产生高温气体的设备和方法、柴油微粒过滤器系统、电子装置以及计算机程序产品的制作方法

专利名称：产生高温气体的设备和方法、柴油微粒过滤器系统、电子装置以及计算机程序产品的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种产生高温气体的设备和方法，特别是一种微粒过滤 器的再生、柴油微粒过滤器系统以及相应的电子装置和计算机程序产品。
背景技术：
在柴油机中，柴油燃料的燃烧是籍由不同的空气/燃料混合物的自 点火来实现的。如果燃烧不完全，由于氧缺乏，而产生微粒。这种微
粒主要地包括碳(炭黑)、硫酸盐以及不完全燃烧碳氪化合物(HC)。 为过滤出这种微粒，现有技术中已公开了柴油微粒过滤器。
使用柴油微粒过滤器时，通常由于过滤器负荷上升，排气背压 (Abgasgegendruck)上升。因为发动机制造商不容许超过允许的排气背压， 并且不期望产生因过滤器排空所产生的维护费用，所以，对过滤器进行 被动或者主动的再生是必需的。
一般来说，主动式柴油微粒过滤器系统包括"电再生系统，，或者"燃 烧器支持系统，，，其可以手动地触发再生，或者通过监控排气背压而开环 或者闭环地控制再生的触发。
在现有技术中，燃烧器的通常设计为，其包括具有小开口的喷射器， 以便在燃烧室中雾化燃料，其中，在燃烧室中燃料与燃烧所必需的空气 相混合。这样设计的缺点在于，喷嘴的微小雾化开口可能会因燃烧残留 物而很快结炭，而扰乱燃烧器的运行。例如，当燃烧器关闭时会形成燃 烧残留物。
上述的带有柴油微粒过滤器的燃烧器可参阅DE 42 29 103 Al、 DE35 45 437、 DE42 43 035A1、 DE 101 30 338 Al 、 DE 101 38 111 Al 、 DE 102 04 073 Al 、 DE 198 10 738 CI 、 DE 3729861 Al 、 US 4，541，239、 DE 200 23 560 Ul、 DE 100 05 376 Al以及DE 3545437 Al。
与本发明最接近的现有技术DE 37 34 197 Al中公开了一种可调节
的燃烧器。

发明内容
本发明的目的是提供一种改进的用于产生高温气体的设备和方法， 特别是用于微粒过滤器的再生，以及柴油微粒过滤器系统以及相应的电 子装置和计算机程序产品。
本发明的目的可通过独立权利要求的技术方案来实现。而在从属权 利要求中则提供了本发明的优选实施方式。
根据本发明一实施方式，其提供了用于产生高温气体的设备，该设 备具有用于燃料燃烧的第一燃烧室以及围绕第一燃烧室的第二燃烧室， 其中，第一燃烧室具有开口端和封闭端，第二燃烧室具有高温气体排放 出口，其设置为与第一燃烧室的封闭端相对。
特别地，本发明实现了用于柴油微粒过滤器的燃烧器，其在相对小 的结构上具有相对高的效率。这是通过将第一燃烧室设置在第二燃烧室 中而实现的。
根据本发明一实施方式，第一燃烧室适于在贫氧条件下燃烧燃料。 因此，提供给第一燃烧室的燃料/空气混合物，其空气燃料比K1，即具 有过剩燃料的燃料/空气混合物，其也被指示为"富混合物(fettes Gemisch )'，。
根据本发明一实施方式，第一燃烧室和第二燃烧室是由一个位于另 一个内的两段管道形成的。在该情况下，第一燃烧室完全被第二燃烧室 围绕。
根据本发明一实施方式，在第二燃烧室中形成空气流，其沿着第二燃烧室高温气体的排放出口的方向流动。优选地，该空气流具有涡流， 使得空气流大约以螺旋状的形式沿着第二燃烧室的外壁内侧流动。这样， 第二燃烧室的外壁被冷却，使得外壁的温度达到运行温度，例如，不超
过300。C。
根据本发明 一 实施方式，第二燃烧室中的空气流是由偏心设置的空 气供给入口形成的。例如，在第一燃烧室的开口端和第二燃烧室的封闭 端之间，空气供给入口引导进入第二燃烧室中。从第一燃烧室流入第二 燃烧室的燃烧气体被空气供给携带，但不与其充分混合，使得燃烧气体 朝向排放出口沿着空气流按照大概涡流形路线-陂传送。
根据本发明一实施方式，本发明的设备具有外壳，燃烧空气被携带 经过外壳。其优点在于可以获得特别冷却的外壁.。
根据本发明一实施方式，空气流具有涡流，其与燃烧气体的供给量 基本相同，从第一燃烧室流入第二燃烧室。例如，为了该目的设备可以 是肾形的。该实施方式的优点在于其特别紧凑，并可以降低制造成本。
根据本发明一实施方式，本发明的设备具有燃料供给，其流经第二 燃烧室到第一燃烧室。优选地，在接近第一燃烧室的封闭端的位置，燃 料供给流入第一燃烧室。燃料供给管线可用来将第一燃烧室固持在第二 燃烧室中的适当位置。
根据本发明一实施方式，空气流以这种方式流入第二燃烧室中，即 空气流的至少一部分遇到流过第二燃烧室的燃料供给。这冷却了燃料供 给，从而防止燃料供给减少。此外，空气流和燃烧气体的一部分遇到燃 料供给的事实引起涡流，并且，使得燃烧气体中所包含的过剩燃料基本 上完全燃烧。按照这种方式，例如，能生成高达140(TC的高温气体，而 通过调节燃料的供给可以调节高温气体的温度。
根据本发明一实施方式，火花塞(Gluehkerze)特别是火焰火花塞， 位于燃料供给管线中。火花塞用来使燃料汽化。在火花塞的区域中形成 混合区域，从而将燃料与空气相混合。根据本发明一实施方式，在第一燃烧室中提供丝网。丝网用来收集
由于Leidenfrost效应可能存在于第一燃烧室中的燃料小滴。丝网防止这 样的燃料小滴从第一燃烧室移动进入第二燃烧室中。例如，丝网可以是 涂铂的金属丝网。
根据本发明一实施方式，位于高温气体排放出口有一接合凸缘 (Anschlussflansch)，其凸伸进入燃烧空气流和燃烧气体流中，以便搅动 产生涡流。
另一方面，本发明涉及用于生成高温气体的方法，具有以下步骤 在第一燃烧室的贫氧条件下燃烧燃料，第一燃烧室产生的燃烧气体按照 第 一方向进入第二燃烧室，沿着第二燃烧室的高温气体排;改出口的方向 在第二燃烧室中生成空气流，第二方向与第一方向相反。
根据本发明方法的一实施方式，在启动阶段之后点燃燃料/空气混合 物的装置被关闭。这是由于这样的事实，在启动阶段，第一燃烧室被加 热到这样的程度，其不再需要点火装置来维持第一燃烧室中的燃烧过程。 例如，如果点火装置具有火焰火花塞，被关闭的点火装置的特别优点在 于，在启动阶段之后不再需要给所述的点火装置提供电能。
根据本发明的另 一 实施方式，结束燃烧过程的第 一步骤是再次打开 火花塞。这引起第一燃烧室中的火焰前端向前朝向燃料供给管线的通孔。 此外，金属丝网的温度升高。随后燃料供给被分离，并且空气被注入燃 料供给管线。这导致燃料残留物被吹入第一燃烧室中，在此其燃烧，所 以可能存在的任何煤烟涂料和碳沉积物被去除。
气体的设备的柴油微粒过滤器系统。为了再生微粒过滤器，它暴露于高 温气体中。这能发生在发动机运转时(即"在线，，)或发动机关闭时。
才艮据本发明一实施方式，高温气体的温度:f皮测量。以温度作为控制 参数来调节燃料供给。其优点在于防止过热的高温气体引起微粒过滤器 的损坏。又 一 方面，本发明涉及控制本发明的产生高温气体的设备的电子装 置和计算机程序产品。
下面结合附图，详细地描述本发明的实施方式。


图1是本发明设备的一实施方式的示意性纵向截面图2是图1所示实施方式在空气供给入口区域的示意性剖面图3是本发明柴油微粒过滤器系统的一实施方式的框图4是本发明方法的一实施方式的流程图5是本发明方法的另一实施方式的流程图6是用于启动本发明设备一实施方式的信号方案的一实施方式；
图7是具有外壳的本发明设备另一实施方式的示意性纵向截面图8是本发明设备又一实施方式的示意性纵向截面图9是图8所示实施方式的立体图IO是具有整合的微粒过滤器的另一实施方式的纵向截面图11是图IO所示实施方式的剖面图12是图10和11所示实施方式的立体图。
具体实施例方式
在下面的实施方式中，彼此相应的元件采用相同的附图标记。
图1显示了依照本发明的用于产生高温气体的设备的一个实施方 式，即燃烧器33。燃烧器33具有第一燃烧室2和第二燃烧室35。燃烧 室2具有开口端5和封闭端36。
在此所显示的实施方式中，第二燃烧室35完全包围第一燃烧室2。 第二燃烧室35具有用于高温气体27的排放出口 37。第二燃烧室35的 排放出口 37设置为与第一燃烧室2的封闭端36相对。
在此所显示的示范性实施方式中，燃烧室2和35由同心设置且一个位于另一个内部的两段管道形成，即由外部管道3和内部管道4形成。
外部管道3在其与排放出口 37相对的一侧具有封闭端38。
燃烧空气管道6在偏心偏移位置进入第二燃烧室35中，特别是进入 封闭端38和开口端5之间的区域中。在该区域形成燃烧区域7。燃烧空 气管道6形成燃烧空气入口 39。该入口位于第二燃烧室35的封闭端38， 即直接邻接封闭端38或接近封闭端38。
燃烧空气39藉由燃烧空气吹风机28的传送(见图3 )经由燃烧空 气管道6进入燃烧区域7中。在本文中，"燃烧空气"表示含氧气体，比. 如，例如，环境空气或不同含氧量的气体。
当燃烧空气39流经燃烧空气管道6进入燃烧区域中，这引起产生沿 着排放出口 37方向的空气流40。优选地，空气流40沿着外部管道3的 壁l的内侧流动。优选地，空气流40提供围绕外部管道3和内部管道4 的纵向轴线的涡流。通过燃烧空气39经由燃烧空气管道6偏心流入燃烧 区域7中产生涡流。这将参考图2更详细地描述。
燃烧器33具有燃料供给41。燃料供给41用来经由燃料入口给第一 燃烧室2提供燃料/空气混合物，燃料入口由火花塞管9的通孔13形成。 通孔13位于第一燃烧室2的封闭端36,即直接邻接封闭端36或接近封 闭端36。
为了该目的，燃料供给41具有火花塞管9，其在封闭端36的附近 引导进入燃烧室2中。在此所示的实施方式中，火花塞管9经由旁路8 连接到燃烧空气管道6。因此空气流42能经由旁路8进入燃料供给41 中。
火花塞管9具有区段43,其延伸通过燃烧室35进入燃烧室2。其用 来运送燃料/空气混合物通过燃烧室35并进入燃烧室2。
作为一个示例，火花塞管9可在其通过外部管道3的通道区域焊接 到外部管道3上，并且在其通过内部管道4的通道区域焊接到内部管道 4上，从而将内部管道4保持在外部管道3内的适当位置。因此，火花塞管9用来将内部管道4固定在外部管道3中。或者，可采用其它的固 定方法，以将内部管道4固持在外部管道3内。
火焰火花塞插入到火花塞管9内。其可包括标准的火焰火花塞，例 如，来自制造商BERU的，特别是型号FR2024V。火焰火花塞10具有 燃料管道ll，其连接到3/2-路的电磁阀16。电;兹阔16提供了运送燃料 17或清扫空气18进入火焰火花塞10、从而清扫燃料管道11的选择。
因此，当电;f兹阀16被定位时，燃料17沿着火焰火花塞10的发热针 12流动进入混合区域21中，混合区域21由火焰火花塞10的内部管道 19围绕。内部管道19具有孔20,空气流42的一部分经由孔20能进入 混合区域21。在混合区域21中，空气流42的该部分连同燃料17 —起 混合，燃料17经由燃料管道11进入混合区域41，从而产生燃料/空气混 合物。燃料17和燃料/空气混合物能分别被火焰火花塞10的热丝22点 燃。
内部管道19具有比火花塞管9稍小的剖面，使得间隙23形成在区 段43的区域。空气流42的一部分不经由孔20流动进入混合区域21中， 而是通过间隙23经由区段43流动进入燃烧室2中。冷却管通过内部管 道19和火花塞管9之间的间隙23形成。空气流42的该部分冷却火花塞 管9，从而保护火花塞管9和火花塞10的主体免于过热。
因为经过燃烧空气管道6的燃烧空气39的偏心传送，空气流40提 供了围绕那个外部管道3和内部管道4的纵向轴线的涡流。优选地，选 择涡流从而使空气流40的大部分在区段43的区域上撞击火花塞管9。 这另外导致火花塞管9被显著冷却。此外，这导致空气流40涡流并且与 已经形成在燃烧室2中的燃烧气体相混合。进一步的涡流和混合在排放 出口 37的区域中发生，特别是在燃烧器33的凸缘26处。因为在区段 43和凸缘26处的涡流，燃烧气体与空气流40相混合，结果燃烧气体的 目前还未燃烧的燃料被燃烧。
燃烧空气39的偏心流入导致空气流40沿着外部管道3的壁1的内侧以大致涡流形路线前进。在该程序中，空气流40实质上是层状的，直
到它遇到区段43。因此，在燃烧室35中，相对冷却的燃烧空气39作为 空气流40沿着壁1的内侧流动，所以从燃烧室2移动到燃烧室35的燃 烧的燃烧气体的火焰，远离壁1的内侧或从壁1的内侧"被吹开"。其优 点在于外部管道3的壁1被冷却，而内部管道4被燃烧气体的火焰加热。
除了被实质上在区段43的区域上碰撞火花塞管9的空气流40冷却 之外，火焰火花塞IO也被燃料管道11中的燃料17的流动以及至少一部 分的汽化所冷却。
金属丝网24设置在燃烧室2的内侧上，即在内部管道4的内侧上。 例如，金属丝网可设置在燃烧室2中开口端5和火花塞管9的通孔13之 间。金属丝网应是足够密网眼的(close-meshed)，从而保证液体燃料17 不会被吹出燃烧室2，而是通过毛细作用沿着金属丝网24被向上拉出。 金属丝网24上的铂涂层用于在燃烧过程期间提高内部管道4的温度。当 燃烧器33关闭，当火焰火花塞IO熄灭时，这引起可能仍然存在或可能 产生的任何燃料蒸汽被催化氧化。
在燃烧过程期间，电磁阀16按照这种方式设置，燃料17经由火焰 火花塞10的燃料管道11到达混合区域21,因此由于与空气流42的一 部分相混合，在所述的混合区域21生成富燃料/空气混合物，空气流42 经过通孔20进入混合区域21。所述燃料/空气混合物通过火花塞管9的 区段43进入燃烧室2。产生的燃烧气体移动通过燃烧室2的开口端5进 入燃烧区域7。燃烧空气39流动经过燃烧空气管道6进入燃烧室35，其 结果是空气流40。其也携带从燃烧室2的开口端5流出的燃烧气体进入 燃烧室35。由于涡流以及在区段43和凸缘26处与空气流40的混合， 燃烧气体被完全燃烧，从而导致生成高温气体27,高温气体27经过燃 烧器33的排放出口 37出去。在该程序中，氧流量(即氧经由燃烧空气 39被供给到燃烧室35的比率)按照此方法被调整，即燃烧气体的燃烧 在过剩氧量的情况下在燃烧室35中执行，结果是高温气体27包括有氧。在燃烧室2中，燃料17燃烧，例如，在贫氧条件下在大约500°C-600°C 的温度。由于外部管道3的冷却，特别是被空气流40冷却，外部管道3 比内部管道4冷。例如，外部管道3的运行温度可能位于35(TC以下， 优选地在200°C和300°C之间的区域中。例如，封闭端38的运行温度大 约为200。C并在火花塞管9的区域中大约为300°C,而火焰火花塞10本 身具有大约4(TC的温度。例如，这对于车辆柴油微粒过滤器系统中的燃 烧器的无故障安装特别有益。
取决于燃烧器33的运行参数的选择，高温气体27能达到大约1400°C 的温度。如果高温气体27用于微粒过滤器的再生，所需的温度一般位于 40(TC和70(TC之间。为了氧化微粒过滤器中的煤烟，高温气体27必需 含有氧。为了达到此目的，燃烧室35中的燃烧气体的燃烧应在XM.5的 空气燃料比下执行。
通过调节燃料17的供给，可以用空气燃料比的最佳设定来控制高温 气体27的温度。这能够获得富氧的高温气体用于微粒过滤器中的煤烟微 粒的氧化。
当运行燃烧器时，Leidenfrost效应可能导致在燃烧室2中形成燃料 小滴。其被金属丝网24收集而且在贫氧条件下在那里燃烧。
由于内部管道4被加热，在燃烧器33启动阶段之后火焰火花塞10 可以被关闭，因为不再需要它来维持紧随启动阶段的燃烧过程。这有特 别的益处，在燃烧器33的运行期间，车辆的电池不需要不变的负荷来运 行火焰火花塞10。
除了启动阶段之外，在燃烧器33的关闭阶段，火焰火花塞10也优 选打开，如下列详细描述。
图2是图1实施方式在燃烧区域7的区域中燃烧器33的剖面图。
如图2所示，沿着壁1内侧的空气流40被经由燃烧空气管道6引导 偏心进入燃烧室35中的燃烧空气39影响。该空气流40实质上是层状的， 并且它的方向同时包括沿着燃烧器33的纵向轴线44的旋转部分以及沿着从封闭端38朝向排放出口 37的方向的平移部分。总之，这使空气流 40具有大约涡流形路线，因此空气流40的尽可能多的部分在区段43处 撞击火花塞管9 (见图1)。其结果之一是火焰火花塞10被显著冷却。
燃烧气体45从燃烧室2移动到燃烧室35。该燃烧气体45被流入燃 烧室35的燃烧空气携带，而不与所述燃烧空气充分混合，使得沿着空气 流40路径的燃烧气体也^皮按照接近涡流形^各线沿着排;改出口的方向#皮 旋转并平移传送。
空气流40导致燃烧气体45被吹离壁1，所以燃烧气体的火焰不能 到达壁1。这造成内部管道4比外部管道3被加热更多。
图3显示了本发明柴油微粒过滤器系统46的一实施方式。与图1和 2中相应的元件，在图3中釆用相同的附图标记。
燃烧器33和柴油机47经由Y形管48连接到微粒过滤器49。微粒 过滤器49用来从柴油机47的废气中过滤出煤烟微粒。如果需要的话， 过滤器49过滤出的煤烟^:粒在燃烧器33所供给的高温气体27的协助下 燃烧。这可以"在线，，实行(即在柴油机47运行时)或柴油机47关闭 之后。为了影响微粒过滤器49的再生(即燃烧煤烟微粒)，燃烧器33被 用动或自动打开。
为了影响燃烧器33的开环和/或闭环控制，使用具有至少一个处理 器51的控制单元50来运行程序52的程序指令。控制单元50用来控制 燃烧空气吹风机28,其通过燃烧空气管道6吹入燃烧空气39(对照图1 )。 此外，控制单元50用来控制电^f兹阀16,柴油燃料供给泵30和开关32。
在此所示的实施方式中，如果需要的话，清扫空气18也通过燃烧空 气吹风机28被供给，为了该目的燃烧空气吹风机28连接到电磁阀16的 开口。为了要供给燃料17,电磁阀16的另一开口被连接到柴油燃料供 给泵30，在此处所考虑的情形中燃料17是柴油机的燃料。火焰火花塞 10能采用开关32连接到电源31。例如，电源31可以包括车用蓄电池。
此外，控制单元50能连接到传感器53 (即所谓的火焰探测器)和/或电流传感器55以检测火焰火花塞10。传感器53用来确定燃料燃烧是 否正在发生，即燃烧器33是否已经点燃。电流传感器55用来确定火焰 火花塞IO是否正被加热或者是否因为故障失效。如果所述的燃料在故障 情况下不能够被点燃或者如果燃烧已经停止，这是确保没有燃料被泵入 燃烧器33的方法。在该情况下，通过关闭柴油燃料供给泵30控制单元 50关闭燃料供给。
控制单元也能连接到温度传感器54，其在微粒过滤器49之前测量 高温气体27的温度。通过控制柴油燃料供给泵30，控制单元50能按照 这样的方式调节燃料17的供给，即获得期望的高温气体27的温度。在 本文中，设定点温度可以被设定，因为其取决于微粒过滤器49并被控制 单元50使用和储存。由温度传感器54测量的实际温度降到低于设定点 温度时，柴油燃料供给泵30的流速按照这样的方法提高，即获得期望的 高温气体27温度。
下述部分利用图4到6提供柴油微粒过滤器系统46的各种可能的操 作模式的更为详细的描述。
图4显示了本发明燃烧器33的一实施方式的启动过程。在步骤100 中，控制单元50启动开关32从而将火焰火花塞10连接到电源31。控 制单元随后启动电磁阀16和柴油燃料供给泵30,使得燃料通过燃料管 道11被泵入火焰火花塞10。此外，控制单元50启动燃烧空气吹风机28， 结果产生空气流40和空气流42。这引起在混合区域21生成的燃料/空气 混合物，其被火焰火花塞10点燃。因此，在步骤104中，在燃烧室2中 的贫氧条件下发生该燃料/空气混合物的燃烧，这造成内部管道4被加热。 一旦内部管道4达到充分高的温度，在步骤106火焰火花塞被控制单元 50通过开关32的断路脉沖关闭，因为由于其温度内部管道4中的燃烧 是自维持的。其特别的益处之一在于电源31的电荷能被保存。
在启动阶段后，内部管道4可达到例如在500 。C和600 。C之间的运行 温度。在运行阶段燃料17被继续运送。根据柴油燃料供给泵30的类型，间歇或者持续执行。由于内部管道4的温度以及由于涂铂的金属丝网24 的协助，内部管道4中的燃烧自维持。
燃料17沿着火焰火花塞10的热发热针流经燃料管道11,在此处燃 料17的一部分已经:帔汽化。这满足了在混合区域21的热丝22处在启动 阶段获得充足的汽化状态的燃料，从而点燃燃烧。
在启动阶段，燃料17在火焰火花塞10中汽化并在发热针处点燃。 结果，内部管道4中的火焰更深，这造成被更多地加热。在几秒后，内 部管道4的温度已经很高，足以汽化泵入的燃料17,而不需要火焰火花 塞10的协助。因此，在运行阶段中，燃料不会汽化直到接近中央和内部 管道4的开口端5之间的某个位置，使得金属丝网24的温度降低，其具 有延长铂涂层的服务期的好处。
同样在启动阶^:和后续的运行阶段中，以及特别在燃料17的高流速 从而形成高的燃烧器性能的情况下，在内部管道4内或其上可产生未汽 化的燃料17的小滴，特别是由于Leidenfrost现象的发生。未汽化的燃料 17的小滴被金属丝网24吸收。由于金属丝网24的大表面和高温度，被 吸收的燃料17汽化并燃烧。
如果燃烧器33设置有金属丝网24，相对于没有金属丝网可获得更 高的燃烧器负载。例如，没有金属丝网的燃烧器33能以kW的燃烧器负 载运行，然而具有金属丝网24可能具有明显更高的30kW或更高的燃烧 器负载。
优选地，燃烧器负载的调整通过控制供给燃料17的比率来单独影 响。在该情况下，燃烧空气吹风机28不间断地以满负荷运行。
在关闭阶段中，通过从控制单元50运送触发脉冲来操作开关32, 燃烧器33被首先再启动的火焰火花塞10关闭。这引起内部管道4中的 火焰前端沿着通孔13的方向移动。在本文中，温度，特别是金属丝网 24的温度，升高到大约700。C到800°C。在温度的该升高之后，燃料17 的供给被控制单元50关闭，例如，通过关闭柴油燃料供给泵30。控制单元50启动电磁阀16,使得释放清扫空气18以便吹入燃料管道11 (步 骤IIO, 112)。清扫空气18吹走可能存在的任何燃料残留物进入混合区 域21和燃烧室2,并使其在金属丝网24燃烧。可能存在于火焰火花塞 10中的任何煤烟层以及碳沉积物通过该方法^L去除。为冷却燃烧器33， 如果需要的话，清扫空气18和作为另外的冷却空气的燃烧空气39，能 在某一段时间内被持续吹入。
图6显示了相应的信号方案的一实施方式。在开启启动按钮以打开 燃烧器33之后，火焰火花塞10由开关32打开。例如，火焰火花塞10 的检测由电流传感器55执行。在发光阶段中，这必须提供逻辑1信号， 其指示火焰火花塞10实际上正被加热。如果电流传感器55提供逻辑0 信号，则有故障且没有燃料17被供给。
在开启火焰火花塞大约1分钟之后，柴油燃料供给泵30和燃烧空气 吹风机28被打开，结果燃料17和空气流42被运送到混合区域21，在 此所产生的燃料/空气混合物被火花塞点燃。优选地，在柴油燃料供给泵 30之前不久，燃烧空气吹风机28被打开，因此当燃料17到达混合区域 21时空气流42已经存在。在另外若干分钟之后，内部管道4被加热到 该程度，即火焰火花塞10被控制单元50关闭。这结束了燃烧器的启动 阶段。在后续的运行阶段中，当柴油燃料供给泵30和燃烧空气吹风机 28连续运转时，燃烧器中的燃烧过程是自维持的。在传感器53的协助 下，燃烧过程的维持被检测。在运行阶段中，这必须提供逻辑l信号， 其显示在燃烧器33中燃烧实际上正在发生。传感器53提供逻辑0信号， 这指示有故障且燃料17的供给被停止。
为了关闭燃烧器33,火焰火花塞10被控制单元50再启动，特别是 为了提高金属丝网24的温度。在再启动火焰火花塞10大约1分钟后， 柴油燃料供给泵30被关闭且电f兹阀16按照这^f羊的方式^^控制单元50启 动，即现在导致清扫空气18流入燃料管道11中。结果，燃料残留物和 煤烟被吹入内部管道4中，因此它们能在那里充分燃烧，特别是在金属丝网24处。在另外大约1.5分钟之后，火焰火花塞10被关闭。可选择 地，在后续的阶段中为了冷却燃烧器，空气可被持续吹入燃烧器33中。 图7显示了本发明燃烧器33的另一实施方式。在该实施方式中，燃 烧器33具有外壳56,其至少部分包围第一和第二燃烧室2， 35。燃烧空 气39被运送通过外壳56。为了该目的，燃烧空气管道6不是直接设置 在燃烧室35的壁1上，而是在外壳56上。因此在进入燃烧区域7之前 燃烧空气39围绕壁1流动。其优点在于由外壳56所形成的外壁57被特 别地冷却。
图8显示了本发明燃烧器33的另一实施方式。在该实施方式中，由 于第二燃烧室35的形状，沿着燃料供给的方向和燃烧空气39供给的方 向，空气流40和燃烧气体45被设置进入涡流中。为了该目的， 一个或 多个的流动导向元件58可设置在燃烧室2的开口端5。第二燃烧室35 的形状可大约为肾-形，如图8所示。
该至少一个流动元件58沿着燃烧空气管道6的方向形成旁路壁59 的端部区段。这导致流动元件58和旁路壁59形成角度60,其优选在45 度和90度之间的区域，且更优选的在55度和70度之间。角度60和流 动元件的长度决定燃烧空气间隙61的尺寸，其优选在燃烧器的壁1的壁 区段l'与流动元件58的端部62之间为5毫米和7毫米之间的区域，端 部62指向沿着壁区段l'的方向。壁区段l'包括与流动元件58的端部62 相对设置的壁1的区段。燃烧空气39的一部分流经燃烧空气间隙61, 产生空气流40。燃烧空气39的剩余部分作为空气流42流经旁路8。
采用预定的燃烧器形状，通过将燃烧空气39分成流入旁路8和流入 到燃烧室35中的空气流40，能够使用角度60设定高温气体27的温度 和过量空气，高温气体27的温度和过量空气与通过燃料供给41 (对照 图1)引入的特定量的燃料17相关。选择的间隙61越小，高温气体27 的温度越高。角度60的区域在57度和63度之间被证明是特别有益的。 因此，通过改变角度60,可以调整燃烧器到再生下游过滤器所需的特定条件。
在此所示的实施方式中，例如，由于壁1的弯曲部71,空气流40 被转向大约180度，结果在通过弯曲部71之后，空气流40不再按照与 燃烧气体45从第一燃烧室2移动到第二燃烧室35的相反方向流动。因 为该形状，旁路8设置在燃烧器33内。
依照图8设计的燃烧器的优点之一在于其简单可制造性。壁1由不 锈钢条制成，作为连续的弯曲部件并焊接到基板63内或基板63上(如 图9所示)。在进一步的操作中，旁路壁59作为另外的元件被焊接，因 而流动元件58以角度60可变且可以调节的方式被组装。金属丝网24插 入到燃烧室2中，因此它位于围绕抵接四个壁的所有通道。最后，包括 燃烧空气管道6和火花塞管9的盖64被焊接上。现在燃烧器已经为使用 做好准备。
依照图8的实施方式的修改，定位器(例如螺丝)被组装到流动导 向元件58上，流动导向元件58在区,殳l'的区域通过壁1通向外部，从 而甚至在运行时能够调节角度60并且能够进一步改变燃烧器的性能，例 如通过采用Lambda传感器(lambda sensor)调节高温气体27的过量空 气或者通过调节高温气体的温度。
依照图8的燃烧器的实施方式特征为其紧凑性以及低的总高度。具 有35毫米的总高度的燃烧器已经成功运行。紧凑性使将该类型的燃烧器 整合到过滤器的输入模块中成为可能。这使整合有再生燃烧器的柴油微 粒过滤器能够具有特别节省空间的构造。以及在其再生效果上的高可靠 性，该构造特别以其坚固的设计和对振动的不敏感性为特征。这些尤其 出现在非道路车辆的困难条件的使用中，例如，比如建筑车辆。图10、 11和12表示了该类型的结构。
由于燃烧器的肾-形构造，排气管能放置在输入模块的中心。输入模 块中的肾-形燃烧器的另 一优点在于屏蔽，提供了对燃烧过程中所产生的 高表面温度的对抗。图IO显示了经过柴油微粒过滤器17的输入区域的区段。过滤器壳
体64包括过滤器组件65,其将废气流69中的煤烟微粒过滤出来。通过 输入模块66的壁67的排气管68,废气流69进入输入模块66中。燃烧 器33焊接到输入模块66的前壁67'的内部。经过排放出口37,高温气 体27流入输入模块66,在此它撞击在过滤器组件65上从而打开其再生 效应。为了保护输入模块的壁67免于高温气体27的高温， 一个或者更 多的防护板可以安装在壁区段67〃的区域或者可以采用其他适当的热保 护措施。为了清楚的目的这些在图11中未表示。
附图标记 1壁
2燃烧室
3外部管道
4内部管道
5开口端
6燃烧空气管道
7燃烧区域
8旁路
9火花塞管
10 火焰火花塞
11 燃料管道
12 发热针
13 通孔
14 炉燃烧室
15 燃烧气体管道
16 电石兹阀
17 燃料18 清扫空气
19 内部管道
20 孑匕
21 混合区域
22 热丝
23 间隙
24 金属丝网
26 凸缘
27 高温气体
28 燃烧空气吹风才几
29 电；兹阀
30 柴油燃料供给泵
31 电源
32 开关
33 燃烧器
35 燃烧室
36 封闭端
37 排》丈出口
38 封闭端
39 燃烧空气
40 空气流
41 燃料供给
42 空气流
43 区段
44 纟从向轴线
45 燃烧气体
46 柴油微粒过滤器系统47 柴油机
48 Y形管
49 微粒过滤器
50 控制单元
51 处理器
52 程序
53 传感器(火焰探测器)
54 温度传感器
55 电流传感器
56 外壳
57 外壁
58 流动导向元件
59 旁路壁
60 58和59之间的角度
61 燃烧空气间隙
62 流动导向元件的末端
64 过滤器壳体
65 过滤器组件
66 输入模块
67 输入模块的壁 67' 输入模块的前壁
68 排气管
69 废气流
70 柴油微粒过滤器
71 弯曲部
权利要求
1、一种用于产生高温气体的设备，其包括-燃烧燃料(17)的第一燃烧室(2)，其中，所述的第一燃烧室包括开口端(5)和封闭端(36)，，而且所述的第一燃烧室具有设置在其封闭端的燃料入口(13)；-包围第一燃烧室的第二燃烧室(35)，其中，所述的第二燃烧室包括高温气体排放出口(37)，而且，所述的第二燃烧室具有封闭端，在该封闭端设置有燃烧空气入口(39)。
2、 如权利要求l所述的设备，其中，所述的第一燃烧室设置为适于 在贫氧条件下燃烧燃料。
3、 如权利要求1或2所述的设备，其中，所述的第一燃烧室设置为 适于在贫氧条件下汽化燃料。
4、 如权利要求l、 2或3所述的设备，其中，所述的第一和第二燃 烧室由第一管道区段(4)和第二管道区段(3)形成，其中，第一管道 区段(4)设置在第二管道区段(3)中。
5、 如前述权利要求之一所述的设备，其包括在所述第二燃烧室(35) 中沿着所述排放出口 ( 37 )的方向产生第一空气流(40 )的装置(6、 28 )。
6、 如权利要求5所述的设备，其中，所述产生第一空气流的装置设 置为适于给所述第一空气流提供涡流。
7、 如权利要求5或6所述的设备，其中，所述产生第一空气流的装置设置为适于使所述第一空气流沿着所述第二燃烧室的外壁(1 )的内侧 流动。
8、 如前述权利要求之一所述的设备，其包括空气供给入口 (6),该 空气供给入口是导入到所述第二燃烧室的偏心位置。
9、 如权利要求8所述的设备，其中，所述的空气供给入口是在所述 第一燃烧室(2)的开口端(5)和所述第二燃烧室的封闭端(38)之间， 导入所述第二燃烧室的。
10、 如前述权利要求之一所述的设备，其包括给所述第一燃烧室提 供燃料的燃料供给管路(41 ),其中，所述的燃料供给流经所述第二燃烧 室。
11、 如权利要求IO所述的设备，其包括用于分流第二空气流(42) 的旁路(8 )以及用于将至少一部分所述第二空气流与所述燃料相混合的 混合区域(21 )。
12、 如权利要求11所述的设备，其中，所述的燃料供给管路(41 ) 设置为适于使所述第二空气流(42)的一部分流经由所述燃料供给管路 和所述混合区域所形成的间隙(23)、并进入所述第一燃烧室中。
13、 如权利要求10、 11或12所述的设备，其中，所述的燃料供给 管路导入所述第一燃烧室接近所述第一燃烧室的封闭端(36)的位置。
14、 如权利要求10-13之一所述的设备，其包括火花塞(IO)。
15、 如权利要求14所述的设备，其中，所述的火花塞设置在所述燃料供给管路中。
16、 如权利要求10-15之一所述的设备，其中，所述的第一燃烧室 通过所述燃料供给管路固定在所述第二燃烧室中。
17、 如权利要求10-16之一所述的设备，其包括给所述燃料提供第 三空气流(18)的装置(16),从而将所述燃料和/或燃料残留物从所述 燃料供给管路中去除。
18、 如权利要求5-17之一所述的设备，其中，所述产生第一空气流 的装置如此设置，其适于使所述第一空气流的一部分撞击在燃料供给管 路的区段(43)上，其中，所述燃料供给管路的区段经过所述第二燃烧室。
19、 如前述权利要求之一所述的设备，其包括所述第一燃烧室中的 金属丝网(24)。
20、 如前述权利要求之一所述的设备，其中，所述第一燃烧室的外 壁的最高运行温度为400°C,优选在20(TC到30(TC之间。
21、 如前述权利要求之一所述的设备，其中，所述产生第一空气流 的装置如此设置，其适于使所述排放出口所形成的高温气体包括氧。
22、 如前述权利要求之一所述的设备，其包括至少部分围绕所述第 二燃烧室的外壳(56)，用于将所述燃烧空气导入其入口。
23、 如前述权利要求之一所述的设备，其中，所述第二燃烧室的高 温气体排放出口 (37)设置为与所述第一燃烧室的封闭端相对。
24、 如前述权利要求之一所述的设备，其包括用于使流经所述第二 燃烧室的气体(40、 45、 27)改变方向的弯曲部(71)。
25、 如权利要求24所述的设备，其中，所述的弯曲部设置为适于使 所述气体按照大约180度的转向角度改变方向。
26、 如权利要求11-25之一所述的设备，其中，所述的旁路(8)经 过所述设备的内部。
27、 如前述权利要求之一所述的设备，其包括流动导向元件(58)， 用于引导所述第一燃烧室所形成的燃烧气体(45)。
28、 如权利要求27所述的设备，其中，所述的流动导向元件(58) 设置在燃烧空气的管道(6)和所述开口端(5)之间。
29、 如权利要求27或28所述的设备，其中，所述的流动导向元件 是成角度的。
30、 如权利要求29所述的设备，其中，所述的流动导向元件具有 50至70度之间的角度(60 ),优选在57至63度之间。
31、 如权利要求29或30所述的设备，其中，所述角度是可调整的。
32、 一种柴油微粒过滤器系统，其包括a) 微粒过滤器(49);b) 如前述任一权利要求的产生高温气体的设备(33)。
33、 如权利要求32所述的柴油微粒过滤器系统，其包括用于检测高 温气体(27)之温度的温度传感器(54)以及以该温度作为控制参数控 制燃料供给的装置(30、 50、 51、 52)。
34、 如权利要求32或33所述的柴油微粒过滤器系统，其中，所述 的微粒过滤器和所述的设备形成为一个结构单元。
35、 一种产生高温气体(27)的方法，其具有下述步骤 -在第一燃烧室(2)中贫氧条件下燃烧燃料(17);-从所述第一燃烧室(2)释放的燃烧气体(45)按照第一方向进入 第二燃烧室(35),-在所述第二燃烧室中沿着该第二燃烧室的高温气体排放出口 (37) 的方向生成空气流(40),其中，所述的第二方向与所述的第一方向相反。
36、 如权利要求35所述的方法，其中，所述的空气流具有涡流并沿 着所述第二燃烧室的壁(1 )运动。
37、 如权利要求35或36所述的方法，其中，燃料U7)由燃料供 给管路经过所述第二燃烧室进入所述第一燃烧室中，并且所述空气流的 至少 一部分撞击在所述燃料供给管路上。
38、 如权利要求35、 36或37所述的方法，其中，在启动阶段，采 用火花塞(10)点燃燃料(17)，在启动阶段完成时，关闭该火花塞。
39、 如权利要求38所述的方法，其中，在关闭阶段该火花塞被打开，而燃料被持续运送给所述第 一燃烧室。
40、 一种用于控制如权利要求1-31之一所述设备(33 )或者如权利 要求32、 33或34所述柴油微粒过滤器系统(46)的电子装置。
41、 如权利要求40所述的电子装置，其中，电子装置适于在启动阶 段完成之后关闭火花塞。
42、 如权利要求40或41所述的电子装置，其中，所述的电子装置 设置为在关闭阶段完成之后打开所述火花塞。
43、 如权利要求40、 41或42所述的电子装置，其中，所述的电子 装置设置为适于调节燃料的供给。
44、 一种计算机程序产品，其具有执行下述步骤的可执行指令(52): -控制如权利要求1-31之一所述设备(33 )的火花塞(10 )或者如权利要求32、 33或34所述柴油微粒过滤器系统(46 )，以在启动阶段点-在启动阶段之后关闭该火花塞。
45、 如权利要求44所述的计算机程序产品，其包括用于在关闭阶段 打开所述火花塞的可执行指令。
全文摘要
本发明涉及用于产生高温气体的设备，其包括燃烧燃料(17)的第一燃烧室(2)，其中，第一燃烧室包括开口端(5)和封闭端(36)，而且第一燃烧室具有设置在其封闭端的燃料入口(13)；包围第一燃烧室的第二燃烧室(35)，其中，第二燃烧室包括高温气体排放出口(37)，而且第二燃烧室具有封闭端，在其封闭端设置有燃烧空气入口(39)。
文档编号F01N3/025GK101622427SQ200780011783
公开日2010年1月6日 申请日期2007年4月3日 优先权日2006年4月3日
发明者托马斯·温特, 沃尔德马·卡斯顿 申请人:Twk工程技术开发公司;托马斯·温特;沃尔德马·卡斯顿