DE3728712A1

DE3728712A1 - Brenner fuer schwer-zuendliche gemische

Info

Publication number: DE3728712A1
Application number: DE19873728712
Authority: DE
Inventors: Dieter Dr Goerlich; Rainer Kolodzie; Rainer Reiter
Original assignee: Webasto SE
Current assignee: Arvin Industries Deutschland GmbH
Priority date: 1987-08-28
Filing date: 1987-08-28
Publication date: 1989-03-09
Also published as: JPS6469710A; US4944153A

Description

Die Erfindung betrifft einen Brenner für schwer-zündliche Gemische, wie Abgase einer Brennkraftmaschine, der eine Zündeinrichtung hat.

Unter dem Begriff schwer-zündliche Gemische sind bei der Erfindung solche zu verstehen, die wenig Sauerstoff ent halten oder bei denen es sich um schwierig zu verbrennen de Brennstoffe handelt. Als wichtiges Anwendungsbeispiel ist die Filtereinrichtung im Abgastrakt einer Diesel-Brenn kraftmaschine beispielsweise zu erwähnen, bei der ein mit Abgas betriebener Brenner, ein sogenannter Abgasbrenner, zur Regeneration der Filteranlage verwendet wird.

Bei solchen Abgasfilteranlagen von Diesel-Brennkraftma schinen hat es sich gezeigt, daß der Anteil des Sauer stoffs im Abgas großen Schwankungen unterworfen ist und diese Schwankungen insbesondere vom momentanen Betriebs punkt im Motorkennlinienfeld abhängig ist. Wenn jedoch der Sauerstoffgehalt im Abgas gering ist, so bereitet das Zünden eines solchen Brenners auch bei guter Vermischung von Brennstoff und Abgas äußerst große Schwierigkeiten. Bei guter Durchmischung kann dann der Restsauerstoff ver brannt werden. Das Zünden dagegen ist praktisch nicht oder nur mit großer Zündenergie möglich.

Die Erfindung zielt darauf ab, unter Überwindung der zu vor geschilderten Schwierigkeiten einen Brenner für schwer zündliche Gemische der eingangs genannten Art bereitzu stellen, der sich zuverlässig trotz des Vorhandenseins des schwer-zündlichen Gemisches zünden läßt. Insbeson dere beim Anwendungsbeispiel einer Abgasfilteranlage soll hierbei erreicht werden, daß im Bedarfsfall die Regenerie rung der Filter unabhängig vom Sauerstoffanteil im Abgas vorgenommen werden kann.

Erfindungsgemäß zeichnet sich ein Brenner für schwer-zünd liche Gemische, wie Abgase einer Brennkraftmaschine, der eine Zündeinrichtung hat, dadurch aus, daß als Zündein richtung für den Brenner ein Zünd-Hilfsbrenner vorgesehen ist, der mit Druckluft versorgbar ist.

Mit Hilfe eines solchen Zünd-Hilfsbrenners, der entspre chend kleine Abmessungen und Leistungen im Vergleich zum eigentlichen zu zündenden Hauptbrenner hat, läßt sich mit der diesem zugeführten Druckluft mit kleinem Luftverbrauch ein äußerst zündwilliges Gemisch im Bereich des Zünd-Hilfs brenners durch den vorhandenen Sauerstoff in der Druckluft aufbereiten, und mit der vom Zünd-Hilfsbrenner geliefer ten Energie kann dann auch das schwer-zündliche Gemisch betriebszuverlässig mit Hilfe einer solchen Zündeinrich tung zünden. Auf diese Weise können Betriebsstörungen beim Zünden eines Abgasbrenners vermieden werden und die Rege nerierung einer Abgasfilteranlage kann auch dann eingelei tet und vorgenommen werden, wenn der Sauerstoffgehalt im Abgas gering ist.

Vorzugsweise ist der Zünd-Hilfsbrenner in dem Haupt brenner für das schwer-zündliche Gemisch integriert, so daß man eine kompakte Bauweise erhält und ein ge schlossenes Aggregat für das Verbrennen von schwer-zünd lichen Gemischen erhält.

In Abhängigkeit vom Anwendungsfall und den baulichen Gegebenheiten kann die Druckluft von einem fahrzeugeigenen Druckluftsystem unter Zwischenschaltung eines Speichers geliefert werden oder es kann dem Zünd-Hilfsbrenner ein gesonderter Luftkompressor zugeordnet werden, der dann natürlich derart dimensioniert wird, daß er den für das Betreiben des Zünd-Hilfsbrenners erforderlichen geringen Luftverbrauch liefern kann.

Ein zweiter unabhängiger Lösungsgedanke nach der Erfindung zeichnet sich bei einem Brenner für schwer-zündliche Ge mische, wie Abgase einer Brennkraftmaschine, der eine Zünd einrichtung und eine Brennstoffdüse hat, dadurch aus, daß eine zusätzliche Lufteinblaseinrichtung in Höhe der Brenn stoffdüse vorgesehen ist. Hierbei wird in der Nähe der Zündeinrichtung, die beispielsweise von Zündelektroden gebildet werden, im Bereich der Brennstoffdüse ein äußerst zündwilliges Gemisch aufbereitet, obgleich die Luftmenge im Verhältnis zu der Brennstoffmenge klein ist. Auf diese Weise wird erreicht, daß auch bei geringem Sauerstoffge halt des Brenngases durch die gezielt über die zusätzliche Lufteinblaseinrichtung in Höhe der Brennstoffdüse einge leitete Luft örtlich ein sehr zündwilliges Gemisch bereit gestellt wird, so daß die Zündeinrichtung des Brenners ein solches örtlich aufbereitetes Gemisch zuverlässig ohne erhöhten Energieverbrauch zünden kann.

Bei dieser alternativen Ausführungsform kann die Lufteinblas einrichtung dem Bereich der Brennstoffdüse die Luft tangen tial, radial, axial oder in Form eines ringförmigen Strah les zuleiten, was gegebenenfalls von der Bauform des Bren ners und/oder der Brennstoffdüse abhängig ist.

Hierbei kann, wie bei der ersten alternativen Ausführungs form, die zusätzliche Lufteinblaseinrichtung Druckluft ein leiten, die von einem fahrzeugeigenen Druckluftsystem bei spielsweise geliefert wird, oder es kann ein gesonderter Luft kompressor vorgesehen sein, der die zusätzliche Luftblas einrichtung mit Luft versorgt, wobei gegebenenfalls ein Speicher, wie zuvor erwähnt, zwischengeschaltet ist.

Die Erfindung wird nachstehend an Beispielen unter Be zugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt:

Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Brenners mit einem Zünd-Hilfsbrenner,

Fig. 2 ein Blockdiagramm zur Verdeutlichung der Steuerung des Brenners nach Fig. 1,

Fig. 3 eine schematische Ansicht eines Brenners mit einer zusätzlichen Lufteinblaseinrich tung, und

Fig. 4 eine Ausführungsvariante eines Brenners mit einer zusätzlichen Lufteinblaseinrichtung.

In Fig. 1 ist insgesamt mit 1 ein Brenner nach der Erfin dung gezeigt, der für schwer-zündliche Gemische bestimmt ist, bei dem es sich insbesondere um Abgase einer Brenn kraftmaschine handelt, mit denen der Brenner betrieben werden soll und deren Sauerstoffgehalt sich in Abhängig keit vom Betriebspunkt der Brennkraftmaschine ändert. Dieser Brenner 1 besitzt in üblicher Weise eine nicht dargestellte Zündeinrichtung, bei der es sich beispiels weise um Zündelektroden handeln kann, die Zündfunken mit bestimmter Energie liefern können. Ferner hat der Bren ner 1 eine Brennstoffzufuhreinrichtung 4, die dort sche matisch in Form einer Düse angedeutet ist. In schemati scher Form ist ferner in Fig. 1 ein Zünd-Hilfsbrenner 2 angedeutet, der bei der dargestellten Ausbildungsform im Brenner 1 integriert ist. Dieser Zünd-Hilfsbrenner 2 kann - obgleich nicht dargestellt - auch als gesonderter Brenner ausgebildet sein und stellt dann für den Brenner 1 zur Zündung eine Zündenergie bereit. Natürlich ist auch eine Ausbildungsform möglich, bei der der Zünd- Hilfsbrenner 2 konzentrisch im Brenner 1 angeordnet ist. Dieser Zünd-Hilfsbrenner 2 hat eine Zündeinrich tung 5, eine Brennstoffzufuhreinrichtung 6 und eine Druckluftzufuhreinrichtung 3, die dem Zünd-Hilfsbrenner 2 Druckluft zuführt. Diese Druckluftzufuhreinrichtung 3 kann mit dem fahrzeugeigenen Druckluftsystem gegebenen falls unter Zwischenschaltung eines Speichers verbunden sein, so daß die zum Betreiben des Zünd-Hilfsbrenners 2 benötigte Druckluft direkt vom fahrzeugeigenen Druck luftsystem abgezweigt wird.

Alternativ kann die Druckluftzufuhreinrichtung 3 auch mit einem gesonderten Luftkompressor gegebenenfalls unter Zwischenschaltung eines Speichers verbunden sein, der unabhängig vom fahrzeugeigenen Druckluftsystem Druck luft für den Betrieb des Zünd-Hilfsbrenners 2 erzeugt. Da der Zünd-Hilfsbrenner 2 so dimensioniert ist, daß er einen kleinen Luftverbrauch hat, genügt dann für einen solchen gesonderten Luftkompressor ein entsprechender Luftkompressor mit kleiner Leistung und kleinen Abmessun gen. Dieser Luftkompressor läßt sich gegebenenfalls auch direkt in den Brenner 1 einbinden, so daß der erfindungs gemäße Brenner insgesamt gesehen ein einheitliches Aggre gat darstellt, das als solches gehandhabt und an der ge wünschten Stelle montiert werden kann.

Aus dem Blockdiagramm nach Fig. 2 läßt sich eine Steue rungsanordnung für einen solchen Brenner 1 mit einem Zünd-Hilfsbrenner 2 entnehmen. Hierzu ist eine Steuer einrichtung 7 vorgesehen, die den Betriebsablauf des Zünd-Hilfsbrenners 2 und jenen des Brenners 1 steuert. Mittels einer Brennstoffpumpe 8 wird Brennstoff sowohl der Brennstoffzufuhreinrichtung 4 des Brenners 1 als auch der Brennstoffzufuhreinrichtung 6 des Zünd- Hilfs brenners 2 über parallele Zweigleitungen zugeführt. In den parallelen Zweigleitungen sind jeweils Magnet ventile 9, 9 a angeordnet. Diese Magnetventile 9, 9 a werden von der Steuereinrichtung 7 angesteuert, die fer ner auch die Zündeinrichtung 5 des Zünd-Hilfsbrenners 2 ansteuert. Dem Zünd-Hilfsbrenner 2 wird Druckluft über die Druckluft-Zufuhreinrichtung 3 zugeführt. Dem Brenner 1 wird das Brenngas, wie z.B. ein schwer-zündliches Ge misch, insbesondere Abgase einer Brennkraftmaschine, zugeführt. Die Steuereinrichtung 7 öffnet beim Starten des Brenners 1 die Magnetventile 9, 9 a in entsprechender zeitlicher Abfolge, so daß von der Brennstoffpumpe 8 dem Zünd-Hilfsbrenner 2 Brennstoff zugeführt wird. Bei ent sprechender Luftzufuhr mit Hilfe der Druckluftzufuhrein richtung 3 wird dann die Zündung der Zündeinrichtung 5 durch die Steuereinrichtung 7 ausgelöst. Nunmehr wird das Gemisch aus Druckluft und Brennstoff im Zünd-Hilfsbrenner 2 gezündet und die hierbei erzeugte Energie wird dann zur Zündung des Brenners 1 genutzt.

In Fig. 3 ist eine andere und unabhängige Lösung für einen insgesamt mit 10 bezeichneten Brenner nach der Erfindung gezeigt. Dieser weist neben einer Zündeinrich tung 14 eine Brennstoffdüse 11 auf, in deren Mündungs höhe eine zusätzliche Lufteinblaseinrichtung 12 angeord net ist. Diese zusätzliche Lufteinblaseinrichtung 12 kann einen Luftstrom tangential, radial, axial oder in Form eines ringförmigen Strahles oder Kombinationen hier von auf den Mündungsbereich der Brennstoffdüse 11 richten, so daß örtlich ein Gemisch mit Luftüberschuß aufbereitet wird, das sich zuverlässig mit Hilfe der im Brenner 10 vorgesehenen Zündeinrichtung 14 zünden läßt. Wenn dieses so aufbereitete Gemisch gezündet ist und sich eine Flamme gebildet hat, so reicht die hierbei erzeugte Energie aus, um auch das dem Brenner 10 zugeführte schwer-zündliche Gemisch zu zünden, so daß sich der Brenner 10 zur Erzeu gung von heißen Verbrennungsgasen auch mit Abgasen be treiben läßt, die einen niedrigen Sauerstoffgehalt haben.

In Fig. 4 ist eine Ausführungsvariante eines insgesamt mit 10′ bezeichneten Brenners gezeigt. Hierbei sind gleiche oder ähnliche Teile wie bei der Ausbildungsform nach Fig. 3 mit denselben Bezugszeichen versehen. Als wesentlicher Unterschied zu der Ausbildungsform nach Fi gur 3 ist beim Brenner 10′ nach Fig. 4 die zusätzliche Lufteinblaseinrichtung 12′ konzentrisch um die Brennstoff düse 11 angeordnet und liefert im Mündungsbereich der Brennstoffdüse 11 einen Ringstrahl aus Luft, so daß wieder um im Mündungsbereich der Brennstoffdüse 11 ein äußerst zündwilliges Gemisch aufbereitet und mit Hilfe der Zünd einrichtung 14 gezündet werden kann.

Wie in den Fig. 3 und 4 ferner angedeutet ist, ist die zusätzliche Lufteinblaseinrichtung 12 mit einer Luftzu fuhreinrichtung 13 verbunden, die wie bei dem vorangehen den und anhand von den Fig. 1 und 2 erläuterten Bei spiel mit einem fahrzeugeigenen Druckluftsystem oder mit einem gesonderten Druckluftsystem gegebenenfalls unter Zwischenschaltung von Speichern verbunden sein kann.

Ein solcher, vorstehend erläuterter Brenner 1, 10, 10, dient insbesondere als sogenannter Abgasbrenner, der in einer Abgasanlage einer Brennkraftmaschine in einer Ab gasfiltereinrichtung eingebaut ist, um zur Regenerierung der Filteranlage und zur Einleitung derselben heiße Ver brennungsgase zuzuführen. Selbstverständlich kann ein sol cher Brenner 1, 10, 10′ auch dann verwendet werden, wenn das schwer-zündliche Gemisch einen schwierig zu verbren nenden Brennstoff enthält. Daher ist die Erfindung nicht auf das vorstehend beschriebene Anwendungsbeispiel be schränkt. Vielmehr sind noch zahlreiche weitere Anwendungs bereiche möglich.

Bei der erfindungsgemäßen Auslegung des Brenners ist es wesentlich, daß das schwer-zündliche Gemisch mit Hilfe einer gesondert erzeugten Zündflamme gezündet wird. Hier zu kann entweder ein Zünd-Hilfsbrenner 2 vorgesehen sein oder es wird örtlich in einem Bereich um die Brennstoff düse 11 ein äußerst zündwilliges Gemisch durch Einblasen von zusätzlicher Luft und auch in unmittelbarer Nähe der Zündeinrichtung 5, 14 des Brenners bereitgestellt, das nach der Zündung unter Bildung einer Flamme dann die Zünd energie zur Zündung des schwer-zündlichen Gemisches lie fert.

Zur weiteren Verbesserung des stabilen Brennbetriebes des Brenners 1, 10, 10′ kann es bei geringem Sauerstoffgehalt des Abgases zweck mäßig sein, den Zünd- und Hilfsbrenner 2 weiter zu betreiben und hierdurch die Luftzufuhr zu diesem auch nach Zünden des Hauptbrenners aufrecht zu erhalten oder die zusätzliche Luftzufuhr mit der Luft einblaseinrichtung 12 aufrecht zu erhalten. Hierdurch wird der Brenn betrieb des Brenners direkt beeinflußt. Andererseits kann die Luft zufuhr nach dem Zünden des Hauptbrenners abgeschaltet werden, so daß diese zusätzliche Luftzufuhr nur während des Startens des Brenners erfolgt.

Bezugszeichenliste:

1 Brenner nach Fig. 1 insgesamt
2 Zünd-Hilfsbrenner
3 Druckluftzufuhreinrichtung
4 Brennstoffzufuhreinrichtung für Brenner 1
5 Zündeinrichtung für Zünd-Hilfsbrenner 2
6 Brennstoffzufuhreinrichtung für Zünd-Hilfsbrenner 2
7 Steuereinrichtung
8 Brennstoffpumpe
9 Magnetventil in Brennstoffzufuhreinrichtung zu Brenner 1
9 a Magnetventil in Brennstoffzufuhrleitung zu Zünd-Hilfsbrenner 2
10 Brenner nach Fig. 3 insgesamt
10′ Brenner nach Fig. 4 insgesamt
11 Brennstoffdüse
12 zusätzliche Lufteinblaseinrichtung in Fig. 3
12′ zusätzliche Lufteinblaseinrichtung in Fig. 4
13 Luftzufuhreinrichtung
14 Zündeinrichtung

Claims

1. Brenner für schwer-zündliche Gemische, wie Abgase einer Brennkraftmaschine, mit einer Zündeinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß als Zündeinrich tung für den Brenner (1) ein Zünd-Hilfsbrenner (2) vorge sehen ist, der mit Druckluft versorgbar ist.

2. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zünd-Hilfsbrenner (2) im Brenner (1) für das schwer zündliche Gemisch integriert ist.

3. Brenner nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckluft vom fahrzeugeigenen Druck luftsystem geliefert wird.

4. Brenner nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß für die Druckluftzuführung zum Zünd- Hilfsbrenner (2) ein gesonderter Luftkompressor vorgesehen ist.

5. Brenner für schwer-zündliche Gemische, wie Abgase einer Brennkraftmaschine, mit einer Zündeinrichtung und einer Brennstoffdüse, dadurch gekennzeichnet, daß eine zusätz liche Lufteinblasrichtung (12) in Höhe der Brennstoffdüse (11) vorgesehen ist.

6. Brenner nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Lufteinblaseinrichtung (12) die Luft tangential, radial, axial oder in Form eines ringförmigen Strahls oder in Kombination hiervon dem Bereich der Brennstoffdüse (11) zuleitet.

7. Brenner nach Anspruch 5 oder Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lufteinblaseinrichtung (12) mit Druckluft versorgbar ist.

8. Brenner nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckluft vom fahrzeugeigenen Druckluftsystem ge liefert wird.

9. Brenner nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß für die Druckluftzuführung zur zusätzlichen Luftein blaseinrichtung (12) ein gesonderter Luftkompressor vorge sehen ist.

10. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 4 oder 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftzufuhr im Brennbetrieb des Brenners (1; 10; 10′) abgeschaltet ist.

11. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 4 oder 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftzufuhr auch im Brennbetrieb des Brenners (1; 10; 10′) weiter aufrecht erhalten ist.