DE1056424B

DE1056424B - Vorrichtung zum Ausnutzen der Abwaerme der Abgase von Brennkraftmaschinen zur Dampferzeugung

Info

Publication number: DE1056424B
Application number: DEM26623A
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz Adamek; Johannes Semik
Original assignee: Mak Maschinenbau Kiel GmbH
Current assignee: Caterpillar Motoren GmbH and Co KG
Priority date: 1955-03-29
Filing date: 1955-03-29
Publication date: 1959-04-30

Description

Vorrichtung zum Ausnutzen der Abwärme der Abgase von Brennkraftmaschinen zur Dampferzeugung Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ausnutzen der Abwärme der Abgase von Brenokraftmaschinen zur Dampferzeugung, bei der in den Ab- gasen enthaltener Restsauerstoff unter Einspritzung von Kraftstoff in der Abgasleitung verbrannt wird.
Bei bestimmten Arbeitsphasen der das Abgas liefernden Maschine, z. B. des Dieselmotors, ist in den Abgasen ein Sauerstoffmangel vorhanden, und - der eingespritzte Kraftstoff verbrennt nicht mehr. Dieser Sauerstoffmangel tritt z. B. bei Dieselmotoren bei Lastanstiegen aus dem Leerlauf ein, wobei besonders bei Brennkraftmaschinen mit Abgas-Turboaufladung die Luftmenge dem Leerlauf und die. in die Zylinder der Brennkraftmaschine eingespritzte Kraftstoffmenge praktisch dem Vollastzustand entspricht. Durch das stöchiometrische Verbrennen der Luft in den Zylindern enthält dann das Abgas im Übergangszustand bis zum neuen Leistungsgleichgewicht der- Maschine keine oder nur geringe Sauerstoffmengen. Die. Folge davon ist, daß in solchen Fällen die Brennerflamme in der Abgaszuleitung erstickt und der eingeführte Kraftstoff unverbrannt in das Abgas gelangt. Selbst wenn im Abgas nach erfolgtem Lastwechsel wieder genügend Sauerstoff vorhanden ist, muß die Brenneinrichtung erneut gezündet werden.. Dabei besteht die Gefahr einer Explosion des unverbrannten Kraftstoff-Luft-Gemisches.
Es ist zur Beseitigung dieses Mangels vorgeschlagen worden, außerhalb des Abgasstromes Kraftstoff in einer Zusatzfeuerung unter Zuführung von, Frischluft zu verbrennen und den Abgasen zuzumischen, um eine Verbrennung bei allen Betriebszuständen der Brennkraftmaschine zu gewährleisten.
Bei der bekannten getrennten Zusatzfeuerung muß dann in der Mischzone der Druck niedriger als der äußere Luftdruck sein, damit die Verbrennungsluft einströmen kann. An der Eintrittsstelle muß aber der Gasdruck erheblich größer als der Luftdruck sein, damit die Heizgase einen Kessel durchströmen können. Dieser Energieaufwand muß, um die Wirkungsweise zu ermöglichen, vom Kolben der Brennkraftmaschine geleistet -,verden, wobei die Spülvorgänge in der Brennkraftmaschine durch den Rückstäu der Düse erheblich verschlechtert werden.
Es ist bei Ölfeuerungen für Dampfkessel bekannt, Kraftstoff unter Zuführung von Frischluft innerhalb eines Abgasstromes. zu verbrennen. Das Abgas hat nur die Aufgabe, die Frischluft anzusaugen und die Kesselwandungen vor den heißen Gasen zu schützen. Weiter ist bekannt, die zur Nachverbrennung des in den Abgasen enthaltenen freien Sauerstoffes eingespritzte Kraftstoffmenge in Abhängigkeit von dem Betriebszustand zu regeln.
Durch die Erfindung werden die bekannten Nachteile beseitigt und auch während des Lastwechsels der Bremnkraftmaschine eine Flamme in der Brenneinrichtung ohne getrennte Zusatzfeuerung aufrechtzuerhalten. Der Brenneinrichtung in der Abgasleitung wird in an sich bekannter Weise außer dem Kraftstoff Luft zugeführt, wozu ein Absperrorgan vorgesehen ist, welches in Abhängigkeit vom Abgasdruck den Eintritt von unter Druck stehender Luft in die Brenneinrichtung so steuert, daß bei allen Betriebszustän:den der Maschine eine Flamme in der Brenneinrichtung erhalten bleibt. Das Absperrorgan ist mit der Ladeluftleitung der Brennkraftmaschine und einer Druckluftleitung verbunden. Bei Schienenfahrzeugen mit Druckluftbremsen bzw. Brennkräftmaschinen mit Anlaßluftflaschen ist die Druckluftieitung vorhanden. Das Absperrorgan schließt bei geöffneter Ladeluftleitung die Druckluftleitung und: öffnet bei geschlossener Ladeluftleitung die. DruckluItle.itung.
Nach der Erfindung ist vorgesehen, der Brenneinrichtung die einstellbare Zusatzluftmenge aus einem Druckluftbehälter od: drgl. über ein. Drosselorgan zuzuführen, wobei sich der Druck der zugeführten Luftwege mindestens auf einen über dem größten Abgasgegendruck liegenden Luftdruck einstellt.
Die Zusatzluft stabilisiert nicht nur die Flamme des Brenners, sondern liefert auch einen dauernden Kühlluftstrom für die Einspritzdüse. Bei konstanter Drosseleinstellung wird die Zusatzluftmenge im Leerlauf der Brennkraftmaschi:ne am größten, weil dann der geringste Abgasgegendruck an der Brennerdüse herrscht. Dieses ist gerade erwünscht, da bei Leerlauf die geringste Sauerstoffmenge im Abgas vorhanden ist und die stärksten Lastanstiege auftreten können.
Der Fremdluftverbrauch kann dadurch verringert werden, daß für die Lastzustände der Brennkraftmaschine, bei denen der Ladedruck der Verbrennungsluft größer ist als der reduzierte Druck der Fremdluft, nur Ladeluft als Zusatzluft verwendet wird. Die Absperrung der jeweilig nicht benötigten Luft erfolgt dann durch ein Wechselventil.
In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand in einem schematischen Ausführungsbeispiel dargestellt, und zwar zeigt Abb. 1 die Anordnung des Zusatzbrenners in der Abgasleitung, -Abb. 2 eine Draufsicht auf den Brennerboden und Abb. 3 einen Schnitt nach Linie III-III der Abb. 2. In der Abgasleitung 1 ist die Brznnermuffel 2 angeordnet, in der sich die Brenneinrichtung 3 befindet. Über die Leitung 4 wird der Brenneinrichtung 3 der Kraftstoff zugeführt. Mit der Brennermuffel2 ist die Luftzuführung 5 verbunden. In das Wechselventil 6 wird die Ladeluft über die Ladeluftleitung 7 und die Zusatzdruckluft über die Druckluftleitung 8 mit dem Drosselorgan 9 eingeleitet.
Ist der Abgasdruck in der Leitung 1 bei niedrigen Leistungen der Brennkraftmaschine höher als der Ladedruck, so schließt das Absperrorgan 10 die Ladeluftleitung 7 ab und gibt den Weg für die Zusatzdruckluft aus der Leitung 8 frei. Steigt mit der Leistung der Ladedruck über den Abgasdruck, so gibt das Absperrorgan 10 den Weg für die Ladeluft aus der Leitung 7 frei und sperrt die Leitung 8 ab. Der Brenner 3 bekommt in allen Betriebszuständen der Brennkraftmaschine die zu einer Teilverbrennung erforderliche Luftmenge zugeführt.
Aus der Muffel 2 tritt die Teilflamme mit dem nicht verbrannten, verdampften Kraftstoff in den Abgasstrom, uni, hier mit dem im Abgas enthaltenen Restsauerstoff zu verbrennen. An die Brennereinrichtung schließen sich stufenförmig erweiterte Zumischrohre, 11 an, zwischen denen Ringspalte 12 vorhanden sind.
Die Zumischrohre 11 sind erforderlich, um jeweilig nur so viel Abgas zuzuführen, wie auf dieser Teilstrecke Kraftstoff verbrannt werden kann. Dadurch wird eine Unterkühlung der Flamme mit mangelhafter Verbrennung vermieden.
Die Luftzuteilung am Brenner 3 erfolgt in zwei Luftströmen. Der eine Luftstrom tritt durch den Ringspalt 13 um die Kraftstoffdüse 15 in die Brennermuffel ein und dient im wesentlichen zum Kühlen der Düse (s. Abb. 2 und 3). Der andere Luftstrom tritt durch konzentrisch um die Ringöffnung angeordnete Drallflügel 14 in die Brennermuffei ein und erhält dadurch einen Drall. Dieser Luftstrom dient zur Teilverbrennung ,des eingespritzten Kraftstoffes.
Durch die Zuführung von zwei Luftströmen. in die Brennermuffel wird neben der guten Kühlung der Düse ein langer Durchmischungsweg zwischen Luft und Kraftstoffnebel erreicht.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Vorrichtung zum Ausnutzen der Abwärme der Abgase von Brennkraftmaschinen zur Dampferzeugung, bei der in den Abgasen enthaltener Restsauerstoff unter Einspritzung von Kraftstoff in der Abgasleitung verbrannt wird, dadurch gekennzeichnet, daß einer Brenneinrichtung in der Abgasleitung in an sich bekannter Weise außer denn Kraftstoff Luft zugeführt wird, wozu ein Absperrorgan (10) vorgesehen ist, welches in Abhängigkeit vom Abgasdruck den. Eintritt von unter Druck stehender Luft in die Brenneinrichtung sa steuert, d'aß bei allen Betriebszuständen der Maschine eine Flamme in der Brenneinrichtung erhalten bleibt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Absperrorgan (10) mit der Ladeluftleitung (7) der Brennkraftmaschine und mit einer Druckluftleitung (8) verbunden ist.
3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Absperrorgan (10) bei geöffneter Ladeluftleitung (7) die zusätzliche Druckluftleitung (8) schließt und bei geschlossener Ladeluftleitung (7) die Druckluftleitung (8) öffnet.
4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge der zusätzlichen Druckluft über ein Drosselorgan (9) einstellbar ist.
5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Brenneinrichtung aus einer Brennermuffel mit daran anschließenden sich stufenförmig erweiternden Zumischrohren (11) besteht, wobei zwischen den einzelnen Stufe Ringspalte (12) vorhanden sind. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 324 466, 424 011, 557 342, 813 740, 826 671; schweizerische _Patentsichriften Nr. 91220, 231 639.