DE4405045A1 - Verfahren und Vorrichtung zur brennerthermischen Motorabgas-Nachbehandlung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur brenner­ thermischen Motorabgas-Nachbehandlung mittels eines Abgas­ reinigungssystems, wie eines Partikelfilters mit Fahr­ betrieb (Vollstrom) -Regenerator, eines Partikelfilters mit Standregenerator, eines Katalysators mit Vorheizvorrichtung od. dgl., wobei einem Brenner Verbrennungsluft und Brenn­ stoff zugeführt werden und das vom Brenner erzeugte Heißgas (Brennerabgas) den Partikelfilter bzw. den Katalysator durchströmt und dabei ggf. mit dem aus dem Fahrzeugmotor austretenden Motorabgas vermischt wird.

Bei den nach dem vorstehenden Verfahren arbeitenden brennerthermischen Motorabgas-Nachbehandlungssystemen ver­ läßt das vom Brenner aufgeheizte Brennerabgas-Motorabgas- Gemisch bzw. Brennerabgas den Partikelfilter, den Katalysa­ tor od. dgl. mit relativ hoher Temperatur. Dadurch können Probleme bei der Gestaltung des Abgasaustritts entstehen. Beispielsweise bei Bussen mit derartigen Partikelfilter­ systemen müssen diese aus Platzgründen zuweilen derart räumlich angeordnet werden, daß sich diese hohen Abgasaus­ trittstemperaturen in kritischen Fahrzeugbereichen befin­ den, in denen sich Personen aufhalten und/oder brennbare Flüssigkeiten, Gase oder Gegenstände vorhanden sind.

Andererseits muß aber das vom Motor kommende Motorabgas durch den Brenner auf eine ausreichend hohe Temperatur ge­ bracht werden, damit bei der Regeneration eines Partikel­ filters, die in diesem abgeschiedenen Partikel überhaupt entzündet werden bzw. damit ein Katalysator eine ausrei­ chend hohe Arbeitstemperatur hat und damit die gewünschten Reaktionsvorgänge in ihm optimal ablaufen können. Hierfür muß dem System über den Brenner entsprechend viel Fremd­ energie zugeführt werden, welche die Betriebskosten des Fahrzeugs entsprechend erhöht.

Schließlich reicht insbesondere beim Einsatz der bekannten Partikelfiltersysteme in lärmarmen Fahrzeugen die schall­ dämpfende Wirkung des Filters nicht aus. Es ist daher ein zusätzlicher Nachschalldämpfer erforderlich, was einen ent­ sprechenden zusätzlichen Aufwand bedeutet.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfaches und wirksames Verfahren sowie Vorrichtungen zur brennerthermischen Motorabgas-Nachbehandlung zu schaffen, welche die Nachteile der bekannten Systeme vermeiden und dabei möglichst vielseitig anwendbar sind.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs erwähn­ ten Gattung erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das aus dem Partikelfilter bzw. Katalysator austretende aufgeheizte Brennerabgas-Motorabgas-Gemisch bzw. Brennerabgas, zumin­ dest teilweise, in Wärmeaustausch mit dem zum Partikelfil­ ter bzw. Katalysator zuzuführenden kühleren Motorabgas bzw. mit der zum Brenner zuzuführenden kühleren Verbrennungsluft gebracht wird.

Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe mit besonders ein­ fachen Mitteln. Dadurch, daß das vom Brenner aufgeheizte Motorabgas bzw. das Brennerabgas Wärme an das aus dem Ver­ brennungsmotor kommende Motorabgas bzw. an die in den Bren­ ner geförderte Frischluft abgibt, wird die Abgastemperatur am Abgasaustritt des Fahrzeugs merklich verringert, wodurch die bisher aufgetretenen thermischen Probleme beseitigt werden. Ferner wird der Fremdenergiebedarf des Brenners be­ trächtlich reduziert. Schließlich ermöglicht es die Erfin­ dung, daß bei entsprechender Ausbildung der Vorrichtung zum Wärmeaustausch nach der Erfindung eine Schallreduzierung erreicht wird.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, mit einem während des Partikelabbrennvorgangs vom Motorabgas durchströmten Partikelfilter, welchem ein Brenner vorgeschaltet ist (Vollstromregenerator-Vorrich­ tung), ist dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Gas-Gas- Wärmeaustauscher aufweist, der einerseits von dem aus dem Partikelfilter austretenden Brennerabgas-Motorabgas-Gemisch und zwecks Wärmeaustausch mit diesem andererseits von dem vom Fahrzeugmotor kommenden Motorabgas durchströmbar ist.

Mit Vorteil ist eine derartige Vorrichtung mit einem vom Brennerabgas-Motorabgas-Gemisch durchströmbaren, insbeson­ dere Filterkerzen aufweisenden Partikelfilter, wobei die Filterkerzen jeweils aus einem mit Abgas-Durchtrittsöffnun­ gen versehenen, mit Filtermaterial belegten Tragrohr gebil­ det sind, ferner dadurch gekennzeichnet, daß, insbesondere konzentrisch, innerhalb der Filterkerzen mit Abstand von deren innerer Wandung jeweils ein von dem vom Fahrzeugmotor kommenden Motorabgas, vorzugsweise im Gegenstrom zum Bren­ nerabgas-Motorabgas-Gemisch, durchströmbaren Wärmeaustau­ scher-Rohr angeordnet ist.

Vorteilhafterweise ist diese Vorrichtung, bei welcher die Filterkerzen in einem mit einerseits einer Mischkammer für das Brennerabgas und das vom Fahrzeugmotor kommende Motorabgas und andererseits einer Austrittskammer ver­ sehenen Gehäuse zwischen wenigstens zwei Halteplatten ange­ ordnet sind, weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß sich die an ihren beiden Enden jeweils offenen Wärmeaustauscher- Rohre zwischen der der Mischkammer zugeordneten Halteplatte und einer der anderen Halteplatte gegenüberliegenden Wan­ dung der Austrittskammer erstrecken und mit der Mischkammer in offener Verbindung stehen.

Mit Vorteil schließt sich an die der anderen Halteplatte gegenüberliegende, äußere Wandung der Austrittskammer eine Eintrittskammer an, die mit den Wärmeaustauscher-Rohren je­ weils in offener Verbindung steht und eine äußere Ein­ trittsöffnung für das Motorabgas aufweist, wobei die äußere Wandung der Austrittskammer eine Austrittsöffnung für das gereinigte Brennerabgas-Motorabgas-Gemisch aufweist.

Dabei kann vorteilhafterweise die Austrittsöffnung in ein ins Freie führende Endrohr einmünden, welches vorzugsweise die Eintrittskammer axial durchsetzt.

Aus der DE-A-40 04 861 ist es bei einem Partikelfilter mit in einem Gehäuse angeordneten Filterkerzen zwar grundsätz­ lich bekannt, im Gehäuse parallel zu den Filterkerzen wei­ tere vom Abgas durchströmte Rohre anzuordnen. Bei diesen Rohren handelt es sich jedoch lediglich um Überströmrohre, die von dem gleichen Abgas wie die Filterkerzen durchströmt werden und über mindestens einen Teil ihrer Länge Abgas­ durchtrittsöffnungen aufweisen, wodurch eine gleichmäßige Beaufschlagung der Filterkerzen in der Filterungsphase und Freibrennphase erreicht werden soll. Diese bekannte Vor­ richtung unterscheidet sich somit in Aufbau und Wirkungs­ weise wesentlich von der vorliegenden Erfindung.

Eine weitere Vorrichtung zur Durchführung des erfindungs­ gemäßen Verfahrens, mit einem während des Partikelabbrenn­ vorgangs (Standbetrieb) nicht vom Motorabgas durchströmten Partikelfilter, welchem ein Brenner zugeordnet ist (Standregenerations-Vorrichtung), ist dadurch gekennzeich­ net, daß sie einen Gas-Gas-Wärmeaustauscher aufweist, der während des Standbetriebs einerseits von dem aus dem Parti­ kelfilter austretenden Brennerabgas und zwecks Wärmeaus­ tauschs mit diesem andererseits von der dem Brenner zuzu­ führenden Verbrennungsluft und während des Fahrbetriebs vom Motorabgas durchströmbar ist. Dabei befindet sich zweckmäßigerweise der Wärmeaustauscher in der Verbrennungsluft-Leitung zwischen Verbrennungsluftgebläse und dem Brenner.

Eine nochmals weitere Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, mit einem vom Brennerabgas durchströmten Katalysator, welchem ein Brenner vorgeschal­ tet ist, ist dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Gas-Gas- Wärmeaustauscher aufweist, der einerseits von dem aus dem Katalysator austretenden Brennerabgas-Motorabgas-Gemisch und zwecks Wärmeaustauschs mit diesem andererseits von dem vom Fahrzeugmotor kommenden Motorabgas durchströmbar ist. Dabei befindet sich zweckmäßigerweise der Wärmeaustauscher in der Motorabgasleitung zwischen Fahrzeugmotor und Kataly­ sator.

Dadurch, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß einer Weiterbildung der Erfindung zusätzlich zu ihrer Grundfunk­ tion der Abgas-Nachbehandlung noch zum Fahrzeugraum-Behei­ zen, insbesondere als eigenständiges Luftheizgerät, ver­ wendbar ist, ist sie besonders vielseitig und rationell an­ wendbar.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen. Es zeigen:

Fig. 1 ein Fließschema zur Veranschaulichung einer ersten Ausführung des erfindungsgemäßen Ver­ fahrens sowie der zugehörigen Vorrichtung,

Fig. 2 ein Fließschema analog Fig. 1 zur Veranschau­ lichung einer zweiten Ausführung des erfin­ dungsgemäßen Verfahrens sowie der zugehörigen Vorrichtung,

Fig. 3 in einem axialen Längsschnitt einen erfin­ dungsgemäßen Partikelfilter mit Vollstrom­ regeneration und

Fig. 4 ein Fließschema analog Fig. 2 zur Veranschau­ lichung einer zusätzlichen Funktionsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung als Luftheiz­ gerät.

Bei der Schemadarstellung gemäß Fig. 1 zur Veranschau­ lichung einer ersten Ausführung des erfindungsgemäßen Ver­ fahrens ist ein Abgasreinigungssystem ARS vorgesehen, das durch einen Partikelfilter mit Vollstromregeneration PF-V, einen Katalysator mit Vorheizvorrichtung KAT od. dgl. gebil­ det ist. Dem Abgasreinigungssystem ARS ist ein Brenner B zugeordnet, welchem Verbrennungsluft VL und Brennstoff BR auf übliche Weise zugeführt werden zwecks Verbrennung zu einem Heißgas (Brennerabgas) BAG. Das heiße Brennerabgas BAG wird dem Abgasreinigungssystem ARS zugeführt, wo es zunächst mit dem vom Fahrzeugmotor M kommenden Motorabgas MAG vermischt wird. Anschließend durchströmt das so erhal­ tene Brennerabgas-Motorabgas-Gemisch BAG+MAG das Abgas­ reinigungssystem ARS zwecks Abbrennens der im Partikelfil­ ter PF-V abgeschiedenen Partikel bzw. zwecks Behandlung im somit vorgeheizten Katalysator.

Erfindungsgemäß wird das aus dem Abgasreinigungssystem ARS austretende aufgeheizte Brennerabgas-Motorabgas-Gemisch BAG+MAG in einem Wärmeaustauscher WA in Wärmeaustausch mit dem zum Abgasreinigungssystem ARS zuzuführenden vom Fahr­ zeugmotor M kommenden Motorabgas MAG gebracht. Hierdurch wird die Temperatur des aus dem Fahrzeug ins Freie austre­ tenden Abgases BAG+MAG (durch den obersten nach oben wei­ senden Pfeil in Fig. 1 angedeutet) verringert, und gleich­ zeitig ergibt sich eine entsprechende Reduktion der dem Abgasreinigungssystem ARS über den Brenner zuzuführenden Fremdenergie.

Das in Fig. 2 gezeigte Fließschema dient zur Veranschau­ lichung einer weiteren Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei welcher das durch das Abgasreinigungssystem ARS hindurchströmende Brennerabgas BAG nicht mit dem vom Fahrzeugmotor kommenden Motorabgas MAG vermischt wird. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn es sich bei dem Abgas­ reinigungssystem ARS um einen Partikelfilter mit Standrege­ neration PF-S handelt. (Eine Nichtvermischung von Bren­ nerabgas und Motorabgas könnte beispielsweise auch dann vorliegen, wenn es sich bei dem Abgasreinigungssystem um einen Katalysator handeln würde, der vor dem Starten des Fahrzeugmotors durch einen Brenner vorgeheizt wird. In der Praxis ist dies jedoch in der Regel nicht der Fall, so daß also bei der Ausbildung des Abgasreinigungssystems als Katalysator in der Regel die Ausführung des erfindungsgemä­ ßen Verfahrens wie in Fig. 1 veranschaulicht verwendet wird).

Zurückkommend auf Fig. 2 ist zunächst zu erwähnen, daß wäh­ rend des Fahrbetriebs des Fahrzeugs das vom Fahrzeugmotor M kommende Motorabgas MAG (wie durch den gestrichelt gezeich­ neten Pfeil angedeutet) in den Partikelfilter PF-S ein­ strömt, in diesem gereinigt wird und anschließend nach Durchströmen des Wärmeaustauschers WA ins Freie entweicht. (Der Ordnung halber wird darauf hingewiesen, daß im Weg des Motorabgases vom Fahrzeugmotor bis in Freie selbstverständ­ lich auch noch andere Elemente, wie Schalldämpfer etc. vor­ handen sind oder sein können. Solche weiteren Elemente sind jedoch bei der Veranschaulichung der vorliegenden Erfindung in den Fig. 1, 2 und 4 der besseren Übersichtlichkeit hal­ ber fortgelassen).

Bei stehendem Fahrzeug, d. h. nach Abschalten des Fahrzeug­ motors M beginnt dann die Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung wie in Fig. 2 mit durchgezogenen Pfeilen ver­ anschaulicht. Dabei werden auch hier dem Brenner B Verbren­ nungsluft VL und Brennstoff BR zugeführt zwecks Verbrennung und Erzeugung von Heißgas (Brennerabgas) BAG.

Das Brennerabgas BAG wird dem Partikelfilter mit Standrege­ neration PF-S zugeführt und brennt beim Durchgang durch diesen die in ihm abgeschiedenen Partikel ab. Erfindungs­ gemäß durchsetzt das Brennerabgas BAG anschließend einen Wärmeaustauscher WA, welcher zwecks Wärmeaustauschs mit diesem andererseits von der vom Verbrennungsluftgebläse (Frischluftgebläse) VLG kommenden Verbrennungsluft VL durchsetzt wird.

Die im Wärmeaustauscher WA somit erwärmte Verbrennungsluft VL wird wie bereits oben erwähnt dem Brenner B zugeführt. Das durch den Wärmeaustauscher WA abgekühlte Brennerabgas BAG verläßt diesen (wie durch den obersten nach oben ge­ richteten Pfeil in der Zeichnung angedeutet) in vorteilhaf­ ter Weise abgekühlt ins Freie. Gleichzeitig ergibt sich durch die vorgenommene Erwärmung der Verbrennungsluft VL im Wärmeaustauscher WA entsprechend auch bei dieser Verfah­ rensausführung eine Verringerung der dem Brenner B zuzufüh­ renden Fremdenergie.

Andererseits wird dadurch, daß das Motorabgas MAG während des Fahrbetriebs den Wärmeaustauscher WA durchströmt, an diesen ständig vom Motorabgas MAG Wärme abgegeben. Diese an den Wärmeaustauscher WA abgegebene Wärme kann durch Spei­ cherung im Wärmeaustauscher WA zur Erwärmung der Verbren­ nungsluft VL für den nachfolgenden Regenerationsvorgang mit beitragen. Oder aber die so während des Fahrbetriebs er­ wärmte Luft kann als Heizluft HL bzw. HL′ zu anderen Zwecken dienen, beispielsweise zum einen zur direkten Beheizung (d. h. ohne Zwischenschaltung einer weiteren Zusatzheizung) eines Fahrerhauses, Fahrgastraumes, eines Laderaumes (jeweils zeichnerisch nicht dargestellt) od. dgl. (wozu das in der Zeichnung gezeigte Gebläse die Funktion eines Heizluftgebläses HLG hat) oder zum anderen zur Zufuhr zu einem im Fahrzeug befindlichen Luftheizgerät (zeichnerisch nicht dargestellt) als von diesem weiter auf­ zuheizendes Medium. Im letzteren Falle kann die Heizluft HL entweder mittels des Heizluftgebläses HLG gefördert werden (so daß das Luftheizgerät grundsätzlich kein eigenes Heiz­ luftgebläse benötigt) oder die Heizluft HL′ kann von einem tatsächlich im Luftheizgerät vorhandenen Heizluftgebläse angesaugt werden (so daß das in der Zeichnung enthaltene Heizluftgebläse HLG nicht eingeschaltet zu werden braucht).

Fig. 3 zeigt im Längsschnitt einen (während des Partikel­ abbrennvorgangs auch vom Motorabgas durchströmten) Parti­ kelfilter mit Vollstromregenerator-Vorrichtung PF-V, wel­ chem ein Brenner B vorgeschaltet ist und der nach dem in Fig. 1 veranschaulichten erfindungsgemäßen Verfahren arbei­ tet.

Die in Fig. 3 gezeigte Vorrichtung weist erfindungsgemäß einen Gas-Gas-Wärmeaustauscher WA auf, der einerseits von dem aus dem (nachfolgend noch näher beschriebenen) eigent­ lichen Partikelfilterelement austretenden Brennerabgas- Motorabgas-Gemisch BAG+MAG und zwecks Wärmeaustauschs mit diesem andererseits von dem vom (in der Zeichnung nicht ge­ zeigten) Fahrzeugzeugmotor kommenden Motorabgas MAG durch­ strömt wird. Auch dies wird später nochmals genauer erläu­ tert.

Der Partikelfilter PF-V weist in einem Gehäuse 1 an sich bekannte sog. Filterkerzen 2 auf, welche jeweils aus einem mit Abgas-Durchtrittsöffnungen 3 versehenen, mit Filter­ material 4 (beispielsweise Keramikgarnwickel) belegten Tragrohr 5 gebildet sind. Erfindungsgemäß ist jeweils, ins­ besondere konzentrisch, innerhalb der Filterkerzen 2 mit Abstand von deren innerer Wandung ein Wärmeaustauscher-Rohr 6 angeordnet, welches von dem vom Fahrzeugmotor kommenden Motorabgas MAG im Gegenstrom zum Brennerabgas-Motorabgas- Gemisch BAG+MAG nach dessen Durchtritt durch die Filterker­ zen 2 durchströmt wird.

Die Filterkerzen 2 sind in dem mit einerseits einer Misch­ kammer 7 für das Brennerabgas BAG und das vom Fahrzeugmotor kommende Motorabgas MAG und andererseits einer Austritts­ kammer 8 versehenen Gehäuse 1 zwischen zwei Halteplatten 9, 10 angeordnet. Die Halteplatte 9 enthält Durchtrittsöffnun­ gen 11 für den Zutritt des Brennerabgas-Motorabgas-Gemischs BAG+MAG zu den Filterkerzen 2.

Das heiße Brennerabgas -Motorabgas -Gemisch BAG+MAG brennt beim Durchtritt durch das Filtermaterial 4 die zuvor bei abgeschaltetem Brenner in diesem abgelagerten Partikel auf an sich bekannte Weise ab. Das so gereinigte Brennerabgas- Motorabgas-Gemisch BAG+MAG (dessen vollzogene Reinigung durch die ungeschwärzte Ausbildung der betreffenden Pfeile in der Zeichnung angedeutet ist) wird anschließend beim Entlangströmen an den Wärmeaustauscher-Rohren 6 von dem in diesen im Gegenstrom strömenden Motorabgas MAG abgekühlt und verläßt schließlich das Gehäuse 1 durch die Austritts­ kammer 8 und ein ins Freie führendes Endrohr 12.

Die an ihren beiden Enden jeweils offenen Wärmeaustauscher- Rohre 6 erstrecken sich zwischen der der Mischkammer 7 zu­ geordneten Halteplatte 9 und einer der anderen, geschlosse­ nen Halteplatte 10 gegenüberliegenden Wandung 13 der Aus­ trittskammer 8 und stehen jeweils mit ihrem einen Ende mit der Mischkammer 7 in offener Verbindung. An die der anderen Halteplatte 10 gegenüberliegende, äußere Wandung 13 der Austrittskammer 8 schließt sich eine Eintrittskammer 14 an, die mit den anderen Enden der Wärmeaustauscher-Rohre 6 je­ weils in offener Verbindung steht.

Die Eintrittskammer 14 weist eine äußere Eintrittsöffnung 15 für das Motorabgas MAG auf. Die äußere Wandung 13 der Austrittskammer 8 enthält eine Austrittsöffnung 16 für das gereinigte Brennerabgas-Motorabgas-Gemisch BAG+MAG. Die Austrittsöffnung 16 mündet in das Endrohr 12 ein, welches die Eintrittskammer 14 axial durchsetzt. Der Vollständig­ keit halber sei noch erwähnt, daß sich auch an die Ein­ trittsöffnung 15 der Eintrittskammer 14 entsprechend axial ein Eintrittsrohr 17 anschließt.

Das vom Fahrzeugmotor kommende Motorabgas MAG strömt (durch die geschwärzten Pfeile angedeutet) durch das Eintrittsrohr 17 und die Eintrittsöffnung 15 in die Eintrittskammer 14 ein, verteilt sich dort auf sämtliche Wärmeaustauscher- Rohre 6 und durchströmt diese, um anschließend in der Mischkammer 7 mit dem Brennerabgas BAG vermischt zu werden, wonach das resultierende Brennerabgas -Motorabgas -Gemisch BAG+MAG wie bereits erwähnt durch die Durchtrittsöffnungen 11 in der Halteplatte 9 den Filterkerzen 2 zuströmt.

Aufgrund der im Wärmeaustauscher WA vom heißen Brenner­ abgas-Motorabgas-Gemisch an das kühlere Motorabgas abge­ gebenen Wärme ergeben sich bei der erfindungsgemäßen Vor­ richtung nach Fig. 3 eine niedrigere Temperatur des Ab­ gases als bisher bei dessen Austritt durch das Endrohr 12 ins Freie und gleichzeitig aufgrund der im Wärmeaustauscher WA bewirkten Erhöhung der Temperatur des vom Fahrzeugmotor kommenden Motorabgases MAG ein verringerter Fremdenergie­ bedarf für den Brenner B. Hierdurch ist die Vorrichtung nach der Erfindung besonders umweltfreundlich. Ferner wer­ den auch die bereits eingangs beschriebenen bisher aufge­ tretenen thermischen Probleme durch die erfindungsgemäße Vorrichtung beseitigt. Schließlich ergibt sich durch die erfindungsgemäße vollständige Integration des Wärmeaustau­ schers WA in den Partikelfilter PF-V auf besonders einfache Weise auch eine Schallreduktion. Wie bereits ein Blick auf die Zeichnungsfigur 3 zeigt, ist die Vorrichtung nach der Erfindung in Aufbau und Wirkungsweise äußerst kompakt, wo­ durch sich für sie ein besonders geringer Bauaufwand und Platzbedarf sowie auch geringe Wärmeverluste durch die vor­ genommene Abgasführung in einem einzigen Gehäuse 1 ergeben. Im übrigen ergibt sich bei der erfindungsgemäßen Vorrich­ tung durch die bessere Nutzung der Brennerwärme auch ein umweltfreundlicherer Abgasausstoß als bisher, insbesondere eine Verminderung der CO₂-Emission.

Schließlich zeigt Fig. 4 noch ein Fließschema analog der Fig. 2 zur Veranschaulichung einer zusätzlichen Funktions­ weise insbesondere der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Partikelfilter mit Standregeneration PF-S als eigenständi­ ges Luftheizgerät sowohl während des Standbetriebs als auch während des Fahrbetriebs. Hierzu ist im wesentlichen nur ein zusätzliches Heizluftgebläse HLG vorgesehen, während das Verbrennungsluftgebläse VLG ausschließlich zum Fördern von Verbrennungsluft zum Brenner B dient.

Während des Standbetriebs kann der Brenner B immer einge­ schaltet sein. Dabei kann die Regenerierung des Partikel­ filters PF-S grundsätzlich wie oben anhand von Fig. 2 be­ schrieben stattfinden und gleichzeitig die Vorrichtung als Luftheizgerät arbeiten, indem das Brennerabgas BAG beim Durchtritt durch den Wärmeaustauscher WA die durch diesen vom Heizluftgebläse HLG geförderte Heizluft HL erwärmt, wo­ nach die erwärmte Heizluft HL direkt in eine Fahrerkabine od. dgl. als Warmluft einströmt. Hierbei kann die Verbren­ nungsluft VL ebenfalls durch den Wärmeaustauscher WA hin­ durchgesetzt werden (wozu allerdings ein sog. geteilter Wärmeaustauscher für drei Medien erforderlich wäre) oder einfacher könnte die Verbrennungsluft VL′ dem Brenner B unmittelbar zugeführt werden (in der Zeichnung durch den gestrichelten Pfeil angedeutet).

Andererseits könnten während des Standbetriebs die Regene­ rierung des Partikelfilter PF-S wie anhand von Fig. 2 be­ schrieben und der Betrieb der Vorrichtung als Luftheizgerät zu unterschiedlichen Zeiten erfolgen. In diesem Fall wird beim Betrieb als Luftheizgerät das Brennerabgas BAG′ dem Wärmeaustauscher WA direkt zugeführt, in welchem es die Heizluft HL erwärmt.

Während des Fahrbetriebs hingegen ist der Brenner B immer ausgeschaltet. Das Motorabgas MAG tritt nach Durchströmung des Partikelfilter PF-S in den Wärmeaustauscher WA ein und erwärmt beim Durchtritt durch diesen die vom Heizluft­ gebläse HLG geförderte Heizluft HL. Diese erwärmte Heizluft HL kann zumindest zur ergänzenden Erwärmung einer Fahrer­ kabine od. dgl. dienen, nämlich insbesondere dann, wenn der Fahrzeugmotor M besonders wirkungsgradstark ist, also die Kühlwasserwärme zur Erwärmung der Fahrerkabine nicht immer ausreicht. Dabei kann die erwärmte Heizluft HL entweder durch den dortigen Wasser-Luft-Wärmeaustauscher anstelle der dazu üblicherweise verwendeten kalten Frischluft hin­ durchgeführt werden, oder die erwärmte Heizluft HL kann parallel zur üblicherweise durch den Wasser-Luft-Wärmeaus­ tauscher erwärmten Frischluft direkt in die Fahrerkabine eingeblasen werden.

Durch die vorstehend beispielhaft beschriebenen Möglichkei­ ten der zusätzlichen Verwendung der erfindungsgemäßen Vor­ richtung zu Fahrzeug-Heizzwecken oder als regelrechtes Luftheizgerät ist die Vorrichtung nach der Erfindung prak­ tisch ohne oder mit nur geringem zusätzlichem Aufwand be­ sonders vielseitig anwendbar und kann insbesondere den Ein­ bau eines üblicherweise verwendeten separaten Zusatzheiz­ geräts einsparen. Dies hat beträchtliche konstruktive Ein­ sparungen sowie eine entsprechende Bauraumeinsparung zur Folge, was gerade bei heutigen Fahrzeugen ein wichtiger Vorteil ist.

Es sei noch angemerkt, daß in den Unteransprüchen enthal­ tene selbständig schutzfähige Merkmale trotz der vorgenom­ menen formalen Rückbeziehung auf den Hauptanspruch entspre­ chenden eigenständigen Schutz haben sollen. Im übrigen fal­ len sämtliche in den gesamten Anmeldungsunterlagen enthal­ tenen erfinderischen Merkmale in den Schutzumfang der Er­ findung.

Claims (11)

1. Verfahren zur brennerthermischen Motorabgas-Nachbehand­ lung mittels eines Abgasreinigungssystems (ARS), wie eines Partikelfilters mit Fahrbetrieb (Vollstrom) -Regenerator (PF-V), eines Partikelfilters mit Stand­ regenerator (PF-S), eines Katalysators mit Vorheizvor­ richtung (KAT) od. dgl., wobei einem Brenner (B) Ver­ brennungsluft (VL) und Brennstoff (BR) zugeführt werden und das vom Brenner (BR) erzeugte Heißgas (Brennerabgas) (BAG) den Partikelfilter (PF-V, PF-S) bzw. den Katalysator (KAT) durchströmt und dabei ggf. mit dem vom Fahrzeugmotor (M) kommenden Motorabgas (MAG) vermischt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das aus dem Partikelfilter (PF-V, PF-S) bzw. Katalysa­ tor (KAT) austretende aufgeheizte Brennerabgas-Motorab­ gas-Gemisch (BAG+MAG) bzw. Brennerabgas (BAG), zumin­ dest teilweise, in Wärmeaustausch (Wärmeaustauscher WA) mit dem zum Partikelfilter (PF-V, PF-S) bzw. Katalysa­ tor (KAT) zuzuführenden kühleren Motorabgas (MAG) bzw. mit der zum Brenner (B) zuzuführenden kühleren Verbren­ nungsluft (VL) gebracht wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach An­ spruch 1, mit einem während des Partikelabbrennvorgangs vom Motorabgas (MAG) durchströmten Partikelfilter (PF- V), welchem ein Brenner (B) vorgeschaltet ist (Vollstromregenerator-Vorrichtung), dadurch gekenn­ zeichnet, daß sie einen Gas-Gas-Wärmetauscher (WA) auf­ weist, der einerseits von dem aus dem Partikelfilter (PF-V) austretenden Brennerabgas-Motorabgas-Gemisch (BAG+MAG) und zwecks Wärmeaustauschs mit diesem ande­ rerseits von dem vom Fahrzeugmotor (M) kommenden Motorabgas (MAG) durchströmbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, mit einem vom Brenner­ abgas-Motorabgas-Gemisch (BAG+MAG) durchströmbaren, insbesondere Filterkerzen (2) aufweisenden, Partikel­ filter (PF-V), wobei die Filterkerzen (2) jeweils aus einem mit Abgas-Durchtrittsöffnungen (3) versehenen, mit Filtermaterial (4) belegten Tragrohr (5) gebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß insbesondere konzen­ trisch, innerhalb der Filterkerzen (2) mit Abstand von deren innerer Wandung jeweils ein von dem vom Fahrzeug­ motor (M) kommenden Motorabgas (MAG), vorzugsweise im Gegenstrom zum Brennerabgas-Motorabgas-Gemisch (BAG+MAG), durchströmbaren Wärmeaustauscher-Rohr (6) angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Filterkerzen (2) in einem mit einerseits einer Mischkammer (7) für das Brennerabgas (BAG) und das vom Fahrzeugmotor (M) kom­ mende Motorabgas (MAG) und andererseits einer Aus­ trittskammer (8) versehenen Gehäuse (1) zwischen wenig­ stens zwei Halteplatten (9, 10) angeordnet sind, da­ durch gekennzeichnet, daß sich die an ihren beiden Enden jeweils offenen Wärmeaustauscher-Rohre (6) zwi­ schen der der Mischkammer (7) zugeordneten Halteplatte (9) und einer der anderen Halteplatte (10) gegenüber­ liegenden Wandung (13) der Austrittskammer (8) er­ strecken und mit der Mischkammer (7) in offener Verbin­ dung stehen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich an die der anderen Halteplatte (10) gegenüber­ liegende, äußere Wandung (13) der Austrittskammer (8) eine Eintrittskammer (14) anschließt, die mit den Wärmeaustauscher-Rohren (6) jeweils in offener Verbin­ dung steht und eine äußere Eintrittsöffnung (15) für das Motorabgas (MAG) aufweist, wobei die äußere Wandung (13) der Austrittskammer (8) eine Austrittsöffnung (16) für das gereinigte Brennerabgas-Motorabgas-Gemisch (BAG+MAG) aufweist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnung (16) in ein ins Freie führen­ des Endrohr (12) einmündet, welches vorzugsweise die Eintrittskammer (14) axial durchsetzt.

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach An­ spruch 1, mit einem während des Partikelabbrennvorgangs (Standbetrieb) nicht vom Motorabgas (MAG) durchströmten Partikelfilter (PF-S), welchem ein Brenner (B) zugeord­ net ist (Standregenerations-Vorrichtung), dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Gas-Gas-Wärmeaustauscher (WA) aufweist, der während des Standbetriebs einerseits von dem aus dem Partikelfilter (PF-S) austretenden Brennerabgas (BAG) und zwecks Wärmeaustauschs mit die­ sem andererseits von der dem Brenner (B) zuzuführenden Verbrennungsluft (VL) und während des Fahrbetriebs vom Motorabgas (MAG) durchströmbar ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Wärmeaustauscher (WA) in der Verbrennungs­ luft-Leitung zwischen Verbrennungsluftgebläse (VLG) und dem Brenner (B) befindet.

9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach An­ spruch 1, mit einem vom Motorabgas durchströmten Kata­ lysator, welchem ein Brenner vorgeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Gas-Gas-Wärmeaustauscher (WA) aufweist, der einerseits von dem aus dem Katalysa­ tor (KAT) austretenden Brennerabgas-Motorabgas-Gemisch (BAG+MAG) und zwecks Wärmeaustauschs mit diesem ande­ rerseits von dem vom Fahrzeugmotor (M) kommenden Motorabgas (MAG) durchströmbar ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Wärmeaustauscher (WA) in der Motorabgas­ leitung zwischen Fahrzeugmotor (M) und Katalysator (KAT) befindet.

11. Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 10 zum Fahrzeugraum-Beheizen, insbesondere als ei­ genständiges Luftheizgerät (Fig. 2 und 4).