DE4134449A1 - Kaltstartbrenner - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kaltstartbrenner zum Vorwärmen von Motorteilen, insbesondere für katalytische Abgasreinigungseinrichtungen, wobei ein Brenner zum Aufhei­ zen von in die Abgasleitung stromaufwärts des Katalysators einzuspeisender Luft zum Vorerwärmen des Katalysators vorgesehen ist.

Es ist bekannt, daß Katalysatoren - mit Platin oder Rhodium beschichtete Wabenkörper - bei einer Abgastemperatur von minimal 230 bis 250°C die ausgestoßenen Schadstoffe aus den Motoren drastisch reduzieren. Diese Abgasentgiftung ist bei Kleinfahrzeugen mit einer extrem hohen Ölmischung im Benzin und niedrigen Abgastemperaturen besonders schwierig, noch dazu in der Kaltphase, in der die meisten Schadstoffe aus­ gestoßen werden. Dies gilt ganz speziell für Zweitaktmoto­ ren.

Zur Verbesserung dieser Situation ist bereits vorgeschlagen worden, beim Startvorgang einen zusätzlichen Brenner vor dem Katalysator in den Abgasstrom einzubauen, der bewirken soll, daß die Abgase sofort aufgeheizt werden und damit der Katalysator praktisch von Anfang an die notwendige Betrieb­ stemperatur erreicht.

Die bislang für diesen Zweck vorgeschlagenen Heizvorrich­ tungen, wie sie beispielsweise in der US-Patentschrift 13 46 154 und der Deutschen Offenlegungsschrift DE 38 35 939 beschrieben sind, sind außerordentlich kompli­ ziert aufgebaut und damit sowohl teuer als auch im Betrieb störanfällig.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Kalt­ startbrenner der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß er bei einfachem robusten Aufbau kleinräumig an belie­ bigen Stellen im Fahrzeug eingebaut werden kann, ohne durch seine Wärmeemmission zu stören.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Brennkammer beabstandet in einem topfförmigen Man­ telgehäuse angeordnet ist und daß die zu erwärmende Luft unter Kühlung der Brennkammer zwischen dieser und dem Man­ telgehäuse zu rundumverteilten seitlichen Lufteintrittsöff­ nungen der Brennkammer geführt ist.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung ergibt sich ein Kaltstartbrenner, der infolge der wirksamen Kühlung durch die in ihm zu erwärmende Luft zum Vorheizen des Katalysa­ tors nach außen praktisch überhaupt keine Wärme abgibt, so daß er auch problemlos in Fahrzeuge eingebaut werden kann, ohne daß man darauf Rücksicht nehmen muß, ob - wie bei den bislang vorgeschlagenen Kaltstartbrennern - die sehr starke Erwärmung des Brenners beispielsweise Leitungen oder son­ stige Bauteile des Motors gefährdet. Gleichzeitig sorgt diese Art der Kühlung der Brennkammer auch für eine sehr wirksame Vorerwärmung der Luft, so daß die gewünschte Funk­ tion, nämlich eine sehr rasche Vorerwärmung des Katalysa­ tors bzw. anderer Motorteile, für die ein solcher Kalt­ startbrenner auch geeignet ist, besonders wirksam erzielt werden kann.

Anstelle der meisten bislang vorgeschlagenen Brennersysteme mit Treibstoffeinspritzung ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Brennkammerinnenwand im Eintrittsbereich der Brenn­ stoffzuführleitung mit einem den Brennstoff aufsaugenden und verteilenden Vlies, insbesondere einer mittels Strick­ gewebe versteiften Fiberglasmatte, belegt ist, wobei über die Brennstoffzuführleitung der Treibstoff quasi dosiert tropfenförmig einläuft. Mit Hilfe einer von einem Funkenge­ ber betriebenen Zündkerze bei Benzinbetrieb, bzw. einer Glühkerze bei Betrieb des Kaltstartbrenners mit Diesel­ treibstoff, läßt sich eine sehr wirksame, noch dazu auch schadstoffarme Verbrennung mit blauer Flamme erzielen, wo­ bei diese Art der Verbrennung noch dadurch besonders unter­ stützt wird, daß durch die eingedrückte Luft - das Vlies soll bevorzugt den Boden und die Seitenwand der Brennkammer unterhalb der Lufteintriffsöffnungen bedecken - nicht nur eine allseitige ausreichende Sauerstoffzufuhr sicherge­ stellt ist, sondern auch eine die Verdunstung und an­ schließende Verbrennung des Treibstoffs fördernde Sogwir­ kung.

Um Beschädigungen des Katalysators durch unverbrannten Treibstoff des Kaltstartbrenners zu vermeiden, der mögli­ cherweise in den Katalysator gelangen könnte, falls der Verbrennungsvorgang in der Brennkammer des Kaltstartbren­ ners aus irgendwelchen Gründen kurzzeitig gestört ist, ist in Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß in der Aus­ gangsöffnung der Brennkammer ein eine am äußeren Ende ge­ schlossene Brennstoff-Auffangrinne bildendes Rohrstück ein­ geschweißt ist.

In Ausgestaltung der Erfindung kann weiter vorgesehen sein, daß die Brennkammer über das Mantelgehäuse überstehend mit Paßsitz in einen seitlichen Anschlußstutzen des Abgasrohrs vor dem Katalysator bzw. vor dem zu erwärmenden Motorteil eingreift, wobei ein Rückschlagventil oder ein Elektroma­ gnetventil, bevorzugt zwischen der Abgasleitung zum Kataly­ sator und der Brennkammer, die eigentlichen Motorabgase an einem Rückschlag in den Kaltstartbrenner hindert. Neben ei­ nem Gebläse zum Einbringen der zu erwärmenden Luft in den Kaltstartbrenner hat es sich auch als zweckmäßig erwiesen, eine Dosierpumpe oder ein Elektromagnetventil zur Steuerung der Brennstoffzufuhr zur Brennkammer einzusetzen.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungs­ beispiels sowie anhand der Zeichnung, die einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Kaltstartbrenner zeigt, wie er an das Abgasrohr zwischen Motor und Katalysator ange­ schlossen ist.

Der in der Figur teilweise nur schematisch wiedergegebene Kaltstartbrenner 1 umfaßt eine zylindrische Brennkammer 2, die allseitig mit Abstand in einem topfförmigen Mantelge­ häuse 3 angeordnet ist. Am vorderen Ende des Mantelgehäuses 3 ist eine Schweißnaht 4 vorgesehen, die den Ringraum 5 ab­ dichtet, der sowohl zur thermischen Isolierung als auch insbesondere zur Zuführung der über die Luftzuführleitung 6 über ein nichtgezeigtes Gebläse eingedrückten, im Kalt­ startbrenner 1 vorzuerwärmenden Luft zum Aufheizen des Ka­ talysators dient. Über den Ringspalt 5 wird die Luft über rundumbeabstandete Lufteintrittsöffnungen 7 in die Brenn­ kammer 2 eingedrückt, die im Bereich zwischen dem Boden 8 und den Lufteintrittsöffnungen mit einer mittels Strickge­ webe versteiften Fiberglasmatte 9 belegt ist. Der über die Brennstoffzuführleitung 10 zugeführte Brennstoff zum Be­ trieb des Kaltstartbrenners 1 - es kann sich dabei theore­ tisch um Gas, Benzin, Petroleum, Brennspiritus, Heizöl, Me­ thanol, Äthylalkohol und andere brennbare Flüssigkeiten handeln, wobei bevorzugt das Betriebsmittel des jeweiligen Fahrzeugs, also Benzin oder Dieseltreibstoff, verwendet wird, der direkt über eine Dosierpumpe oder ein Elektroma­ gnetventil aus dem Treibstofftank abgezweigt wird - wird von der Fiberglasmatte 9 aufgesaugt und verteilt und ermög­ licht mit Hilfe der von einem ebenfalls nichtgezeigten Fun­ kengeber betriebenen Zündkerze 11 mit sehr langem, prak­ tisch dauerndem Zündfunken eine sehr wirksame saubere Ver­ brennung. Im Bereich der Mündungsöffnung 12 der Brennkammer 2 ist in diese ein Rohrstück 13 unter Bildung einer Brenn­ stoffauffangrinne 14 mit Hilfe einer am freien Ende geleg­ ten Schweißnaht 15 eingeschweißt. Diese Brennstoffauf­ fangrinne 14 verhindert das Eindringen von nichtverbranntem Brennstoff aus der Brennkammer 2 in die Abgasleitung 16 und damit in den in Pfeilrichtung 17 folgenden Katalysator.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel steht die Brennkammer 2 über das Mantelgehäuse 3 vor, wobei dieser vorstehende Abschnitt dazu dient, um den erfindungsgemäßen Kaltstart­ brenner durch Paßsitz in den seitlichen Rohrstutzen 18 des Abgasrohrs 16 einzusetzen. Gegebenenfalls könnte der An­ schlußstutzen auch mit einem Innengewinde und die Brennkam­ mer 2 am vorderen Ende mit einem Außengewinde versehen sein, um eine dichte Verschraubung anstelle der bei reinem Paßsitz zusätzlich notwendigen weiteren Befestigung zu er­ reichen.

Der Betrieb des erfindungsgemäßen Kaltstartbrenners wird bevorzugt über das Starterkabel des Motors angeschaltet, wobei das Abschalten über ein Zeitrelais und/oder einen Temperaturfühler im oder hinter dem Katalysator geregelt wird. Je nach Leistung des Kaltstartbrenners sowie der je­ weiligen Betriebsdaten des Motors und des vom Kaltstart­ brenner vorzuheizenden Katalysators kann auch eine früh­ zeitigere Einschaltung des Kaltstartbrenners beispielsweise über das Türschloß vorgesehen sein, damit bereits vor dem Betätigen des Zündschlosses eine gewisse Vorheizzeit liegt, so daß auch die kurze anfängliche Kaltstartphase für den Katalysator völlig entfällt.

Claims (10)

1. Kaltstartbrenner zum Vorwärmen von Motorteilen, insbe­ sondere für katalytische Abgasreinigungseinrichtungen, wobei ein Brenner zum Aufheizen von in die Abgaslei­ tung stromaufwärts des Katalysators einzuspeisender Luft zum Vorerwärmen des Katalysators vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammer (2) beab­ standet in einem topfförmigen Mantelgehäuse (3) ange­ ordnet ist, und daß die zu erwärmende Luft unter Küh­ lung der Brennkammer (2) zwischen dieser und dem Man­ telgehäuse zu rundumverteilten seitlichen Luftein­ trittsöffnungen (7) der Brennkammer (2) geführt ist.

2. Kaltstartbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Brennkammerinnenwand im Eintrittsbereich der Brennstoffzuführleitung (10) mit einem den Brenn­ stoff aufsaugenden und verteilenden Vlies (9) belegt ist.

3. Kaltstartbrenner nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß das Vlies (9) eine mittels Strickgewebe ver­ steifte Fiberglasmatte ist.

4. Kaltstartbrenner nach Anspruch 2 oder 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Vlies (9) den Boden (8) und die Seitenwand der Brennkammer (2) unterhalb der Luftein­ trittsöffnungen (7) bedeckt.

5. Kaltstartbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß die Brennkammer (2) über das Mantelgehäuse (3) überstehend mit Paßsitz in einen seitlichen Anschlußstutzen (18) des Abgasrohrs (16) vor dem Katalysator eingreift.

6. Kaltstartbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß in der Ausgangsöffnung (12) der Brennkammer ein eine am äußeren Ende (15) ge­ schlossene Brennstoffauffangrinne (14) bildendes Rohr­ stück (13) eingeschweißt ist.

7. Kaltstartbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 6, ge­ kennzeichnet durch ein Gebläse zum Einbringen der zu erwärmenden Luft.

8. Kaltstartbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, daß für einen Benzinbetrieb ein Funkengeber für die Zündkerze (11) zur Erzielung eines langen Dauerfunkens vorgesehen ist.

9. Kaltstartbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 8, ge­ kennzeichnet durch ein Rückschlagventil oder ein Elek­ tromagnetventil zwischen der Abgasleitung zum Kataly­ sator und der Brennkammer.

10. Kaltstartbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 9, ge­ kennzeichnet durch eine Dosierpumpe oder ein Elektro­ magnetventil zur Steuerung der Brennstoffzufuhr zur Brennkammer (2).