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WO2012016817A1 - Brenner mit stabiler zerstäubung bei geringem gegendruck - Google Patents

Brenner mit stabiler zerstäubung bei geringem gegendruck Download PDF

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WO2012016817A1
WO2012016817A1 PCT/EP2011/062281 EP2011062281W WO2012016817A1 WO 2012016817 A1 WO2012016817 A1 WO 2012016817A1 EP 2011062281 W EP2011062281 W EP 2011062281W WO 2012016817 A1 WO2012016817 A1 WO 2012016817A1
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WO
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fuel
air supply
supply line
burner
air
Prior art date
Application number
PCT/EP2011/062281
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English (en)
French (fr)
Inventor
Bjoern Damson
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
Priority to JP2013522181A priority Critical patent/JP5705318B2/ja
Priority to US13/814,016 priority patent/US20130133314A1/en
Publication of WO2012016817A1 publication Critical patent/WO2012016817A1/de

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    • F01N3/38—Arrangements for igniting
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    • F01N2240/00—Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being
    • F01N2240/14—Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being a fuel burner

Definitions

  • Particulate filter systems for retaining particulate pollutants.
  • exhaust gases are passed through a heat-resistant filter medium.
  • the retained by the filter medium particles which in particular have diameters in the range of 10 to 5000 nm, occupy the filter, which comes to increase the pressure loss across the filter, which makes a continuous or intermittent regeneration of the filter medium necessary.
  • the regeneration is generally carried out by almost residue-free combustion of the deposited soot particles with oxygen.
  • ignition temperatures of about 600 ° C are necessary for combustion, which are rarely achieved in the exhaust gas of a self-igniting internal combustion engine even at full load. It is known to provide for this purpose a burner to a
  • Combustion engine and particulate filter is arranged and increases without the provision of an ignitable fuel mixture, the exhaust gas temperature.
  • catalytic burner post-engine injected fuel is attached to one
  • Combustion device comprising a combustion chamber and a burner, wherein metered fuel and metered combustion air is mixed to form an ignitable fuel-air mixture.
  • the fuel-air mixture formed in the combustion chamber is ignited by an igniter, the hot fuel gases are mixed with the exhaust gases and raise the exhaust gas temperature so far that the accumulated in the particulate filter
  • Oxidize soot particles are fan burners with a pressure atomizing nozzle. In general, it is needed for sufficient heating of the exhaust stream
  • Burner power as a function of engine operation wherein the burner power is adapted to the current operating point of the internal combustion engine. If the entire exhaust gas flow is brought to the required combustion temperature, a high burner output is required, resulting in higher fuel consumption. To achieve an ignitable fuel-air mixture therefore a large amount of air is required, with a large burner is necessary.
  • the air supply which essentially takes place from a compressed air reservoir or via an electrically operated air pump, thus heavily loads the vehicle electrical system due to the relatively high power consumption of the associated electric motor, which can lead to disruptions, especially at low internal combustion engine speeds.
  • DE 10 2009 051 327 A1 relates to a method for controlling a temperature of a combustion air of an oil burner.
  • the supply of the combustion air to a mixing zone of the burner can be carried out in dependence on an operating mode by a first and / or by a first and a second supply path, wherein heat is supplied to the combustion air in different ways.
  • From DE 38 26 446 A1 also atomizing burners are known for liquid fuels, with heavy oil is fed with a primary air flow in a nozzle tube, which is surrounded by a jacket tube, via which secondary air is supplied.
  • combustion air supply provides a primary air supply line for the treatment of the fuel and comprises a secondary air supply line which supplies combustion air to produce an ignitable fuel-air mixture.
  • a particulate filter of an exhaust aftertreatment system starting from known filter bodies, for example filter channels, filter meshes or filter pockets made of ceramic or sintered metallic material, particles build up over time.
  • Particle structures may be so pronounced that the exhaust gas flow through the
  • the particle filter is therefore regenerated during operation either continuously or periodically with hot air.
  • the temperature required for the regeneration of the particulate filter in the exhaust stream of a combustion device in particular a burner with a combustion chamber and an atomizer is generated, wherein the combustion air to the burner via a primary and a secondary air supply line is supplied.
  • the fuel preparation at the atomizer is on the primary air supply line, a primary air mass flow available, which can be supplied largely independent of the burner power.
  • the air supply is carried out next to the primary air supply line further via the secondary air supply line, the back pressure at the atomizer can be kept substantially constant at a low level.
  • a primary air mass flow is fed to the atomizing device via the primary air supply line, which atomizes the injected fuel finely.
  • the additional air supply line allows a
  • the secondary air supply line opens directly into the combustion chamber, wherein the fine aerosol of fuel mist and combustion air generated by the atomizer mixed with the secondary air mass flow.
  • This arrangement can be made very simple, so that the cost of this device can be kept low. Further, in this arrangement, the back pressure remains at a low level because there is no throttle restriction in the secondary air supply line.
  • the secondary air mass flow of the atomizer can be supplied in a manner that the atomization of the injected fuel is influenced and substantially improved with regard to the achieved fuel droplet size and the homogenization.
  • influence can be taken on the flame generated at the burner, for example, by imparting first a twist and optionally secondly a constriction on the forming flame, with a flame stability is achieved even in still different air conditions.
  • the atomizing device may for example have a nozzle tube which is surrounded by a jacket tube.
  • a jacket tube On the jacket tube lateral openings for introducing the secondary air mass flow are provided in the annular space formed.
  • Flow rate of the primary air mass flow or a correspondingly large speed difference to the fuel flow can be used to atomize the fuel.
  • the metering of the combustion air is generally controlled by a control device.
  • the air supply via a solenoid valve from a compressed air reservoir or by an electrically operated air pump, for example via a vane pump, a claw pump or a rotary lobe pump.
  • the device according to the invention is in at least one of
  • Air supply lines arranged a pressure control valve, preferably in the secondary
  • the pressure control valve in the air supply line may be designed as a simple mechanical pressure valve or be a controllable pressure control valve.
  • the combustion air is supplied to the burner from a pressure to be determined in the air supply line via the primary and the secondary air supply line.
  • the increasing in large amounts of air counter pressure is limited wherein the atomization of the injected fuel can be carried out under optimized conditions and the stability of the flame is achieved in a simple and cost-effective manner.
  • the prevailing pressure is below the opening pressure of the arranged in at least one air supply line pressure control valve.
  • the amount of air is provided only via an air supply line of the preparation of the fuel.
  • Air volume increases, the back pressure increases and after exceeding the
  • the switching of the air supply via one or two air supply lines is arbitrarily adjustable, both the conditions at low burner power and at high
  • Burner performance can be accommodated.
  • the fuel to be injected with the air in particular the primary air mass flow supplied via the primary air supply line, before the
  • Atomizer is mixed and this mixture is supplied to the combustion chamber.
  • the fuel and the air mass flow at a junction of the lines, for example in the form of a tee, merged.
  • the combustible fuel-air mixture thus produced enters the atomizer premixed.
  • a reliable ignition of the fuel-air mixture is ensured, since the mixture is not generated in the combustion chamber, but outside of it, wherein an ignitable mixture can be adjusted with a certain air ratio.
  • a plurality of necessary components for example metering valves, check valves and / or pressure control valves, can be combined to form one component.
  • Figure 1 shows an exhaust gas treatment system according to the prior art
  • Figure 2 shows an embodiment of a device according to the invention for
  • Figure 3 shows an embodiment of a device according to the invention for
  • Figure 4 shows an alternative embodiment of the inventive device for
  • FIG. 1 shows, in a highly schematic illustration, an exhaust aftertreatment system 10 according to the prior art.
  • exhaust gases pass through an exhaust pipe 14 into a particle filter 16 via an interposed burner 18, wherein the burner 18 and the particulate filter 16 in a housing 20 in the flow direction of the exhaust gases
  • the fuel-air mixture generated by the supply of fuel 22 and air 24 is ignited via an ignition device 26 on the burner 18.
  • the emerging from the burner 18 hot gases mix in an anteroom 28 of the particulate filter 16 while raising the
  • the regeneration of the particulate filter 16 is usually carried out during operation of the internal combustion engine 12, wherein the residual oxygen in the exhaust gases for the operation of the burner 18 can be used.
  • the combustion air is supplied via an electrically operated air pump 30, which is driven by an electric motor, not shown.
  • the electric motor is connected to an onboard battery that is charged by the alternator (not shown). variants
  • Figure 2 is an embodiment of a device according to the invention for
  • the device for fuel treatment 100 comprises an atomizer 1 10, is processed with the injected fuel in a suitable manner, in particular atomized.
  • the atomizer 1 10 fuel is supplied via the supply 22, wherein, for example, for metering the fuel, a solenoid valve or a
  • Fuel pump is provided, which is driven by a controllable electric motor (not shown).
  • the fuel can be removed via a suction line a fuel tank of the internal combustion engine 12, wherein the flow rate can be varied by varying the rotational speed of the electric motor.
  • Combustion air is the burner 18 according to the invention via a primary air supply line 1 12 and a secondary
  • Air supply line 1 14 supplied.
  • the metering of the air supply takes place, for example, via a solenoid valve or via an electrically operated air pump (not shown).
  • the atomizer 1 10 which is designed for example as a swirl burner with a tangential fuel and / or air supply, the supplied fuel is finely atomized, forming an ignitable fuel-air mixture.
  • the atomizing device 110 of the burner 18 can be constructed, for example, as an annular nozzle, at whose annular atomizing tongue the fuel passes along and is finely atomized by a rotating air flow.
  • the aerosol generated entering a combustion chamber 1 16 is ignited in the usual way by an ignition device 26.
  • the use of ignition electrodes, glow plugs or an incandescent body is known.
  • a pressure regulating valve 1 18 is arranged in the secondary air supply line 1 14.
  • This pressure control valve 1 18 may be formed as a simple mechanical pressure control valve, which releases the secondary air supply line at a certain opening pressure.
  • the pressure regulating valve 1 18 may be formed as a controllable pressure control valve, in which the opening pressure can be varied, for example via a control device.
  • a modulatable device is available to the burner 18 with Supply combustion air.
  • the secondary air supply line 1 14 are kept closed, via the primary air supply line 1 12 a primary air mass flow of the atomization of the fuel is available. Accordingly, the atomization of the fuel with respect to the amount of air provided and the formation of the atomizer 1 10 can be optimized.
  • FIG. 3 shows an alternative embodiment of the fuel processing device 100 of a burner 18.
  • the secondary air supply line does not open directly in the combustion chamber 1 16, but in the atomizer 1 10.
  • the atomizer 1 10 has, for example, a central nozzle tube, in the fuel and a
  • the central nozzle tube surrounds a jacket tube which has openings through which the secondary mass flow is supplied.
  • the orientation of the openings can be such that a swirl is impressed. The generated flame is thereby stabilized and their direction determined.
  • Atomizer 1 10 can be maintained even if an air flow for cleaning and cooling the nozzle when the fuel and primary air supply is interrupted. The service life of such an atomizer 1 10 increases.
  • FIG. 4 shows a further exemplary embodiment of the device for fuel preparation 100 of a burner 18. The supply of fuel 22 flows into the primary
  • Air supply line 1 12 wherein via a suitable means fuel in the primary air supply line 1 12 is introduced.
  • the supply of the fuel 22 in a suction line of the air pump can open, for example, a vane pump.
  • the fuel is intimately mixed with the air and the generated aerosol is fed through a feed line 120 of the atomizer 1 10.
  • further combustion air can be supplied via the secondary air supply line 1 14 via a pressure regulating valve 1 18, which is mixed with the aerosol generated and ignited as an ignitable fuel-air mixture in the combustion chamber.
  • the fuel is metered, for example by means of a controllable fuel pump or by means of a Kraftstoffdosierventils 122.
  • In the primary air supply line 1 12 is a
  • Check valve 124 is provided. According to the invention, the multiple valves, pressure control valve, metering valve, check valve can be combined in one component.

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Abstract

Es wird eine Vorrichtung zur Kraftstoffaufbereitung (100) für einen Brenner (18) zur Regeneration eines Partikelfilters (16) eines Abgasnachbehandlungssystems mit einem Abgaskanal (14) zum Abführen eines heißen Abgasstroms von einer Verbrennungskraftmaschine (12), insbesondere einer selbstzündenden Verbrennungskraftmaschine vorgeschlagen. Die Vorrichtung zur Kraftstoffaufbereitung (100) weist eine Zerstäubereinrichtung (110) zum Aufbereiten des Kraftstoffs, eine Brennkammer (116), eine Zündeinrichtung (26) und eine Verbrennungsluftversorgung (24) auf. Die Verbrennungsluftversorgung (24) stellt eine primäre Luftzufuhrleitung (112) zur Aufbereitung des Kraftstoffs bereit und eine sekundäre Luftzufuhrleitung (114) zum Zuführen von Verbrennungsluft, um ein zündfähiges Kraftstoff-Luftgemisch zu erzeugen.

Description

Beschreibung Titel
Brenner mit stabiler Zerstäubung bei geringem Gegendruck Stand der Technik
Die sich verschärfenden gesetzlichen Vorgaben zum Schutz der Gesundheit und der Umwelt, welche die Emissionen von Kraftfahrzeugen regulieren, stellen eine
Herausforderung für die Entwicklung von Motoren und an die
Abgasnachbehandlungstechniken dar. Besondere Bedeutung erlangt dabei die Verringerung von Partikelemissionen und hierbei vor allem Emissionen selbstzündender
Verbrennungskraftmaschinen, welche unter anderem krebsauslösend wirken. So sind viele Verfahren und Vorrichtungen zur Abgasnachbehandlung entwickelt worden, um die in den Abgasen vorhandenen Russpartikel zu beseitigen. Bekannt ist der Einsatz von
Partikelfiltersystemen zum Zurückhalten von in Partikelform vorliegenden Schadstoffen. Zur Partikelabscheidung werden Abgase durch ein hitzebeständiges Filtermedium geleitet. Die von dem Filtermedium zurückgehaltenen Partikel, welche insbesondere Durchmesser im Bereich von 10 bis 5000 nm aufweisen, belegen den Filter, wobei es zur Erhöhung des Druckverlustes über den Filter kommt, der eine kontinuierliche oder in Abständen erfolgende Regeneration des Filtermediums notwendig macht. Die Regeneration erfolgt im Allgemeinen durch eine nahezu rückstandslose Verbrennung der abgelagerten Rußpartikel mit Sauerstoff. Allerdings sind zur Verbrennung Zündtemperaturen von ca. 600°C nötig, welche im Abgas einer selbstzündenden Verbrennungskraftmaschine selbst bei Volllast nur selten erreicht werden. Es ist bekannt, zu diesem Zwecke einen Brenner vorzusehen, um eine
entsprechende Anhebung der Abgastemperatur zu erzielen.
Aus DE 100 24 254 ist ein katalytischer Brenner bekannt, der zwischen
Verbrennungskraftmaschine und Partikelfilter angeordnet ist und ohne die Bereitstellung eines zündfähigen Kraftstoffgemisches die Abgastemperatur erhöht. Der von dem
katalytischen Brenner nachmotorisch eingedüste Kraftstoff wird an einem
Oxidationskatalysator unter Freisetzung von Reaktionswärme umgesetzt, wobei die Abgastemperatur auf Regenerationstemperatur angehoben wird. Allerdings ist es erforderlich, dass die Temperatur der Abgase bereits einen bestimmten Wert erreicht haben muss, damit die an dem Oxidationskatalysator katalysierte Reaktion stattfindet. Unterhalb dieser Temperatur ist die Aktivität des Katalysators so gering, dass der eingedüste Kraftstoff nicht ausreichend umgesetzt wird. Eine Regeneration ist nicht in jedem Motorlastbereich verlässlich möglich. Darüber hinaus ist eine zusätzliche Kraftstoffeinspritzung erforderlich, welche nur bei selbstzündenden Verbrennungskraftmaschinen mit Common-Rail-Technik möglich ist, wobei ein weit reichender Eingriff in das Motorenmanagement notwendig ist. Ebenfalls bekannt ist der Einsatz einer Verbrennungseinrichtung in der Filtervorrichtung, um die erforderliche Temperatur im Abgasstrom zu erzeugen. So ist eine
Verbrennungseinrichtung bekannt, umfassend eine Brennkammer und einen Brenner, wobei dosiert Kraftstoff und dosiert Verbrennungsluft zu einem zündfähigen Kraftstoff-Luftgemisch vermischt wird. Das in der Brennkammer gebildete Kraftstoff-Luftgemisch wird durch eine Zündeinrichtung gezündet, die heißen Brenngase werden mit den Abgasen gemischt und heben die Abgastemperatur soweit an, dass die in dem Partikelfilter angesammelten
Russpartikel oxidieren. Im Allgemeinen handelt es sich um Gebläsebrenner mit einer Druckzerstäuberdüse. Im Allgemeinen steht die zur ausreichenden Erwärmung des Abgasstroms benötigte
Brennerleistung in Abhängigkeit zum Motorbetrieb, wobei die Brennerleistung dem aktuellen Betriebspunkt der Verbrennungskraftmaschine angepasst ist. Wird der gesamte Abgasstrom auf die erforderliche Abbrenntemperatur gebracht, ist eine hohe Brennerleistung erforderlich, was zu einem höheren Kraftstoffverbrauch führt. Zum Erreichen eines zündfähigen Kraftstoff- Luftgemisches ist demnach eine große Luftmenge erforderlich, wobei ein großer Brenner notwendig ist. Die Luftversorgung, welche im Wesentlichen aus einem Druckluftspeicher oder über eine elektrisch betriebene Luftpumpe erfolgt, belastet demnach durch relativ hohe Leistungsaufnahme des zugehörigen Elektromotors das Bordnetz stark, was insbesondere bei niedrigen Verbrennungskraftmaschinendrehzahlen zu Störungen führen kann.
Andererseits ergibt sich durch die gesteigerte Luftmenge eine entsprechend ansteigende Strömungsgeschwindigkeit in der Luftzufuhrleitung, wobei ein hoher Gegendruck erzeugt wird. Nachteilig ist dabei, dass ein erhöhter Gegendruck zu einer erhöhten elektrischen Leistungsaufnahme führt. Bei einer geringen Brennerleistung besteht ferner die Gefahr, dass die Aufbereitung des Kraftstoffs unzureichend ist. Bei einer unzureichende Aufbereitung bzw. Zerstäubung des Kraftstoffs kann unverbrannter Kraftstoff in den Partikelfilter gelangen und diesen zerstören.
DE 10 2009 051 327 A1 bezieht sich auf ein Verfahren zur Regelung einer Temperatur einer Verbrennungsluft eines Ölbrenners. Die Zuführung der Verbrennungsluft zu einer Mischzone des Brenners kann in Abhängigkeit eines Betriebsmodus durch einen ersten und/oder durch einen ersten und einen zweiten Zufuhrweg erfolgen, wobei jeweils auf unterschiedliche Weise der Verbrennungsluft Wärme zugeführt wird. Aus DE 38 26 446 A1 sind für flüssige Brennstoffe ebenfalls Zerstäuberbrenner bekannt, wobei Schweröl mit einem Primärluftstrom in einem Düsenrohr zugeführt wird, welches von einem Mantelrohr umgeben ist, über welches Sekundärluft zugeführt wird.
Darstellung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird eine Vorrichtung zur Kraftstoffaufbereitung für einen Brenner zur Regeneration eines Partikelfilters in einem Abgasnachbehandlungssystem einer
Brennkraftmaschine mit einer Verbrennungsluftversorgung vorgeschlagen, wobei die Verbrennungsluftversorgung eine primäre Luftzufuhrleitung zur Aufbereitung des Kraftstoffs bereitstellt und eine sekundäre Luftzufuhrleitung umfasst, welche Verbrennungsluft zuführt, um ein zündfähiges Kraftstoff-Luftgemisch zu erzeugen.
In einem Partikelfilter eines Abgasnachbehandlungssystems, ausgehend von bekannten Filterkörpern beispielsweise Filterkanäle, Filtergeflechte oder Filtertaschen aus keramischen oder gesinterten, metallischen Material, bauen sich über die Zeit Partikel auf. Die
Partikelaufbauten können derart ausgeprägt sein, dass der Abgasstrom durch das
Abgasnachbehandlungssystem beschränkt oder gar blockiert wird. Dies führt zu einem erhöhten Gegendruck und letztlich zu einer verringerten Leistung, erhöhten
Abgastemperaturen und einem verschlechterten Kraftstoffverbrauch. Der Partikelfilter wird daher im Betrieb entweder kontinuierlich oder periodisch mit Heißluft regeneriert.
Bei dem erfindungsgemäßen Vorschlag wird die zur Regeneration des Partikelfilters benötigte Temperatur im Abgasstrom von einer Verbrennungseinrichtung, insbesondere einem Brenner mit einer Brennkammer und einer Zerstäubereinrichtung erzeugt, wobei die Verbrennungsluft dem Brenner über eine primäre und eine sekundäre Luftzufuhrleitung zugeführt wird. Der Kraftstoffaufbereitung an der Zerstäubereinrichtung steht über die primäre Luftzufuhrleitung ein Primärluftmassenstrom zur Verfügung, welcher weitgehend unabhängig von der Brennerleistung zugeführt werden kann. Bei gesteigerter
Brennerleistung und damit einhergehendem gesteigerten Luftbedarf erfolgt die Luftzufuhr neben der primären Luftzufuhrleitung ferner über die sekundäre Luftzufuhrleitung, wobei der Gegendruck an der Zerstäubereinrichtung auf einem niedrigen Niveau im Wesentlichen konstant gehalten werden kann.
Vorteile der Erfindung
Erfindungsgemäß wird über die primäre Luftzufuhrleitung ein Primärluftmassenstrom der Zerstäubereinrichtung zugeführt, welche den eingespritzten Kraftstoff fein zerstäubt.
Unmittelbar hinter einer Düse wird durch eine intensive Mischung des feinen Kraftstoffnebels mit der Verbrennungsluft ein Aerosol erhalten, welches zündfähig ist. Bei einem
gesteigerten Luftmengenbedarf wird über die sekundäre Luftzufuhrleitung ein
Sekundärluftmassenstrom gefördert. Die zusätzliche Luftzufuhrleitung ermöglicht ein
Einstellen eines geeigneten Kraftstoffeinspritzverhältnisses bzw. Kraftstoff-Luftverhältnis, kann die Einspritzrichtung beeinflussen und eine richtige Größe der Kraftstofftröpfchengröße erzeugen. Ferner kann der Gegendruck niedrig gehalten werden und damit ein
mechanischer und elektrischer Leistungsbedarf, beispielsweise einer Luftpumpe, im
Wesentlichen niedrig gehalten werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform mündet die sekundäre Luftzufuhrleitung direkt in der Brennkammer, wobei sich das von der Zerstäubereinrichtung erzeugte feine Aerosol aus Kraftstoff nebel und Verbrennungsluft mit dem Sekundärluftmassenstrom vermischt. Diese Anordnung kann sehr einfach gestaltet werden, so dass die Kosten dieser Vorrichtung niedrig gehalten werden können. Ferner bleibt der Gegendruck bei dieser Anordnung auf niedrigem Niveau, da in der sekundären Luftzufuhrleitung keine Drosselstelle vorgesehen ist. In einer alternativen Ausführungsform der Vorrichtung zur Kraftstoffaufbereitung für einen Brenner in einem Abgasnachbehandlungssystem tritt der von der sekundären
Luftzufuhrleitung zugeführte Sekundärluftmassenstrom unmittelbar in die
Zerstäubereinrichtung ein, so dass eine Unterstützung der Zerstäubung des eingespritzten Kraftstoffs erwirkt wird. So kann der Sekundärluftmassenstrom der Zerstäubereinrichtung auf eine Weise zugeführt werden, dass die Zerstäubung des eingespritzten Kraftstoffs hinsichtlich der erzielten Kraftstofftröpfchengröße und der Homogenisierung beeinflusst und im Wesentlichen verbessert wird. Darüber hinaus kann Einfluss auf die am Brenner erzeugte Flamme genommen werden, beispielsweise durch Aufprägen erstens eines Dralls und gegebenenfalls zweitens einer Einschnürung an der sich ausbildenden Flamme, wobei eine Flammenstabilität auch bei noch abweichenden Luftverhältnissen erreicht wird. Mittels des Sekundärenluftmassenstroms kann ferner die Verunreinigung an der Zerstäubereinrichtung, insbesondere an der Düse, gering gehalten werden, so dass auch feine Düsen in der Zerstäubereinrichtung verwendet werden können. So kann über die sekundäre
Luftzufuhrleitung die Düse gereinigt und gekühlt werden.
Die Zerstäubereinrichtung kann beispielsweise ein Düsenrohr aufweisen, welches von einem Mantelrohr umgeben ist. An dem Mantelrohr sind seitliche Öffnungen zum Einführen des Sekundärluftmassenstroms in den gebildeten Ringraum vorgesehen. Durch eine bestimmte Ausrichtung der Öffnungen kann erreicht werden, dass der Flamme durch den
Sekundärluftmassenstrom ein Drall und/oder eine Einschnürung aufgeprägt wird, wobei eine Stabilisierung der Flamme erreicht wird. Eine Einschnürung der eingeleiteten
Luftmassenströme, erzeugt eine hohe Strömungsgeschwindigkeit. Eine hohe
Strömungsgeschwindigkeit des Primärluftmassenstroms bzw. eine entsprechend große Geschwindigkeitsdifferenz zu dem Kraftstoffstrom kann genutzt werden, um den Kraftstoff zu zerstäuben. Eine hohe Geschwindigkeitsdifferenz zwischen Primärmassenstrom und
Sekundärmassenstrom begünstigt die Aerosolbildung, wobei die Geschwindigkeitsdifferenz besonders groß ist, wenn den beiden Luftmassenströmen ein Drall mit unterschiedlicher Ausrichtung aufgeprägt wird. Die Dosierung der Verbrennungsluft wird im Allgemeinen über eine Regeleinrichtung gesteuert. Beispielsweise erfolgt die Luftversorgung über ein Magnetventil aus einem Druckluftspeicher oder von einer elektrisch betriebenen Luftpumpe, beispielsweise über eine Flügelzellenpumpe, eine Klauenpumpe oder eine Drehkolbenpumpe. In einer alternativen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in mindestens einer der
Luftzufuhrleitungen ein Druckregelventil angeordnet, bevorzugt in der sekundären
Luftzufuhrleitung. Das Druckregelventil in der Luftzufuhrleitung kann als einfaches mechanisches Druckventil gestaltet sein oder ein steuerbares Druckregelventil sein. Somit besteht die Möglichkeit, dass die Verbrennungsluft ab einem zu bestimmenden Druck in der Luftzufuhrleitung über die primäre und die sekundäre Luftzufuhrleitung dem Brenner zugeführt wird. Somit wird der bei großer Luftmenge ansteigende Gegendruck begrenzt, wobei die Zerstäubung des eingespritzten Kraftstoffs unter optimierten Bedingungen erfolgen kann und die Stabilität der Flamme auf einfache und kostengünstige Weise erzielt wird.
In einer Startphase des Brenners, bei der nur eine geringe Luftmenge benötigt wird, liegt der herrschende Druck unter dem Öffnungsdruck des in mindestens einer Luftzufuhrleitung angeordneten Druckregelventils. Die Luftmenge wird nur über eine Luftzufuhrleitung der Aufbereitung des Kraftstoffs bereitgestellt. Mit zunehmender Leistung der
Brennkraftmaschine, steigt der Leistungsbedarf des Brenners, so dass die benötigte
Luftmenge ansteigt, der Gegendruck sich erhöht und nach Überschreiten des
Öffnungsdrucks des mindestens einen Druckregelventils die Luftmenge über die primäre und die sekundäre Luftzufuhrleitung zugeführt wird.
Das Umschalten der Luftzufuhr über eine oder zwei Luftzufuhrleitungen ist beliebig regelbar, wobei sowohl den Verhältnissen bei kleiner Brennerleistung als auch bei hoher
Brennerleistung Rechnung getragen werden kann.
In einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung zur Kraftstoffaufbereitung für einen Brenner ist vorgesehen, dass der einzuspritzende Kraftstoff mit der Luft, insbesondere den über die primäre Luftzufuhrleitung zugeführten Primärluftmassenstrom, vor der
Zerstäubereinrichtung vermischt wird und dieses Gemisch der Brennkammer zugeführt wird. Beispielsweise werden der Kraftstoff- und der Luftmassenstrom an einer Zusammenführung der Leitungen, beispielsweise in Form eines T-Stücks, zusammengeführt. Das derart erzeugte brennfähige Kraftstoff-Luftgemisch tritt in die Zerstäubereinrichtung vorgemischt ein. Ferner ist eine zuverlässige Zündung des Kraftstoff-Luftgemisches gewährleistet, da das Gemisch nicht in der Brennkammer, sondern außerhalb derselben erzeugt wird, wobei ein zündfähiges Gemisch mit einer bestimmten Luftzahl eingestellt werden kann. Ferner können bei dieser Ausführungsform mehrere notwendige Bauteil, beispielsweise Dosierventile, Rückschlagventile und/oder Druckregelventile, zu einem Bauteil zusammengefasst werden. Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 ein Abgasaufbereitungssystem gemäß dem Stand der Technik; Figur 2 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur
Kraftstoffaufbereitung für einen Brenner mit einem Sekundärlufteintritt in eine Brennkammer;
Figur 3 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur
Kraftstoffaufbereitung mit einem Sekundärlufteintritt in eine Mischzone;
Figur 4 ein alternatives Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur
Kraftstoffaufbereitung für einen Brenner. In Figur 1 ist in stark schematisierter Darstellung ein Abgasnachbehandlungssystem 10 gemäß dem Stand der Technik dargestellt.
Von einer Verbrennungskraftmaschine 12 gelangen über eine Abgasleitung 14 Abgase in einen Partikelfilter 16 über einen dazwischen geschalteten Brenner 18, wobei der Brenner 18 und der Partikelfilter 16 in einem Gehäuse 20 in Strömungsrichtung der Abgase
hintereinander angeordnet sind. Russpartikel, welche mit dem Abgas ausgetragen werden, sammeln sich in dem Partikelfilter 16 an. Je nach gewählter Betriebsweise wird an dem Brenner 18 das durch Zufuhr von Kraftstoff 22 und Luft 24 erzeugte Kraftstoff-Luftgemisch über eine Zündeinrichtung 26 gezündet. Die aus dem Brenner 18 austretenden heißen Gase vermischen sich in einem Vorraum 28 des Partikelfilters 16 unter Anhebung der
Abgastemperatur mit den Abgasen derart, dass die im Partikelfilter 16 angesammelten Russpartikel oxidieren. Die Regeneration des Partikelfilters 16 erfolgt in der Regel während des Betriebs der Verbrennkraftmaschine 12, wobei der Restsauerstoff in den Abgasen für den Betrieb des Brenners 18 genutzt werden kann. Die Verbrennungsluft wird über eine elektrisch betriebene Luftpumpe 30 zugeführt, die von einem nicht dargestellten Elektromotor angetrieben wird. Der Elektromotor ist an eine Bordbatterie angeschlossen, die von der Lichtmaschine geladen wird (nicht dargestellt). Ausführungsvarianten
In Figur 2 ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur
Kraftstoffaufbereitung 100 für einen Brenner 18 dargestellt.
Die Vorrichtung zur Kraftstoffaufbereitung 100 umfasst eine Zerstäubereinrichtung 1 10, mit der eingespritzter Kraftstoff in geeigneter Weise aufbereitet wird, insbesondere zerstäubt wird. Der Zerstäubereinrichtung 1 10 wird Kraftstoff über die Zufuhr 22 zugeleitet, wobei beispielsweise zur Dosierung des Kraftstoffs ein Magnetventil oder eine
Kraftstoffförderpumpe vorgesehen ist, die von einem regelbaren Elektromotor angetrieben wird (nicht dargestellt). Der Kraftstoff kann über eine Saugleitung einem Kraftstoffbehälter der Verbrennkraftmaschine 12 entnommen werden, wobei die Fördermenge durch Variation der Drehzahl des Elektromotors verändert werden kann. Verbrennungsluft wird dem Brenner 18 erfindungsgemäß über eine primäre Luftzufuhrleitung 1 12 und eine sekundäre
Luftzufuhrleitung 1 14 zugeführt. Die Dosierung der Luftzufuhr erfolgt beispielsweise über ein Magnetventil oder über eine elektrisch betriebene Luftpumpe (nicht dargestellt). An der Zerstäubereinrichtung 1 10, welche beispielsweise als Drallbrenner mit einer tangentialen Kraftstoff- und/oder Luftzufuhr ausgebildet ist, wird der zugeführte Kraftstoff fein zerstäubt, wobei sich ein zündfähiges Kraftstoff-Luftgemisch bildet. Die Zerstäubereinrichtung 1 10 des Brenners 18 kann beispielsweise als Ringdüse aufgebaut sein, an deren ringförmiger Zerstäuberzunge der Kraftstoff entlang streicht und von einem rotierenden Luftstrom fein zerstäubt wird. Das in eine Brennkammer 1 16 eintretende erzeugte Aerosol wird in üblicher Weise von einer Zündeinrichtung 26 gezündet. Bekannt ist der Einsatz von Zündelektroden, von Glühstiftkerzen oder eines Glühkörpers. Neben der als primärer Luftmassenstrom über die primäre Luftzufuhrleitung 1 12 zugeführte Verbrennungsluft erforderliche zusätzliche Verbrennungsluftmenge bei gesteigerter Brennerleistung wird erfindungsgemäß über die sekundäre Luftzufuhrleitung 1 14 gemäß dem in Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiel direkt in die Brennkammer 1 16 geleitet. In der sekundären Luftzufuhrleitung 1 14 ist ein Druckregelventil 1 18 angeordnet. Dieses Druckregelventil 1 18 kann als einfaches mechanisches Druckregelventil ausgebildet sein, welches bei einem bestimmten Öffnungsdruck die sekundäre Luftzufuhrleitung freigibt. Alternativ kann das Druckregelventil 1 18 als ansteuerbares Druckregelventil ausgebildet sein, bei dem der Öffnungsdruck beispielsweise über eine Steuereinrichtung variiert werden kann. Somit steht eine modulierbare Vorrichtung zur Verfügung, um den Brenner 18 mit Verbrennungsluft zu versorgen. Insbesondere in einer Startphase der
Verbrennkraftmaschine 12 kann die sekundäre Luftzufuhrleitung 1 14 geschlossen gehalten werden, wobei über die primäre Luftzufuhrleitung 1 12 ein Primärluftmassenstrom der Zerstäubung des Kraftstoffs zur Verfügung steht. Demnach kann die Zerstäubung des Kraftstoffs hinsichtlich der zur Verfügung gestellten Luftmenge und der Ausbildung der Zerstäubereinrichtung 1 10 optimiert werden.
In Figur 3 ist eine alternative Ausführungsform der Vorrichtung zur Kraftstoffaufbereitung 100 eines Brenners 18 dargestellt. Hierbei mündet die sekundäre Luftzufuhrleitung nicht direkt in der Brennkammer 1 16, sondern in der Zerstäubereinrichtung 1 10. Die Zerstäubereinrichtung 1 10 weist beispielsweise ein zentrales Düsenrohr auf, in dem Kraftstoff und ein
Primärluftmassenstrom strömt. Ferner umgibt das zentrale Düsenrohr ein Mantelrohr, welches Öffnungen aufweist, durch die der Sekundärmassenstrom zugeführt wird. Die Ausrichtung der Öffnungen kann dabei derart sein, dass ein Drall aufgeprägt wird. Die erzeugte Flamme wird dadurch stabilisiert und ihre Richtung bestimmt. Mit dieser
Zerstäubereinrichtung 1 10 kann auch dann ein Luftstrom zum Reinigen und Kühlen der Düse aufrechterhalten werden, wenn die Kraftstoff- und Primärluftzufuhr unterbrochen ist. Die Standzeit einer derartigen Zerstäubereinrichtung 1 10 erhöht sich. In Figur 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Vorrichtung zur Kraftstoffaufbereitung 100 eines Brenners 18 dargestellt. Die Zufuhr an Kraftstoff 22 mündet in der primären
Luftzufuhrleitung 1 12, wobei über eine geeignete Einrichtung Kraftstoff in die primäre Luftzufuhrleitung 1 12 eingebracht wird. So kann die Zufuhr des Kraftstoffs 22 in einer Saugleitung der Luftpumpe münden, beispielsweise einer Flügelzellenpumpe. Der Kraftstoff wird mit der Luft innig vermischt und das erzeugte Aerosol wird durch eine Förderleitung 120 der Zerstäubereinrichtung 1 10 zugeführt. Über die sekundäre Luftzufuhrleitung 1 14 kann über ein Druckregelventil 1 18 bei Bedarf weitere Verbrennungsluft zugeführt werden, welche sich mit dem erzeugten Aerosol vermischt und als zündfähiges Kraftstoff-Luftgemisch in der Brennkammer gezündet wird. In Figur 4 ist des Weiteren dargestellt, dass der Kraftstoff dosiert zugeführt wird, beispielsweise mittels einer regelbaren Kraftstoffpumpe oder mittels eines Kraftstoffdosierventils 122. In der primären Luftzufuhrleitung 1 12 ist ein
Rückschlagventil 124 vorgesehen. Erfindungsgemäß können die die mehreren Ventile, Druckregelventil, Dosierventil, Rückschlagventil in einem Bauteil zusammengefasst werden.

Claims

Ansprüche
1 . Vorrichtung zur Kraftstoffaufbereitung (100) für einen Brenner (18) zur Regeneration eines Partikelfilters (16) eines Abgasnachbehandlungssystems mit einem Abgaskanal (14) zum Abführen eines heißen Abgasstroms von einem Verbrennkraftmaschine (12), insbesondere einer selbstzündenden Verbrennungskraftmaschine, wobei die Vorrichtung zur Kraftstoffaufbereitung (100) eine Zerstäubereinrichtung (1 10) zum Aufbereiten von Kraftstoff, eine Brennkammer (1 16), eine
Verbrennungsluftversorgung (24) und eine Zündeinrichtung (26) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungsluftversorgung (24) eine primäre
Luftzufuhrleitung (1 12) zur Aufbereitung des Kraftstoffs bereitstellt und eine sekundäre Luftzufuhrleitung (1 14) zum Zuführen von Verbrennungsluft, um ein zündfähiges Kraftstoff-Luftgemisch zu erzeugen.
2. Vorrichtung zur Kraftstoffaufbereitung (100) gemäß Anspruch 1 , dadurch
gekennzeichnet, dass in mindestens einer der primären und sekundären
Luftzufuhrleitungen (1 12, 1 14) ein Druckregelventil (1 18) angeordnet ist.
3. Vorrichtung zur Kraftstoffaufbereitung (100) gemäß Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, dass das Druckregelventil (1 18) ein mechanisches Druckregelventil ist.
4. Vorrichtung zur Kraftstoffaufbereitung (100) gemäß Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, dass das Druckregelventil (1 18) ein Steuerventil ist.
5. Vorrichtung zur Kraftstoffaufbereitung (100) gemäß Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, dass bei geöffnetem Druckregelventil (1 18) die
Verbrennungsluftversorgung (24) über die primäre und die sekundäre
Luftzufuhrleitung (1 12, 1 14) erfolgt.
6. Vorrichtung zur Kraftstoffaufbereitung (100) gemäß Anspruch 5, dadurch
gekennzeichnet, dass die primäre Luftzufuhrleitung (1 12) in der Zerstäubereinrichtung (1 10) und die sekundäre Luftzufuhrleitung (1 14) in der Brennkammer (1 16) mündet.
Vorrichtung zur Kraftstoffaufbereitung (100) gemäß Anspruch 5, dadurch
gekennzeichnet, dass die primäre Luftzufuhrleitung (1 12) und die sekundäre
Luftzufuhrleitung (1 14) in der Zerstäubereinrichtung (1 10) mündet.
Vorrichtung zur Kraftstoffaufbereitung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass Kraftstoff in mindestens eine der primären oder sekundären Luftzufuhrleitung (1 12, 1 14) eingespritzt wird und das erzeugte Kraftstoff-Luftgemisch der Zerstäubereinrichtung (1 10) zugeführt wird.
Vorrichtung zur Kraftstoffaufbereitung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungsluftversorgung (24) ein Dosierventil umfasst und der Kraftstoff mittels eines Kraftstoffdosierventils (124) dosiert zugeführt wird, wobei in einem Ventilblock mehrere Ventile (1 18, 122, 124) zusammengefasst sind.
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