DE102016015762B4

DE102016015762B4 - Brennkammerbaugruppe für ein brennstoffbetriebenes Fahrzeugheizgerät

Info

Publication number: DE102016015762B4
Application number: DE102016015762.3A
Authority: DE
Inventors: Michael Humburg
Original assignee: Eberspaecher Climate Control Systems GmbH and Co KG
Current assignee: Eberspaecher Climate Control Systems GmbH and Co KG
Priority date: 2016-09-15
Filing date: 2016-09-15
Publication date: 2020-07-30
Anticipated expiration: 2036-09-16
Also published as: DE102016015762A1

Abstract

Brennkammerbaugruppe für ein brennstoffbetriebenes Fahrzeugheizgerät, umfassend ein Brennkammergehäuse (12) mit einer durch eine Umfangswandung (14) und einen Bodenbereich (16) begrenzten Brennkammer (18), ein in Richtung einer Gehäuselängsachse (L) auf die Umfangswandung (14) folgendes und einen in Richtung der Gehäuselängsachse (L) offenen Abgasströmungsraum (32) umgebendes Flammrohr (30) und eine Flammblende (34) mit einer Durchströmöffnung (60), wobei zwischen dem Flammrohr (30) und einem dieses umgebenden Gehäuse (38) ein Abgasrückströmungsraum (46) gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass im axialen Erstreckungsbereich der Flammblende (34) eine Abgasrückführöffnungsanordnung (70) zur Rückführung von in dem Abgasrückströmungsraum (46) strömenden Verbrennungsabgasen in die Brennkammer (18) oder/und den Abgasströmungsraum (32) vorgesehen ist, und dass die Flammblende (34) zusammen mit dem Flammrohr (30) oder/und der Umfangswandung (14) einen Abgasüberführungsraum (68) begrenzt, und dass die Abgasrückführöffnungsanordnung (70) wenigstens eine den Abgasrückströmungsraum (46) mit dem Abgasüberführungsraum (68) verbindende erste Abgasrückführöffnung (72) und wenigstens eine den Abgasüberführungsraum (68) mit der Brennkammer (18) oder/und dem Abgasströmungsraum (32) verbindende zweite Abgasrückführöffnung (74) umfasst.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennkammerbaugruppe für ein brennstoffbetriebenes Fahrzeugheizgerät, welches in einem Fahrzeug beispielsweise als Standheizung oder als Zuheizer eingesetzt werden kann.
Aus der DE 103 46 558 B3 ist eine Brennkammerbaugruppe für ein brennstoffbetriebenes Fahrzeugheizgerät bekannt, bei welcher eine durch einen Bodenbereich und eine Umfangswandung begrenzte Brennkammer im Bereich einer Flammblende in einen von einem Flammrohr umgebenen Abgasströmungsraum übergeht. An einem axialen Ende des Flammrohrs ist der Abgasströmungsraum axial offen und die in diesem Bereich aus dem Flammrohr austretenden Verbrennungsabgase gelangen in einen zwischen dem Flammrohr und einem das Flammrohr umgebenden Gehäuse gebildeten Abgasrückströmungsraum. Dabei übertragen die Verbrennungsabgase Wärme auf ein das Gehäuse an seiner von dem Flammrohr abgewandt liegenden Seite umströmendes Wärmeträgermedium, beispielsweise die in einen Fahrzeuginnenraum einzuleitende Luft oder die in einem Kühlmittelkreislauf einer Brennkraftmaschine zirkulierende Kühlflüssigkeit.
Eine Brennkammerbaugruppe für ein brennstoffbetriebenes Fahrzeugheizgerät gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der DE 103 43 282 B3 bekannt. Bei dieser bekannten Brennkammerbaugruppe geht die im Bereich einer Umfangswandung mit porösem Verdampfermedium ausgekleidete Brennkammer im Bereich einer in einer zentralen Durchströmöffnung ausgebildeten Flammblende in einen in einem Flammrohr gebildeten Abgasströmungsraum über.
Die DE 299 12 362 U1 offenbart einen Blaubrenner für einen Heizkessel, bei welchem ein Teil des bei der Verbrennung in einer Brennkammer entstehenden Abgases über einen in einer die Brennkammer begrenzenden Wandung gebildeten Ringspalt in den Verbrennungsprozess rückgespeist wird.
Die DE 41 18 864 A1 offenbart einen Brenner der Blaubrenner-Bauart, bei welchem ein Teil des im Verbrennungsprozess entstehenden Abgases über in einem Mischrohr ausgebildete Schlitze in den Verbrennungsprozess rückgespeist werden.
Die JP 2001-330 212 offenbart ein brennstoffbetriebenes Heizgerät, bei welchem in einer Brennkammer ein Gemisch aus Brennstoff und Verbrennungsluft gebildet und verbrannt wird. Eine Rückspeisung von Abgas in den Verbrennungsprozess ist bei diesem bekannten Heizgerät nicht vorgesehen.
Die EP 0 287 923 A2 offenbart ein brennstoffbetriebenes Heizgerät, bei welchem das in einer Brennkammer entstehende Verbrennungsabgas durch in einem Abgasströmungsraum bzw. einem Abgasrückströmungsraum angeordnetes, schalldämmendes Material geleitet wird.
Die DE 39 19 797 A1 offenbart einen Ölbrenner, bei welchem in einer eine Brennkammer umgrenzenden Umfangswandung ein ringartiger Spalt gebildet ist, über welchen Abgas, das durch in dieser Wandung vorgesehene Öffnungen aus der Brennkammer abgeleitet wird, in den Verbrennungsprozess rückgespeist wird.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Brennkammerbaugruppe für ein brennstoffbetriebenes Fahrzeugheizgerät vorzusehen, welche mit verringertem Schadstoffausstoß betrieben werden kann.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Brennkammerbaugruppe für ein brennstoffbetriebenes Fahrzeugheizgerät, umfassend ein Brennkammergehäuse mit einer durch eine Umfangswandung und einen Bodenbereich begrenzten Brennkammer, ein in Richtung einer Gehäuselängsachse auf die Umfangswandung folgendes und einen in Richtung der Gehäuselängsachse offenen Abgasströmungsraum umgebendes Flammrohr und eine Flammblende mit einer Durchströmöffnung, wobei zwischen dem Flammrohr und einem dieses umgebenden Gehäuse ein Abgasrückströmungsraum gebildet ist.
Dabei ist weiter vorgesehen, dass im axialen Bereich der Flammblende, also dem axialen Erstreckungsbereich der Flammblende, eine Abgasrückführöffnungsanordnung zur Rückführung von in dem Abgasrückströmungsraum strömenden Verbrennungsabgasen in die Brennkammer oder/und den Abgasströmungsraum vorgesehen ist.
Durch die Rückführung eines Teils der im Abgasrückströmungsraum strömenden Verbrennungsabgase in Richtung zur Brennkammer bzw. zum Abgasströmungsraum, also in den ablaufenden Verbrennungsprozess, kann der Schadstoffausstoß, insbesondere der NOx- Gehalt in den Verbrennungsabgasen, deutlich gesenkt werden.
Für eine effiziente Rückführung von im Abgasrückströmungsraum strömenden Verbrennungsabgasen in den Verbrennungsprozess ist ferner vorgesehen, dass die Flammblende zusammen mit dem Flammrohr oder/und der Umfangswandung einen Abgasüberführungsraum begrenzt, und dass die Abgasrückführöffnungsanordnung wenigstens eine den Abgasrückströmungsraum mit dem Abgasüberführungsraum verbindende erste Abgasrückführöffnung und wenigstens eine den Abgasüberführungsraum mit der Brennkammer oder/und dem Abgasströmungsraum verbindende zweite Abgasrückführöffnung umfasst.
Dabei kann eine vergleichsweise große Menge von im Abgasrückströmungsraum strömenden Verbrennungsabgasen rückgespeist werden, wenn die Abgasrückführöffnungsanordnung eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung vorzugsweise ringartig aufeinanderfolgend angeordneten ersten Abgasrückführöffnungen oder/und eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung vorzugsweise ringartig aufeinander folgend angeordneten zweiten Abgasrückführöffnungen umfasst. Dabei kann weiter vorgesehen sein, dass wenigstens eine, vorzugsweise jede erste Abgasrückführöffnung bezüglich wenigstens einer, vorzugsweise jeder zweiten Abgasrückführöffnung axial versetzt ist.
Gemäß einem besonders vorteilhaften Ausgestaltungsaspekt kann bei der erfindungsgemäß aufgebauten Brennkammerbaugruppe vorgesehen sein, dass die Durchströmöffnung eine in einer Abgasströmungsrichtung zu einem Scheitelbereich hin abnehmende Strömungsquerschnittsfläche aufweist. Auf diese Art und Weise kann ein Düseneffekt generiert werden, der im Abgasüberführungsraum einen Unterdruck erzeugt und somit darin angesammelte Verbrennungsabgase in den Verbrennungsprozess saugt.
Um diese in Richtung der Strömungsrichtung der Verbrennungsabgase, also in Richtung von der Brennkammer zum Abgasströmungsraum hin abnehmende Strömungsquerschnittsfläche in einfacher Weise bereitstellen zu können, wird vorgeschlagen, dass die Flammblende in einem bezogen auf eine Abgasströmung von der Brennkammer in den Abgasströmungsraum stromaufwärtigen Verbindungsbereich an die Umfangswandung oder/und das Flammrohr angebunden ist und in einem bezogen auf die Abgasströmung von der Brennkammer in den Abgasströmungsraum stromabwärtigen Verbindungsbereich an die Umfangswandung oder/und das Flammrohr angebunden ist und zwischen dem stromaufwärtigen Verbindungsbereich und dem stromabwärtigen Verbindungsbereich eine die Durchströmöffnung radial begrenzende Strömungsführungswandung aufweist, und dass, ausgehend vom ersten Verbindungsbereich, die Strömungsquerschnittsfläche zum Scheitelbereich hin abnimmt.
Der vorangehend angesprochene Düseneffekt kann dann besonders effizient genutzt werden, wenn gemäß einem weiteren vorteilhaften Aspekt vorgesehen ist, dass eine Änderungsrate der Strömungsquerschnittsfläche zwischen dem stromaufwärtigen Verbindungsbereich und dem Scheitelbereich in Richtung der Gehäuselängsachse wenigstens bereichsweise abnimmt. Die Flammblende ist somit nach Art einer für die Strömungsverhältnisse vorteilhaft wirkenden Venturi-Düse aufgebaut.
Um den Unterdruckeffekt bzw. die Ansaugwirkung möglichst effizient nutzen zu können, kann vorgesehen sein, dass wenigstens eine, vorzugsweise jede zweite Abgasrückführöffnung im Bereich des Scheitelbereichs vorgesehen ist.
Für eine weiter verbesserte Strömungsführung bzw. Abgasrückführung kann die Flammblende stromabwärts des Scheitelbereichs eine im Wesentlichen stufenartige Erweiterung des Abgasströmungsraums bereitstellen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, dass in einem ersten axialen Endbereich des Abgasrückströmungsraums der Abgasströmungsraum zum Abgasrückströmungsraum offen ist und in einem zweiten axialen Endbereich des Abgasrückströmungsraums eine von im Abgasrückströmungsraum strömenden Verbrennungsabgasen durchströmbare Katalysatoranordnung vorgesehen ist. Diese Katalysatoranordnung kann insbesondere zur Verringerung des CO-Anteils und des HC-Anteils in den Verbrennungsabgasen wirksam sein und führt aufgrund der Integration derselben in den Bereich der Brennkammerbaugruppe zu einer kompakten Bauweise.
Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass ein die Umfangswandung umgebender Verbrennungsluftzuführraum über eine Mehrzahl von in der Umfangswandung vorgesehenen Verbrennungsluftzuführöffnungen zur Brennkammer offen ist, und dass eine den Verbrennungsluftzuführraum vom Abgasrückströmungsraum trennende Trennwandung vorgesehen ist, wobei die Katalysatoranordnung die Trennwandung umgebend oder/und an die Trennwandung axial anschließend angeordnet ist. Die im katalytischen Prozess entstehende Reaktionswärme kann auf diese Art und Weise auf die in die Brennkammer einzuleitende Verbrennungsluft übertragen werden, so dass diese vorgewärmt in die Brennkammer eintritt. Dies trägt auch zur Kühlung der Katalysatoranordnung bei.
Eine weiter verbesserte Ausnutzung der in der Katalysatoranordnung generierten Wärme sowie eine effiziente Kühlung der Katalysatoranordnung können erreicht werden, wenn die Katalysatoranordnung zwischen der Trennwandung und dem Gehäuse angeordnet ist.
Die erfindungsgemäß aufgebaute Brennkammerbaugruppe kann derart ausgebildet sein, dass der Bodenbereich einen Verdampfermediumträger und an einer der Brennkammer zugewandten Seite des Verdampfermediumträgers poröses Verdampfermedium umfasst, oder/und dass das Gehäuse ein im Wesentlichen topfartiges Wärmetauschergehäuse mit einer dem Flammrohr axial gegenüberliegenden Bodenwandung und einer das Flammrohr umgebenden und den Abgasrückströmungsraum nach radial außen begrenzenden Wärmetauschergehäuse-Umfangswandung ist.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Fahrzeugheizgerät, umfassend eine erfindungsgemäß aufgebaute Brennkammerbaugruppe.
Die Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die 1 detailliert beschrieben, welche eine Längsschnittansicht einer brennstoffbetriebenen Brennkammerbaugruppe für ein Fahrzeugheizgerät darstellt.
Die in 1 dargestellte Brennkammerbaugruppe 10 umfasst ein allgemein mit 12 bezeichnetes Brennkammergehäuse. Das Brennkammergehäuse 12 umgrenzt mit einer Umfangswandung 14 und einem Bodenbereich 16 eine Brennkammer 18. Der Bodenbereich 16 kann mit einem beispielsweise topfartig ausgebildeten Verdampfermediumträger 20 und einem an dessen der Brennkammer 18 zugewandten Seite getragenen porösen Verdampfermedium 22 aufgebaut sein. Über eine Brennstoffzuführleitung 24 wird von einer Brennstoffzuführanordnung, beispielsweise Dosierpumpe, zugeführter flüssiger Brennstoff in das poröse Verdampfermedium 22 eingespeist und von diesem in Richtung zur Brennkammer 18 abgedampft. Um insbesondere in einer Startphase des Verbrennungsbetriebs die Brennstoffabdampfung zu unterstützen, kann der Bodenbereich 16 an der von der Brennkammer 18 abgewandten Seite des porösen Verdampfermediums 22 oder/und des Verdampfermediumträgers 20 eine elektrisch erregbare Heizeinrichtung umfassen.
Zur Zufuhr von Verbrennungsluft in die Brennkammer 18 weist die Umfangswandung 14 eine Mehrzahl von Verbrennungsluftzuführöffnungen 26 auf. Über diese Verbrennungsluftzufuhröffnungen 26 ist ein die Umfangswandung 14 bzw. die Brennkammer 18 vorzugsweise ringartig umgebender Verbrennungsluftzuführraum 28 zur Brennkammer 18 offen. Durch eine nicht dargestellte Verbrennungsluftzuführanordnung, beispielsweise Seitenkanalgebläse, kann die für die Verbrennung erforderliche Luft in Richtung zum Verbrennungsluftzuführraum 28 gefördert werden.
Ein im dargestellten Ausgestaltungsbeispiel mit der Umfangswandung 14 integral ausgebildetes Flammrohr 30 schließt in Richtung einer Gehäuselängsachse L an die Umfangswandung 14 an. Im Inneren des Flammrohrs 30 ist ein Abgasströmungsraum 32 gebildet, in welchen die die Brennkammer 18 im Bereich einer allgemein mit 34 bezeichneten Flammblende verlassenden Verbrennungsabgase, wie durch Strömungspfeile P₁ angedeutet, eintreten. Es ist darauf hinzuweisen, dass im Sinne der vorliegenden Erfindung die im Wesentlichen in Richtung der Gehäuselängsachse L aus der Brennkammer 18 in den Abgasströmungsraum 32 strömenden Verbrennungsabgase in diesem Bereich der Brennkammerbaugruppe 10 eine Strömungsrichtung und, bezogen auf diese Strömungsrichtung, stromaufwärts bzw. stromabwärts positionierte Systembereiche definieren.
Der Abgasströmungsraum 32 ist an einem von der Umfangswandung 14 entfernt liegenden axialen Endbereich 36 des Flammrohrs 30 offen. Das Flammrohr 30 bzw. das Brennkammergehäuse 12 ist von einem topfartigen Gehäuse 38 umgeben, welches eine dem axialen Endbereich 36 des Flammrohrs 30 gegenüberliegende Bodenwandung 40 und eine das Flammrohr 30 bzw. bereichsweise auch die Umfangswandung 14 radial außen umgebende Wärmetauschergehäuse-Umfangswandung 42 aufweist. Das Gehäuse 38 kann das Innere von ineinander eingesetzten topfartigen Wärmetauschergehäusen sein, welche zwischen sich einen Strömungsraum für ein flüssiges Wärmeträgermedium begrenzen. Wird die Brennkammerbaugruppe 10 in Verbindung mit einem Luftheizgerät eingesetzt, kann das Gehäuse 38 an seiner vom Flammrohr 30 abgewandten Außenseite von der zu erwärmenden Luft umströmt werden. Um den Wärmeübertrag von den Verbrennungsabgasen auf das Gehäuse 38 zu verbessern, kann dieses an seiner dem Flammrohr 30 zugewandten Innenseite im Bereich der Bodenwandung 40 oder/und im Bereich der Wärmetauschergehäuse-Umfangswandung 42 Wärmeübertragungsrippen 44 aufweisen.
Die den Abgasströmungsraum 32 am axialen Endbereich 36 des Flammrohrs 30 verlassenden Verbrennungsabgase werden, wie durch Strömungspfeile P₂ angedeutet, an der Bodenwandung 40 axial umgelenkt und treten somit in einen Abgasrückströmungsraum 46 im Bereich von dessen ersten axialen Endbereich 48 ein. Wie durch einen Strömungspfeil P₃ angedeutet, strömen die Verbrennungsabgase in Richtung auf einen zweiten axialen Endbereich 50 des Abgasrückströmungsraums 46 zu. Dieser zweite axiale Endbereich 50 des Abgasrückströmungsraums 46 kann mit der Brennkammer 18 bzw. der Umfangswandung 14 sich zumindest bereichsweise axial überlappend positioniert sein.
In dem zweiten axialen Endbereich 50 ist der Abgasrückströmungsraum 46 nach radial innen und in axialer Richtung durch eine außen an die Umfangswandung 14 bzw. das Flammrohr 30 angebundene Trennwandung 52 begrenzt. Die Trennwandung 52 trennt somit in diesem zweiten axialen Endbereich 50 den Abgasrückströmungsraum 46 vom Verbrennungsluftzuführraum 28.
In diesem Bereich des Abgasrückströmungsraums 46 kann eine beispielweise ringartig ausgestaltete Katalysatoranordnung 54 unter leichter Presspassung zwischen der Trennwandung 52 und der Wärmetauschergehäuse-Umfangswandung 42 gehalten sein. Die Katalysatoranordnung 54 kann beispielsweise ein mit Katalysatormaterial beschichtetes Edelstahlgeflecht aufweisen. Die den Abgasrückströmungsraum 46 durchströmenden Verbrennungsabgase bzw. zumindest ein Teil davon durchströmen die Katalysatoranordnung 54, so dass bei der an der Oberfläche des katalytischen Materials ablaufenden Reaktion in den Verbrennungsabgasen enthaltenes CO und HC zu CO₂ und H₂O reagieren, so dass der Schadstoffausstoß gesenkt wird. Nach Durchströmen der Katalysatoranordnung 54 verlassen die Verbrennungsabgase den Abgasrückströmungsraum 46 beispielsweise axial im Bereich einer in der Trennwandung 52 vorgesehenen Öffnung zu einem Abgasführungssystem hin.
Ein Teil der bei der katalytischen Reaktion entstehenden Wärme kann einerseits auf die im Verbrennungsluftzuführraum 28 in Richtung zur Brennkammer 18 strömende Verbrennungsluft übertragen werden, um diese vorzuwärmen. Ein weiterer Teil der Reaktionswärme kann auf die Wärmetauschergehäuse-Umfangswandung 42 und über diese auf das zu erwärmende Wärmeträgermedium übertragen werden. Auf diese Art und Weise wird einerseits die Katalysatoranordnung 54 gekühlt und vor Überhitzung geschützt, andererseits wird die in der katalytischen Reaktion generierte Wärme effizient genutzt.
Die im Wesentlichen einen Bereich des Übergangs von der Brennkammer 18 zum Abgasströmungsraum 32 definierende Flammblende 34 ist mit zwei in Richtung der Gehäuselängsachse L zueinander versetzt liegenden Verbindungsbereichen 56, 58 an die Umfangswandung 14 bzw. Flammrohr 30 angebunden. Ausgehend von dem der Brennkammer 18 zugewandt liegenden, stromaufwärtigen Verbindungsbereich 56 verjüngt sich eine in der Flammblende 34 ausgebildete Durchströmöffnung 60 bis zu einer im Bereich eines Scheitelbereichs 62 der Flammblende 34 bereitgestellten minimalen Strömungsquerschnittsfläche. Im Bereich zwischen dem stromaufwärtigen Verbindungsbereich 56 und dem Scheitelbereich 62 stellt die Flammblende 34 eine Strömungsführungswandung 64 bereit. Diese ist konvex gekrümmt, so dass zwischen dem stromaufwärtigen Verbindungsbereich 56 und dem Scheitelbereich 62 die Änderungsrate der Strömungsquerschnittsfläche abnimmt. In dem Bereich der Strömungsführungswandung 64, welcher an den stromaufwärtigen Verbindungsbereich 56 angrenzt, ist die Abnahme der Strömungsquerschnittsfläche, bezogen auf eine Längeneinheit in Richtung der Gehäuselängsachse L, maximal. Im Bereich des Scheitelbereichs 62 ist die Änderungsrate minimal bzw. bei null.
Angrenzend an den Scheitelbereich 62 stellt die Flammblende 34 im Übergang zum Flammrohr 30 eine stufenartige Erweiterung der Strömungsquerschnittsfläche bereit.
Die mit ihrer vorangehend beschriebenen Geometrie nach Art einer Venturi-Düse ausgebildete Flammblende 34 begrenzt zusammen mit dem diese umgebenden Bereich der Umfangswandung 14 bzw. des Flammrohrs 30 einen die Gehäuselängsachse L vorzugsweise unterbrechungsfrei und ringartig umgebenden Abgasüberführungsraum 68. Eine Abgasrückführöffnungsanordnung 70 umfasst in der Umfangswandung 14 bzw. im Flammrohr 30, grundsätzlich also einer den Abgasüberführungsraum 68 nach radial außen begrenzenden Wandung, eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung vorzugsweise in ringartiger Struktur aufeinanderfolgend angeordneten ersten Abgasrückführöffnungen 72. Über die ersten Abgasrückführöffnungen 72 ist der Abgasrückströmungsraum 46 zum Abgasüberführungsraum 68 offen. Die Abgasrückführöffnungsanordnung 70 umfasst ferner eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung vorzugsweise in ringartiger Struktur aufeinanderfolgend angeordneten zweiten Abgasrückführöffnungen 74 in der Flammblende 34, insbesondere im Scheitelbereich 62 derselben. Über die zu den ersten Abgasrückführöffnungen 72 in Richtung der Gehäuselängsachse L versetzt angeordneten zweiten Abgasrückführöffnungen 74 ist der Abgasüberführungsraum 68 zur Brennkammer 18 bzw. zum Abgasströmungsraum 32 offen, insbesondere in einem Übergangsbereich von der Brennkammer 18 zum Abgasströmungsraum 32. Der Abgasüberführungsraum 68 stellt somit über die Abgasrückführöffnungsanordnung 70 eine Verbindung zwischen dem Abgasrückströmungsraum 46 und der Brennkammer 18 bzw. dem Abgasströmungsraum 32 bereit.
Bei im Wesentlichen in der Brennkammer 18 ablaufender Verbrennung strömen die Verbrennungsabgase durch die Durchströmöffnung 60. Aufgrund der abnehmenden Strömungsquerschnittsfläche und des so generierten Venturi-Effekts entsteht ein Unterdruck bezüglich des Abgasüberführungsraums 68. Dies bedeutet, dass über die ersten Abgasrückführöffnungen 72 in den Abgasüberführungsraum 68 gesaugte Verbrennungsabgase, wie durch Strömungspfeile P₄ und P₅ angedeutet, in den Bereich der Brennkammer 18 bzw. in den Bereich des Abgasströmungsraum 32 gelangen und somit in den Verbrennungsprozess rückgespeist werden. Durch diese Rückspeisung von Verbrennungsabgasen kann der Schadstoffausstoß, insbesondere der NOx- Anteil in den Verbrennungsabgasen, deutlich gemindert werden. Dazu trägt im Wesentlichen bei, dass der größte Teil der in den Verbrennungsabgasen transportierten Wärme nahe dem ersten axialen Endbereich 48 des Abgasrückströmungsraums 46 über das Gehäuse 38 auf das Wärmeträgermedium übertragen wird. In einem zwischen zwei Linien L₁, L₂ eingegrenzten axialen Bereich B, welcher etwa 1/3 der axialen Erstreckung des Abgasrückströmungsraum 46 umfasst, werden etwa 80 % der zu übertragenden Wärme auf das Gehäuse 38 und somit das Wärmeträgermedium übertragen. Im Bereich der Abgasrückführöffnungsanordnung 70 sind die Verbrennungsabgase somit bereits deutlich abgekühlt, so dass deren Rückspeisung in den Verbrennungsprozess aufgrund der dadurch hervorgerufenen Absenkung der Verbrennungstemperatur zu einem verringerten NOx-Anteil in den Verbrennungsabgasen beiträgt.
Mit der erfindungsgemäß aufgebauten Brennkammerbaugruppe 10 kann sowohl durch die aufgrund der speziellen Geometrie der Flammblende 34 erzwungene Rückspeisung von Verbrennungsabgasen in den Verbrennungsprozess, als auch durch das Durchströmen einer Katalysatoranordnung vor dem Austritt der Verbrennungsabgase aus der Brennkammerbaugruppe 10 ein deutlich gesenkter Schadstoffausstoß erreicht werden. Vorteilhafterweise sind diese beiden Maßnahmen in der Brennkammerbaugruppe 10 in Verbindung miteinander vorgesehen. Jede der Maßnahmen kann jedoch auch für sich alleine, ohne dass notwendigerweise auch die andere Maßnahme vorgesehen ist, einen verringerten Schadstoffanteil in den aus der Brennkammerbaugruppe 10 ausgestoßenen Abgasen bewirken.
Abschließend wird darauf hingewiesen, dass die vorangehend beschriebene Brennkammerbaugruppe in verschiedensten Aspekten variiert werden kann, ohne von den Prinzipien der vorliegenden Erfindung abzuweichen. So könnte beispielsweise die Flammblende mit der die Brennkammer umgebenden Umfangswandung integral ausgebildet sein oder/und könnte mit dem axial auf diese Umfangswandung folgenden Flammrohr integral ausgebildet sein. Auch müssen nicht notwendigerweise die Umfangswandung und das Flammrohr durch ein einziges Bauteil als integrale Bestandteile desselben bereitgestellt sein. So könnte beispielsweise das Flammrohr auch integral mit der Trennwandung aufgebaut sein. Auch die Flammblende könnte als integraler Bestandteil der Trennwandung bereitgestellt sein, während die Umfangswandung und das Flammrohr als separate Bauteile vorgesehen sind. Das Anbinden der Flammblende beispielsweise an das Flammrohr oder die Umfangswandung umfasst im Sinne der vorliegenden Erfindung also sowohl das Verbinden zweier getrennter Bauteile, beispielsweise durch Materialschluss, als auch das integrale Bereitstellen zweier Systembereiche wie zum Beispiel Flammblende und Umfangswandung, als Bestandteile eines Bauteils.

Claims

Brennkammerbaugruppe für ein brennstoffbetriebenes Fahrzeugheizgerät, umfassend ein Brennkammergehäuse (12) mit einer durch eine Umfangswandung (14) und einen Bodenbereich (16) begrenzten Brennkammer (18), ein in Richtung einer Gehäuselängsachse (L) auf die Umfangswandung (14) folgendes und einen in Richtung der Gehäuselängsachse (L) offenen Abgasströmungsraum (32) umgebendes Flammrohr (30) und eine Flammblende (34) mit einer Durchströmöffnung (60), wobei zwischen dem Flammrohr (30) und einem dieses umgebenden Gehäuse (38) ein Abgasrückströmungsraum (46) gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass im axialen Erstreckungsbereich der Flammblende (34) eine Abgasrückführöffnungsanordnung (70) zur Rückführung von in dem Abgasrückströmungsraum (46) strömenden Verbrennungsabgasen in die Brennkammer (18) oder/und den Abgasströmungsraum (32) vorgesehen ist, und dass die Flammblende (34) zusammen mit dem Flammrohr (30) oder/und der Umfangswandung (14) einen Abgasüberführungsraum (68) begrenzt, und dass die Abgasrückführöffnungsanordnung (70) wenigstens eine den Abgasrückströmungsraum (46) mit dem Abgasüberführungsraum (68) verbindende erste Abgasrückführöffnung (72) und wenigstens eine den Abgasüberführungsraum (68) mit der Brennkammer (18) oder/und dem Abgasströmungsraum (32) verbindende zweite Abgasrückführöffnung (74) umfasst.
Brennkammerbaugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasrückführöffnungsanordnung (70) eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung aufeinander folgend angeordneten ersten Abgasrückführöffnungen (72) oder/und eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung aufeinander folgend angeordneten zweiten Abgasrückführöffnungen (74) umfasst.
Brennkammerbaugruppe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine erste Abgasrückführöffnung (72) bezüglich wenigstens einer zweiten Abgasrückführöffnung (74) axial versetzt ist.
Brennkammerbaugruppe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchströmöffnung (60) eine in einer Abgasströmungsrichtung zu einem Scheitelbereich (62) hin abnehmende Strömungsquerschnittsfläche aufweist.
Brennkammerbaugruppe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Flammblende (34) in einem bezogen auf eine Abgasströmung (P₁) von der Brennkammer (18) in den Abgasströmungsraum (32) stromaufwärtigen Verbindungsbereich (56) an die Umfangswandung (14) oder/und das Flammrohr (30) angebunden ist und in einem bezogen auf die Abgasströmung (P₁) von der Brennkammer (18) in den Abgasströmungsraum (32) stromabwärtigen Verbindungsbereich (58) an die Umfangswandung (14) oder/und das Flammrohr (30) angebunden ist und zwischen dem stromaufwärtigen Verbindungsbereich (56) und dem stromabwärtigen Verbindungsbereich (58) eine die Durchströmöffnung (60) radial begrenzende Strömungsführungswandung (64) aufweist, und dass, ausgehend vom stromaufwärtigen Verbindungsbereich (56), die Strömungsquerschnittsfläche (60) zum Scheitelbereich (62) hin abnimmt.
Brennkammerbaugruppe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Änderungsrate der Strömungsquerschnittsfläche (60) zwischen dem stromaufwärtigen Verbindungsbereich (56) und dem Scheitelbereich (62) in Richtung der Gehäuselängsachse (L) wenigstens bereichsweise abnimmt.
Brennkammerbaugruppe nach Anspruch 3 und einem der Ansprüche 4-6, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine zweite Abgasrückführöffnung (74) im Bereich des Scheitelbereichs (62) vorgesehen ist.
Brennkammerbaugruppe nach einem der Ansprüche 4-7, dadurch gekennzeichnet, dass stromabwärts des Scheitelbereichs (62) die Flammblende (34) eine im Wesentlichen stufenartige Erweiterung des Abgasströmungsraums (32) bereitstellt.
Brennkammerbaugruppe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten axialen Endbereich (48) des Abgasrückströmungsraums (46) der Abgasströmungsraum (32) zum Abgasrückströmungsraum (46) offen ist und in einem zweiten axialen Endbereich (50) des Abgasrückströmungsraums (46) eine von im Abgasrückströmungsraum (46) strömenden Verbrennungsabgasen durchströmbare Katalysatoranordnung (54) vorgesehen ist.
Brennkammerbaugruppe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein die Umfangswandung (14) umgebender Verbrennungsluftzuführraum (28) über eine Mehrzahl von in der Umfangswandung (14) vorgesehenen Verbrennungsluftzuführöffnungen (26) zur Brennkammer (18) offen ist, und dass eine den Verbrennungsluftzuführraum (28) vom Abgasrückströmungsraum (46) trennende Trennwandung (52) vorgesehen ist, wobei die Katalysatoranordnung (54) die Trennwandung (52) umgebend oder/und an die Trennwandung (52) axial anschließend angeordnet ist.
Brennkammerbaugruppe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Katalysatoranordnung (54) zwischen der Trennwandung (52) und dem Gehäuse (38) angeordnet ist.
Brennkammerbaugruppe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bodenbereich (16) einen Verdampfermediumträger (20) und an einer der Brennkammer (18) zugewandten Seite des Verdampfermediumträgers (20) poröses Verdampfermedium (22) umfasst, oder/und dass das Gehäuse (38) ein im Wesentlichen topfartiges Wärmetauschergehäuse mit einer dem Flammrohr (30) axial gegenüberliegenden Bodenwandung (40) und einer das Flammrohr (30) umgebenden und den Abgasrückströmungsraum (46) nach radial außen begrenzenden Wärmetauschergehäuse-Umfangswandung (42) ist.
Fahrzeugheizgerät, umfassend eine Brennkammerbaugruppe (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche.