DE3219948A1

DE3219948A1 - Brenner fuer einen russfilter von brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE3219948A1
Application number: DE19823219948
Authority: DE
Inventors: Robert Dipl.-Ing. Distel; Hans 8000 München Gröner; Peter Dipl.-Ing. 8069 Schweitenkirchen Kugland
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 1982-05-27
Filing date: 1982-05-27
Publication date: 1983-12-01
Also published as: US4622811A; SE8302939D0; SE8302939L; SE456354B

Description

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Brenner für einen Rußfilter von Brennkraftmaschinen

Die Erfindung bezieht sich auf einen Brenner für einen Rußfilter von Brennkraftmaschinen, mit einer Kraftstoffdüse, einer Glüh- oder Zündkerze und einer Luftdüse, durch

die Sekundärluft in einen zwischen Brennkraftmaschine und Rufßfilter gelegenen Brennerraum eingeführt wird.

Ein derartiger Brenner ist schematisch im SAE-Paper 81 01 18 dargestellt. Nähere Angabe über seinen konstruktiven Aufbau sind in dieser Literaturstelle nicht zu finden. Der Brenner dient dazu, insbesondere bei einem Dieselmotor ein Regenerieren des Rußfilters bei weiterhin aufrechterhaltener Filterfunktion zu ermöglichen. Gerade für diesen Anwendungsfall werden hohe Anforderungen an das Leistungsvermögen des Brenners gestellt. Das vom Brenner gelieferte Kraftstoff-Luftgemisch wird gleichzeitig mit den Abgasen der Brennkraftmaschine dem Rußfilter zugeführt. Durch dieses Gemisch soll in jedem Fall, also auch bei kalten oder besonders heißen Abgasen, ein Abbrennvorgang des auf dem Filter angesammelten Rußes initiiert werden. Dieser Vorgang soll andererseits über eine definierte Zeit aufrechterhalten werden. In der Regel sollte dies solange der Fall sein, bis der Ruß zumindest annähernd vollständig abgebrannt ist. Andererseits soll durch den Abbrennvorgang die Temperatur des Rußfilters nicht einen vorgegebenen Wert überschreiten, um diesen nicht zu zerstören.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen konstruktiv einfachen Aufbau des Brenners zu schaffen, mit dem ein gezieltes Abbrennen des auf dem Rußfilter gesammelten Rußes möglich ist.

Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, daß im Brennerraum - in Strömungsrichtung der Sekundärluft gesehen hintereinander die Luftdüse, die Kraftstoffdüse und die Zünd- oder Glühkerze angeordnet sind.

Durch die Hintereinanderschaltung der drei wesentlichen Teile des Brenners in der angegebenen Weise wird es möglich, unabhängig von dem durch den Rußfilter erzeugten, von der gesammelten Rußmenge und der Abgasrate der Brennkraftmaschine abhängigen Gegendruck des Rußfilters und trotz der instationären Abgasströmung einen Ruß-Abbrennvorgang zu initiieren und gezielt über eine vorgegebene Zeit aufrechtzuerhalten.

Das Initiieren erfolgt beispielsweise im Falle von Diesel als in den Brennerraum eingeführten Kraftstoffs, indem zunächst die Glühkerze eingeschaltet wird. Nach Erreichen einer genügend hohen Glühkerzen-Temperatur wird eine geringe Menge Sekundärluft zugegeben. Anschließend erfolgt über die Kraftstoffdüse eine kurzzeitige Kraftstoffeinspritzung. Dadurch wird die Brennerraumtemperatur sehr stark erhöht. Anschließend daran wird die zugeführte Sekundärluftmenge stark erhöht und weiterer Kraftstoff eingespritzt. Es ist natürlich möglich, Kraftstoff und Luft gleichzeitig zuzuführen. Der Brenner bleibt stabil und heizt das Rußfilter soweit auf, daß der Ruß abbrennt.

Bei Erreichen einer relativ hohen, durch das Verbrennen des Kraftstoffs im Brennerraum erzeugten Temperatur des Brenners und damit auch des Rußfilters kann durch Abschalten der Glühkerze die Brenner und die Rußfilter-Temperatur gesenkt bzw. auf einem konstanten Viert gehalten werden. Kraftstoff- und Luftdüse des Brenners führen währenddessen

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dem Rußfilter weiterhin ein brennfähiges Gemisch zu, um den Ruß-Abbrennvorgang aufrechtzuerhalten. Bedingt durch die hohe Temperatur des Brennerraums erfolgt darin eine Zerstäubung und Erwärmung mit zumindest teilweiser Verbrennung des Kraftstoffs.

Das gezielte Regenerieren des Rußfilters läßt sich dadurch weiter verbessern, daß die Luftdüse eine tangentiale, im wesentlichen in Umfangsrichtung des Brennerraums verlaufen-' de Austrittsöffnung besitzt. Bei einem derartigen Brenner erzeugt die Luftdüse eine Wirbelströmung mit der Folge, daß der das Rußfilter erreichende Kraftstoff bzw. dessen Verbrennungsprodukte infolge des relativ langen Strömungswegs und der Verwirbelung fein verteilt sind. Ein derartiger Brenner läßt sich auch relativ nahe am Rußfilter anordnen und bietet trotzdem unter allen Einsatzbedingunggen die Gewähr dafür, daß der Ruß-Abbrennvorgang eingeleitet und im gewünschten Umfang aufrechterhalten werden kann.

Durch eine weitere Maßnahme läßt sich die Wirksamkeit des Brenners zu Beginn eines Ruß-Abbrennvorgangs verbessern. Befindet sich ein Teil des Brennerraums unterhalb von dessen Austrittsöffnung, so sammelt sich zu Beginn der Kraftstofförderung ein Teil des Kraftstoffs unverbrannt im Brennerraum an. Nach Initiieren des Abbrennvorgangs und einhergehend mit steigender Temperatur des Brennerraums verdampft dieser Kraftstoff und führt zu einer vorübergehenden Anfettung des dem Rußfilter zugeführten Gemischs. Zusammen mit dem dampfförmigen Aggregatzustand des Kraftstoffes wird dadurch ein schnelles Erreichen einer für den Abbrennvorgang optimalen Temperatur des Rußfilters sichergestellt.

Zwei weitere Verbesserungen der Erfindung beschäftigen sich mit der Sekundärluft-Zufuhr. Die erste besteht darin, daß über die Luftdüse die gesamte für den Abbrennvorgang notwendige Sekundärluft in den Brennerraum eingeführt wird. Im Gegensatz zur Aufteilung der Sekundärluft in einen Teil,

der in den Brennerraum eingeführt und einen Teil, der dem aus dem Brennerraum kommenden Gemisch zugeführt wird, ergibt sich damit ein besonders homogenes Gemisch, das die

gezielte Steuerung des Ruß-Abbrennvorgangs begünstigt. 5

Die zweite Maßnahme besteht darin, daß der Brennerraum von einer Ringkammer umgeben ist, die von der Sekundärluft vor Erreichen der Luftdüse durchströmt ist. Die Sekundärluft kühlt den Brennerraum und bewahrt diesen ?o vor einer hohen schädlichen Temperatur. Gleichzeitig wird sie dabei erwärmt , was wiederum positive Auswirkungen auf die Wirksamkeit des Brenners zur Folge hat.

Schließlich ergibt sich durch eine Angleichung des in den Brennerraum eingeführten Kraftstoffs an den der Brennkraftmaschine zugeführten Kraftstoffs eine weitere Verringerung des für den Brenner erforderlichen zusätzlichen Aufwands. Bei einer Diesel-Brennkraftmaschine wird auch dem Brenner Diesel-Kraftstoff zugeführt und ggf. mit Hilfe

einer Glüh-/ oder Zündkerze erwärmt. Umgekehrt wird bei einer Otto-Brennkraftmaschine Otto-Kraftstoff in Verbindung mit ebenfalls einer Glüh-/ oder Zündkerze zum Durchführen des Abbrennvorgangs benutzt. In beiden Fällen läßt sich der Kraftstoff aus dem Kraftstoff-Versorgungssystem der Brenn-

kraftmaschine abzweigen= Dadurch entfallen separate Versorgungs- bzw. Vorratseinrichtungen für den Brenner.

In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 einen Brenner für einen Rußfilter einer Diesel-Brennkraftmaschine ,

Fig. 2 eine Alternative zum Brenner von Fig. 1 und 35

Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie III-III in Fig. 2.

I Der Brenner von Fig. 1 enthält einen kugel- bzw. zylinder- |

förraigen Brennerraum 1, der einen Anschluß 2 für eine nicht ν

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näher dargestellte Kraftstoffeinspritzdüse besitzt. In den ! Brennerraum 1 mündet ferner eine Luftdüse 3, über die komprimierte Sekundärluft einführbar ist. Ferner rag'o eine : Glühkerze 4 in den Brennerraum 1 hinein. Diese ist schließlich über eine Austrittsöffnung 5 an der Abgas-Sammelleitung bzw. dem Gehäuse eines nicht dargestellten Rußfilters angeschlossen. Luftdüse 3, Kraftstoffeinspritzdüse" und Glühkerze H liegen, in Strömungsrichtung der Sekundärluft _ä gesehen, hintereinander. _i -fs

Die über die Luftdüse 3 eingeführte, für die Initiierung und Aufrechterhaltung eines Ruß-Abbrennvorgangs im Rußfil-

!5 ter verwendete gesamte Sekundärluft nimmt den von der Kraftstoffeinspritzdüse'* gelieferten Kraftstoff - im dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich um Diesel-Kraftstoff für den Rußfilter einer Diesel-Brennkraftmaschine - mit und führt ihn an der Glühkerze 4 vorbei. Dort

^^w wird er erwärmt bzw. entzündet und gelangt in Form eines Luft-Kraftstoffgemischs bzw. in Form von Verbrennungsprodukten eines derartigen Gemischs zum Rußfilter.

Bedingt durch die sich im Brennerraum 1 ausbildende Verwir-

belung ist dieses Gemisch homogen und der Kraftstoff fein verteilt. Dadurch wird es möglich, den Abbrennvorgang bei weiterhin aufrechterhaltener Funktion des Rußfilters gezielt einzuleiten und durchzuführen. Ferner ermöglicht die

dargestellte Bauforrn des Brenners, bei der ein Teil 1^f des 30

Brennerraums unterhalb bzw. auf gleicher Höhe wie die Austrittsöffnung 5 angeordnet ist, daß sich zu Beginn der Kraftstoffzufuhr über die Kraftstoffeinspritzdüse Kraftstoff zumindest teilweise am Boden des Brennerraums 1

niederschlägt und erst bei dessen Erwärmung verdampft. 35

Dieser in dem Rußfilter direkt oder durch die Glühkerze 4 zusätzlich erv/ärmte bzw. entzündete Kraftstoff ermöglicht insbesondere zu Beginn der Ruß-Abbrennung ein schnelles

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Erreichen der für diesen Vorgang optimalen Betriebstemperatur des Rußfilters.

Der in Fig. 2 seitlich bzw. in Fig. 3 von vorne gezeigte alternative Brenner, bei dem Teile gleicher Funktion mit gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 versehen sind, besitzt eine längliche Form. Der zylindrische Brennerraum 1 enthält an seinem einen Ende den Anschluß 2 für die Kraftstoffdüse 2', daneben die Luftdüse 3 und die Glühkerze 4. Die Luftdüse 3 besitzt auch hier eine tangentiale, in Umfangsrichtung des Brennerraums 1 gerichtete Austrittsoffnung 3'. Die •dadurch erzeugte wirbeiförmige und den von der Einspritzdüse 2 zugeführten Kraftstoff mitnehmende Luftströmung gelangt an der Glühkerze 4 vorbei in stark verwirbelter und

:15 !durchmischter Form über die Austrittsoffnung 5 zum Rußfilter und bewirkt dort ebenfalls einen Ruß-Abbrennvorgang.

jAuch hier ist ein Teil des Brennerraums 1 in Form einer ■Mulde 7 tiefer als die Austrittsoffnung 5 gelegt. Die

■20 Wirkung dieser Mulde 7 entspricht der des Teils 1' von Fig. 1. Zusätzlich ist im Bereich der Austrittsoffnung 5 ein Flammhalter 6 gezeigt, durch den eine sichere Entzündung des dem Brennerraum 1 verlassenden Gemischs erreicht wird. Ferner ist vor der Glühkerze 4 eine Blende 9 für den von der Einspritzdüse 2' ausgehenden Kraftstoffstrahl angeordnet. Dadurch wird eine gezielte Kraftstoffzufuhr auf die Glühkerze 4 erreicht und deren Funktion gerade bei Arbeitsbeginn des Brenners sichergestellt.

³^ Wie in den Figuren 1 bis 3 dargestellt, ist die Sekundärluft vor Erreichen der Luftdüse 3 in einer Ringkammer 8 geführt, die den Brennerraum 1 zumindest annähernd vollständig umgibt. Die Sekundärluft wird dabei über einen Anschluß 10 in die Ringkammer eingeführt. Durch diese besondere Form der Sekundärluft wird einerseits der Brennerraum 1 gekühlt und vor thermischen Schaden bewahrt. Andererseits wird die Sekundärluft selbst erwärmt und kann

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somit ergänzend oder alternativ zur Glühkerze k die Erwärmung des Kraftstoff-Luft-Gemischs im Brenner vornehmen.

Alternativ zur beschriebenen Verwendung des Brenners für einen stets eingeschalteten Rußfilter ist natürlich auch die Verwendung bei einem Wechselrußfilter möglich, der beim Regenerieren ausgeschaltet ist. Dabei bietet es sich an, nach Initiierung des Abbrennvorgangs die Kraftstoffzufuhr zu unterbrechen und lediglich Sekundärluft auf das Rußfilter zu führen.

Claims

Patentansprüche:

ί.'/Brenner für einen Rußfilter von Brennkraftmaschinen, mit einer Kraftstoffdüse, einer Glüh- oder Zündkerze und einer Luftdüse, durch die Sekundärluft in einen zwischen Brennkraftmaschine und Rußfilter gelegenen Brennerraüm eingeführt wird, dadurch gekennzeicnnet, daß im Brennerraum (1) - in Strömungsrichtung der Sekundärluft gesehen - hintereinander die Luftdüse (3), die KraftstoffdüseCZ') (Anschluß 2} und die Zünd- oder Glühkerze (4) angeordnet sind.
2. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftdüse (3) eine tangentiale, im wesentlichen in Umfangsrichtung des Brennerrraums (1) verlaufende Austrittsöffnung (3^!) besitzt.
3- Brenner nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, daß sich ein Teil (1¹, Mulde7) des Brennerraums (1) unterhalb bzw. in Höhe der Austrittsöffnung (5) des Brennerraums (1) befindet.
4. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftdüse (3) die gesamte verwendete Sekundärluft in den Brennerraum (1) einführt.
5. Brenner nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennerraum (1) von einer Ringkammer (8) umgeben ist,

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1 die von der Sekundärluft vor Erreichen der Luftdüse (3) durchströmt ist.
6. Brenner nach einem d°.r Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge-5 kennzeichnet, daß die Kraftstoffdüse den Kraftstoff"

liefert, der auch der Brennkraftmaschine zugeführt ist.

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