DE3740047C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung der Verbrennungsluft für einen Brenner - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Steuerung der Verbrennungsluft für einen Brenner bei Kaltstart, bei dem der Brenner einen Rezirkulationsraum zur Heißgaszirkulation aufweist und bei niedrigen Brennertemperaturen die dem Bren­ ner zugeführte Verbrennungsluftmenge zur Anfettung des Brennstoff-Luftgemi­ sches im Brenner verkleinert wird, sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens.

Brenner werden vielseitig eingesetzt, so z. B. bei Heizungsanlagen oder für die Verbrennung von in Partikelfiltern von Kraftfahrzeug-Abgasanlagen zurückgehalte­ nen Rußpartikeln usw.

Es ist bekannt, daß beim Start eines kalten Brenners ein großer Teil des im Kraft­ stoff-Luftgemisch vorhandenen Kraftstoffes sich in den kalten Wänden des Bren­ ners niederschlägt, wodurch dessen Funktion zumindest in der Startphase beein­ trächtigt wird. Diese Erkenntnis ist auch in der DE-OS 29 18 360 angesprochen, wenngleich die dort beschriebene Erfindung dieses Pro­ blem nicht löst, da das Kaltstartverhalten des Brenners dort nicht berücksichtigt wird, sondern lediglich eine Lösung beschrieben ist, gemäß der die Verbrennungsluft propor­ tional zum Wärmebedarf geregelt wird und­ die Brennstoffzufuhr über ein Steuerventil nach­ gezogen wird.

Die DE-OS 24 53 437 beschreibt eine Brenneranordnung, bei der ein Zündbrenner zur Zündung eines Hauptbrenners eingesetzt wird. Dabei liegen das Zünd- und das Hauptventil in Serie in einer Gasleitung, so daß das Gas das Zündventil durchlau­ fen muß, um an das Hauptventil zu gelangen. Demgemäß werden beide Brenner jeweils mit nur einer gemeinsamen Strömungsgeschwindigkeit der Verbrennungs­ luft beaufschlagt, wobei bei alleinigem Betrieb des Zündbrenners (Stand-by-Stel­ lung) eine geringere Strömungsgeschwindigkeit der Verbrennungsluft eingestellt wird als im Falle einer gleichzeitigen Betätigung des Hauptbrenners. Diese redu­ zierte Strömungsgeschwindigkeit dient lediglich zur Unterhaltung der Zündflamme und wird bei einer Betätigung des Hauptbrenners sogleich hochgeregelt.

Beide Druckschriften beschreiben Brenner ohne Heißgasrezirkulation. Die weiter oben erwähnte Beeinträchtigung der Funktion des Brenners in der Startphase kann insbesondere bei Brennern, bei denen eine Rezirkulation der heißen Gase innerhalb des Brenners erfolgt, jedoch sehr unerwünscht sein.

Um die Funktion der Brenner bei Kaltstart zu verbessern, wird üblicherweise eine Anreicherung des Brennstoff-Luftgemisches im Brenner in der Form vorgenommen, daß durch Verringerung des Strömungsquerschnitts der Luftzufuhr durch eine so­ genannte Starterklappe die Luftmenge reduziert wird, ohne daß dabei jedoch deren Strömungsgeschwindigkeit nennenswert verändert wird.

Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art und eine Vorrichtung zur Durchführng dieses Verfahrens zu entwickeln, mit denen eine sichere Funktion eines Bren­ ners mit Heißgasrezirkulation beim Kaltstart gewährleistet ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem gattungsgemäßen Verfahren durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 und bezüglich der Vorrichtung durch die Merkmale des Anspruchs 2 gelöst.

Bei der Erfindung erfolgt die für die Anfettung des Brennstoff-Luftgemisches erfor­ derliche Reduzierung der eingeblasenen Verbrennungsluftmenge nicht mehr, wie bisher, durch eine Verkleinerung des Durchströmquerschnitts der Luftzuführung bei im wesentlichen gleichbleibender Strömungsgeschwindigkeit der Luft, vielmehr wird der Durchströmquerschnitt konstant gehalten und die Strömungsgeschwin­ digkeit der Verbrennungsluft abgesenkt. Da erfindungsgemäß diese Absenkung so eingestellt sein soll, daß sie im Rezirkulationsraum des Brenners zu einer Strö­ mungsgeschwindigkeit der Luft führt, die kleiner als die Flammenfortpflan­ zungsgeschwindigkeit ist, wird ein rasches Durchzünden des Gemisches mit erst anschließender Rezirkulation der dann bereits heißen Gase möglich. Die heißen Re­ zirkulationsgase bewirken schlagartig eine Erhöhung der Temperatur des Brenn­ stoff-Luftgemisches, womit gleichzeitig eine starke Erhöhung der Flammen­ fortpflanzungsgeschwindigkeit einhergeht, so daß anschließend vergleichsweise bald die Strömungsgeschwindigkeit der Verbrennungsluft auf Normalbetrieb erhöht und damit die volle Verbrennungsluftmenge dem Brenner zugeführt werden kann.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird durch ein geeignetes Herabsetzen der Strömungsgeschwindigkeit der Verbrennungsluft sowohl die gewünschte Anfet­ tung zum Erhalt eines zündfähigen Gemisches erreicht wie auch gleichzeitig sichergestellt, daß ein besonders rasches Durchzünden des Gemisches mit der Folge einer starken Erhöhung der Flammenfortpflanzungsgeschwindigkeit und einer erst anschließenden Rezirkulation der bereits heißen Gase erfolgt.

Da bei dem Verfahren der Durchströmquerschnitt der Luft konstant gehalten wird, wird bei Verringerung der Drehzahl des Gebläses die Strömungsgeschwindigkeit der Ver­ brennungsluft und damit deren Menge für den Startbetrieb entsprechend so weit verrringert, daß das Luftverhältnis des Brennstoff-Luftgemischs in einen zündfähi­ gen Bereich verschoben wird.

Die Erfindung ist insbesondere anwendbar für Brenner, die zur Regenerierung von Partikelfiltern bei Fahrzeugen dienen. In der Zeichnung ist ein solches Ausfüh­ rungsbeispiel schematisch dargestellt.

Die Figur zeigt eine Verbrennungsmaschine 10, in deren Abgasanlage 11 ein Parti­ kelfilter 12 zwischengeschaltet ist. Bei Betrieb der Verbrennungs­ maschine 10 werden die Abgase 17 durch den Filter 12 geleitet, wobei die Rußpartikel aus den Abgasen 17 fest­ gehalten werden. Nach Ablauf einer bestimmten Be­ triebszeit der Verbrennungsmaschine 10 bzw. eines be­ stimmten Kraftstoffdurchsatzes wird der Filter 12 so­ weit beladen, daß er für den weiteren Betrieb 13 regene­ riert werden muß. Hierzu ist ein Brenner 13 vorgesehen, dessen heiße Brenngase durch Umschalten eines Drei­ wegeventils 14 durch den Filter 12 leitbar sind, um hierin die Rußpartikel zu verbrennen.

Dem Brenner 13 wird zu diesem Zweck ein Gemisch aus Brennstoff 15 und Verbrennungsluft 16 zugeführt. Je nach Ausgestaltung der Brenner-Filteranlage 13, 12 wird der Brenner 13 in dessen Betriebspausen mehr oder weniger abkühlen, so daß in vielen Fällen und ins­ besondere in kühlen Jahreszeiten eine Inbetriebnahme im kalten Zustand des Brenners 13 erfolgen muß. Für solche Fälle ist ein Gebläse 18 zur Zuführung der Ver­ brennungsluft 16 für den Brenner 13 vorgesehen, der mit einem Antriebsmotor 19 betrieben wird, dessen Drehzahl mittels einer Steuereinheit 20 regelbar ist. Wird also der Brenner 13 in einem kalten Zustand in Betrieb genommen, so registriert die Steuereinheit 20 diesen Zustand mittels eines Temperatursensors 21. Die Steuereinheit 20 schaltet demzufolge den Antriebsmotor 19 mit einer niedrigen Drehzahl ein, so daß über das Gebläse 18 die durch einen Luftfilter 22 geleitete Umgebungsluft mit einer verminderten Strömungsgeschwindigkeit als Verbrennungsluft 16 zusammen mit dem Kraftstoff 15 in den Brenner 13 geleitet wird. Das mit verminderter Verbrennungsluftmenge einströmende Gemisch ist somit auch im kalten Brenner 13 zündfähig. Im Brenner 13 erfolgt durch eine entsprechende Anordnung eines Misch­ rohres 23 eine Rezirkulation 24 der Heißgase. In der Start­ phase des Brenners 13 ist die Strömungsgeschwindigkeit im Rezirkulationsraum aufgrund der niedrigen Strömungsge­ schwindigkeit der Verbrennungsluft 16 entsprechend klein, so daß die Flammenfortpflanzungsgeschwindigkeit größer ist als die Strömungsgeschwindigkeit des rezirkulierenden Gases 24. Damit erfolgt ein rasches Durchzünden des Gemisches mit erst anschließender Rezirkulation dieser bereits heißen Gase 24. Dieses rezirkulierende Gas 24 bewirkt somit schlagartig eine Erhöhung der Temperatur des Brennstoff-Luftgemisches, womit gleichzeitig eine starke Erhöhung der Flammenfortpflanzungsgeschwindigkeit einher­ geht, mit ca. 60-70 m/s. Nun schaltet die Steuereinheit 20 des Antriebsmotors 19 auf eine höhere Drehzahl, so daß nun die volle Verbrennungsluftmenge dem Brenner 13 zugeführt wird.

Claims (2)

1. Verfahren zur Steuerung der Verbrennungsluft für einen Brenner bei Kalt­ start, bei dem der Brenner einen Rezirkulationsraum zur Heißgasrezirkulation aufweist und bei niedrigen Brennertemperaturen die dem Brenner zugeführte Verbrennungsluftmenge zur Anfettung des Brennstoff-Luftgemisches im Bren­ ner verkleinert wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur Anfettung des Brenn­ stoff-Luftgemisches die Strömungsgeschwindigkeit der Luft bei unveränderter Größe des Durchströmquerschnitts der Luftzuführung abgesenkt und so einge­ stellt wird, daß sie im Rezirkulationsraum des Brenners kleiner als die Flammenfortpflanzungsgeschwindigkeit ist.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einem Brenner, der einen Rezirkulationsraum zur Heißgasrezirkulation aufweist, und mit einem Gebläse zum Einblasen der Verbrennungsluft in den Brenner über eine Luftzuführung, dadurch gekennzeichnet, daß beim Kaltstart zur Anfettung des Brennstoff-Luftgemisches das Gebläse (18) mit einer gegenüber seinem Normalbetrieb reduzierten Drehzahl betreibbar ist, die so eingestellt ist, daß im Rezirkulationsraum des Brenners (13) die Strömungsgeschwindigkeit der Luft kleiner als die Flammenfortpflanzungsgeschwindigkeit ist, und daß eine von einem Temperatursensor (21) des Brenners (13) gesteuerte Steuereinheit (20) vorgesehen ist, mit der bei Kaltstart die reduzierte Drehzahl des Ge­ bläses (18) einschaltbar ist.