygen in the combustion chamber 52 and at the same time for cooling the inside of the outer wall 89th
Zum Betrieb des Brenners 0 kann wie folgt vorgegangen werden: For the operation of the burner 0 can proceed as follows:
Zum Starten des Brenners werden die Zuführung des Kraftstoffs über den Kraft- stoffkanal 22 durch Ansteuerung einer Kraftstoffpumpe und zum Beispiel ein Gebläse zur Zuführung des Luftstroms 16 gestartet. Dieser Kraftstoff vermischt sich mit dem Teil des Luftstroms, welcher über die Luftbypassleitung 60 den Mischraum der Flammglühkerze 20 erreicht, so dass fettes Kraftstoff-Luft-Gemisch entsteht. To start the burner, the supply of the fuel via the fuel channel 22 by starting a fuel pump and, for example, a fan for supplying the air flow 16 are started. This fuel mixes with the part of the air flow, which reaches the mixing chamber of the flame glow plug 20 via the air bypass line 60, so that rich fuel-air mixture is formed.
Dieses Kraftstoff-Luft-Gemisch wird durch die Flammglühkerze 20 gezündet, so dass eine Initialflamme in den Brennraum 24 resultiert. Hierdurch wird unter anderem das Drahtgestrick 40 erhitzt, so dass der Austritt von Kraftstofftröpfchen aus dem offenen Ende 36 des Brennraums 24 verhindert wird. This fuel-air mixture is ignited by the flame glow plug 20, so that an initial flame in the combustion chamber 24 results. As a result, among other things, the wire mesh 40 is heated, so that the escape of fuel droplets from the open end 36 of the combustion chamber 24 is prevented.
Das Brenngas wird in dem Brennraum 24 ferner durch die Drallschaufeln 68 verwirbelt und in Drallbewegung gesetzt und strömt aus dem offenen Ende 36 über die Verbindung 44 in den Brennraum 46. Durch den Brennraum 46 strömt das Brenn- gas über die Verbindung 50 in den Brennraum 52. Dort trifft das Brenngas auf den Teil des Luftstroms, welcher über den Abschnitt 72 des Luftzuführungskanals in den Brennraum 52 einströmt. Das Brenngas verwirbelt mit diesem Teil des Luftstroms und verbrennt, wodurch das Heißgas resultiert, welches aus der Austrittsöffnung 78 strömt. The fuel gas is further swirled in the combustion chamber 24 by the swirl vanes 68 and set in swirling motion and flows from the open end 36 via the connection 44 into the combustion chamber 46. Through the combustion chamber 46, the fuel gas flows via the connection 50 into the combustion chamber 52 There, the fuel gas strikes the part of the air flow which flows into the combustion chamber 52 via the section 72 of the air supply duct. The fuel gas swirls with this part of the airflow and burns, resulting in the hot gas flowing out of the exhaust port 78.
Bei dieser ersten Betriebsart des Brenners 10 erfolgt die Kraftstoffzufuhr lediglich über den Kraftstoffkanal 22, nicht aber über die Kraftstoffieitung 32. Die Brennerieis- tung, die der Brenner 10 so erreichen kann ist regelbar und liegt zwischen 3 und 27 kW. In this first operating mode of the burner 10, the fuel supply takes place only via the fuel passage 22, but not via the Kraftstoffieitung 32. The Brennerieis- tion, which can reach the burner 10 so is adjustable and is between 3 and 27 kW.
Wird eine größere Brennerleistung für die Erhöhung der Abgase auf die Zündtem- peratur des Rußes benötigt, kann über die zweite Betriebsart die Brennerleistung bis 300kW erhöht werden. If a larger burner output is required to increase the exhaust gas to the ignition temperature of the soot, the burner output can be increased up to 300kW via the second operating mode.
Nachdem sich der Brenner 10 in dieser ersten Betriebsart aufgeheizt hat, kann zu einer zweiten Betriebsart des Brenners übergegangen werden, um die Leistung wesentlich zu erhöhen. Hierzu wird dem Brenner 10 über die Kraftstoffleitung 32 Kraft- Stoff über eine zweite Kraftstoffpumpe zugeführt und die Stärke des Luftstroms 16 wird vergrößert. Der Kraftstoff strömt über die Kraftstoffleitung 32 in die bereits aufgeheizte Kraftstoffverteilerplatte 74 und von dort in den Abschnitt 72.  After the burner 10 has heated up in this first mode, it is possible to proceed to a second mode of operation of the burner to substantially increase the power. For this purpose, fuel is supplied to the burner 10 via the fuel line 32 via a second fuel pump, and the intensity of the air flow 16 is increased. The fuel flows via the fuel line 32 into the already heated fuel distributor plate 74 and from there into the section 72.
Als Folge hiervon trifft das Brenngas am Ende der Verbindung 50 nicht auf einen Luftstrom, wie bei der ersten Betriebsart, sondern auf ein Kraftstoff-Luft-Gemisch, welches aus dem Abschnitt 72 strömt. As a result, the fuel gas at the end of the connection 50 does not encounter an air flow, as in the first mode, but a fuel-air mixture flowing out of the portion 72.
Dieses Kraftstoff-Luft-Gemisch wird durch das Brenngas gezündet, was zu einer wesentlichen Leistungssteigerung beispielsweise auf bis zu 300 kW führt. This fuel-air mixture is ignited by the fuel gas, which leads to a significant increase in performance, for example up to 300 kW.
Das über die Öffnung 84 einströmende Abgas 86 kann einen Luftanteil von zum Beispiel 10-15 % haben, so dass hierüber weitere Verbrennungsluft zum vollständigen Verbrennen des Kraftstoff-Luft-Gemisches zur Verfügung steht. Von besonderem Vorteil ist bei Ausführungsformen der Erfindung die kompakte Bauweise des Brenners 10, insbesondere die geringe Bauhöhe, die durch die zumindest zweifache Richtungsumkehr des Brenngases ermöglicht wird, in Verbin- dung mit der hohen und dennoch regelbaren Brennerleistung bei optimaler Umweltverträglichkeit. Um die Bauhöhe des Brenners 10 weiter zu verringern, können zusätzliche Richtungsumkehrungen und entsprechende weitere Brennräume vorgesehen sein. The exhaust gas 86 flowing in through the opening 84 can have an air content of, for example, 10% to 15%, so that further combustion air is available for completely burning the fuel-air mixture. Particularly advantageous embodiments of the invention, the compact design of the burner 10, in particular the low height, which is made possible by the at least two-fold reversal of the direction of the fuel gas in combination with the high, yet controllable burner performance with optimum environmental compatibility. To further reduce the overall height of the burner 10, additional direction reversals and corresponding additional combustion chambers may be provided.
Die Figur 2 zeigt ein Dieselpartikelfiltersystem 90 mit dem Brenner 10. Der Brenner 10 befindet sich in einer Abgasleitung 92, durch welche Abgas 86 eines Dieselmotors 94 strömt. Die Geometrie der Abgasleitung 92 ist so ausgebildet, dass das Abgas den Brenner 10 seitlich anströmt, so dass der Brenner 10 durch das Abgas, welches beispielsweise eine Temperatur von 150°C haben kann, gekühlt wird. Ein Teil des Abgases wird aufgrund des Bernoulli-Effekts durch die Öffnungen 84 in den Brenner 10 gesaugt und trägt dort zur Verbrennung des Brenngases bei. Ein anderer Teil des Abgases strömt an dem Brenner 10 vorbei und trifft auf das von dem Brenner 10 erzeugte Heißgas an dessen Austrittsöffnung 78. Hierbei vermischt sich das Heißgas, welches eine Temperatur von zum Beispiel 300 bis 1000°C haben kann, mit diesem Teil des Abgas 86, so dass zum Beispiel eine Regenerationstemperatur von 400°C resultiert. Das aus der Mischung des Heißgases mit dem Abgas resultierende Gasgemisch trifft dann auf einen Partikelfilter 96, dessen Rußpartikei hierdurch verbrannt werden. 2 shows a diesel particulate filter system 90 with the burner 10. The burner 10 is located in an exhaust pipe 92 through which exhaust gas 86 of a diesel engine 94 flows. The geometry of the exhaust pipe 92 is formed so that the exhaust gas flows to the burner 10 side, so that the burner 10 is cooled by the exhaust gas, which may for example have a temperature of 150 ° C. Part of the exhaust gas is sucked through the openings 84 in the burner 10 due to the Bernoulli effect, where it contributes to the combustion of the fuel gas. Another part of the exhaust gas flows past the burner 10 and strikes the hot gas generated by the burner 10 at its outlet opening 78. Here, the hot gas, which may have a temperature of for example 300 to 1000 ° C, mixed with this part of the Exhaust gas 86, so that, for example, a regeneration temperature of 400 ° C results. The gas mixture resulting from the mixture of the hot gas with the exhaust gas then impinges on a particle filter 96, the Rußpartikei are thereby burned.
Die Regelung der Kraftstoffzuführung durch den Kraftstoffkanal 22 bzw. die Kraftstoffleitung 32 sowie die Regelung des Luftstroms 16 erfolgt durch eine Regelungs- vorrichtung 98, die z.B. eine Pumpvorrichtung für den Kraftstoff und ein Gebläse ansteuert. The regulation of the fuel supply through the fuel channel 22 or the fuel line 32 and the regulation of the air flow 16 is effected by a control device 98, which is e.g. controls a pumping device for the fuel and a fan.
Beispielsweise ist die Regelungsvorrichtung 98 mit einem Drucksensor 100 in der Abgasleitung 92 verbunden sowie mit einem Drucksensor 102, der den Druck der Umgebungsiuft misst. Die Regelungsvorrichtung 98 ermittelt die Druckdifferenz der von den Drucksensoren 100 und 102 ermittelten Drücke. Sobald die Druckdifferenz einen Schwellwert überschreitet, so bedeutet dies, dass sich der Partikelfilter 96 mit Rußpartikeln belädt und eine Regeneration des Partikelfilters 96 erforderlich ist. Daraufhin startet die Regelungsvorrichtung 98 den Brenner 10 automatisch oder manue! ausgelöst durch den Fahrer der Maschine, indem sie den Brenner 10 zunächst in der ersten Betriebsart betreibt und dann anschließend in der zweiten Betriebsart, um Heißgas mit einer entsprechend großen Leistung zu produzieren, und zwar unabhängig von dem aktuellen Betriebszustand des Dieselmotors 94. Mit anderen Worten kann die Regeneration des Partikelfilters 96 in jedem Betriebszustand des Dieselmotors, sei es unter hoher Lastbeaufschlagung, unter kleiner Last oder auch bei ausgeschaltetem Dieselmotor, 94 erfolgen, wobei im letzteren Fall das Heißgas ohne das Abgas 86 erzeugt wird, so dass die Leistung des Gebläses von der Regelung 98 dann entsprechend höher gestellt wird, um dies auszugleichen. For example, the control device 98 is connected to a pressure sensor 100 in the exhaust line 92 and to a pressure sensor 102 which measures the pressure of the ambient air. The control device 98 determines the pressure difference of the pressures determined by the pressure sensors 100 and 102. As soon as the pressure difference exceeds a threshold value, this means that the particulate filter 96 charges with soot particles and regeneration of the particulate filter 96 is required. Thereafter, the control device 98 starts the burner 10 automatically or manue! triggered by the driver of the engine by first operating the burner 10 in the first mode and then subsequently in the second mode to produce hot gas with a correspondingly high power, regardless of the current operating condition of the diesel engine 94. In other words the regeneration of the particulate filter 96 in any operating condition of the diesel engine, be it under high load, under light load or even with the diesel engine switched off, 94, in the latter case, the hot gas is generated without the exhaust gas 86, so that the performance of the fan of the control 98 is then raised accordingly to compensate for this.
Die Brennerleistung wird über den Temperatursensor 103, der sich im Abgasleitung 92 vor dem Partikelfilter befindet, geregelt. Damit der Partikelfilter während der Regenerationsphase nicht überhitzt wird (Abgastemperaturen beispielweise >700°C), wird die Regenerationstemperatur über den zweiten Temperatursensor 104 hinter dem Partikelfilter, überwacht. The burner output is controlled via the temperature sensor 103, which is located in the exhaust pipe 92 in front of the particle filter. So that the particle filter is not overheated during the regeneration phase (exhaust-gas temperatures, for example,> 700 ° C.), the regeneration temperature is monitored via the second temperature sensor 104 behind the particle filter.
Wird die max. Regenerationstemperatur durch den Temperatursensor 104 sensiert, so wird über die Steuerung 105 sowie die Regelung 95 die Kraftstoffmenge in der Kraftstoffleitung 32 sowie im Kraftstoffkanal 22 reduzieren. Die Luftmenge in der Luftleitung 16 wird der Brennerleistung angepasst und über die Regelung 95 geregelt. If the max. Regeneration temperature sensed by the temperature sensor 104, so will reduce the amount of fuel in the fuel line 32 and the fuel passage 22 via the controller 105 and the controller 95. The amount of air in the air line 16 is adapted to the burner power and regulated by the controller 95.
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
Brenner burner
Gehäusewand  housing wall
Einlassöffnung  inlet port
Luftstrom  airflow
Öffnung  opening
Flammglühkerze  flame glow plug
Kraftstoffkanal  Fuel channel
Brennraum  combustion chamber
Schutzrohr  thermowell
Löcher  holes
Teil  part
Kraftstoffleitung  Fuel line
Ende  The End
Ende  The End
Wandung  wall
Drahtgestrick  Wire mesh
Richtung  direction
Verbindung  connection
Brennraum  combustion chamber
Richtung  direction
Verbindung  connection
Brennraum  combustion chamber
Richtung  direction
Abschnitt  section
Abschnitt  section
Luftbypassleitung  Air bypass line
Lufteinlassbohrung  Air intake hole
Richtung  direction
Richtung Drallschaufel direction swirl blade
Wandung  wall
Abschnitt  section
Kraftstoffverte i le rp I atte Fuel distribution I lep
Öffnung opening
Austrittsöffnung  outlet opening
Gehäusewand  housing wall
Stromlinienkörper Streamlined body
Öffnung opening
Abgas  exhaust
Lufteinlassleitung Air inlet line
Wandung wall
Dieseipartikelfiltersystem Dieseipartikelfiltersystem
Abgasleitung exhaust pipe
Dieselmotor  diesel engine
Partikelfilter  particulate Filter
Regelungsvorrichtung control device
Drucksensor pressure sensor
Drucksensor  pressure sensor
Temperatursensor temperature sensor
Temperatursensortemperature sensor
Steuerungseinheit control unit

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e P a n t a n s p r e c h e
1. Vorrichtung zur Erzeugung von Heißgas mit 1. Apparatus for generating hot gas with
- einer EinSassöffnung (14) für einen Luftstrom (16), die in einer Gehäusewand (12) ausgebildet ist, an inlet opening (14) for an air flow (16) formed in a housing wall (12),
- zumindest erste (24), zweite (46) und dritte (52) Brennräume, die von der Gehäusewand (12) in einer axialen Richtung beabstandet sind, so dass zwischen den Brennräumen (24,46,52) und der Gehäusewand (12) ein erster Abschnitt (56) eines Luftzuführungskanals gebildet wird, in den die Einlassöffnung (14) mündet, wobei der erste Brennraum (24) ein geschlossenes Ende (34) und ein offenes Ende (36) aufweist, at least first (24), second (46) and third (52) combustion chambers, which are spaced from the housing wall (12) in an axial direction, such that between the combustion chambers (24, 46, 52) and the housing wall (12) forming a first section (56) of an air supply passage into which the inlet port (14) opens, the first combustion chamber (24) having a closed end (34) and an open end (36),
- einem zweiten Abschnitt (58) des Luftzuführungskanals, der in axialer Richtung durch den ersten Brennraum (24) hindurch verläuft, a second section (58) of the air supply passage extending in the axial direction through the first combustion chamber (24),
- einer Glühkerze (20), die in einer ersten Kraftstoffzuführung (22) angeordnet ist, und die durch den ersten Abschnitt (56) in den ersten Brennraum (24) ragt, a glow plug (20) arranged in a first fuel feed (22) and projecting through the first section (56) into the first combustion chamber (24),
- zumindest eine Lufteinlassleitung (60), um einen ersten Teil des Luftstroms (16) über die Glühkerze (20) in den ersten Brennraum (24) zu der Erzeugung eines Brenngases zu leiten, at least one air inlet duct (60) for directing a first part of the air flow (16) via the glow plug (20) into the first combustion chamber (24) to produce a fuel gas,
- einer ersten Verbindung (44) zwischen dem offenen Ende (36) des ersten Brennraums (24) und dem zweiten Brennraum (46), a first connection between the open end of the first combustion chamber and the second combustion chamber
- einer zweiten Verbindung (50) zwischen dem zweiten Brennraum (46) und dem dritten Brennraum (52), - einer zweiten Kraftstoffzuführung mit einer durch den ersten Abschnitt (56) und den zweiten Abschnitt (58) hindurch verlaufenden Kraftstoffleitung (32), a second connection (50) between the second combustion chamber (46) and the third combustion chamber (52), a second fuel supply having a fuel line (32) extending through the first section (56) and the second section (58),
- einem dritten Abschnitt (72) des Luftzuführungskanals, der entlang der ersten Verbindung (44) verläuft und in den dritten Brennraum (52) mündet, a third section (72) of the air supply channel, which runs along the first connection (44) and opens into the third combustion chamber (52),
- einer Kraftstoffverteilerplatte (74), in die die Kraftstoffleitung (32) der zweiten Kraftstoffzuführung mündet, und die Öffnungen (76) zum Austritt des über die Kraftstoffleitung (32) geförderten Kraftstoffs in den dritten Abschnitt (72) hat, - a fuel distributor plate (74) into which opens the fuel line (32) of the second fuel supply, and the openings (76) for the exit of fuel via the fuel line (32) funded in the third section (72),
- einer Austrittsöffnung (78) für das aus dem dritten Brennraum (52) austretende Heißgas, die gegenüber der Kraftstoffverteilerplatte (74) angeordnet ist, wobei der zweite Brennraum (46) den ersten Brennraum (24) umhüllt und der dritte Brennraum (52) den zweiten Brennraum umhüllt (46), und wobei die ersten (44) und zweiten (50) Verbindungen jeweils so angeordnet sind, dass eine erste Richtungsumkehr des Brenngases beim Übertritt von dem ersten Brennraum (24) in den zweiten Brennraum (46) und eine zweite Richtungs¬ umkehr des Brenngases beim Übertritt vom zweiten Brennraum (46) in den dritten Brennraum (52) erfolgt. - An outlet opening (78) for the out of the third combustion chamber (52) exiting hot gas, which is arranged opposite the fuel distributor plate (74), wherein the second combustion chamber (46) surrounds the first combustion chamber (24) and the third combustion chamber (52) second combustion chamber (46), and wherein the first (44) and second (50) connections are each arranged such that a first direction reversal of the fuel gas in the passage from the first combustion chamber (24) into the second combustion chamber (46) and a second Direction ¬ reversal of the fuel gas in the passage from the second combustion chamber (46) into the third combustion chamber (52).
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , wobei die Lufteinlassleitung einen Luftein- lass (62) aufweist, wobei der Lufteinlass (62) im Bereich des offenen Endes (36) des ersten Brennraums (24) angeordnet ist, so dass ein erster Teil des Luftstroms (16) durch die Luftein lassieitung entgegen der Lufteiniassrichtung (66) in Richtung (64) zu dem geschlossenen Ende (34) des ersten Brennraums (24) strömt, um über die Glühkerze (20) in den ersten Brennraum (24) einzuströmen. 2. Apparatus according to claim 1, wherein the air inlet duct has an air inlet (62), wherein the air inlet (62) in the region of the open end (36) of the first combustion chamber (24) is arranged, so that a first part of the air flow ( 16) flows through the Luftein lassieitung against the Lufteiniassrichtung (66) in the direction (64) to the closed end (34) of the first combustion chamber (24) to flow via the glow plug (20) in the first combustion chamber (24).
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, mit zumindest einer zweiten Lufteinlassleitung (88), zur Einleitung eines zweiten Teils des Luftstroms (16) von dem ersten Abschnitt (56) des Luftzuführungskanals in den dritten Brennraum (52). 3. Apparatus according to claim 1 or 2, comprising at least a second air inlet duct (88) for introducing a second part of the air flow (16) from the first section (56) of the air supply duct into the third combustion chamber (52).
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die zweite Lufteinlassleitung (88) so ausgebildet ist, dass der zweite Teil des Luftstroms (16) einen axialen Drall erfährt. 4. The apparatus of claim 3, wherein the second air inlet line (88) is formed so that the second part of the air flow (16) experiences an axial twist.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit zumindest einer Einlassöffnung (84) für ein Abgas (86), die an einem austrittsöffnungsseitigen Ende des dritten Brennraums (52) angeordnet ist. 5. Apparatus according to any one of the preceding claims, including at least one inlet port (84) for an exhaust gas (86) disposed at an exit port side end of the third combustion chamber (52).
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem Stromlinienkörper (82)( der an der Kraftstoffverteilerplatte (74) angeordnet ist, und der sich in Richtung auf die Austrittsöffnung (78) verjüngt. 6. Apparatus according to any one of the preceding claims, including a streamline body (82) ( disposed on the fuel rail plate (74) and tapering towards the outlet orifice (78).
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in dem ersten Brennraum (24) Drallschaufeln (68) zur Verwirbelung des Brenngases angeordnet sind. 7. Device according to one of the preceding claims, wherein in the first combustion chamber (24) swirl vanes (68) are arranged for swirling the fuel gas.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit Mitteln (40) zur Vergrößerung der Oberfläche einer Innenseite des ersten Brennraums (24), um aufgrund des Leydenfrost- ffekts entstehende Kraftstofftropfen in dem ersten Brennraum (24) aufzunehmen und dort unter Sauerstoffmangel zu verbrennen. 8. Device according to one of the preceding claims, comprising means (40) for enlarging the surface of an inner side of the first combustion chamber (24) to receive due to the Leydenfrost- effect fuel droplets in the first combustion chamber (24) and there to burn under oxygen deficiency.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Mittel (40) zur Vergrößerung der Oberfläche als Drahtgestrick, Drahtgewirke, Drahtgewebe, Metallschaum o- der Keramikschaum ausgebildet sind. 9. Apparatus according to claim 8, wherein the means (40) to increase the surface as a knitted wire, wire mesh, wire mesh, metal foam or ceramic foam are formed.
10. Dieselpartikelfiltersystem (90) mit 10. Diesel particulate filter system (90) with
- einer Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, - A device (10) according to any one of the preceding claims,
- einer die Vorrichtung (10) umhüllenden Abgasleitung (92), die einen Einläse für Abgas (86) eines Verbrennungsmotors (94) aufweist, - An exhaust pipe (92) enclosing the device (10), which has an inlet for exhaust gas (86) of an internal combustion engine (94),
- einem Partikelfilter (96), wobei die Abgasleitung (92) so ausgebildet ist, dass die Vorrichtung (10) im Betrieb von dem Abgas (86) angeströmt wird, so dass die Vorrichtung (10) von dem Abgas (86) gekühlt wird und sich das Abgas (86) mit dem aus der Austrittsöffnung (78) ausströmenden Heißgas vermischt, so dass der Parti- kelfiiter (96) mit dem daraus resultierenden Gas beaufschlagt wird, um hierdurch eine Regeneration des Partikelfilters (96) zu ermöglichen. 1 . Dieselpartikelfiltersystem (90) nach Anspruch 10, mit einer Regelu gsvorrichtung (98) zur Regelung des Luftstroms (16) sowie der Zuführung von Kraftstoff über die erste Kraftstoffzuführung (22) und die zweite Kraftstoffzufüh- rung (32, 74), wobei eine Steuerungseinheit (105) dazu ausgebildet ist, die Vorrichtung (10) in einem ersten Betriebszustand nur über die erste Kraft- stoffzuführung (22) mit Kraftstoff zu versorgen und in einem zweiten Betriebszustand die Vorrichtung (10) über sowohl die erste (22) als auch die zweite (32) Kraftstoffzuführung mit Kraftstoff zu versorgen. - A particulate filter (96), wherein the exhaust pipe (92) is formed so that the device (10) is in operation by the exhaust gas (86) is flowed, so that the device (10) from the exhaust gas (86) is cooled and the exhaust gas (86) is mixed with the hot gas flowing out of the outlet opening (78), so that the particle gas (96) is charged with the gas resulting therefrom, thereby enabling regeneration of the particulate filter (96). 1 . A diesel particulate filter system (90) according to claim 10, comprising control means (98) for controlling the air flow (16) and supplying fuel via the first fuel supply (22) and the second fuel supply (32, 74), wherein a control unit ( 105) is adapted to supply the device (10) in a first operating state only via the first fuel supply (22) with fuel and in a second operating state, the device (10) over both the first (22) and the second (32) To supply fuel to the fuel supply.
12. Verfahren zur Erzeugung von Heißgas mit folgenden Schritten: 12. Process for producing hot gas, comprising the following steps:
- Verbrennung von Kraftstoff unter Sauerstoffmangel in einem ersten Brennraum (24), Combustion of fuel in a lack of oxygen in a first combustion chamber (24),
Austritt von Brenngas aus dem ersten Brennraum (24) in einen zweiten Brennraum (46) mit einer ersten Richtungsumkehr, - Austritt des Brenngases aus dem zweiten Brennraum in einen dritten Brennraum (52) mit einer zweiten Richtungsumkehr, - Auslass des resultierenden Heißgases aus dem dritten Brennraum (52), wobei in einer ersten Betriebsart Kraftstoff nur in den ersten Brennraum (24) zugeführt wird, und wobei in einer zweiten Betriebsart Kraftstoff sowohl in den ersten Brennraum (24) als auch in den dritten Brennraum (52)zugeführt wird. Exit of fuel gas from the first combustion chamber (24) into a second combustion chamber (46) with a first reversal of direction, - The exit of the fuel gas from the second combustion chamber in a third combustion chamber (52) with a second direction reversal, - outlet of the resulting hot gas from the third combustion chamber (52), wherein in a first mode of fuel only in the first combustion chamber (24) is supplied and wherein in a second mode fuel is supplied to both the first combustion chamber (24) and the third combustion chamber (52).
13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei in der ersten Betriebsart das Heißgas mit einer Leistung zwischen 3 und 27 kW und in dem zweiten Betriebsart das Heißgas mit einer Leistung von bis zu 300 kW erzeugt wird, wobei die Leis- tung in dem Bereich zwischen 3 und 300 kW stufenlos regelbar ist. 13. The method according to claim 12, wherein in the first operating mode the hot gas is generated with a power between 3 and 27 kW and in the second operating mode the hot gas with a power of up to 300 kW, the power in the range between 3 and 300 kW is infinitely variable.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, wobei Kraftstoff zunächst nur in den ersten Brennraum (24) geleitet wird und nach Erhitzung der ersten (24), zweiten (46) und dritten (52) Brennräume Kraftstoff zusätzlich in den dritten Brennraum (52) geleitet wird. 14. The method of claim 12 or 13, wherein fuel is first passed only in the first combustion chamber (24) and after heating the first (24), second (46) and third (52) combustion chambers fuel in addition to the third combustion chamber (52). is directed.
15. Verfahren nach Anspruch 12, 13 oder 14, wobei das Heißgas mit einem Abgas (86) eines Verbrennungsmotors (94) gemischt wird und in einen Partikelfilter (96) strömt, um den Partikelfilter (96) zu regenerieren. 15. The method of claim 12, 13 or 14, wherein the hot gas is mixed with an exhaust gas (86) of an internal combustion engine (94) and flows into a particulate filter (96) to regenerate the particulate filter (96).
16. Verfahren nach Anspruch 15, wobei die Regeneration des Partikelfiiters (96) unabhängig von einem Betriebszustand eines Verbrennungsmotors (94), der das Abgas (86) produziert, durchgeführt wird. 16. The method of claim 15, wherein the regeneration of the particulate matter (96) is performed independently of an operating condition of an internal combustion engine (94) producing the exhaust gas (86).
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