Die Erfindung bezieht sich auf die Brennkammer eines Brenners für ein
Fahrzeugheizgerät oder für thermische Regeneration eines Abgas-Partikelfilters,
die eine Stirn-Begrenzungswand, eine Umfangs-Begrenzungswand,
einen Stutzen zur Unterbringung einer Glühkerze und
einen Stutzen zur Zuführung von Verbrennungsluft aufweist, der von der
Stirn-Begrenzungswand in die Brennkammer ragt und mindestens
Verbrennungsluftaustritte durch die Stutzenwand aufweist.
Derartige Brennkammern von Brennern für die genannten Einsatzgebiete
sind bekannt. Die bekannten Brennkammern hat man aus gestanzten und
dann gebogenen Blechteilen zusammengesetzt, was beträchtlichen
Aufwand für das Verbinden der Einzelteile, normalerweise durch
Schweißen oder Löten, bedeutet. Diese Verbindungstechniken ziehen in
der Regel einen Wärmeverzug der Brennkammer nach sich, so daß die
Brennkammer vor dem Einbau in den Brenner nachgerichtet werden
muß.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine rationeller herstellbare
Brennkammer verfügbar zu machen.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Brennkammer mit der Stirn-Begrenzungswand,
mit der Umfangs-Begrenzungswand, mit dem
Glühkerzen-Stutzen, und mit oder ohne den Luftzuführungs-Stutzen als
einstückiges Feingußbauteil ausgebildet.
Feingießen ist ein an sich bekanntes Herstellungsverfahren. Der
Ausbildung einer Brennkammer als Feingußbauteil stand jedoch die auf
dem Erfindungsgebiet allgemein verbreitete Auffassung der Fachwelt
entgegen, daß nur die angesprochene "Blechbauweise" geeignet sei,
Brennkammern aus geeigneten Werkstoffen und in der gewünschten
dünnen Wandstärke der Bestandteile herstellen zu können. Die Erfinder
des vorliegenden Erfindungsgegenstands haben sich über diese Bedenken
hinweggesetzt und haben herausgefunden, daß nach dem
Feingußverfahren wider Erwarten doch Brennkammern mit sinnvoll
kleinen Wandstärken und aus geeignetem Material herstellbar sind. Die
Herstellungsgenauigkeit ist ohne Nachrichtarbeiten besser als bei der
Blechbauweise. Es sind höchstens minimale Nachbearbeitungen, z. B.
Anbringen einer Brennstoffzuführungsbohrung, erforderlich.
Die Erfindung gibt die Möglichkeit, die Feinguß-Integralbauweise der
Brennkammer sehr weit oder weniger weit zu treiben. Bei Einbeziehung
des Luftzuführungs-Stutzens in die Integralbauweise ergibt sich ein
besonders hoher Rationalisierungseffekt. Aber auch ein Feingußbauteil,
in das der Luftzuführungs-Stutzen, der seinerseits entweder aus
gebogenem Blech oder nach dem Feingußverfahren gefertigt ist,
nachträglich eingesetzt wird, erbringt schon Vorteile gegenüber der
konventionellen Bauweise. Aus der weiteren Beschreibung wird deutlich
werden, daß man in Weiterbildung der Erfindung auch noch weitere
Funktionsbestandteile der Brennkammer in die Feinguß-Integralbauweise
einbeziehen kann.
Ein typischer, bei der Erfindung bevorzugter Vertreter der
Feingußtechnologie ist das an sich bekannte Wachsausschmelzverfahren.
Bei diesem Verfahren wird zunächst eine Herstellungsform für ein
Wachsmodell, welches die Gestalt des letztendlich herzustellenden
Feingußbauteils hat, angefertigt. Eine größere Anzahl dieser
Wachsmodelle wird dann, angeschlossen an einen gemeinsamen
Eingießkanal, in ein - häufig aus keramischen Partikeln mit Bindemittel
bestehendes - Formmaterial eingeformt. Beim anschließenden Gießen
schmelzen die Wachsmodelle aus und werden die dadurch entstehenden
Formhohlräume mit flüssigem Metall ausgefüllt. Zum Entformen der
Feingußbauteile wird das Formmaterial zerstört.
Als Material für das erfindungsgemäße Feingußbauteil sind
verzunderungsbeständige und hochwarmfeste Stahllegierungen bevorzugt,
insbesondere Stahllegierungen aus der Gruppe der rostfreien Edelstähle.
Vorzugsweise ist der Glühkerzen-Stutzen mindestens im wesentlichen
parallel zur Längserstreckungsrichtung der Brennkammer ausgerichtet
und als Ausbuchtung der Umfangs-Begrenzungswand ausgebildet. Im
Querschnitt kann die Ausbuchtung eine teilkreisförmige Gestalt haben,
insbesondere eine im wesentlichen halbkreisförmige oder zwischen
halbkreisförmig und dreiviertelkreisförmig liegende Gestalt haben. In
Längserstreckungsrichtung ist der Glühkerzen-Stutzen normalerweise
kürzer als die Umfangs-Begrenzungswand.
Der Luftzuführungsstutzen kann an seinem strömungsabwärtigen Ende
zum Inneren der Brennkammer offen sein (wodurch sich ein End-
Verbrennungsluftaustritt ergibt) oder an diesem Ende auch geschlossen
sein (so daß er nur die Verbrennungsluftaustritte durch die Stutzenwand
aufweist). Im erstgenannten Fall ist es bevorzugt, strömungsabwärts von
dem genannten offenen Ende einen Flammenhalter anzuordnen, der den
aus dem offenen Ende austretenden Verbrennungsluftstrom nach außen
in Richtung zu der Umfangs-Begrenzungswand verteilt, so daß er dort
den Sauerstoff zum vollständigen Verbrennen des Brennstoffs liefert.
Der Flammenhalter ist vorzugsweise eine zum Luftzuführungs-Stutzen
hin konvex gekrümmte Platte. Der Flammenhalter kann ein gesondertes,
nachträglich angebrachtes Bauteil sein, kann aber auch Bestandteil des
weiter vorn angesprochenen Feingußbauteils sein.
In vielen Fällen ist es wünschenswert, daß die Brennkammer einen
Befestigungsflansch für ihre Befestigung in dem Gesamtbrenner
aufweist, wobei der Befestigungsflansch in den meisten Fällen quer zur
Längserstreckungsrichtung der Brennkammer verläuft. Vorzugsweise
weist das angesprochene Feingußbauteil den Befestigungsflansch
einstückig auf. Herstellungstechnisch ist es dabei am günstigsten, wenn
der Befestigungsflansch mindestens im wesentlichen in Fortsetzung der
Stirn-Begrenzungswand nach radial-außen liegt.
Bisher hat man den Luftzuführungs-Stutzen durchweg rohrförmig mit
verteilten Lochungen in der Stutzenwand ausgebildet. Nach einem
zweiten Aspekt der Erfindung weist der Luftzuführungs-Stutzen
Längsschlitze in der Stutzenwand als Verbrennungsluftaustritte auf. Ein
Teil der Längsschlitze oder alle Längsschlitze reichen bis zum
strömungsabwärtigen Ende des Luftzuführungs-Stutzens. Die
Längsschlitze sind bei der Feingußtechnologie deutlich einfacher
herstellbar als bohrungsartige Öffnungen in der Stutzenwand. Das
Vorsehen von Längsschlitzen schließt jedoch nicht aus, daß zusätzlich
noch bohrungsartige Verbrennungsluftaustritte in der Stutzenwand
vorhanden sind.
Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, daß die beschriebene
Konfiguration des Luftzuführungs-Stutzens mit Längsschlitzen einerseits
eine bevorzugte Weiterbildung des zuvor beschriebenen, ersten Aspekts
der Erfindung ("Brennkammer in Feingußtechnologie") darstellt,
insbesondere weil ein Luftzuführungs-Stutzen mit Längsschlitzen in
Feingußtechnologie bequemer herstellbar ist, daß aber andererseits der
beschriebene zweite Aspekt der Erfindung eine eigenständige Erfindung
darstellt, die auch losgelöst von dem Gedanken der Feingußtechnologie
technisch vorteilhaft verwirklichbar ist.
Ein Längsschlitz, mehrere Längsschlitze oder alle Längsschlitze können
- gemessen in Umfangsrichtung des Luftzuführungs-Stutzens - eine über
die Schlitzlängsrichtung konstant bleibende Breite besitzen. Es ist aber
auch möglich, daß einer, mehrere oder alle Längsschlitze - gemessen in
Umfangsrichtung des Luftzuführungs-Stutzens - eine über die
Schlitzlängsrichtung zum strömungsabwärtigen Ende hin zunehmende
Breite haben. Die letztgenannte Maßnahme führt zu dem willkommenen
Ergebnis, daß am strömungsaufwärtigen Endbereich der Brennkammer
relativ wenig Verbrennungsluft aus dem Luftzuführungs-Stutzen in den
Brennraum der Brennkammer übertritt, während mehr zum
strömungsabwärtigen Ende des Luftzuführungs-Stutzens eine relativ
größere Verbrennungsluftmenge in den Verbrennungsraum der
Brennkammer übertritt und dort für die vollständige Verbrennung der
Verbrennungsluft zur Verfügung steht. Dies ist ein Beispiel für die
Situation, daß man das strömungsabwärtige Ende des Luftzuführungs-
Stutzens geschlossen ausbilden kann, weil genügend große
Luftaustrittsquerschnitte im strömungsabwärtigen Endbereich des
Luftzuführungs-Stutzens durch die Stutzenwand zur Verfügung stehen.
In bevorzugter Weiterbildung der Erfindung ist mindestens einer der
Verbrennungsluftaustritte durch die Stutzenwand derart ausgebildet, daß
die Verbrennungsluft mit Strömungskomponente in Umfangsrichtung des
Luftzuführungs-Stutzens ausströmt. Hiermit erreicht man - für den
Ablauf der Verbrennung des Brennstoffs in der Brennkammer günstig -
einen Austritt der Verbrennungsluft nicht im wesentlichen in radialer
Richtung, sondern mit mehr oder weniger stark ausgeprägter
Strömungskomponente in Umfangsrichtung, so daß sich in dem
Verbrennungsraum eine Drallströmung ergibt.
Es ist ferner bevorzugt, den Luftzuführungs-Stutzen mit einem sich in
Strömungsrichtung verjüngenden Innenquerschnitt auszubilden.
Hierdurch wird den heißen, expandierenden Verbrennungsgasen im
ringförmigen Verbrennungsraum zwischen der Umfangs-
Begrenzungswand und dem Luftzuführungs-Stutzen ein in
Strömungsrichtung zunehmender Strömungsquerschnitt zur Verfügung
gestellt.
Die erfindungsgemäße Brennkammer ist vorzugsweise als
Verdampfungsbrennkammer ausgebildet. Zu diesem Zweck kann man
innen an der Stirn-Begrenzungswand und/oder der Umfangs-Begrenzungswand
eine poröse Auskleidung zum Abdampfen des
Brennstoffs vorsehen. Die Auskleidung muß nicht die Stirn-
Begrenzungswand und/oder die Umfangs-Begrenzungswand vollständig
überdecken. Poröse Auskleidung kann, muß aber nicht, auch im Inneren
des Glühkerzen-Stutzens vorgesehen sein. Herkömmliche Materialien für
die poröse Auskleidung sind Faservliese, insbesondere aus keramischen
Fasern, oder Fasermetallwerkstoffe. Es versteht sich, daß der porösen
Auskleidung von der Außenseite her Brennstoff zugeführt wird, der von
der Auskleidung in den Verbrennungsraum hinein abdampft.
Nach einem dritten Aspekt der Erfindung ist eine Brennkammer
vorgesehen, deren Auskleidung aus Sintermetall besteht. Dieser dritte
Aspekt der Erfindung stellt einerseits eine bevorzugte Ausgestaltung der
zuvor beschriebenen Erfindung dar, stellt aber andererseits auch eine
selbständige Erfindung dar, die losgelöst von der im kennzeichnenden
Teil des Anspruchs 1 angegebenen Feingußbauteil-Technologie
vorteilhaft verwirklichbar ist. Eine poröse Auskleidung aus Sintermetall
ist wesentlich dauerhafter als ein keramisches Faservlies, kann mit sehr
gleichmäßiger Porosität und hoher Paßgenauigkeit hergestellt werden,
und liefert einen optimalen Wandkontakt zu der betreffenden
Brennkammerwand. Ferner ist es möglich, für die Auskleidung einen
gleichen oder einen ähnlichen Werkstoff wie für die restlichen
Funktionsbestandteile der Brennkammer einzusetzen, so daß das
Recyceln der Brennkammer erleichtert ist. Schließlich kann man bequem
die Dicke der Auskleidung von Ort zu Ort nach Bedarf variieren.
Nach einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung kann die
Sintermetall-Auskleidung in situ in der Brennkammer erzeugt werden,
indem man das Material der Auskleidung, d. h. die zu versinternden
Partikel, im ungesinterten Zustand in die Brennkammer einbringt und
dort an Ort und Stelle versintert. Normalerweise wird für diesen Zweck
ein Kern in die Brennkammer eingesetzt, so daß ein spaltförmiger
Formgebungsraum zwischen der Stirn-Begrenzungswand bzw. der
Umfangs-Begrenzungswand und dem Kern entsteht, in den die zu
versinternden Partikel eingefüllt werden. Das Versintern erfolgt in
üblicher Weise durch Wärmezufuhr. Das Versintern in situ liefert
optimalen Kontakt zwischen der Auskleidung und der betreffenden
Begrenzungswand der Brennkammer.
Nach einem vierten Aspekt der Erfindung ist zwischen der Umfangs-
Begrenzungswand und dem Luftzuführungs-Stutzen ein Leit- und
Schutzring von der Stirn-Begrenzungswand aus ein Stück weit zum
Inneren der Brennkammer ragend angeordnet. Der Leit- und Schutzring
bewirkt eine mehr axiale Strömung der im strömungsaufwärtigen
Endbereich aus dem Luftzuführungs-Stutzen austretenden
Verbrennungsluft und - was besonders wichtig ist - verhindert ein
Auftropfen von unverbranntem Brennstoff auf den im Betrieb heißen
Luftzuführungs-Stutzen mit der erheblichen Gefahr der Verkokung des
Luftzuführungs-Stutzens bis hin zum teilweisen oder vollständigen
Verschließen von Verbrennungsluftaustritten, was die Gefahr nach sich
zieht, daß die Verbrennung des Brennstoffs nicht mehr ordnungsgemäß
abläuft.
Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, daß dieser vierte Aspekt der
Erfindung einerseits eine bevorzugte Ausgestaltung einzelner oder
mehrerer der vorstehend beschriebenen Erfindungsaspekte darstellt, aber
andererseits eine selbständige Erfindung, losgelöst vom im
kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Feingußbauteil-
Gedanken, darstellt, weil die Ausbildung gemäß dem vierten Aspekt der
Erfindung auch unabhängig hiervon technisch vorteilhaft einsetzbar ist.
Der Leit- und Schutzring muß nicht unbedingt über 360° umlaufend
sein. Bei geringeren Anforderungen kann es ausreichen, wenn er sich als
Teilring über einen Teilumfang der Brennkammer erstreckt,
insbesondere dort, wo mit einem Auftropfen von Brennstoff auf den
Luftzuführungs-Stutzen am ehesten zu rechnen ist.
Der strömungsabwärtige Endbereich des Leit- und Schutzrings ist
vorzugsweise so ausgebildet, daß er turbulenzsteigernd auf die
Verbrennungsluftströmung wirkt, also die dortige Durchmischung von
verdampftem Brennstoff und Verbrennungsluft fördert.
Die erfindungsgemäße Brennkammer kann - mit Ausnahme des
Glühkerzen-Stutzens - im wesentlichen eine in Stirnansicht zylindrische
Konfiguration aufweisen, muß es aber nicht zwingend.
Nach einem fünften Aspekt der Erfindung ist das der Stirn-
Begrenzungswand der Brennkammer nähere Ende der Auskleidung
und/oder das der Stirn-Begrenzungswand der Brennkammer entferntere
Ende der Auskleidung in einem umfangsmäßig durchgehenden oder in
Abschnitte unterbrochenen Ringspalt festgelegt. Aufgrund dieser
Ausbildung läßt sich die Auskleidung produktionstechnisch äußerst
einfach in der Brennkammer befestigen. Man kann so weit kommen, daß
die Anzahl der bisher üblichen Schweißpunkte zur Befestigung der
Auskleidung in der Brennkammer erheblich verringert werden kann oder
auf Schweißpunkte ganz verzichtet werden kann. Zur Bildung des
Ringspalts kann vorzugsweise ein umfangsmäßig durchgehender oder in
Abschnitte unterbrochener Fixierring oder ein Bauteil vorgesehen sein,
welches an einem die Brennkammer fortsetzenden Flammrohr befestigt
ist.
Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, daß dieser fünfte Aspekt der
Erfindung einerseits eine bevorzugte Ausgestaltung einzelner oder
mehrerer der vorstehend beschriebenen Erfindungsaspekte darstellt, aber
andererseits eine selbständige Erfindung darstellt, losgelöst vom im
kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen
Feingußbauteilgedanken, weil die Ausbildung gemäß dem fünften Aspekt
der Erfindung auch unabhängig hiervon technisch vorteilhaft
verwirklichbar ist.
Vorzugsweise ist der Fixierring für das der Stirn-Begrenzungswand
nähere Ende der Auskleidung Bestandteil des Feingußbauteils. Die
Lagefixierung der Auskleidung läßt sich dadurch perfektionieren, daß
man den Fixierring mindestens an seinem freien Ende nach dem
Einsetzen der Auskleidung auf die Auskleidung zu abbiegt, wodurch sich
eine Festklemmung der Auskleidung ergibt. Zu diesem Zweck kann es
günstig sein, den Fixierring an seinem freien Ende mit dünner
Wandstärke auszubilden, damit er dort gut abgebogen werden kann. Das
Abbiegen ist auch im Fall des in Abschnitte unterbrochenen Fixierrings
besonders erleichtert.
Das Einsetzen des Endes der Auskleidung in den ringspaltartigen Raum
gestaltet sich besonders einfach, wenn - im Längsschnitt gesehen - sich
dieser Raum zu seinem Abschlußende hin verjüngt und/oder die
Auskleidung ein sich verjüngendes Ende aufweist. Es ist gerade bei der
Befestigung der Auskleidung gemäß dem fünften Aspekt der Erfindung
besonders bevorzugt, die Auskleidung nur an der Umfangs-
Begrenzungswand der Brennkammer vorzusehen, so daß die Auskleidung
insgesamt eine röhrenartige und nicht eine topfförmige Konfiguration
hat.
Nach einem sechsten Aspekt der Erfindung weist die Umfangs-Begrenzungswand
der Brennkammer innenseitig einen in
Längserstreckungsrichtung der Brennkammer verlaufenden Vorsprung
zur formschlüssigen Festlegung der Auskleidung gegenüber Bewegung in
Umfangsrichtung auf. Auf diese Weise muß die Festlegung in
Umfangsrichtung nicht von der restlichen Lagefixierung der Auskleidung
geleistet werden. Außerdem wird erreicht, daß sich die Auskleidung nur
in einer bestimmten Positionierung (bezogen auf Drehung um die
Längsachse der Brennkammer) in die Brennkammer einbringen läßt, so
daß z. B. eine Öffnung in der Auskleidung, die gegenüber dem Stutzen
für die Glühkerze positioniert sein soll, selbsttätig an die richtige Stelle
kommt.
Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, daß dieser sechste Aspekt der
Erfindung einerseits eine bevorzugte Ausgestaltung einzelner oder
mehrerer der vorstehend beschriebenen Erfindungsaspekte darstellt, aber
andererseits eine selbständige Erfindung darstellt, losgelöst vom im
kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen
Feingußbauteilgedanken, weil die Ausbildung gemäß dem sechsten
Aspekt der Erfindung auch unabhängig hiervon technisch vorteilhaft
verwirklichbar ist.
Nach einem siebten Aspekt der Erfindung ist im Strömungsweg der
Verbrennungsluft vor dem Luftzuführungs-Stutzen eine Einrichtung zur
Erzeugung von Strömungsdrall vorgesehen. Die drallbehaftete
Verbrennungsluftströmung führt zu einer optimaleren Bildung eines
verbrennungsgünstigen Brennstoff-Luft-Gemischs.
Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, daß dieser siebte Aspekt der
Erfindung einerseits eine bevorzugte Ausgestaltung einzelner oder
mehrerer der vorstehend beschriebenen Erfindungsaspekte darstellt, aber
andererseits eine selbständige Erfindung darstellt, losgelöst von im
kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen
Feingußbauteilgedanken, weil die Ausbildung gemäß dem siebten Aspekt
der Erfindung auch unabhängig hiervon technisch vorteilhaft
verwirklichbar ist.
Vorzugsweise ist die Einrichtung zur Erzeugung von Strömungsdrall
mindestens großenteils Bestandteil des Feingußbauteils oder mindestens
großenteils Teil des Gehäuses eines der Brennkammer vorgesetzten
Verbrennungsluftgebläses. Die Einrichtung kann insbesondere einen
Leitapparat, einen am Umfang spiralartig begrenzten Strömungsraum
oder dgl. aufweisen.
Nach einem achten Aspekt der Erfindung ist am Übergang zwischen der
Umfangs-Begrenzungswand der Brennkammer und der Auskleidung ein
Brennstoffverteilkanal vorgesehen, der sich mindestens über einen Teil
des Umfangs der Umfangs-Begrenzungswand erstreckt. Durch den
Brennstoffverteilkanal wird erreicht, daß sich der zugeführte Brennstoff
bereits rückseitig von der Auskleidung über eine größere Fläche verteilt.
Ein gleichmäßigeres Verdampfen des Brennstoffs über eine größere
Fläche der Auskleidung und eine Verringerung der Gefahr des
Abtropfens von Brennstoff von der Auskleidung sind die Folge.
Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, daß dieser achte Aspekt der
Erfindung einerseits eine bevorzugte Ausgestaltung einzelner oder
mehrerer der vorstehend beschriebenen Erfindungsaspekte darstellt, aber
andererseits eine selbständige Erfindung darstellt, losgelöst vom im
kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen
Feingußbauteilgedanken, weil die Ausbildung gemäß dem achten Aspekt
der Erfindung auch unabhängig hiervon technisch vorteilhaft
verwirklichbar ist.
Vorzugsweise ist ein in den Brennstoffverteilkanal mündender
Brennstoffzuführungsstutzen zur Brennstoffzuführung im wesentlichen in
Umfangsrichtung vorgesehen. Durch einen derartigen
Brennstoffzuführungsstutzen wird die Erreichung der vorstehend
abgehandelten Vorteile noch weiter gefördert.
Nach einem neunten Aspekt der Erfindung ist radial weiter außen als die
Umfangs-Begrenzungswand der Brennkammer ein Wärmeleitfinger
vorgesehen, dessen Ende in Längserstreckungsrichtung der
Brennkammer weiter vorn als seine Wurzel liegt, und ist an der
Außenseite des Brennkammerbauteils in demjenigen Bereich, wo an der
Innenseite des Brennkammerbauteils die Wurzel des Wärmeleitfingers
ist, ein Temperaturfühler angesetzt, mit dem sich erfassen läßt, ob in
der Brennkammer Verbrennung abläuft oder nicht.
Brenner für Fahrzeugheizgeräte oder für thermische Regeneration von
Abgas-Partikelfiltern sind auch bisher in aller Regel mit einer
sogenannten Flammerkennung bzw. Flammabbrucherkennung
ausgerüstet. Wenn mit Hilfe dieser Einrichtung festgestellt wird, daß
unbeabsichtigt in der Brennkammer noch kein Verbrennungsvorgang
oder kein Verbrennungsvorgang mehr stattfindet, wird mindestens die
Zufuhr von Brennstoff zu der Brennkammer unterbrochen, damit hier
nicht unkontrollierte Ansammlungen von unverbranntem Brennstoff
entstehen. Bisher hat man zu diesem Zweck normalerweise an der Wand
des der Brennkammer nachgeordneten Wärmetauschers einen
Temperaturfühler vorgesehen, der aufgrund absinkender Wandtemperatur
den Flammabbruch erkennt. Diese Technik erfordert jedoch die
Anbringung einer Bohrung durch die Außenwand des Wärmetauschers;
insbesondere im Fall eines Verbrennungsgas/Wasser-Wärmetauschers
ergeben sich Abdichtungs- und Korrosionsprobleme.
Gemäß dem neunten Aspekt der Erfindung wird der Anbringungsort des
Temperaturfühlers zu dem Brennkammerbauteil verlagert; es ergibt sich
eine deutlich vereinfachte Herstellung, und Probleme der geschilderten
Art werden vermieden. Vorzugsweise ist der Wärmeleitfinger
Bestandteil des Feingußbauteils.
Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, daß der neunte Aspekt der
Erfindung einerseits eine bevorzugte Ausgestaltung einzelner oder
mehrerer der vorstehend beschriebenen Erfindungsaspekte darstellt, aber
andererseits eine selbständige Erfindung darstellt, losgelöst vom in
kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen
Feingußbauteilgedanken, weil die Ausbildung gemäß dem neunten
Aspekt der Erfindung auch unabhängig hiervon technisch vorteilhaft
verwirklichbar ist.
Nach einem zehnten Aspekt der Erfindung ist von den Oberflächen, die
im Betrieb zum Aufbau kohlenstoffhaltiger Ablagerungen neigen,
mindestens ein Teil kupferhaltig ausgebildet. Von den Oberflächen, die
für kupferhaltige Ausbildung in Frage kommen, seien insbesondere die
folgenden genannt: Innenseite der Auskleidung zum Abdampfen des
Brennstoffs, Außenseite des Luftzuführungs-Stutzens, Innenseite des
Stutzens für die Glühkerze, Begrenzungswände der Brennkammer
(insbesondere wenn oder wo keine Auskleidung vorhanden ist), das der
Brennkammer nachgeordnete Flammrohr, verbrennungsgasseitige Fläche
des Wärmetauschers.
Trotz aller konstruktiven Bemühungen gibt es in Brennkammern
zuweilen Bereiche mit Sauerstoffmangel, in denen es zu
kohlenstoffhaltigen Ablagerungen kommen kann. Durch die kupferhaltige
Ausbildung wird die Verbrennungstemperatur derartiger Ablagerungen
sehr stark herabgesetzt (eine Herabsetzung auf 200 bis 250°C ist
erreichbar). Da derartige Temperaturen insbesondere bei nicht nur
kurzzeitigem Betrieb überall in der Brennkammer erreicht werden,
beobachtet man einen Selbstreinigungseffekt. Das Freihalten der
Oberflächen der genannten Art von kohlenstoffhaltigen Ablagerungen ist
von Bedeutung für störungsfreien Betrieb und hohe Lebensdauer der
Brennkammer.
Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, daß dieser zehnte Aspekt der
Erfindung einerseits eine bevorzugte Ausgestaltung einzelner oder
mehrerer der vorstehend beschriebenen Erfindungsaspekte darstellt, aber
andererseits eine selbständige Erfindung darstellt, losgelöst vom im
kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen
Feingußbauteilgedanken, weil die Ausbildung gemäß dem zehnten
Aspekt der Erfindung auch unabhängig hiervon technisch vorteilhaft
verwirklichbar ist.
Zur praktischen Verwirklichung der Kupferhaltigkeit gibt es eine ganze
Reihe technischer Möglichkeiten. Man kann kupferhaltige Legierungen
wählen oder eine Beschichtung mit kupferhaltigem Material vorsehen.
Im Fall einer faserigen Auskleidung zum Abdampfen des Brennstoffs
kann man dem Auskleidungsmaterial Fasern aus kupferhaltigem Material
beimischen. Im Fall einer Sintermetall-Auskleidung zum Abdampfen des
Brennstoffs kann man den zu versinternden Teilchen Teilchen aus
kupferhaltigem Material zugeben. Der vorstehend verwendete Begriff
"kupferhaltiges Material" schließt auch Reinkupfer und
Kupferlegierungen ein.
Die erfindungsgemäße Brennkammer ist vorzugsweise Teil eines
Brenners für ein Fahrzeugheizgerät oder Teil eines Brenners für die
thermische Regeneration eines Abgas-Partikelfilters. Fahrzeugheizgeräte
werden insbesondere für Personenkraftwagen, die Fahrerkabinen von
Lastkraftwagen, Omnibusse, Segel- und Motorboote, Baumaschinen,
Wohnmobile, Campinganhänger und dergleichen eingesetzt. In vielen
Fällen weist das Fahrzeug einen Verbrennungsmotor als Antrieb auf. In
diesem Fall kann das Fahrzeugheizgerät in den Kühlmittelkreislauf und
den regulären Heizungskreislauf des Verbrennungsmotors eingebunden
sein, so daß das Fahrzeugheizgerät als Zusatzheizung bei ungenügendem
Wärmeangebot des Verbrennungsmotors und/oder als Standheizung bei
stillstehendem Verbrennungsmotor benutzt werden kann. - Abgas-Partikelfilter
werden zunehmend in den Abgasstrang von stationären
oder von dem Fahrzeugantrieb dienenden Dieselmotoren eingebaut. Die
Partikelfilter, häufig vereinfachend auch als "Rußfilter" bezeichnet,
halten die im Abgas von Dieselmotoren enthaltenen Partikel zurück. Die
Partikelfilter müssen, normalerweise in Intervallen, von den
ausgefilterten Partikeln befreit werden, was insbesondere durch
thermische Regeneration geschehen kann. Zur thermischen Regeneration
wird die dem Partikelfilter zuströmende Gasströmung so stark
aufgeheizt, daß die Entzündungstemperatur der Partikel von etwa 650 bis
700°C erreicht wird und die Partikel mit im zugeführten Gasstrom
enthaltenem Sauerstoff verbrannt werden.
Es sei noch angemerkt, daß in den Unteransprüchen enthaltene
selbständig schutzfähige Merkmale trotz der vorgenommenen formalen
Rückbeziehung auf den Hauptanspruch entsprechenden eigenständigen
Schutz haben sollen. Im übrigen fallen sämtliche in den gesamten
Anmeldungsunterlagen enthaltenen erfinderischen Merkmale in den
Schutzumfang der Erfindung.
Die Erfindung und bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung werden
nachfolgend anhand von zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispielen
noch näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 eine Brennkammer im Längsschnitt;
Fig. 2 bis 5 jeweils im Längschnitt und etwas stärker schematisiert
ein Brennkammerbauteil, wobei alternative
Ausführungen des Verbrennungsluft-Stutzens
gezeichnet sind;
Fig. 6 und 7 zwei weitere alternative Ausführungsformen des
Verbrennungsluft-Stutzens im Querschnitt;
Fig. 8 bis 12 diverse Ausführungsvarianten eines Leit- und
Schutzrings in in die Ebene abgewickelter Darstellung;
Fig. 13 eine Brennkammer anderer Ausführungsform im
Längsschnitt, wobei oben und unten zwei
unterschiedliche Varianten gezeichnet sind;
Fig. 14 einen Querschnitt längs A-A der Brennkammer von
Fig. 13;
Fig. 15 eine Abwandlung der Brennkammer von Fig. 13 in
einem Längsschnitt, der einen Teil der Brennkammer
zeigt;
Fig. 16 eine andere Abwandlung der Brennkammer von Fig.
13 in einem Längsschnitt, der einen Teil der
Brennkammer zeigt;
Fig. 17 ein Fahrzeugheizgerät mit einem Brennkammerbauteil
anderer Ausführungsform im Längsschnitt.
Bei allen Ausführungsbeispielen werden für gleiche oder analoge Teile
die gleichen Bezugszeichen verwendet.
Die in Fig. 1 gezeichnete Brennkammer 2 besteht im wesentlichen aus
einer ebenen Stirn-Begrenzungswand 4, die radial-außen in einen
Befestigungsflansch 6 übergeht, einer zylindrischen Umfangs-
Begrenzungswand 8, die von der Stirn-Begrenzungswand 4 rechtwinklig
nach rechts fortragt, einem zentral von der Stirn-Begrenzungswand 4
rechtwinklig nach rechts fortragenden, zylindrischen Luftzuführungs-Stutzen
10 und einem Glühkerzen-Stutzen 12. Der Befestigungsflansch 6
hat einen kreisrunden Außenumfang. Der Luftzuführungs-Stutzen 10 ist
konzentrisch zu der Umfangs-Begrenzungswand 8, aber
durchmesserkleiner als die Umfangs-Begrenzungswand 8, so daß
zwischen dem Luftzuführungs-Stutzen 10 und der Umfangs-
Begrenzungswand 8 ein Ringraum gebildet ist.
Die Längsmittelachse der Brennkammer 2 ist mit 14 bezeichnet. In
Axialrichtung gemessen ist der Luftzuführungs-Stutzen 10 etwa halb so
lang wie die Umfangs-Begrenzungswand 8. Im nicht gezeichneten
Querschnitt betrachtet hat der Glühkerzen-Stutzen 12 eine
teilkreisförmige Innenkontur, die über etwa 240° geht. Die Teil-
Umfangswand des Glühkerzen-Stutzens 12 stellt gleichsam eine
Ausbuchtung der Umfangs-Begrenzungswand 8 dar, wobei die Umfangs-
Begrenzungswand 8 dort, wo sich der Glühkerzen-Stutzen 12 anschließt,
unterbrochen ist. Der Glühkerzen-Stutzen 12 reicht nach rechts hin nicht
bis zum Ende der Umfangs-Begrenzungswand 8. Die Längsmittelachse
16 des Glühkerzen-Stutzens 12 liegt etwas außerhalb der Umfangs-
Begrenzungswand 8 und ist parallel zu der Achse 14. Die Wand des
Luftzuführungs-Stutzens 10 weist umfangsmäßig verteilt und in zwei
Reihen axial nebeneinander radiale, runde Löcher 18 als
Verbrennungsluftaustritte auf.
Am strömungsabwärtigen, in Fig. 1 rechten Ende des Luftzuführungs-
Stutzens 10 sind in axialer Fortsetzung mehrere Stege 20 über den
Umfang verteilt vorgesehen. Am strömungsaufwärtigen, in Fig. 1 linken
und am strömungsabwärtigen, in Fig. 1 rechten Ende (d. h. Beginn der
Stege 20) ist der Luftzuführungs-Stutzen 10 offen.
Alle bisher angesprochenen Teile der Brennkammer 2 sind zusammen
als integrales Feingußbauteil ausgebildet. Es wird jedoch darauf
hingewiesen, daß der Luftzuführungs-Stutzen 10 alternativ auch separat
gefertigt und anschließend mit dem Feingußbauteil vereinigt worden sein
kann.
Links an die Stirn-Begrenzungswand 4 ist ein im wesentlichen
zylindrisches Luftzuführungs-Gehäuse 19 angesetzt, das einen
Leitapparat zur Erzeugung einer in den Luftzuführungs-Stutzen 10
eintretenden Drallströmung enthalten kann, aber nicht muß. An das
Luftzuführungs-Gehäuse 19 ist ein nicht gezeichnetes Gebläse
angeschlossen, das die Verbrennungsluft mit dem erforderlichen
Überdruck liefert.
Von rechts her an den freien Enden der Stege 20 anliegend ist eine nach
links hin konvex gekrümmte Platte 22 als Flammenhalter angeordnet, die
mittels einer zentral-axial verlaufenden, kleinen Stange 24 gegen die
Stege 20 gezogen wird. Am linken Ende führt die kleine Stange 24
durch die End-Stirnwand des Luftzuführungs-Gehäuses 19 und ist dort
durch eine aufgeschraubte Mutter 26 befestigt. Die gekrümmte Platte
besteht aus Blech. Sie könnte aber auch integral mit den Stegen 20 in
das Feingußbauteil einbezogen sein; in diesem Falle wäre die kleine
Stange 24 entbehrlich.
Ferner erkennt man in Fig. 1 eine poröse Auskleidung 28 innen an der
Stirn-Begrenzungswand 4 und innen an der Umfangs-Begrenzungswand
8. Die poröse Auskleidung 28 besteht vorzugsweise aus Sintermetall und
ist vorzugsweise in situ dort versintert worden. In Axialrichtung ist die
Auskleidung 28 beim gezeichneten Ausführungsbeispiel etwas kürzer als
die Umfangs-Begrenzungswand 8, könnte aber auch gleich lang oder
sogar länger als die Umfangs-Begrenzungswand 8 sein. In demjenigen
Bereich, wo das Innere des Glühkerzen-Stutzens 12 in das Innere der
Brennkammer 2, d. h. den Ringraum zwischen der Umfangs-
Begrenzungswand 8 und dem Luftzuführungs-Stutzen 10, übergeht, hat
die Auskleidung 28 eine Öffnung 30, die in ihrer Größe nur einen
Bruchteil der Größe der dortigen Unterbrechung der Umfangs-
Begrenzungswand 8 hat, aber auch praktisch die gesamte Größe der
Unterbrechung haben kann. Bei in den Gesamtbrenner eingebauter
Brennkammer 2 ist in dem Glühkerzen-Stutzen 12 der bei
Stromdurchgang glühend werdende Bereich einer Glühkerze, sei es
Glühkerze mit Glühwendel oder Glühstiftkerze, untergebracht.
Schließlich erkennt man in Fig. 1 einen Leit- und Schutzring 32, der
rechtwinklig von der Stirn-Begrenzungswand 4 nach rechts in den
Ringraum zwischen der Umfangs-Begrenzungswand 8 und dem
Luftzuführungs-Stutzen 10 ragt. Die axiale Länge des Rings 32 beträgt 5
bis 30%, vorzugsweise 8 bis 20%, der axialen Länge des
Luftzuführungs-Stutzens 10. Der Ring 32 ist vorzugsweise einstückig mit
dem Feingußbauteil.
Oben links in Fig. 1 ist noch eine unter 45° schräge Bohrung 34 für das
Zuführen von Brennstoff vorgesehen, wobei in die Bohrung 34 ein nicht
eingezeichneter Stutzen mit Preßsitz eingesetzt sein kann. In
Wirklichkeit befindet sich die Bohrung 34 um 150° gegenüber der
eingezeichneten Position verdreht neben dem Glühkerzen-Stutzen 12.
Meistens ist die Brennkammer 2 mit obenliegendem Glühkerzen-Stutzen
12 eingebaut, also um 180° gedreht um ihre Längsachse 14 im
Vergleich zu Fig. 1.
Im Betrieb arbeitet die beschriebene Brennkammer 2 wie folgt:
Über eine Dosierpumpe und durch die Bohrung 34 wird der Auskleidung
28 Brennstoff, d. h. in der Regel Dieselkraftstoff oder Benzin, zugeführt.
Zum Starten der Brennkammer 2 wird der nicht eingezeichneten
Glühkerze Strom zugeführt, woraufhin sie in ihrem vorderen Bereich zu
glühen beginnt. Unterstützt durch die Erwärmung mittels der Glühkerze
verdampft Brennstoff von der Auskleidung 28 zum Inneren der
Brennkammer 2 hin, aber auch in das Innere des Glühkerzen-Stutzens
12. An der Glühkerze findet dann die Zündung des Brennstoff-Luft-
Gemisches statt, und die entstehende Flamme breitet sich durch die
Öffnung 30 in den Ringraum zwischen der Umfangs-Begrenzungswand 8
und dem Luftzuführungs-Stutzen 10 aus. Gleichzeitig strömt
Verbrennungsluft aus dem Luftzuführungs-Gehäuse 20 durch den
Luftzuführungs-Stutzen 10 und von dort durch die radialen Löcher 18 in
den beschriebenen Ringraum, wo die Anfangsverbrennung des
Brennstoff-Luft-Gemisches stattfindet. Weiter strömungsabwärts strömt
der Hauptteil der Verbrennungsluft durch die großen Zwischenräume
zwischen den Stegen 20 nach außen in den Verbrennungsraum der
Brennkammer 2. Dort und weiter strömungsabwärts findet die
vollständige Verbrennung des Brennstoffs statt. Durch den Leit- und
Schutzring 32 entsteht radial außerhalb von diesem eine strömungsarme
Ringtasche, in der sich fettes Brennstoff-Luft-Gemisch bilden kann. Von
der Auskleidung 28 nach unten abtropfender Brennstoff gelangt auf den
Ring 32 statt auf den Luftzuführungs-Stutzen 10 und wird von der in
Fig. 1 rechten, strömungsabwärtigen Kante durch die Verbrennungsluft
nach strömungsabwärts weggerissen.
Der Glühkerzen-Stutzen 12 kann noch eine kleine, nicht eingezeichnete
Öffnung zur Zuführung einer kleinen Spülluftmenge aufweisen.
In Fig. 2 ist eine Bauweise des Luftzuführungs-Stutzens 10
veranschaulicht, bei der statt der runden Löcher 18 Längsschlitze 40
vorgesehen sind, die ein Stück hinter dem strömungsaufwärtigen Ende
des Stutzens 10 beginnen und bis zum strömungsabwärtigen Ende des
Stutzens 10 durchgehen. Die Längsschlitze 40 sind gleichmäßig über den
Umfang des Stutzens 10 verteilt und haben - in Umfangsrichtung des
Stutzens 10 gemessen - eine über die Axialrichtung gleichbleibende
Breite 42. Auf das strömungsabwärtige Ende des Stutzens 10 kann
unmittelbar eine ebene oder gewölbte Platte aufgesetzt sein,
entsprechend der Platte 22 von Fig. 1. Alternativ können in axialer
Verlängerung des Stutzens 10 Stege 20 wie bei der Ausführungsform
von Fig. 1 angegossen sein; die nicht eingezeichnete Platte läge dann
gegen die freien Enden dieser Stege 20 an.
In Fig. 3 ist eine Variante gezeichnet, bei der die Längsschlitze -
gemessen in Umfangsrichtung des Stutzens 10 - eine in
Strömungsrichtung fortschreitend zunehmende Breite 42 haben.
Bei der in Fig. 4 gezeichneten Variante verjüngt sich der Stutzen 10 in
Strömungsrichtung konisch.
In Fig. 5 ist eine Variante gezeichnet, bei der die Verjüngung des
Stutzens 10 nach innen gewölbt verläuft.
In den Fig. 6 und 7 sind Ausführungsformen des Stutzens 10 im
Querschnitt gezeichnet, bei denen Längsschlitze 40 und
Stutzenwandbereiche 44 miteinander abwechseln. Dabei sind die
Längsschlitze 40 so geformt, daß sie einen Verbrennungsluftaustritt mit
Strömungskomponente in Umfangsrichtung des Stutzens 10 erzwingen.
Bei sämtlichen Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 2 bis 7 sind - wie
beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 - die Stirn-Begrenzungswand 4,
die Umfangs-Begrenzungswand 8, der Befestigungsflansch 6, der
Luftzuführungs-Stutzen 10 und der Glühkerzen-Stutzen 12 als
einstückiges Feingußbauteil ausgebildet.
In den Fig. 8 bis 12 sind diverse Varianten der Gestaltung des Leit-
und Schutzrings 32 veranschaulicht. Bei den Ausführungsformen gemäß
Fig. 8 bis 10 ist die strömungsabwärtige Endkante des Rings 18
profiliert gestaltet, so daß dem dort entlangströmenden Teil der
Verbrennungsluft Turbulenz mitgegeben bzw. deren Turbulenz erhöht
wird. Fig. 11 zeigt eine Gestaltung des strömungsabwärtigen Endes des
Rings 32 als scharf zulaufende, nach außen abgebogene Abspritzkante.
Fig. 12 zeigt eine Ausbildung des Rings mit schräg verlaufenden Rinnen
oder Vorsprüngen an der Innenseite, um der dort vorbeiströmenden Luft
Drall zu erteilen. Korrespondierende Rinnen oder Vorsprünge könnten
auf der Außenseite des Rings 32 zum Führen aufgetropften Kraftstoffs in
Spiralrichtung vorgesehen sein. Der Ring 32 muß nicht zylindrisch sein,
sondern könnte auch konisch sein, und zwar sich verjüngend oder sich
verbreiternd in Strömungsabwärtsrichtung.
Die in Fig. 13 und 14 gezeichnete Brennkammer 2 weist, insoweit
analog der Brennkammer 2 von Fig. 1, eine ebene Stirn-
Begrenzungswand 4, eine zylindrische Umfangs-Begrenzungswand 8,
einen zylindrischen Luftzuführungs-Stutzen 10, einen Glühkerzen-Stutzen
12, und einen Befestigungsflansch 6 auf, der allerdings weiter rechts von
der Umfangs-Begrenzungswand 8 nach radial-außen geht als bei der
Ausführungsform von Fig. 1. Der Luftzuführungs-Stutzen ist, wie beim
Ausführungsbeispiel von Fig. 2, mit Längsschlitzen 40 ausgeführt. Alle
bisher angesprochenen Teile der Brennkammer 2 sind zusammen als
integrales Feingußbauteil ausgebildet. Es wird jedoch darauf
hingewiesen, daß der Luftzuführungs-Stutzen 10 alternativ auch separat
gefertigt und anschließend mit dem Feingußbauteil vereinigt worden sein
kann.
Im Unterschied zur Ausführungsform von Fig. 1 weist die Brennkammer
2 von Fig. 13 und 14 einen Leitapparat zur Erzeugung von
Strömungsdrall in der dem Luftzuführungs-Stutzen 10 zuströmenden
Verbrennungsluft auf, dessen gekrümmte Leitschaufeln 50 integral mit
dem Feingußbauteil der Brennkammer gegossen sind. Die Leitschaufeln
50 nehmen in Radialrichtung etwas weniger als den Platz der Stirn-
Begrenzungswand 4 ein und ragen unmittelbar von dieser axial nach
links in Fig. 13. Auf der der Stirn-Begrenzungswand 4 abgewandten
Seite sind die Leitschaufeln 50 durch eine kreisrunde, durchgehende
Platte 52 abgedeckt, so daß die Verbrennungsluft ausschließlich von
radial außen her in die Strömungskanäle zwischen den Leitschaufeln 50
einströmen muß und mit sehr erheblichem Drall um die
Längsmittelachse 14 der Brennkammer 2 in den Luftzuführungs-Stutzen
10 eintritt. Die Platte 52 kann ebenfalls integral mit dem Feingußbauteil
gegossen sein, kann alternativ aber auch ein gesondert gefertigtes,
nachträglich angebrachtes und befestigtes Teil sein.
Alternativ kann die Einrichtung zur Erzeugung von Strömungsdrall
vorzugsweise durch einen dem Luftzuführungs-Stutzen 10 vorgesetzten
Strömungsraum mit spiralartig verlaufender Umfangswand gebildet sein.
Die Verbrennungsluft kann diesem Strömungsraum tangential an der mit
kleiner werdenden Krümmungsradius verlaufenden Umfangswand
zugeführt werden. Der beschriebene Strömungsraum kann in einer
entsprechend dicken Gehäusewand eines der Brennkammer 32
vorgesetzten Verbrennungsluftgebläses, siehe z. B. Gehäusewand 80 in
Fig. 17, ausgebildet sein.
Fig. 13 zeigt ferner eine neuartige Befestigung der porösen Auskleidung
28 in der Brennkammer 2. Zunächst ist darauf hinzuweisen, daß die
Auskleidung 28 rein zylindrisch und damit nicht topfförmig wie beim
Ausführungsbeispiel von Fig. 1 ist; die Auskleidung 28 ist also innen an
der Umfangs-Begrenzungswand 8 vorgesehen, aber nicht innen an der
Stirn-Begrenzungswand 4. In Fig. 13 nach rechts ragt von der Stirn-
Begrenzungswand 4 ein Fixierring 54 zum Inneren der Brennkammer 2
hin, und zwar mit einem radialen Abstand zur Innenseite der Umfangs-
Begrenzungswand 8, der im wesentlichen der radialen Dicke der
Auskleidung 28 entspricht. In den so gebildeten Ringspalt 56 zwischen
der Umfangs-Begrenzungswand 8 und dem Fixierring 54 ist das in Fig.
13 linke Ende der Auskleidung 28 eingeschoben, wobei zur
Erleichterung des Einschiebens der Fixierring 54 rechts-außenseitig
etwas abgeschrägt ist.
Hinsichtlich der Befestigung des in Fig. 13 rechten Endes der
Auskleidung 28 sind in Fig. 1 oberhalb der Längsmittelachse 14 und
unterhalb der Längsmittelachse 14 zwei unterschiedliche Varianten
gezeichnet. An das beschriebene Feingußbauteil der Brennkammer 2 ist
nach rechts weiterführend ein aus Blech gefertigtes Flammrohr 58
angesetzt, das in Fig. 13 unterbrochen gezeichnet ist, aber in
Wirklichkeit in Axialrichtung erheblich länger als die Brennkammer 2
ist. Ein Stück entfernt von seinem linken Ende ist in dem Flammrohr 58
eine Flammenblende 60 befestigt, die aus Blech besteht und eine große
zentrale Durchströmungsöffnung 62 aufweist, welche die Gasströmung
im Vergleich zum Innendurchmesser der Umfangs-Begrenzungswand 8
bzw. des Flammrohrs 58 lokal einschnürt.
Bei der Variante oben in Fig. 13 ist die Flammenblende 60 am
Übergang zur Befestigung im Flammrohr 58 derart abgebogen, daß ein
Ringspalt 64 zwischen dem Flammrohr 58 und einem im wesentlichen
parallel zu dem Flammrohr 58 verlaufenden Bereich 66 der
Flammenblende verbleibt. In diesen Ringspalt 64 ist das in Fig. 13
rechte Ende der Auskleidung 28 eingeschoben, so daß der beschriebene
Bereich 66 der Flammenblende 60 als Fixierring für die Auskleidung 28
wirkt. Die Auskleidung 28 ist in Axialrichtung relativ lang, führt also
aus der Umfangs-Begrenzungswand 8 hinaus ein Stück weit in das
Flammrohr 58.
Bei der Variante unten in Fig. 13 endet die Auskleidung 28 rechts,
bevor das Ende der Umfangs-Begrenzungswand 8 erreicht wird. Im in
Fig. 13 linken Endbereich des Flammrohrs 58 ist an diesem ein
ringartiges Bauteil 68 befestigt, welches nach links ragt und am linken
Ende nach innen gestuft abgebogen ist, so daß dort ein Ringspalt 64
(analog dem Ringspalt 64 oben in Fig. 13) zur Aufnahme des rechten
Endes der Auskleidung 28 gebildet ist.
Wenn das Flammrohr-Bauteil 58 nach links auf das Brennkammer-
Bauteil 2 aufgeschoben ist und dort durch Schweißung befestigt ist, ist
auch, wie beschrieben, das rechte Ende der Auskleidung 28 in dem
betreffenden Ringspalt 64 aufgenommen. Die Auskleidung 28 ist wegen
der beidendigen Einsperrung am Innenumfang der Umfangs-
Begrenzungwand 8 festgelegt. Die Radialabmessungen der Ringspalte 56
und 64 können, müssen aber nicht, so sein, daß die Enden der
Auskleidung 28 mit gewisser Einklemmung aufgenommen werden; zur
erleichterten Montage kann man die Enden der Auskleidung 28 mit
Abschrägung an der Innenseite ausbilden. Es wird ferner darauf
hingewiesen, daß die Auskleidung 28 nicht zwingend an beiden Enden
festgelegt werden muß. Insbesondere bei einer relativ steifen Konsistenz
und/oder einer in Axialrichtung nicht zu langen Ausbildung der
Auskleidung 28 kann die Festlegung an nur einem Axialende
ausreichend sein. In diesem Fall sollte allerdings vorzugsweise dort eine
echte Lagefixierung z. B. durch Festklemmen erfolgen.
Was die Befestigung der Flammenhalter-Platte 22 anlangt, sind die Stege
20 an ihrem freien Ende nach radial-innen verbreitert ausgeführt, so daß
die Platte 22 dort bequem angeschweißt werden kann.
In Fig. 14 ist erkennbar, daß die Auskleidung 28 zwar insgesamt
zylindrisch ist, aber an einer Stelle ihres Umfangs einen in Axialrichtung
und in Radialrichtung durchgehenden Schlitz hat. Korrespondierend ist
ein sich in der axialen Längsrichtung der Brennkammer 2 verlaufender
Vorsprung 70 innen an der Umfangs-Begrenzungswand 8 vorgesehen.
Beim axialen Einschieben der Auskleidung 28 sorgt der Vorsprung 70
dafür, daß die Auskleidung 28 hinsichtlich ihrer Winkellage um die
Längsmittelachse 14 in einer bestimmten Positionierung ausgerichtet
wird und daß die Auskleidung 28 hinsichtlicher Verlagerungen in
Umfangsrichtung festgelegt wird. Durch die genannte Ausrichtung ist
sichergestellt, daß die Öffnung 30 der Auskleidung 28 in korrekter
Position relativ zu dem Stutzen 12 für die Glühkerze ist. Es wird darauf
hingewiesen, daß der Schlitz in der Auskleidung 28 nicht in
Radialrichtung ganz durchgehen muß, sondern z. B. nur eine axial
verlaufende Rinne in der Außenseite der Auskleidung vorgesehen sein
kann. Ferner ist es alternativ möglich, die Auskleidung außenseitig mit
einem axial verlaufenden Vorsprung auszustatten und dementsprechend
eine axial verlaufende Rinne an der Innenseite der Umfangs-
Begrenzungswand 8 vorzusehen.
In den Fig. 13 und 14 erkennt man ferner, daß an der Innenseite der
Umfangs-Begrenzungswand 8 ein in Umfangsrichtung verlaufender
Brennstoffverteilkanal 72 vorhanden ist, der durch eine flach-nutenartige
Vertiefung im Material des Brennkammerbauteils gebildet ist. Beim
gezeichneten Ausführungsbeispiel verläuft der Verteilkanal 72
kreisförmig praktisch über den gesamten Umfang. Es ist aber auch
möglich, den Verteilkanal 72 nur für einen Teil des Umfangs
vorzusehen, insbesondere für den Teil des Umfangs von dem
nachfolgend zu beschreibenden Brennstoffzuführungsstutzen 74 bis zu
dem Bereich des Stutzens 12 für die Glühkerze bzw. die Öffnung 30 in
der Auskleidung 28. Es wird darauf hingewiesen, daß es alternativ
möglich ist, den Verteilkanal 72 am Außenumfang der Auskleidung 28
auszubilden statt im Material des Brennkammerbauteils.
Der an das Brennkammerbauteil angegossene
Brennstoffzuführungsstutzen 74 hat eine Ausrichtung im wesentlichen in
Umfangsrichtung der Umfangs-Begrenzungswand 8. Infolgedessen wird
Brennstoff in einer derartigen Richtung zugeführt, daß er glatt in dem
Verteilkanal 72 weiterströmt und über eine größere Fläche verteilt von
hinten her in die Auskleidung 28 eintritt.
Schließlich wird darauf aufmerksam gemacht, daß bei der
Ausführungsform gemäß Fig. 13 und 14, anders als bei der
Ausführungsform gemäß Fig. 1, der Stutzen 12 für die Glühkerze eine
derartige Ausrichtung hat, daß seine Längsmittelachse 16 im
wesentlichen oder exakt in einer Ebene liegt, die sich rechtwinklig zur
Längsmittelachse 14 der Brennkammer 2 erstreckt (Zeichnungsebene der
Fig. 14).
Fig. 15 zeigt eine Abwandlung, bei der der Fixierring 54 in seinem
rechten, freien Endbereich mit relativ geringer Wandstärke ausgebildet
ist und nach dem Einschieben des Endes der Auskleidung 28 nach
radial-außen abgebogen worden ist zum Festklemmen der Auskleidung
28. In diesem Fall kann der Ringspalt 56 problemlos in Radialrichtung
etwas größer sein als die Dicke der Auskleidung 28. Das Abbiegen des
Endbereichs des Fixierrings 54 kann problemlos mittels eines von rechts
nach links in die Brennkammer 2 eingeführten Werkzeugs erfolgen, das
z. B. eine äußere Schrägfläche zum Ausüben des Umbiegedrucks
aufweist.
In Fig. 16 ist ein Ausführungsbeispiel gezeichnet, bei dem die
Auskleidung 28 wiederum topfförmig ist, insoweit ähnlich Fig. 1. Fig.
16 veranschaulicht jedoch den Fall, daß das der Stirn-Begrenzungswand
4 entferntere Ende der Auskleidung 28 auf eine besonders günstige
Weise in einem Ringspalt 64 festgelegt ist. Der Ringspalt 64 ist gebildet
zwischen einem an die Brennkammer 2 anschließenden Flammrohr 58
und einem an dem Flammrohr 58 befestigten Flammblende-Bauteil 60.
Beim in Axialrichtung erfolgenden Aufschieben des Flammrohrs 58 auf
das in Fig. 16 rechte Ende des Brennkammerbauteils 2 kommt das in
Fig. 16 rechte Ende der Auskleidung 28 in den beschriebenen Ringraum
64 und wird zwischen dem Endbereich der Umfangs-Begrenzungswand 8
und dem als Fixierring dienenden Flammblenden-Bauteil 60 leicht
umbiegend festgeklemmt. Das Flammrohr 58 wird mit dem
Brennkammerbauteil 2 verschweißt.
Von der Stirn-Begrenzungswand 4 ragt ein Ring 32 zum Inneren der
Brennkammer 2 hin, aber schräg nach radial-außen. Der
Innendurchmesser der zentralen Öffnung, die der Stirn-Begrenzungswand
4 zugeordnet ist, der Auskleidung 28 ist geringfügig größer als der
Durchmesser des Rings 52 an seinem freien Ende. Infolgedessen konnte
die Auskleidung 28 bequem in Axialrichtung von rechts nach links in
Fig. 16 in das Brennkammerbauteil 2 eingeschoben werden. Abgesehen
von der beschriebenen mechanischen Fixierung am rechten Ende ist die
Auskleidung 28 mit einigen Schweißpunkten an der Umfangs-
Begrenzungswand 8 und an der Stirn-Begrenzungswand 4 befestigt. Der
beschriebene Schrägverlauf des Rings 32 hat den Vorteil, daß
Brennstoff, der möglicherweise vom in Fig. 16 linken Endbereich der
Auskleidung 28 abtropft in der durch den Ring 32 gebildeten Rinne so
weitergeleitet wird, daß er nicht auf den Luftzuführungs-Stutzen 10
auftropft. Insofern hat der Ring 32 eine ganz ähnliche Funktion wie der
Schutzring 32 beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1.
Man kann aber auch den Ring 32 rein in Axialrichtung verlaufen lassen,
was gießtechnisch leichter ist. Schließlich ist es möglich, mit einem im
frisch gegossenen Zustand axial verlaufenden Ring 32 zu arbeiten, der
nach dem Einschieben der Auskleidung 28 in seinem freien Endbereich
nach außen gegen die Auskleidung 28 umgebogen wird. In diesem Fall
erstreckt sich die Auskleidung 28 an ihrem linken Ende weiter in
Richtung zu der Zentralachse 14 der Brennkammer 2 hin. Der Ring 32
stellt dann einen Fixierring für die Auskleidung 28 dar.
Es wird darauf hingewiesen, daß der Fixierring 54 und/oder der
Fixierring 66 bzw. 68 sich nicht kontinuierlich über den Gesamtumfang
erstrecken muß, sondern vielmehr in umfangsmäßig beabstandete
Abschnitte unterbrochen sein kann. Diese unterbrochene Ausbildung hat
sogar Vorteile, wenn es um das Festklemmen der Auskleidung 28 durch
Umbiegen von Materialbereichen geht.
Fig. 17 zeigt in schematisierter Form ein Brennkammer-Feingußbauteil
2, eingebaut in ein Fahrzeugheizgerät. Außer dem Feingußbauteil
erkennt man das die Umfangs-Begrenzungswand 8 der Brennkammer 2
fortsetzende Flammrohr 58, einen Teil des Gehäuses 80 des
Verbrennungsluftgebläses, das unter Zwischenfügung einer Dichtung 82
an dessen linker Stirnseite mit dem Feingußbauteil verschraubt ist, einen
Mantel 84 des Heizgeräts, eine Wärmetauscherwand 86, die den Raum,
in dem die Verbrennung stattfindet, von einem wasserdurchströmten
Raum innerhalb des Mantels trennt, und einen Abgasstutzen 88, durch
den die Verbrennungsabgase von dem Heizgerät wegströmen.
Von der linken, äußeren Stirnseite her ist in einer Vertiefung des
Feingußbauteils ein Temperaturfühler 90 ganz üblicher Ausbildung, z. B.
Typ PT 1000 angebracht. An der Anbringungsstelle des
Temperaturfühlers 90 weist das Gebläsegehäuse 80 eine durchgehende
Bohrung 92 auf. Der Temperaturfühler 90 ist mittels einer
Federklammer 94, die an dem Gebläsegehäuse 80 befestigt ist, befestigt
und gegen das Material des Feingußbauteils gedrückt.
In demjenigen Bereich des Feingußbauteils, wo außenseitig die
Vertiefung 96 für den Temperaturfühler 90 ist, weist das Feingußbauteil
innenseitig einen integral mitgegossenen Wärmeleitfinger 98 auf, der
sich von seiner Wurzel an der Stirnwand des Feingußbauteils in
Axialrichtung erstreckt. In der Praxis hat der Wärmeleitfinger 98 eine
axiale Länge im Bereich von 20 bis 90% der axialen Länge der
Umfangs-Begrenzungswand 8.
Wenn z. B. durch eine Störung die Verbrennungsflamme erlischt und
daher kein Brennstoff mehr verbrannt wird, sinkt die Temperatur im
Ringraum 100 zwischen der Umfangs-Begrenzungswand 8 bzw. dem
Flammrohr 58 und der Wärmetauscherwand 86. Durch den
Wärmeleitfinger 98 wird dieses Absinken der Temperatur an den Ort des
Temperaturfühlers 90 weitergegeben. Bei Unterschreiten eines
bestimmten Schwellenwerts der Temperatur wird das Heizgerät
abgeschaltet, in erster Linie die Brennstoffzufuhr zu dem Heizgerät. Mit
Hilfe des Temperaturfühlers 90 läßt sich außerdem erkennen, ob das
Heizgerät nach dem Starten korrekt gezündet hat, weil sich ein Zünden
des in der Brennkammer abgedampften Brennstoffs rasch in einer
Temperatursteigerung in dem beschriebenen Ringraum 100 äußert.
Um einen Brenner für thermische Regeneration eines Abgas-
Partikelfilters zu schaffen, kann die erfindungsgemäße Brennkammer (2),
z. B. die Brennkammer (2) gemäß Fig. 1, stirnseitig in das Partikelfilter-Gehäuse
eingesetzt sein und durch eine Brennstoffpumpe und ein
Verbrennungsluftgebläse zu dem Brenner komplettiert sein. - Im Fall
eines Fahrzeugheizgeräts schließt sich, häufig nach einer blendenartigen
Querschnittsverengung, normalerweise ein Flammrohr mit größerer
axialer Länge als die Brennkammer (2) an. Am Ende des Flammrohrs
wird die heiße Abgasströmung um 180° nach außen umgelenkt und
strömt in Axialrichtung an der rohrförmigen Trennwand eines
Wärmetauschers entlang, ehe es über eine Abgasleitung ins Freie
abgeleitet wird. Auf der Außenseite der Trennwand des Wärmetauschers
strömt entweder Wasser, das auf diese Weise im Fahrzeugheizgerät
erwärmt wird, oder Luft, die auf diese Weise zu Heizluft erwärmt wird.