DE102006015841B3 - Verfahren zur Erzeugung von Heißgas - Google Patents
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Abstract
Verfahren
zur Erzeugung von Heißgas
(27) mit folgenden Schritten:
- Verbrennung von Kraftstoff (17) unter Sauerstoffmangel in einem ersten Brennraum (2),
- Austritt von Brenngas (45) aus dem ersten Brennraum (2) in einen zweiten Brennraum (35) in eine erste Richtung,
- Erzeugung eines Luftstroms (40) in dem zweiten Brennraum in Richtung auf eine Austrittsöffnung (37) für das Heißgas des zweiten Brennraums, wobei die zweite Richtung der ersten Richtung gegenläufig ist.
- Verbrennung von Kraftstoff (17) unter Sauerstoffmangel in einem ersten Brennraum (2),
- Austritt von Brenngas (45) aus dem ersten Brennraum (2) in einen zweiten Brennraum (35) in eine erste Richtung,
- Erzeugung eines Luftstroms (40) in dem zweiten Brennraum in Richtung auf eine Austrittsöffnung (37) für das Heißgas des zweiten Brennraums, wobei die zweite Richtung der ersten Richtung gegenläufig ist.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von Heißgas, insbesondere zur Regeneration von Partikelfiltern.
- In einem Dieselmotor erfolgt die Verbrennung des Dieselkraftstoffs durch Selbstentzündung eines heterogenen Luft-Kraftstoffgemischs. Bei der unvollkommenen Verbrennung kommt es infolge von Sauerstoffmangel zur Partikelbildung. Die Partikel bestehen hauptsächlich aus Kohlenstoff (Ruß), Sulfaten und unvollständig verbrannten Kohlenwasserstoffen (HC). Zur Ausfilterung solcher Partikel sind Dieselpartikelfilter aus dem Stand der Technik bekannt.
- Bei Verwendung eines Dieselpartikelfilters steigt im allgemeinen mit zunehmender Filterbeladung der Abgasgegendruck. Da die Überschreitung des zulässigen Abgasgegendruckes vom Motorhersteller nicht erlaubt ist und eine Wartung im Sinne einer Filterentleerung vom Kunden nicht erwünscht ist, ist eine passive oder aktive Regenerierung des Filters zwingend erforderlich.
- Unter aktiven Dieselpartikelfiltersystemen versteht man "Elektrisch regenerierende Systeme" oder "Brennergestützte Systeme" die manuell oder durch eine Steuerung oder Regelung, ausgehend von einer Überwachung des Abgasgegendruckes, aktiv ausgelöst werden.
- Nach dem Stand der Technik sind Brenner, bei denen über eine Düse mit kleiner Öffnung zur Zerstäubung des Kraftstoffes in einen Brennraum, wobei der Kraftstoff mit der notwendigen Verbrennungsluft vermischt wird, üblich. Nachteilig hierbei ist, dass die feine Zerstäubungsöffnung der Düse schnell durch Verbrennungsrückstände, wie sie z. B. beim Abschalten des Brenners entstehen, verkokt und so Störungen im Betrieb des Brenners entstehen können.
- Solche Brenner für Dieselpartikelfilter sind u.a. bekannt aus
DE 42 29 103 A1 ,DE 35 45 437 ,DE 42 43 035 A1 ,DE 101 30 338 A1 ,DE 101 38 111 A1 ,DE 102 04 073 A1 ,DE 198 10 738 C1 . - Aus der
DE 37 34 197 A1 , von der die vorliegende Erfindung als nächstkommendem Stand der Technik ausgeht, ist auch bereits ein regelbarer Brenner bekannt. - Aus der
DE 39 27 740 A1 ist eine Ölfeuerungsanlage, insbesondere zum verbrennen von Altöl bekannt. Die Ölfeuerungsanlage hat eine Brennkammer mit einem brennerseitig offenen Brenneinsatz. Der Brenneinsatz hat eine torus-ähnliche Leitfläche zur Umlenkung der Brenngase. - Aus der
DE 37 29 861 A1 ist eine Rußfiltervorrichtung für einen Dieselmotor mit einer Haupt- und einer Nachbrennkammer bekannt. - Aus der
US 4,541,239 ist ein Regenerationsbrenner mit einer Verdampfungskammer zur Verdampfung des Kraftstoffs bekannt. - Aus der
DE 200 23 560 U1 ist eine Vorrichtung zum reinigen von Abgasfiltern oder Partikelfiltern bekannt, bei der ein Luftstrom mit einer Drallströmung in eine Brennkammer geführt wird. - Aus der
DE 100 05 376 A1 ist ein Verbrennungsheizer zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug bekannt, bei dem ein Beipass zur Abzweigung eines Luftstroms und ein Mischraum bekannt sind. - Aus der
DE 35 45 437 A1 ist ein elektronisches Gerät zur Steuerung eines Brenners für ein Dieselpartikelfiltersystem bekannt. - Aus der
DE 103 33 116 A1 ist ein Verfahren zum Einschalten einer Glühkerze während einer Ausschaltphase zum betreiben eines Fahrzeugheizgeräts bekannt. - Der vorliegenden Erfindung liegt dem gegenüber die Aufgabe zu Grunde, ein verbessertes Verfahren zur Erzeugung von Heißgas, insbesondere zur Regeneration von Partikelfiltern, zu schaffen.
- Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von Heißgas mit folgenden Schritten: Verbrennung von Kraftstoff unter Sauerstoffmangel in einem ersten Brennraum, Austritt von Brenngas aus dem ersten Brennraum in einen zweiten Brennraum in eine erste Richtung, Erzeugung eines Luftstroms in dem zweiten Brennraum in Richtung auf eine Austrittsöffnung für das Heißgas des zweiten Brennraums, wobei die zweite Richtung der ersten Richtung gegenläufig ist.
- Gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden Mittel zum Entzünden des Kraftstoff-Luftgemischs nach einer Startphase abgeschaltet. Während der Startphase wird nämlich der erste Brennraum soweit erhitzt, dass die Mittel zum Entzünden nicht mehr benötigt werden, um den Brennvorgang in dem ersten Brennraum aufrecht zu erhalten. Wenn die Mittel zum Entzünden beispielsweise eine Flammglühkerze aufweisen, so hat dies den besonderen Vorteil, dass diese nach der Startphase nicht mehr mit elektrischer Energie versorgt werden muss.
- Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird zur Beendigung des Brennvorgangs zunächst die Glühkerze wieder eingeschaltet. Dadurch wird die Flammfront in dem ersten Brennraum in Richtung auf die Mündung der Kraftstoffzuführung hinein gezogen. Ferner wird die Temperatur des Drahtgestricks erhöht. Danach wird die Zuführung des Kraftstoffs abgeschaltet und Luft in die Kraftstoffzuführung eingeblasen. Dadurch werden Kraftstoffreste in den ersten Brennraum geblasen und dort verbrannt, so dass eventuell vorhandene Rußbeläge und Verkokungen beseitigt werden.
- Nach einer Ausführungsform der Erfindung wird die Temperatur des Heißgases gemessen. Mit der Temperatur als Regelgröße wird die Kraftstoffzufuhr geregelt. Dies ist vorteilhaft, um Beschädigungen des Partikelfilters durch zu heißes Heißgas zu vermeiden.
- Im weiteren werden Ausführungsformen der Erfindung mit Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
-
1 einen schematischen Längsschnitt durch eine Ausführungsform eines Brenners, -
2 einen schematischen Querschnitt durch die Ausführungsform der1 im Bereich der Luftzuführung, -
3 ein Blockdiagramm einer Ausführungsform eines Dieselpartikelfiltersystems, -
4 ein Flussdiagramm einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens, -
5 ein Flussdiagramm einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens, -
6 eine Ausführungsform eines Signalplans zur Ansteuerung einer Ausführungsform eines Brenners. - Die
1 zeigt eine Ausführungsform einer Vorrichtung zur Erzeugung von Heißgas, das heißt einen Brenner33 . Der Brenner33 hat einen ersten Brennraum2 und einen zweiten Brennraum35 . Der Brennraum2 hat ein offenes Ende5 und ein geschlossenes Ende36 . - Der zweite Brennraum
35 hüllt den ersten Brennraum2 in der hier betrachteten Ausführungsform vollständig ein. Der zweite Brennraum35 hat eine Austrittsöffnung37 für das Heißgas27 . Die Austrittsöffnung37 des zweiten Brennraums35 ist gegenüber dem geschlossenen Ende36 des ersten Brennraums2 angeordnet. - In dem hier betrachteten Ausführungsbeispiel werden die Brennräume
2 und35 durch zwei konzentrisch ineinander angeordnete Rohrabschnitte, das heißt durch ein Außenrohr3 und ein Innenrohr4 gebildet. Das Außenrohr3 hat an seiner der Austrittsöffnung37 gegenüberliegenden Seite ein geschlossenes Ende38 . - Ein Verbrennungsluftrohr
6 mündet exzentrisch versetzt in den zweiten Brennraum35 und zwar in einem Bereich zwischen dem geschlossenen Ende38 und dem offenen Ende5 . In diesem Bereich wird ein Flammraum7 gebildet. - Verbrennungsluft
39 wird über ein Verbrennungsluftgebläse28 (vgl.3 ) durch das Verbrennungsluftrohr6 in den Flammraum7 gefördert. Unter "Verbrennungsluft" wird hier ein sauerstoffhaltiges Gas, wie zum Beispiel die Umgebungsluft oder ein anderes sauerstoffhaltiges Gas verstanden. - Wenn die Verbrennungsluft
39 über das Verbrennungsluftrohr6 in den Flammraum strömt, so wird hierdurch ein Luftstrom40 in Richtung auf die Austrittsöffnung37 erzeugt. Vorzugsweise verläuft der Luftstrom40 entlang einer Innenseite einer Wandung1 des Außenrohrs3 . Vorzugsweise hat der Luftstrom40 einen Drall um die Längsachse des Außenrohrs3 und des Innenrohrs4 . Dieser Drall wird durch die exzentrische Einströmung der Verbrennungsluft39 in den Flammraum7 über das Verbrennungsluftrohr6 erzeugt. Dies wird noch mit Bezugnahme auf die2 näher erläutert. - Der Brenner
33 hat eine Kraftstoffzuführung41 . Die Kraftstoffzuführung41 dient zur Zuführung eines Kraftstoff-Luft-Gemisches in den ersten Brennraum2 . Hierzu hat die Kraftstoffzuführung41 ein Glühkerzenrohr9 , das nahe dem geschlossenen Ende36 in den Brennraum2 mündet. In der hier betrachteten Ausführungsform ist das Glühkerzenrohr9 über einen Bypass8 mit dem Verbrennungsluftrohr6 verbunden. Über den Bypass8 kann daher ein Luftstrom42 in die Kraftstoffzuführung41 einströmen. - Das Glühkerzenrohr
9 hat einen Abschnitt43 , der durch den Brennraum35 hindurch zu dem Brennraum2 verläuft. Dadurch wird das Kraftstoff-Luft-Gemisch durch den Brennraum35 hindurch zu dem Brennraum2 gefördert. - Beispielsweise ist das Glühkerzenrohr
9 im Bereich seines Durchtritts durch das Außenrohr3 mit diesem verschweißt und ebenfalls im Bereich seines Durchtritts mit dem Innenrohr4 verschweißt und hält so das Innenrohr4 in dem Außenrohr3 . Durch das Glühkerzenrohr9 wird also das Innenrohr4 an dem Außenrohr3 befestigt. Alternativ oder zusätzlich können weitere Befestigungsmittel zur Befestigung des Innenrohrs4 in dem Außenrohr3 vorgesehen sein. - In das Glühkerzenrohr
9 ist eine Flammglühkerze eingesetzt. Hierbei kann es sich um eine handelsübliche Flammglühkerze, beispielsweise des Herstellers BERU handeln, insbesondere dem Typ FR20 24V. Die Flammglühkerze10 hat einen Kraftstoffkanal11 , der mit einem 3/2 Wegemagnetventil16 verbunden ist. Über das Magnetventil16 kann wahlweise Kraftstoff17 oder Spülluft18 zum Freiblasen des Kraftstoffkanals11 in der Flammglühkerze10 geführt werden. - Der Kraftstoff
17 läuft bei entsprechender Stellung des Magnetventils16 entlang eines Glühstifts12 der Flammglühkerze10 in einen Mischraum21 , der von einem Schutzrohr19 der Flammglühkerze10 umgeben ist. Das Schutzrohr19 hat Löcher20 , über die ein Teil des Luftstroms42 in den Mischraum21 gelangen kann. Dort wird dieser Teil des Luftstroms42 mit dem Kraftstoff17 , der über dem Kraftstoffkanal11 zu dem Mischraum41 gelangt, vermischt, so dass ein Kraftstoff Luft-Gemisch entsteht. Der Kraftstoff17 bzw. das Kraftstoff-Luft-Gemisch kann durch eine Glühspule22 der Flammglühkerze10 gezündet werden. - Das Schutzrohr
19 hat einen etwas kleineren Querschnitt als das Glühkerzenrohr9 , so dass ein Spalt23 im Bereich des Abschnitts43 gebildet wird. Ein Teil des Luftstroms42 strömt nicht über die Löcher20 in den Mischraum21 , sondern durch den Spalt23 über den Abschnitt43 in den Brennraum2 . Durch den Spalt23 wird ein Kühlkanal zwischen dem Schutzrohr19 und dem Glühkerzenrohr9 gebildet. Dieser Teil des Luftstroms42 kühlt das Glühkerzenrohr9 und schützt so das Glühkerzenrohr9 als auch den Schaft der Glühkerze10 vor Überhitzung. - Der Luftstrom
40 hat aufgrund der exzentrischen Zuführung der Verbrennungsluft39 über das Verbrennungsluftrohr6 einen Drall um die Längsachse des Außenrohrs3 und des Innenrohrs4 . Vorzugsweise ist der Drall so gewählt, dass ein großer Teil des Luftstroms40 auf das Glühkerzenrohr9 im Bereich des Abschnitts43 trifft. Dadurch wird das Glühkerzenrohr9 zusätzlich stark gekühlt. Ferner wird dadurch der Luftstrom40 mit dem Brenngas, das in dem Brennraum2 erzeugt worden ist, verwirbelt. Eine weitere Verwirbelung findet im Bereich der Austrittsöff nung37 statt, und zwar an dem Anschlussflansch26 des Brenners33 . Aufgrund der Verwirbelung an dem Abschnitt43 und an dem Abschlussflansch26 wird also das Brenngas mit dem Luftstrom40 vermischt, so dass der bisher unverbrannte Kraftstoff des Brenngases verbrennt. - Durch die exzentrische Einströmung der Verbrennungsluft
39 verläuft der Luftstrom40 in etwa spiralförmig entlang der Innenseite der Wandung1 des Außenrohrs3 . Der Luftstrom40 ist dabei im wesentlichen laminar bis er auf den Abschnitt43 auftritt. In dem Brennraum35 strömt also die relativ kühle Verbrennungsluft39 als Luftstrom40 entlang der Innenseite der Wandung1 , so dass die Flamme des brennenden Brenngases, welches aus dem Brennraum2 in den Brennraum35 gelangt, von der Innenseite der Wandung1 abgehalten oder "weggeblasen" wird. Dies hat den Vorteil, dass die Wandung1 des Außenrohrs3 gekühlt wird, während das Innenrohr4 durch die Flamme des Brenngases erhitzt wird. - Die Flammglühkerze
10 wird außer durch den Luftstrom40 , der im wesentlichen im Bereich des Abschnitts43 auf das Glühkerzenrohr9 auftrifft, durch den Durchfluss und die zumindest teilweise Verdampfung des Kraftstoffs17 in dem Kraftstoffkanal11 gekühlt. - An der Innenseite des Brennraums
2 , das heißt an der Innenseite des Innenrohrs4 , ist ein Drahtgestrick24 angeordnet. Beispielsweise ist das Drahtgestrick zwischen dem offenen Ende5 und der Mündung13 des Glühkerzenrohrs9 in dem Brennraum2 angeordnet. Das Drahtgestrick sollte so eng sein, dass flüssiger Kraftstoff17 nicht aus dem Brennraum2 herausgeblasen wird, sondern entlang dem Drahtgestrick24 durch eine Kapillarwirkung nach oben gezogen wird. Die Platinbeschichtung auf dem Drahtgestrick24 dient zur Temperaturerhöhung des Innenrohrs4 während des Brennvorgangs. Dadurch werden beim Herunterfahren des Brenners33 eventuell noch vorhandene oder entstehende Kraftstoffdämpfe beim Ausblasen der Flammglühkerze10 katalytisch oxidiert. - Während des Brennvorgangs ist das Magnetventil
16 so geschaltet, dass Kraftstoff17 über den Kraftstoffkanal11 der Flammglühkerze10 in den Mischraum21 gelangt, wo aufgrund der Vermischung mit einem Teil des Luftstroms42 , der durch die Löcher20 in dem Mischraum21 hinein tritt, ein fettes Kraftstoff-Luft-Gemisch entsteht. Dieses gelangt über den Abschnitt43 des Glühkerzenrohrs9 in den Brennraum2 . Das resultierende Brenngas tritt durch das offene Ende5 des Brennraums2 hindurch in den Flammraum7 . Durch das Verbrennungsluftrohr6 strömt die Verbrennungsluft39 in den Brennraum35 , so dass dort der Luftstrom40 resultiert. Dieser erfasst auch das Brenngas, welches durch das offene Ende5 des Brennraums2 in den Brennraum35 ausströmt. Das Brenngas wird durch Verwirbelung an dem Abschnitt43 und an dem Anschlussflansch26 mit dem Luftstrom40 vollständig verbrannt, wodurch das Heißgas27 entsteht, welches durch die Austrittsöffnung37 des Brenners33 austritt. Der Sauerstofffluss, das heißt der pro Zeiteinheit über die Verbrennungsluft39 dem Brennraum35 zugeführte Sauerstoff, ist dabei so eingestellt, dass die Verbrennung des Brenngases in den Brennraum35 bei einem Sauerstoffüberschuss erfolgt, so dass das Heißgas27 sauerstoffhaltig ist. - In dem Brennraum
2 verbrennt der Kraftstoff17 beispielsweise bei einer Temperatur von ca. 500°C bis 600°C unter Sauerstoffmangel. Durch die Kühlung des Außenrohrs3 , insbesondere durch den Luftstrom40 , ist das Außenrohr3 kühler als das Innenrohr4 . Beispielsweise liegt die Betriebstemperatur des Außenrohrs3 unter 350°C, vorzugsweise im Bereich zwischen 200°C und 300°C. Beispielsweise beträgt die Betriebstemperatur am geschlossenen Ende38 ca. 200°C und etwa 300°C im Bereich des Glühkerzenrohrs9 während die Flammglühkerze10 selbst eine Temperatur von ca. 40°C hat. Dies ist besonders vorteilhaft zum problemlosen Einbau des Brenners, beispielsweise in das Dieselpartikelfiltersystem eines Kraftfahrzeugs. - Das Heißgas
27 kann je nach der Wahl der Betriebsparameter des Brenners33 eine Temperatur von bis zu ca. 1400°C haben. Wenn das Heißgas27 zur Regeneration eines Partikelfilters verwendet werden soll, ist im Allgemeinen eine Tem peratur zwischen 400°C und 700°C gewünscht. Zur Oxidation des Rußes in dem Partikelfilter ist es erforderlich, dass das Heißgas27 einen Sauerstoffanteil hat. Hierzu sollte die Verbrennung des Brenngases in dem Brennraum35 mit einem Luftverhältnis von λ > 1,5 erfolgen. - Durch die Regelung der Zufuhr des Kraftstoffs
17 kann die Temperatur des Heißgases27 bei optimaler Einstellung des Luftverhältnisses geregelt werden. Dadurch kann für die Oxidation der Rußpartikel in dem Partikelfilter ein sauerstoffreiches, heißes Gas zur Verfügung gestellt werden. - Beim Betrieb des Brenners kann es aufgrund des Leidenfrost-Effekts zur Ausbildung von Kraftstofftropfen in dem Brennraum
2 kommen. Diese werden von dem Drahtgestrick24 aufgefangen und dort unter Sauerstoffmangel verbrannt. - Aufgrund der Erhitzung des Innenrohrs
4 kann nach einer Startphase des Brenners33 die Flammglühkerze10 abgeschaltet werden, da diese für die Aufrechterhaltung des Brennvorgangs nach der Startphase dann nicht mehr benötigt wird. Dies hat den besonderen Vorteil, dass die Batterie des Kraftfahrzeugs nicht ständig mit dem Betrieb der Flammglühkerze10 während des Betriebs des Brenners33 belastet zu werden braucht. - Neben der Startphase wird die Flammglühkerze
10 vorzugsweise auch in der Ausschaltphase des Brenners33 eingeschaltet, wie weiter unten noch näher erläutert wird. - Die
2 zeigt einen Querschnitt durch den Brenner33 in der Ausführungsform der1 im Bereich des Flammraums7 . - Wie in der
2 schematisch dargestellt, wird durch die durch das Verbrennungsluftrohr6 exzentrisch in den Brennraum35 eingeleitete Verbrennungsluft39 der Luftstrom40 entlang der Innenseite der Wandung1 bewirkt. Dieser Luftstrom40 ist im wesentlichen laminar und hat eine rotatorische Richtungskomponente um die Längsachse44 des Brenners33 sowie eine translatorische Richtungskomponente in Richtung von dem geschlossenen Ende38 auf die Austrittsöffnung37 . Insgesamt ergibt sich dadurch ein in etwa spiralförmiger Verlauf des Luftstroms40 , so dass ein möglichst großer Teil des Luftstroms40 in dem Abschnitt43 auf das Glühkerzenrohr9 trifft (vgl.1 ). Dies hat unter anderem auch die Folge, dass die Flammglühkerze10 stark gekühlt wird. - Aus dem Brennraum
2 tritt Brenngas45 in den Brennraum35 . Dieses Brenngas45 wird von der in den Brennraum35 einströmenden Verbrennungsluft erfasst, ohne damit vollständig verwirbelt zu werden, so dass das Brenngas dem Luftstrom40 folgend ebenfalls in etwa auf einer Spiralbahn rotatorisch und translatorisch in Richtung auf die Austrittsöffnung befördert wird. - Durch den Luftstrom
40 wird das Brenngas45 von der Wandung1 weggeblasen, so dass die Flamme des Brenngases nicht die Wandung1 erreichen kann. Dies hat zur Folge, dass das Innenrohr4 stärker aufgeheizt wird, als das Außenrohr3 . - Die
3 zeigt eine Ausführungsform eines Dieselpartikelfiltersystems46 . Elemente der3 , die Elementen der1 und2 entsprechen, sind dabei mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. - Der Brenner
33 und ein Dieselmotor47 sind über ein Y-Rohr48 mit einem Partikelfilter49 verbunden. Der Partikelfilter49 dient zum Ausfiltern von Rußpartikeln aus den Abgasen des Dieselmotors47 . Die von dem Filter49 ausgefilterten Rußpartikel werden bei Bedarf mit Hilfe des von dem Brenner33 gelieferten Heißgas27 verbrannt. Dies kann online, das heißt bei laufendem Dieselmotor47 , oder nach Abschalten des Dieselmotors47 erfolgen. Zur Regeneration des Partikelfilters49 , das heißt zur Verbrennung der Rußpartikel, wird der Brenner33 manuell oder automatisch eingeschaltet. - Zur Steuerung und/oder Regelung des Brenners
33 dient ein Steuerungsgerät50 mit zumindest einem Prozessor51 zur Ausführung der Programminstruktionen eines Programms52 . Das Steuerungsgerät50 dient zur Ansteuerung eines Verbrennungsluftgebläses28 , welches die Verbrennungsluft39 über das Verbrennungsluftrohr6 (vgl.1 ) einbläst. Ferner dient das Steuerungsgerät50 zur Ansteuerung des Magnetventils16 , einer Dieselförderpumpe30 und eines Schalters32 . - In der hier betrachteten Ausführungsform wird auch die Spülluft
18 im Bedarfsfall von dem Verbrennungsluftgebläse28 geliefert, welches hierzu mit einem Eingang des Magnetventils16 verbunden ist. Der andere Eingang des Magnetventils16 ist mit der Dieselförderpumpe30 verbunden, um Kraftstoff17 , in dem hier betrachteten Fall Dieselkraftstoff, zuzuführen. Über den Schalter32 kann die Flammglühkerze10 mit einer Spannungsquelle31 verbunden werden. Bei der Spannungsquelle31 kann es sich zum Beispiel um eine Autobatterie handeln. - Das Steuerungsgerät
50 kann ferner mit einem Sensor53 , das heißt einem sogenannten Flammwächter, und/oder einem Stromsensor55 zur Überprüfung der Flammglühkerze10 verbunden sein. Der Sensor53 dient zur Feststellung, ob eine Verbrennung des Kraftstoffs stattfindet oder nicht, das heißt, ob der Brenner33 gezündet hat oder nicht. Der Stromsensor55 dient zur Feststellung, ob die Flammglühkerze10 geheizt wird oder wegen eines Defektes ausgefallen ist. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass kein Kraftstoff in den Brenner33 gepumpt wird, wenn dieser in einem Störfall nicht gezündet werden kann oder wenn die Verbrennung erloschen ist. In einem solchen Fall schaltet das Steuerungsgerät50 die Kraftstoffzuführung ab, in dem die Dieselförderpumpe30 abgeschaltet wird. - Das Steuerungsgerät kann ferner mit einem Temperatursensor
54 verbunden sein, der die Temperatur des Heißgases27 vor dem Partikelfilter49 misst. Das Steuerungsgerät50 kann die Zuführung von Kraftstoff17 durch Ansteuerung der Dieselförderpumpe30 so regeln, dass sich eine gewünschte Temperatur des Heißgases27 einstellt. Die Soll-Temperatur kann dabei in Abhängigkeit von dem verwendeten Partikelfilter49 vorgegeben und in dem Steuerungsgerät50 gespeichert werden. Unterschreitet die durch den Temperatursensor54 gemessene Ist-Temperatur die Soll-Temperatur, so wird die Förderrate der Dieselförderpumpe30 so erhöht, dass sich die gewünschte Temperatur des Heißgases27 einstellt. - Im weiteren werden verschiedene mögliche Betriebsarten des Dieselpartikelfiltersystems
46 anhand der4 bis6 näher erläutert. - Die
4 zeigt den Startvorgang des Brenners33 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. In dem Schritt100 steuert das Steuerungsgerät50 den Schalter32 an, um die Flammglühkerze10 mit der Spannungsquelle31 zu verbinden. Danach steuert das Steuerungsgerät das Magnetventil16 und die Dieselförderpumpe30 an, so dass Kraftstoff über den Kraftstoffkanal11 in die Flammglühkerze10 gepumpt wird. Außerdem steuert das Steuerungsgerät50 das Verbrennungsluftgebläse28 an, so dass der Luftstrom40 und der Luftstrom42 erzeugt werden. Dadurch entsteht in dem Mischraum21 ein Kraftstoff-Luft-Gemisch, welches durch die Flammglühkerze10 gezündet wird. In dem Schritt104 findet daher in dem Brennraum24 eine Verbrennung dieses Kraftstoff-Luft-Gemisches unter Sauerstoffmangel statt, was zu einer Erhitzung des Innenrohrs4 führt. Sobald das Innenrohr4 eine ausreichend hohe Temperatur erreicht hat, wird die Flammglühkerze in dem Schritt106 von dem Steuerungsgerät50 durch einen Öffnungsimpuls für den Schalter32 ausgeschaltet, da die Verbrennung in dem Innenrohr4 aufgrund dessen Temperatur selbst erhaltend ist. Dies hat insbesondere den Vorteil, dass die Ladung der Spannungsquelle31 geschont werden kann. - Nach der Startphase erreicht das Innenrohr
4 eine Betriebstemperatur von beispielsweise zwischen 500°C und 600°C. In der Betriebsphase wird der Kraftstoff17 weiter gefördert. Dies erfolgt je nach dem Typ der Dieselförderpumpe30 stoßweise oder kontinuierlich. Aufgrund der Temperatur des Innenrohrs4 und mit Unterstützung des Platin beschichteten Drahtgestricks24 ist die Verbrennung in dem Innenrohr4 selbst erhaltend. - Der Kraftstoff
17 läuft in dem Kraftstoffkanal11 entlang des heißen Glühstifts der Flammglühkerze10 und verdampft hier bereits teilweise. Dies genügt, um in der Startphase genügend Kraftstoff in der Dampfphase in dem Mischraum21 zur Zündung der Verbrennung an der Glühspule22 zu Verfügung zu haben. - In der Startphase verdampft der Kraftstoff
17 in der Flammglühkerze10 und wird an dem Glühstift entzündet. Dadurch ist die Flamme tiefer in dem Innenrohr4 , was dieses stärker erhitzt. Nach einigen Sekunden ist die Temperatur des Innenrohrs4 ausreichend hoch, um den geförderten Kraftstoff17 selbständig ohne Unterstützung der Flammglühkerze10 zu verdampfen. In der Betriebsphase verdampft der Kraftstoff also erst etwa ab der Mitte bis zum offenen Ende5 des Innenrohrs4 , so dass die Temperatur des Drahtgestricks24 sinkt, was den Vorteil hat, dass sich die Lebensdauer der Platinbeschichtung erhöht. - Sowohl in der Startphase als auch in der danach folgenden Betriebsphase, besonders bei hoher Fördermenge von Kraftstoff
17 für die Erzeugung einer hohen Brennerleistung, können sich Tropfen unverdampften Kraftstoffs17 insbesondere durch Auftreten des Leidenfrost-Phänomens in oder an dem Innenrohr4 auftreten. Solche Tropfen unverdampften Kraftstoffs17 werden durch das Drahtgestrick24 aufgesaugt. Durch die große Oberfläche und hohe Temperatur des Drahtgestricks24 verdampft und verbrennt der aufgesogene Kraftstoff17 . - Wenn der Brenner
33 mit dem Drahtgestrick24 ausgeführt ist, lässt sich eine höhere Brennerleistung als ohne Drahtgestrick realisieren. Beispielsweise kann der Brenner33 ohne das Drahtgestrick bei einer Brennerleistung bis zu 4 kW betrieben werden, wohingegen mit Drahtgestrick24 wesentlich höhere Brennerleistungen von 30 kW und mehr möglich sind. - Vorzugsweise erfolgt die Einstellung der Brennerleistung allein über die Steuerung der pro Zeiteinheit zugeführten Menge des Kraftstoffs
17 . Das Verbrennungsluftgebläse28 wird in diesem Fall ständig mit voller Leistung betrieben. - In der Ausschaltphase wird zum Ausschalten des Brenners
33 zunächst die Flammglühkerze10 durch Abgabe eines Steuerungsimpulses von dem Steuerungsgerät50 zum Schalten des Schalters32 wieder eingeschaltet. Hierdurch wird die Flammfront im Inneren des Innenrohrs4 in Richtung auf die Mündung13 bewegt. Die Temperatur insbesondere des Drahtgestricks24 wird dabei auf ca. 700°C bis 800°C erhöht. Nach der Temperaturerhöhung wird die Zuführung des Kraftstoffs17 zum Beispiel durch Abschalten der Dieselförderpumpe30 durch das Steuerungsgerät50 abgeschaltet. Das Steuerungsgerät50 steuert das Magnetventil16 an, so dass Spülluft18 zum Einblasen in den Kraftstoffkanal11 freigegeben wird (Schritte110 ,112 ). Die Spülluft18 bläst noch vorhandene Kraftstoffreste in den Mischraum21 und in den Brennraum24 und führt sie der Verbrennung an dem Drahtgestrick24 zu. Eventuell vorhandene Rußbeläge und Verkokungen in der Flammglühkerze10 werden dadurch beseitigt. Zum Abkühlen des Brenners33 kann noch für eine gewisse Zeit die Spülluft18 und gegebenenfalls auch die Verbrennungsluft39 als zusätzliche Kühlluft eingeblasen werden. - Die
6 zeigt eine Ausführungsform eines entsprechenden Signalplans. Nach Betätigung eines Start-Tasters zum Einschalten des Brenners33 wird die Flammglühkerze10 durch den Schalter32 eingeschaltet. Die Überwachung der Flammglühkerze10 wird beispielsweise mit dem Stromsensor55 realisiert. Dieser muss während der Glühphase das Signal logisch Eins liefern, welches anzeigt, dass die Flammglühkerze10 tatsächlich aufgeheizt wird. Liefert der Stromsensor55 logisch Null, so liegt ein Störung vor und Kraftstoff17 wird nicht zugeführt. - Ca. 1 min. nach dem Einschalten der Flammglühkerze
10 werden die Dieselförderpumpe30 und das Verbrennungsluftgebläse28 eingeschaltet, so dass Kraftstoff17 und der Luftstrom42 zu dem Mischraum21 gelangt, wo das resultierende Kraftstoff-Luftgemisch durch die Glühkerze gezündet wird. Vorzugsweise wird das Verbrennungsluftgebläse28 kurz vor der Dieselförderpumpe30 eingeschaltet, so dass bereits der Luftstrom42 zur Verfügung steht, wenn der Kraftstoff17 den Mischraum21 erreicht. Nach einer weiteren Minute hat sich das Innenrohr4 soweit erhitzt, dass die Flammglühkerze10 durch das Steuerungsgerät50 abge schaltet wird. Damit ist die Startphase des Brenners abgeschlossen. Während der nachfolgenden Betriebsphase ist der Brennvorgang in dem Brenner bei weiter laufender Dieselförderpumpe30 und bei weiter laufendem Verbrennungsluftgebläse28 selbst erhaltend. Die Erhaltung der Verbrennung wird mit Hilfe des Sensors53 überprüft. Dieser muss während der Betriebsphase das Signal logisch Eins liefern, welches anzeigt, dass tatsächlich eine Verbrennung in dem Brenner33 stattfindet. Liefert der Sensor53 das Signal logisch Null, so liegt ein Fehlerfall vor, und die Zuführung von Kraftstoff17 wird gestoppt. - Zum Ausschalten des Brenners
33 wird die Flammglühkerze10 durch das Steuerungsgerät50 wieder eingeschaltet, insbesondere um die Temperatur des Drahtgestricks24 zu erhöhen. Ca. eine Minute nach dem Wiedereinschalten der Flammglühkerze10 , wird die Dieselförderpumpe30 abgeschaltet und das Magnetventil16 wird so von dem Steuerungsgerät50 angesteuert, dass nunmehr die Spülluft18 in den Kraftstoffkanal11 einströmt. Hierdurch werden Kraftstoffrückstände und Ruß in das Innenrohr4 geblasen, damit sie dort vollständig verbrannt werden, insbesondere an dem Drahtgestrick24 . Die Flammglühkerze10 wird nach weiteren ca. 1,5 Minuten ausgeschaltet. Optional kann in einer Nachlaufphase weiter Luft in den Brenner33 geblasen werden, um diesen abzukühlen. -
- 1
- Wandung
- 2
- Brennraum
- 3
- Außenrohr
- 4
- Innenrohr
- 5
- offenes Ende
- 6
- Verbrennungsluftrohr
- 7
- Flammraum
- 8
- Bypass
- 9
- Glühkerzenrohr
- 10
- Flammglühkerze
- 11
- Kraftstoffkanal
- 12
- Glühstift
- 13
- Mündung
- 14
- Erhitzerbrennraum
- 15
- Brenngaskanal
- 16
- Magnetventil
- 17
- Kraftstoff
- 18
- Spülluft
- 19
- Schutzrohr
- 20
- Löcher
- 21
- Mischraum
- 22
- Glühspule
- 23
- Spalt
- 24
- Drahtgestrick
- 26
- Anschlussflansch
- 27
- Heißgas
- 28
- Verbrennungsluftgebläse
- 29
- Magnetventil
- 30
- Dieselförderpumpe
- 31
- Spannungsquelle
- 32
- Schalter
- 33
- Brenner
- 35
- Brennraum
- 36
- geschlossenes Ende
- 37
- Austrittsöffnung
- 38
- geschlossenes Ende
- 39
- Verbrennungsluft
- 40
- Luftstrom
- 41
- Kraftstoffzuführung
- 42
- Luftstrom
- 43
- Abschnitt
- 44
- Längsachse
- 45
- Brenngas
- 46
- Dieselpartikelfiltersystem
- 47
- Dieselmotor
- 48
- Y-Rohr
- 49
- Partikelfilter
- 50
- Steuerungsgerät
- 51
- Prozessor
- 52
- Programm
- 53
- Sensor (Flammenwächter)
- 54
- Temperatursensor
- 55
- Stromsensor
Claims (5)
- Verfahren zur Erzeugung von Heißgas (
27 ) mit folgenden Schritten: – Verbrennung von Kraftstoff (17 ) unter Sauerstoffmangel in einem ersten Brennraum (2 ), – Austritt von Brenngas (45 ) aus dem ersten Brennraum (2 ) in einen zweiten Brennraum (35 ) in eine erste Richtung, – Erzeugung eines Luftstroms (40 ) in dem zweiten Brennraum in Richtung auf eine Austrittsöffnung (37 ) für das Heißgas des zweiten Brennraums, wobei die zweite Richtung der ersten Richtung gegenläufig ist. - Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Luftstrom einen Drall aufweist und entlang einer Wandung (
1 ) des zweiten Brennraums verläuft. - Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei Kraftstoff (
17 ) über eine Kraftstoffzuführung (41 ) durch den zweiten Brennraum hindurch in den ersten Brennraum gelangt, und zumindest ein Teil des Luftstroms (40 ) auf die Kraftstoffzuführung trifft. - Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei Kraftstoff (
17 ) in einer Startphase mittels einer Glühkerze (10 ) entzündet wird und die Glühkerze nach Beendigung der Startphase abgeschaltet wird. - Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Glühkerze in einer Ausschaltphase eingeschaltet wird, während weiterhin Kraftstoff in den ersten Brennraum zugeführt wird.
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