DE1238273B

DE1238273B - Afterburner for exhaust gases, in particular from internal combustion engines for motor vehicles

Info

Publication number: DE1238273B
Application number: DE1961E0021591
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Siegfried Kofink
Original assignee: J Eberspaecher GmbH and Co KG
Current assignee: Eberspaecher Climate Control Systems GmbH and Co KG
Priority date: 1961-08-26
Filing date: 1961-08-26
Publication date: 1967-04-06

Description

Nachbrenneinrichtung für Auspuffgase, insbesondere von Brennkraftmaschinen für Kraftfahrzeuge Die vorliegende Erfindung betrifft eine Nachbrenneinrichtung für Auspuffgase, insbesondere von Brennkraftmaschinen für Kraftfahrzeuge, bei welcher eine Zufuhreinrichtung für flüssigen Brennstoff und eine Zündeinrichtung vorgesehen sind und bei welcher der als Treibdüse ausgebildete Auspuffstutzen und die ringförinige Austrittsdüse einer den Auspuffstutzen umhüllenden Luftkammer in die Brennkammern münden.Afterburning device for exhaust gases, in particular from internal combustion engines for motor vehicles The present invention relates to an afterburner device for exhaust gases, in particular from internal combustion engines for motor vehicles, in which a supply device for liquid fuel and an ignition device are provided are and in which the exhaust nozzle designed as a propellant nozzle and the ring-shaped Outlet nozzle of an air chamber enveloping the exhaust pipe into the combustion chambers flow out.

Sowohl der Brenner als auch ein Teil des Auspuffrohrs können die Heizquelle für eine Auspuffheizung darstellen und zu diesem Zweck von einem ringförinigen Wärmetauscher umgeben sein, durch welchen das Heizmedium mit Hilfe eines Fördermittels zu den Heizstellen gefördert wird. Es ist beispielsweise eine Auspuffheizungseinrichtung bekannt, bei der die Auspuffgase mit den Heizgasen eines mit flüssigem Brennstoff betriebenen Brenners vermischt und gemeinsam durch den Wärmetauscher geführt werden.Both the burner and part of the exhaust pipe can be the source of heat represent for an exhaust heater and for this purpose by an annular heat exchanger be surrounded by which the heating medium with the help of a conveyor to the Heating points is promoted. It is, for example, an exhaust heating device known, in which the exhaust gases with the heating gases one with liquid fuel operated burner are mixed and passed together through the heat exchanger.

Bei derartigen Einrichtungen stößt die Vermischun- der beiden Gase auf erhebliche Schwierie, keiten. In der Regel werden Brenner für flüssigen Brennstoff mit einem Gebläse betrieben, das die Verbrennungsluft, gegebenenfalls auch den Brennstoff zuführt. Die gebräuchlichen Gebläse arbeiten mit niedrigen Drücken, die sich in der Größenordnung von 4 bis 20 mm WS bewegen. Im Auspuff von Brennkraftmaschinen dagegen herrscht ein durchschnittlicher Druck von 1000 mm WS. Um die Heizgase des Brenners mit den Abgasen zu vermischen, hat man schleusenartige Druckausgleichskammern vorgeschlagen. Derartige Einrichtungen sind jedoch sehr aufwendig. Häufige Störungen sind unvenneidlich, da die Druckschwankungen der pendelnden Gassäule nicht restlos ausgeglichen werden können. Hierzu bedarf es größerer Dämpfungsglieder. In diesen würden sich die Abgase aber wieder zu weit abkühlen, so daß z. B. die Ausnutzung ihrer Wärmeenergie in Auspuffheizungen nicht mehr wirtschaftlich ist.In such devices, the mixing of the two gases encounters considerable difficulties. As a rule, burners for liquid fuel are operated with a fan that supplies the combustion air, and possibly also the fuel. The fans in use operate at low pressures, which are in the order of 4 to 20 mm WS. In the exhaust of internal combustion engines, on the other hand, there is an average pressure of 1000 mm water column. In order to mix the heating gases from the burner with the exhaust gases, sluice-like pressure compensation chambers have been proposed. However, such facilities are very expensive. Frequent disturbances are unavoidable, since the pressure fluctuations of the oscillating gas column cannot be completely compensated. This requires larger attenuators. In these, the exhaust gases would cool down too far, so that z. B. the utilization of their thermal energy in exhaust heaters is no longer economical.

Es istfernerz.B.inderUSA.-Patentschriftl 839879 eine Vorrichtung zur Verbrennung brennbarer Bestandteile in Abgasen, insbesondere bei Kraftfahrzeugbrennkraftmaschinen, beschrieben, bei der die Abgase in einer offenen Flamme einer mit flüssigem Brennstoff und luftgespeisten und mit einem Zündmittel versehenen Brennkammer, in welche das Abgasrohr hineinragt, verbrannt wird. Bei dieser bekannten Anordnung ragt die Abgasleitung in ein Gehäuse hinein, das im Mündungsbereich desselben als Mischapparat und im nachgeschalteten Auffang-C raum als Brennkammer ausgebildet ist. Im Mischapparat wird dabei die Treibwirkung der Abgase zur Ansaugung der benötigten Verbrennungsluft aus dem mit drosselbaren Lufteintrittsöffnungen versehenen Ansaugraum bewirkt. Der flüssige Brennstoff wird bei dieser bekannten Anordnung an einer davor 'gelegenen Stelle in die Abgasleitung injiziert. Diese Anordnung hat jedoch den Nachteil, daß zumindest ein großer Teil des Brennstoffs verkokt und somit für die Bildung eines zündfähigen Gemisches ausfällt, daß ferner eine unzulässige Verrußung der Anordnung eintritt. Außerdem gelangen in die Ab- gase zusätzlich unverbran nte gasförinige Bestandteile.It is also described, for example, in US Pat. No. 1,839,879, a device for the combustion of combustible components in exhaust gases, in particular in motor vehicle internal combustion engines, in which the exhaust gases are in an open flame of a combustion chamber, which is supplied with liquid fuel and air and provided with an ignition means, into which the exhaust pipe protrudes, is burned. In this known arrangement, the exhaust pipe protrudes into a housing which is designed as a mixer in the mouth area of the same and as a combustion chamber in the downstream collecting C space. In the mixing apparatus, the propellant effect of the exhaust gases is brought about to suck in the required combustion air from the suction chamber, which is provided with air inlet openings that can be throttled. In this known arrangement, the liquid fuel is injected into the exhaust pipe at a point in front of it. However, this arrangement has the disadvantage that at least a large part of the fuel cokes and thus fails to form an ignitable mixture, and that inadmissible sooting of the arrangement also occurs. Also, get into the exhaust gases in addition unverbran nte gasförinige ingredients.

Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung aufzuzeigen, bei welcher die Nachteile der bekannten Anordnungen vermieden werden, bei der ferner die Abgase nicht zur Aufbereitung des Brennstoffluftgemisches genutzt werden und erst dann das Gesamtgemisch gezündet wird, sondern bei welcher die Abgase mit der Flamme selbst vermischt werden und bei der ferner für die Auspuffanlagen der Vorteil auftritt, daß die in der Brennkammer notwendigerweise angeordnete Gemischaufbereitungsvorrichtung als den Auspuffschall nach außen sperrendes System wirkt.The present invention is based on the object of an arrangement to show in which the disadvantages of the known arrangements are avoided, In addition, the exhaust gases are not used to prepare the fuel-air mixture and only then the entire mixture is ignited, but in which the exhaust gases be mixed with the flame itself and also for the exhaust systems the advantage arises that the mixture preparation device necessarily arranged in the combustion chamber acts as a system blocking the exhaust sound to the outside.

Die Lösung der gestellten Aufgabe wird bei einer Nachbrenneinrichtung für Auspuffgase, insbesondere von Brennkraftmaschinen für Kraftfahrzeuge, bei welcher eine Zufuhreinrichtung für flüssigen Brennstoff und eine Zündeinrichtung vorgesehen sind und bei welcher der als Treibdüse ausgebildete Auspuffstutzen und die ringfönnige Austrittsdüse einer den Auspuffstutzen umhüllenden Luftkammer in die Brennkammer münden, darin gesehen, daß die Luftzufuhrleitung in bekannter Weise tangential in die Kammer mündet und die Brennstoffzufuhrleitung aufweist und daß die Luftzufuhrleitung auch mit der Zündeinrichtung versehen ist.The solution to the problem is given by an afterburner for exhaust gases, in particular from internal combustion engines for motor vehicles, in which a supply device for liquid fuel and an ignition device are provided are and in which the exhaust nozzle designed as a propellant nozzle and the ring-shaped Outlet nozzle of an air chamber surrounding the exhaust port into the combustion chamber open out, seen in the fact that the air supply line in a known way opens tangentially into the chamber and has the fuel supply line and that the air supply line is also provided with the ignition device.

Durch diese Anordnung wird sowohl ein störungsfreier selbsttätiger Betrieb des Brenners als auch eine innige Durchmischung des Abgasstrahls mit den Heizgasen des Brenners erreicht. Außerdem sind g lange, die Gase wieder kühlende Leitungswege vermieden. An der Wandung des Saugraums kann eine Brennstoffgemischaufbereitungskammer oder aber direkt die Verbrennungsluftzuführungsleitung und die Brennstoffzuführung angeschlossen sein. Die Brennstoffzuführung, z. B. eine Düse, kann von der Verbrennungsluftleitung getrennt so am Umfang des Saugraums angeordnet sein, daß sie in der Rotationsebene der Verbrennungsluft liegt. In dieser Rotationsebene ist auch das Zündmittel, z. B. eine Zündkerze, im Saugraum vorgesehen. Die entsprechenden Leitun-en sollen bei der erfindungsgemäßen Anordnung in an sich bekannter Weise tangential einmünden.This arrangement achieves both trouble-free automatic operation of the burner and intimate mixing of the exhaust gas jet with the heating gases from the burner. In addition, the gases are g long again avoided cooling line paths. A fuel mixture preparation chamber or the combustion air supply line and the fuel supply can be connected directly to the wall of the suction chamber. The fuel supply, e.g. B. a nozzle, can be arranged separately from the combustion air line on the circumference of the suction chamber that it lies in the plane of rotation of the combustion air. In this plane of rotation, the ignition means, for. B. a spark plug, provided in the suction chamber. In the arrangement according to the invention, the corresponding lines should open tangentially in a manner known per se.

Die Erfindung ist in der Zeichnung an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert und beschrieben. F i g. 1 ist die axiale Ansicht des erfindungsgemäßen Brenners an einer Auspuffheizung; F i g. 2 zeigt schematisch diese Vorrichtung in radialer Ebene.The invention is explained and described in more detail in the drawing using an exemplary embodiment. F i g. 1 is the axial view of the burner according to the invention on an exhaust heater; F i g. 2 shows this device schematically in a radial plane.

In der Zeichnung ist mit 1. das Auspuffrohr der nicht dar-estellten Brennkraftmaschine bezeichnet, das in die Auffangdüse 2 mündet und mit dieser einen Injektor bildet. Mit 3 ist der ins Freie mündende Auspuffstutzen bezeichnet. Dieser ist durch den mit axialen Wärmeleitrippen 4 a versehenen Wärmetauscher 4 hindurchgeführt, durch dessen Stutzen 4 b' und 4 b" das Heizmedium in der mit Pfeilen bezeichneten Richtung ein- und austritt.In the drawing, 1. denotes the exhaust pipe of the internal combustion engine, not shown, which opens into the collecting nozzle 2 and forms an injector with it. The exhaust pipe opening into the open air is designated with 3. This is passed through the heat exchanger 4, which is provided with axial heat-conducting ribs 4 a, through the connecting pieces 4 b ' and 4 b "of which the heating medium enters and exits in the direction indicated by arrows.

Die hier aus zwei Gußhälften hergestellte Auffangdüse 2 weist im Bereich des hineinragenden Endes des Abgasrohrs 1 eine Aushöhlung 5 auf, die als Ringbrennkammer ausgebildet ist. In diese ist die mit dem Kapselgebläse 6 verbundene Rohrleitung 7 und die mit der Brennstoffversorgungsvorrichtung 8 verbundene Brennstoffzuführungsleitung 9 tangential eingeführt. In gleicher radialer Ebene ist am Umfang des Brennraums 5 die Zündkerze 10 in den Auffangdüsenkörper 2 eingeschraubt.The collecting nozzle 2, made here from two cast halves, has a cavity 5 in the region of the protruding end of the exhaust pipe 1 , which is designed as an annular combustion chamber. The pipeline 7 connected to the capsule blower 6 and the fuel supply line 9 connected to the fuel supply device 8 are introduced tangentially into this. In the same radial plane, the spark plug 10 is screwed into the receiving nozzle body 2 on the circumference of the combustion chamber 5.

Die Wirkungsweise der Auspuffheizung ist folgende: Die durch das Kapselgebläse 6 geförderte Verbrennungsluft vermischt sich am Ende des Verbrennungsluftrohrs 1 mit dem durch die Leitung 9 zugeführten Brennstoff. Das aufbereitete Gemisch wird von der Zündkerze 10 gezündet. Der infolge der tangentialen Einführung rotierende Flammenkegel bewegt sich - was man sich an Hand der Strömungslinien in F i g. 1 vergegenwärtigen kann -schraubenlinienförinig um die Auspuffleitungl und wird, je nach den herrschenden Druckverhältnissen, entweder in die Auffangdüse2 gedrückt oder durch die Sogwirkung des Injektors angesaugt.The mode of operation of the exhaust heater is as follows: The combustion air conveyed by the capsule blower 6 mixes at the end of the combustion air pipe 1 with the fuel supplied through the line 9. The prepared mixture is ignited by the spark plug 10. The flame cone rotating as a result of the tangential introduction moves - which can be seen from the flow lines in FIG. 1 can visualize - helically around the exhaust line and is, depending on the prevailing pressure conditions, either pressed into the collecting nozzle 2 or sucked in by the suction effect of the injector.

Nach dem Gedanken der Erfindung ist der Injektor so eingestellt, daß er bei allen herrschenden Drücken am Auspuffrohrende 1 eine Saugwirkung bringt. Eine Druckbeeinflussung des Brenners wird somit unterbunden. An sich ist ein zusätzliches Gebläse zum Betrieb des Brenners unentbehrlich. Das durch den Elektromotor6a angetriebene Kapsel-"ebläse6 dient im Beispielsfall einer weiteren Ver gleichmäßigung der Gemischbildung, die hier im Zusammenhang mit der Anwendung als Auspuffheizung von Bedeutung ist.According to the idea of the invention, the injector is set so that it brings a suction effect at all prevailing pressures at the exhaust pipe end 1. Influencing the pressure of the burner is thus prevented. An additional fan is essential to operate the burner. The capsule blower 6 driven by the electric motor 6a is used in the example to further smoothen the mixture formation, which is important here in connection with the use as an exhaust heater.

In vorteilhafter Weise werden die Abgase in der Injektorauffangdüse2 mit der offenen Flamme des Brenners5 vermischt und nachverbrannt. Der Erfindungsgegenstand eignet sich daher ganz besonders auch als Abgasentgiftungseinrichtung, da eine gute Verbrennung der schädlichen Abgasbestandteile zu erzielen ist.The exhaust gases are advantageously in the injector collecting nozzle2 mixed with the open flame of the burner5 and burned afterwards. The subject of the invention is therefore particularly suitable as an exhaust gas decontamination device, as it is a good one Combustion of the harmful exhaust gas components is to be achieved.

Claims

Claim: Afterburning device for exhaust gases, in particular from internal combustion engines for motor vehicles, in which a supply device for liquid fuel and an ignition device are provided and in which the exhaust nozzle designed as a driving nozzle and the annular outlet nozzle of an air chamber enveloping the exhaust nozzle open into the combustion chamber, characterized in that the air supply line (7) opens tangentially into the chamber (5 ) in a known manner and has the fuel supply device (9) and that the air supply line is also provided with the ignition device (10) . Considered publications: German Patent Nos. 228 456, 563 757, 580 807, 631368, 819 642: Austrian Patent No. 195 692; Swiss Patent No. 169 140; British Patent No. 413,967; USA. Patent Nos. 1839 879, 2937490.