DE4209470A1 - Mit abgas betreibbarer brenner zur regenerierung eines partikelfilters im abgastrakt einer brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen mit Abgas betreibbaren Brenner zur Regenerierung eines Partikelfilters im Abgastrakt einer Brenn­ kraftmaschine nach den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen.

Aus der US-PS 46 04 868 ist ein derartiger Brenner mit einer luftunterstützten Kraftstoffdüse und einer Zündkerze in der Brennkammer bekannt, an den sich eine Mischkammer stromauf des Partikelfilters anschließt. Eine Luftpumpe bläst Verbrennungs­ luft in die Brennkammer zur Flammenstabilisierung und in die Mischkammer werden Abgase der Brennkraftmaschine geleitet, die nach Vermischung mit den Brenngasen aus der Brennkammer eine für das Partikelfilter verträgliche Temperatur ergeben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den gattungsgemäßen Brenner schadstoffarmer zu machen, bei gleichzeitiger Reduzie­ rung der Förderleistung der Luftpumpe.

Zur Lösung der Aufgabe dienen erfindungsgemäß die im Kennzei­ chen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale.

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen ist ein schadstoffärmerer Brenner geschaffen, bei dem in der Brennkammer der Kraftstoff mit der Verbrennungsluft vorverbrannt wird und bei dem in einer nachfolgenden Stufe, nämlich in einer Nachbrennkammer, den Brenngasen ein Teil der Motorabgase beigemischt wird, dessen Sauerstoffanteil ausreicht, den restlichen Kraftstoff schadstoffarm zu verbrennen. In der folgenden Mischkammer wer­ den die Brenngase und der andere Teil der Motorabgase gleich­ mäßig vermischt und es ergibt sich eine gleichmäßige Tempera­ turverteilung auf ein filterverträgliches Niveau am Eintritt des Partikelfilters.

Dadurch, daß in der Nachbrennkammer - in der Brennkammer bzw. Vorbrennkammer werden etwa 40% des Kraftstoffes umgesetzt - die restlichen etwa 60% des Kraftstoffes mit Hilfe eines Abgas­ teilstromes umgesetzt werden, sind nicht nur die Schadstoffan­ teile weiter abgebaut, sondern darüber hinaus ist auch eine. Reduzierung der Förderleistung der Luftpumpe realisierbar.

In der Zeichnung ist der Gegenstand der Erfindung dargestellt und im folgenden anhand eines Ausführungsbeispieles näher er­ läutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Brenner und ein Partikelfilter sowie Ver­ sorgungsleitungen in schematischer Darstellung,

Fig. 2 den Brenner in vergrößerter Darstellung im Schnitt,

Fig. 3 die luftunterstützte Kraftstoffdüse im Längs­ schnitt, stark vergrößert.

In Fig. 1 ist ein schadstoffarmer Brenner 1 zur Regenerierung eines Abgaspartikelfilters 2 gezeigt, der eine Brennkammer 3 als Vorbrennkammer und eine Nachbrennkammer 4 enthält. Beide Brennkammern 3, 4 sind von einem Ringraum 5 umgeben, in den Ab­ gas der Brennkraftmaschine geleitet wird. Der Abgasstrom teilt sich in zwei Abgasteilströme auf, von denen der eine Abgas­ teilstrom durch Durchtrittsöffnungen 6 am zylindrisch ausge­ bildeten Gehäuseteil 4a des Brennergehäuses 7 in die Nach­ brennkammer 4 und der andere Abgasteilstrom entlang des Ring­ raumes 5 in eine sich an die Nachbrennkammer 4 anschließende diffusorähnliche Mischkammer 8 stromauf des Partikelfilters 2 gelangt.

Der Übergang zwischen der Vorbrennkammer 3 und der Nachbrenn­ kammer 4 ist durch eine Einschnürung 9 gebildet, die einerseits die Flammenstabilisierung unterstützen und andererseits bei kritischen Betriebszuständen der Brennkraftmaschine Rückkopp­ lungen vermeiden soll. Unmittelbar stromab dieses Überganges sind die Durchtrittsöffnungen 6 vorgesehen.

Der Brenner 1 ist stirnseitig mit einer luftunterstützten Kraftstoffdüse 10 ausgestattet, die koaxial zur Vorbrennkammer 3 angeordnet ist und eine zentrale Kraftstoffbohrung 11 mit Drallkanälen 12 sowie seitlich von der Kraftstoffbohrung 11 verlaufende Luftkanäle 13 für die Zerstäuberluft aufweist (Fig. 2 und 3). Die Luftkanäle 13 gehen in bis zur Vorbrennkammer 4 reichende und konzentrisch zur Kraftstoffbohrung 11 verlaufende Drallkanäle 14 über.

Die Kraftstoffdüse 10 ist in einem Einsatzkörper 15 des Bren­ ners 1 fest eingesetzt, welcher mit für die Verbrennungsluft bestimmten Drallkanälen 16 versehen ist, die die Kraftstoffdüse 10 umgeben.

Der aus dieser Kraftstoffdüse 10 austretende fein zerstäubte Kraftstoff vermischt sich mit der Verbrennungsluft 22b und wird durch die Zündkerze 17 zur Entzündung gebracht. Etwa 40% des Kraftstoffes werden in der Vorbrennkammer 3 und die restlichen etwa 60% des Kraftstoffes werden mit Hilfe des Abgasteilstromes der Brennkraftmaschine in der Nachbrennkammer 4 umgesetzt. Die in die Mischkammer 8 gelangenden schadstoffarmen Brenngase vermischen sich dort mit dem anderen Abgasteilstrom der Brenn­ kraftmaschine und bewirken eine gleichmäßige Temperaturvertei­ lung auf ein filterverträgliches Niveau.

Die Kraftstoffzuführung erfolgt mittels einer kennfeldgesteuerten Kraftstoffpumpe 18, die Kraftstoff durch eine zur Kraftstoffdüse 10 führende Druckleitung 19 fördert, in der ein 3/2-Wegeventil 20 zwischengeschaltet ist.

Die Luftpumpe 21 fördert durch die Hauptluftleitung 22 Luft zu drei Verbrauchern, nämlich über die erste Nebenluftleitung 22a Zerstäuberluft zur luftunterstützten Kraftstoffdüse 10, über die zweite Nebenluftleitung 22b Verbrennungsluft durch die Drallkanäle 16 in die Vorbrennkammer 3 zur Flammenstabilisie­ rung und über die dritte Nebenleitung 22c Kühlluft zur Zünd­ kerze 17. Außerdem zweigt noch eine zum 3/2-Wegeventil 20 füh­ rende Luftleitung 22d von der Hauptluftleitung 22 ab, in der ein weiteres 3/2-Wegeventil 23 zwischengeschaltet ist, von dem eine zur Saugseite der Kraftstoffpumpe 18 führende Kraftstoff­ saugleitung 24 wegführt.

Solange der Brenner 1 in Betrieb ist und Kraftstoff zur Kraft­ stoffdüse 10 und Luft zu den drei Verbrauchern gepumpt wird, befinden sich das erste 3/2-Wegeventil 20 in der Schalt­ stellung I und das zweite 3/2-Wegeventil 23 in der Schaltstellung I.

Wird der Brenner 1 außer Betrieb gesetzt, nimmt bei jeweils weiter laufender Kraftstoffpumpe 19 und Luftpumpe 21 das erste 3/2-Wegeventil 20 die andere Schaltstellung II ein und Kraft­ stoff wird aus der Kraftstoffdüse 10 abgesaugt.

Sobald die Kraftstoffpumpe 18 abgeschaltet wird, rückt das zweite 3/2-Wegeventil 23 in die Schaltstellung II und Luft wird kurzzeitig bis zum Abstellen der Luftpumpe 21 über die Luft­ leitung 22d durch die Kraftstoffbohrung 11 der Kraftstoffdüse 10 geblasen, um diese auszutrocknen.

Mit 24 ist das elektronische Steuergerät bezeichnet, das in Abhängigkeit von Kenngrößen die Kraftstoffpumpe 18, die Luft­ pumpe 21 und beide 3/2-Wegeventile 20 und 23 ansteuert. 25 bezeichnet einen Temperatursensor in der Mischkammer 8.

Claims (7)

1. Mit Abgas betreibbarer Brenner zur Regenerierung eines Partikelfilters im Abgastrakt einer Brennkraftmaschine, mit einer luftunterstützten Kraftstoffdüse und einer Zündkerze in einer Brennkammer mit Verbrennungsluftzuführung seitlich der Kraftstoffdüse, mit einer stromauf des Partikelfilters ange­ ordneten Mischkammer, in die Abgase der Brennkraftmaschine ge­ leitet werden und sich mit den Brenngasen vermischen, ferner mit Steuermitteln für die Kraftstoff- und Luftzuführung in die Brennkammer, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Brennkammer (3) und der Mischkammer (8) eine von einem Abgasteilstrom der Brennkraftmaschine durchströmte Nachbrennkammer (4) vorgesehen ist.

2. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im nahen Bereich des verengt ausgebildeten Übergangs (9) zwischen der als Vorbrennkammer ausgebildeten Brennkammer (3) und der Nachbrennkammer (4) Durchtrittsöffnungen (6) für den Abgasteilstrom angeordnet sind.

3. Brenner nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchtrittsöffnungen (6) am zylindrisch ausgebildeten Gehäuseteil (4a) des Brennergehäuses (7) angeordnet sind.

4. Brenner nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Brennergehäuse (7) von einem Ringraum (5) umgeben ist, durch den der andere Abgasteilstrom unmittelbar in die Misch­ kammer (8) gelangt.

5. Brenner nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in die Vorbrennkammer (3) verbrennungsluftleitende Drall­ kanäle (16) einmünden, die die Kraftstoffdüse (10) brennraum­ seitig eng umgeben.

6. Brenner nach Anspruch 1, mit einer Kraftstoffpumpe in einer zur Kraftstoffdüse führenden Druckleitung, dadurch gekennzeichnet, daß in der Druckleitung (19) ein erstes 3/2-Wegeventil (20) vorgesehen ist, von dem eine zur Kraftstoffpumpe (18) führende Saugleitung (24) unter Zwischenschaltung eines zweiten 3/2- Wegeventiles (23) wegführt.

7. Brenner nach Anspruch 6, mit einer Luftpumpe zur Luftver­ sorgung des Brenners, dadurch gekennzeichnet, daß eine Luftleitung (22d) zum ersten 3/2-Wegeventil (20) unter Zwischenschaltung des zweiten 3/2-Wegeventiles (23) führt und daß nach Außerbetriebsetzen des Brenners (1) Kraftstoff aus der Kraftstoffdüse (10) über die Saugleitung (24) abgesaugt wird und daß nach Abschalten der Kraftstoffpumpe (18) Luft in die Kraftstoffbohrung (11) der Kraftstoffdüse (10) geblasen wird.