DE102005037969A1 - Device for producing hot gas in the exhaust system of an internal combustion engine - Google Patents

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Abstract

The device has a burner chamber housing (14) with primary burner chamber (27) and coaxial vortex atomiser nozzle. A secondary burner chamber (28) forms an extension of the primary burner chamber. A fuel inlet (35) opens into the exhaust stream of the engine and this supplied fuel burns with the oxygen contained in the engine exhaust gases in the secondary burner chamber. A mixer (13) is mounted in the gas stream behind the secondary burner chamber.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Heißgaserzeugung im Abgasstrang eines Verbrennungsmotors, mit einer Primärbrennkammer, in die eine Drallluft-Zerstäuberdüse mündet, und einer Sekundärbrennkammer, die mit einer Abgasleitung des Motors verbunden ist. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Heißgaserzeugung für eine Rußfiltervorrichtung, speziell in Dieselmotoren.The The invention relates to a device for hot gas production in the exhaust system an internal combustion engine, with a primary combustion chamber into which a swirl air atomizer nozzle opens, and a secondary combustion chamber, which is connected to an exhaust pipe of the engine. Especially The invention relates to a hot gas production for one Soot filter device especially in diesel engines.

In DE 37 29 861 C2 (DLR) ist eine Rußfiltervorrichtung beschrieben, die zur Temperatursteigerung der Motorabgase einen Hauptbrenner mit einer mit Druckluft betriebenen Zerstäuberdüse aufweist. Die den Hauptbrenner enthaltende Hauptbrennkammer mündet in eine Nachbrennkammer, in der sich die Verbrennungsgase mit den Motorabgasen vermischen. In der Nachbrennkammer verbrennt der bisher unverbrannte Anteil des Brennstoffs zusammen mit dem im Motorabgas enthaltenen Sauerstoff. Die Druckluft für die Hauptverbrennung wird in unterstöchiometrischer Menge zugeführt, d.h. in einer für eine vollständige Verbrennung des Brennstoffs nicht ausreichenden Menge. Die Nachverbrennung erfolgt ohne entsprechenden Brenner. Der einstufige Brennerbetrieb bedeutet wegen des großen Regelbereichs einen hohen Druckbedarf zur Förderung der Druckluft bei hoher Brennerleistung.In DE 37 29 861 C2 (DLR) is a soot filter device is described, which has a main burner with a spray nozzle operated with compressed air to increase the temperature of the engine exhaust. The main combustion chamber containing the main burner opens into a secondary combustion chamber in which the combustion gases mix with the engine exhaust gases. In the afterburner chamber burns the previously unburned portion of the fuel together with the oxygen contained in the engine exhaust gas. The compressed air for the main combustion is supplied in substoichiometric amount, ie in an insufficient for complete combustion of the fuel amount. The afterburning takes place without appropriate burner. The single-stage burner operation means because of the large control range high pressure requirements to promote the compressed air at high burner power.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Heißgaserzeugung im Abgasstrang eines Verbrennungsmotors anzugeben, die einen verringerten Druckbedarf und einen großen Regelbereich hat.Of the Invention is based on the object, a device for hot gas production indicate in the exhaust system of an internal combustion engine, which reduced a Printing needs and a big one Control range has.

Die Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung ist durch den Patentanspruch 1 definiert. Sie zeichnet sich dadurch aus, dass in den Abgasstrom des Motors ein Brennstoffeinlass mündet und dass in der Sekundärbrennkammer eine Verbrennung des zugeführten Brennstoffs mit dem in den Motorabgasen enthaltenden Sauerstoff erfolgt.The Device according to the present invention is defined by the claim 1 defined. It is characterized by the fact that in the exhaust stream of Engine opens a fuel inlet and that in the secondary combustion chamber a combustion of the supplied Fuel with the oxygen contained in the engine exhaust he follows.

Die Erfindung sieht eine zweistufige Verbrennung mit aktiven Brennstoffstufen vor. Das Prinzip der Primärstufe entspricht im wesentlichen demjenigen von DE 37 29 861 C2 . Zusätzlich ist in der Sekundärbrennkammer, die mit den Abgasen des Dieselmotors gespeist wird, eine Brennstoffzuführung vorgesehen. Die Verbrennung erfolgt in der Sekundärbrennkammer unter Ausnutzung des in den Motorabgasen enthaltenden Sauerstoffs.The invention provides for two-stage combustion with active fuel stages. The principle of the primary stage essentially corresponds to that of DE 37 29 861 C2 , In addition, in the secondary combustion chamber, which is fed with the exhaust gases of the diesel engine, a fuel supply is provided. The combustion takes place in the secondary combustion chamber by utilizing the oxygen contained in the engine exhaust gases.

Die Sekundärbrennkammer ist in der Abgasleitung angeordnet, wobei ihre Abgase einer Mischkammer zugeführt werden. In die Mischkammer werden auch die aus der Primärbrennkammer ausströmenden Verbrennungsgase des Primärbrenners eingeleitet.The secondary combustion chamber is arranged in the exhaust pipe, with its exhaust gases of a mixing chamber supplied become. In the mixing chamber are also from the primary combustion chamber outflowing Combustion gases of the primary burner initiated.

Es besteht die Möglichkeit, die Sekundärbrennkammer hinter dem Auslass anzuordnen, durch den die Verbrennungsgase der Primärbrennkammer aus dieser austreten. In diesem Fall geht die Sekundärbrennkammer in die Mischkammer über.It it is possible, the secondary combustion chamber behind the outlet, through which the combustion gases of the Primary combustion chamber off this leak. In this case, the secondary combustion chamber passes into the mixing chamber.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist ein Mischer im Gasstrom hinter der Sekundärbrennkammer angeordnet. Dieser Mischer dient dazu, die Verbrennungsgase des Primärbrenners mit denjenigen des Sekundärbrenners zu vermischen und einem nachgeschalteten Rußfilter ein weitgehend homogenes Gasgemisch zuzuführen.According to one preferred embodiment of the invention is a mixer in the gas stream behind the secondary combustion chamber arranged. This mixer serves to burn the combustion gases of the primary burner with those of the secondary burner to mix and a downstream soot a largely homogeneous Feed gas mixture.

Die Primärbrennkammer kann seitliche Ausströmöffnungen aufweisen oder eine zu der Achse des Primärbrenners ausgerichtete Ausströmöffnung. Im Falle einer axial ausgerichteten Ausströmöffnung, kann im Strömungsweg der Verbrennungsgase hinter der Ausströmöffnung der Sekundärbrenner angeordnet sein, wobei dieser dem Strömungsweg der Verbrennungsgase der Primärbrennkammer entgegengerichtet ist. Dabei ist vorzugsweise der Sekundärbrenner mit einer Verdampferschale versehen, die den von den Verbrennungsgasen mitgeführten Rest-Brennstoff auffängt und verdampft. Die Verdampferschale bildet zugleich eine Umlenkvorrichtung zum Umlenken der Verbrennungsgase des Sekundärbrenners.The primary combustion chamber can have lateral outflow openings or an outflow opening aligned with the axis of the primary burner. in the Trap of an axially aligned outflow, can in the flow path the combustion gases behind the discharge port of the secondary burner be arranged, this the flow path of the combustion gases the primary combustion chamber is opposite. In this case, preferably, the secondary burner provided with an evaporator shell, that of the combustion gases entrained residual fuel fields and evaporates. The evaporator shell also forms a deflection device for redirecting the combustion gases of the secondary burner.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Sekundärbrennkammer durch eine Ringwand begrenzt, die einen zu dem Rußfilter führenden Durchlass aufweist.According to one preferred embodiment of the invention is the secondary combustion chamber bounded by an annular wall leading to the soot filter Passage has.

Die Brennstoffleitung des Sekundärbrenners ist gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung von der Ringwand, die die Sekundärbrennkammer begrenzt, getragen. Vorzugsweise ist die Brennstoffleitung in der Ringwand angeordnet, so dass sie gegen hohe Temperaturen geschützt ist.The Fuel line of the secondary burner is according to a preferred embodiment of the invention of the annular wall, the secondary combustion chamber limited, worn. Preferably, the fuel line is in the Ring wall arranged so that it is protected against high temperatures.

Im Folgenden werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert.in the Embodiments will be described below with reference to the drawings closer to the invention explained.

Es zeigen:It demonstrate:

1 eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung und 1 a first embodiment of the device according to the invention and

2 eine zweite Ausführungsform der Vorrichtung. 2 a second embodiment of the device.

Die dargestellte Vorrichtung zur Heißgaserzeugung im Abgasstrang eines Verbrennungsmotors ist hier speziell in Verbindung mit der Rußfiltervorrichtung eines Dieselmotors dargestellt. In diesem Fall besteht der Verbrennungsmotor aus dem Dieselmotor, dessen Abgase durch die Rußfiltervorrichtung gereinigt werden. Von Zeit zu Zeit ist eine Reinigung der Rußfiltervorrichtung durch Heißgase erforderlich, die den angesammelten Ruß verbrennen. Zur Erzeugung dieser Heißgase dient die nachstehend beschriebene Vorrichtung.The illustrated device for hot gas production in the exhaust system an internal combustion engine is here specifically in conjunction with the soot filter device a diesel engine shown. In this case, there is the internal combustion engine from the diesel engine, whose exhaust gases are cleaned by the soot filter device become. From time to time, a cleaning of the soot filter device by hot gases required, which burn the accumulated soot. To produce these hot gases serves the device described below.

Die Vorrichtung nach 1 entspricht in ihrem grundsätzlichen Aufbau derjenigen von DE 37 29 861 C2 . Ein Rußfilter 10 ist in einem zylindrischen Gehäuse 11 untergebracht, welches in Längsrichtung von den Motorabgasen durchströmt wird.The device after 1 In its basic structure corresponds to that of DE 37 29 861 C2 , A soot filter 10 is in a cylindrical housing 11 accommodated, which is flowed through in the longitudinal direction of the engine exhaust.

Im Strömungsweg vor dem Filtergehäuse 11 sitzt ein Mischergehäuse 12, das einen Mischer 13 enthält. Vor dem Mischergehäuse sitzt ein Brennkammergehäuse 14. In der Stirnwand des Brennkammergehäuses 14 ist axial in dem Brennkammergehäuse der Primärbrenner 15 angeordnet. Dieser weist eine Drallluft-Zerstäuberdüse 16 auf, welche das Brennstoff-Luft-Gemisch verwirbelt und axial in eine Primärbrennkammer 27 einsprüht. Eine elektrische Zündvorrichtung 18 dient zum Anzünden des Gasgemisches, so dass sich in der Primärbrennkammer 27 eine rotierende Flamme ausbildet, die von der Drallluft-Zerstäuberdüse 16 ausgeht. Der Drallluft-Zerstäuberdüse 16 wird der Brennstoff über eine Brennstoffleitung 20 zugeführt. Ferner wird Außenluft, die zuvor komprimiert wurde, über einen Lufteinlass 21 zugeführt. Die Luftmenge und die Brennstoffmenge können über Stellhebel 22,23 verstellt werden.In the flow path in front of the filter housing 11 sits a mixer housing 12 that a mixer 13 contains. In front of the mixer housing sits a combustion chamber housing 14 , In the front wall of the combustion chamber housing 14 is axially in the combustion chamber housing the primary burner 15 arranged. This has a swirl air atomizing nozzle 16 on which the fuel-air mixture swirls and axially into a primary combustion chamber 27 einsprüht. An electric ignition device 18 is used to ignite the gas mixture, so that in the primary combustion chamber 27 a rotating flame is formed by the swirl air atomizing nozzle 16 emanates. The swirl air atomizer nozzle 16 the fuel gets over a fuel line 20 fed. Further, outside air, which has previously been compressed, passes through an air inlet 21 fed. The amount of air and the amount of fuel can be controlled by levers 22 . 23 be adjusted.

Die Primärbrennkammer 27 weist ein von der Stirnwand 24 abstehendes Brennergehäuse auf, das seitliche Ausströmöffnungen 25 in der Gehäusewand aufweist. Alternativ hierzu könnte im Gehäuseboden 26 eine axial ausgerichtete große Ausströmöffnung vorgesehen sein.The primary combustion chamber 27 indicates one of the front wall 24 protruding burner housing on, the side outflow openings 25 has in the housing wall. Alternatively, could in the case back 26 an axially aligned large outflow opening may be provided.

Der die Primärbrennkammer 27 umgebende Raum ist mit einer Mischkammer 38 verbunden. Diese ist von einer Ringwand 29 begrenzt, die von der Wand des Mischergehäuses 12 nach innen absteht und einen zentrischen Durchlass 30 aufweist.The the primary combustion chamber 27 surrounding space is with a mixing chamber 38 connected. This is from a ring wall 29 bounded by the wall of the mixer housing 12 protrudes inward and has a central passage 30 having.

Die von dem Dieselmotor kommende Abgaszuführleitung 37, die von dem Abgas des Dieselmotors durchströmt wird, enthält einen Brennstoffeinlass 35, der an eine Brennstoffleitung 36 angeschlossen ist. Der durch den Brennstoffeinlass 35 zugeführte Brennstoff verbrennt mit Hilfe des in den Motorabgasen enthaltenden Sauerstoffs in der Sekundärbrennkammer 28. Zusätzliche Verbrennungsluft wird der Sekundärbrennkammer 28 nicht zugeführt. Von der Abgaszuführleitung 37 führt ein Durchlass 33 zu der Mischkammer 38. In der Mischkammer 38 werden die Verbrennungsgase aus der Primärbrennkammer 27 und der Sekundärbrennkammer 28 vermischt.The exhaust gas supply line coming from the diesel engine 37 , which is traversed by the exhaust gas of the diesel engine, contains a fuel inlet 35 that is connected to a fuel line 36 connected. The through the fuel inlet 35 supplied fuel burns with the help of the oxygen contained in the engine exhaust gases in the secondary combustion chamber 28 , Additional combustion air becomes the secondary combustion chamber 28 not supplied. From the exhaust gas supply line 37 leads a passage 33 to the mixing chamber 38 , In the mixing chamber 38 The combustion gases from the primary combustion chamber 27 and the secondary combustion chamber 28 mixed.

Das Ausführungsbeispiel von 2 entspricht weitgehend demjenigen von 1, wobei gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind.The embodiment of 2 corresponds largely to that of 1 , wherein like parts are provided with the same reference numerals.

Im Gegensatz zu dem ersten Ausführungsbeispiel weist das Gehäuse 17, das die Primärbrennkammer 27 umschließt, in seinem Gehäuseboden 26 eine zentrische Ausströmöffnung 25a auf. Im Gasstrom hinter der Ausströmöffnung 25a befindet sich die Sekundärbrennkammer 28 mit dem Brennstoffeinlass 35, der hier als Drallluft-Zerstäuberdüse ausgebildet ist. Die Brennstoffleitung 36, die zu dem Brennstoffeinlass 35 führt, ist durch die Ringwand 29 hindurch verlegt, so dass sie von der Ringwand gegen Wärmeeinwirkung geschützt ist.In contrast to the first embodiment, the housing 17 that the primary combustion chamber 27 encloses, in his caseback 26 a centric outflow opening 25a on. In the gas stream behind the discharge opening 25a is the secondary combustion chamber 28 with the fuel inlet 35 , which is designed here as a swirl air atomizing nozzle. The fuel line 36 leading to the fuel inlet 35 leads is through the ring wall 29 laid through, so that it is protected from heat from the ring wall.

Der Sekundärbrenner weist eine bogenförmige Verdampferschale 39 auf, die im Abstand von dem Brennstoffeinlass 35 angeordnet ist und dazu dient, den Brennstoff, der noch in den Verbrennungsgasen enthalten ist, zu verdampfen.The secondary burner has an arcuate evaporator shell 39 at a distance from the fuel inlet 35 is arranged and serves to vaporize the fuel, which is still contained in the combustion gases.

Claims (10)

Vorrichtung zur Heißgaserzeugung im Abgasstrang eines Verbrennungsmotors, mit einer Primärbrennkammer (27), in die eine Drallluft-Zerstäuberdüse (16) mündet, und einer Sekundärbrennkammer (28), die mit einer Abgasleitung des Motors verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass in den Abgasstrom des Motors ein Brennstoffeinlass (35) mündet und dass in der Sekundärbrennkammer (28) eine Verbrennung des zugeführten Brennstoffs mit dem in den Motorabgasen enthaltenen Sauerstoff erfolgt.Apparatus for producing hot gas in the exhaust line of an internal combustion engine, having a primary combustion chamber ( 27 ) into which a swirl air atomizing nozzle ( 16 ), and a secondary combustion chamber ( 28 ), which is connected to an exhaust pipe of the engine, characterized in that in the exhaust gas stream of the engine, a fuel inlet ( 35 ) and that in the secondary combustion chamber ( 28 ) a combustion of the supplied fuel is carried out with the oxygen contained in the engine exhaust gases. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Mischer (13) im Gasstrom hinter der Sekundärbrennkammer (28) angeordnet ist.Device according to claim 1, characterized in that a mixer ( 13 ) in the gas stream behind the secondary combustion chamber ( 28 ) is arranged. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Primärbrennkammer (27) seitliche Ausströmöffnungen (25) aufweist, wobei der Brennstoffeinlass (35) in der Abgaszuführleitung (37) enthalten ist.Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the primary combustion chamber ( 27 ) lateral outflow openings ( 25 ), wherein the fuel inlet ( 35 ) in the exhaust gas supply line ( 37 ) is included. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Primärbrennkammer (27) eine zu der Achse des Primärbrenners (15) ausgerichtete Ausströmöffnung (25a) aufweist.Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the primary combustion chamber ( 27 ) one to the axis of the primary burner ( 15 ) aligned outflow opening ( 25a ) having. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärbrennkammer (28) eine Verdampferschale (39) enthält, gegen die die von dem Brennstoffeinlass (35) erzeugte Strömung gerichtet ist.Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the secondary combustion chamber ( 28 ) an evaporator shell ( 39 ) contains, ge that of the fuel inlet ( 35 ) directed flow is directed. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärbrennkammer (28) durch eine Ringwand (29) begrenzt ist, die einen zu dem Rußfilter (10) führenden Durchlass (30) aufweist.Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the secondary combustion chamber ( 28 ) through an annular wall ( 29 ) which is one to the soot filter ( 10 ) leading passage ( 30 ) having. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennstoffeinlass (35) eine Drallluft-Zerstäuberdüse aufweist.Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the fuel inlet ( 35 ) has a swirl air atomizing nozzle. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennstoffeinlass (35) von der Ringwand (29) getragen ist.Device according to claim 6, characterized in that the fuel inlet ( 35 ) from the ring wall ( 29 ) is worn. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffleitung (36) in der Ringwand (29) verläuft.Device according to claim 8, characterized in that the fuel line ( 36 ) in the ring wall ( 29 ) runs. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennstoffeinlass (35) dem Hauptbrenner (15) entgegengerichtet ist.Device according to one of claims 1 to 9, characterized in that the fuel inlet ( 35 ) the main burner ( 15 ) is directed opposite.
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