-
Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Brennkammerbaugruppe für ein Fahrzeugheizgerät, das beispielsweise
als Standheizung oder als Zuheizer in einem Fahrzeug eingesetzt
wird.
-
Derartige
Brennkammern sind im Allgemeinen so ausgebildet, dass an einem näherungsweise topfartigen
Brennkammergehäuse
mit einer Umfangswandung und einem Bodenbereich an der Umfangswandung
ein auch als Kerzenstutzen bezeichneter Zündorganaufnahmeansatz vorgesehen
ist, der einen zu einer in dem Brennkammergehäuse gebildeten Brennkammer
offenen Volumenbereich begrenzt. An der Innenseite der Umfangswandung
und auch der Innenseite des Zündorganaufnahmeansatzes
ist ein poröses
Verdampfermedium vorgesehen, und die Brennstoffzufuhr erfolgt über eine
Brennstoffleitung, die in den Zündorganaufnahmeansatz
einmündet
und somit den flüssigen
Brennstoff in das darin vorgesehene poröse Verdampfermedium einleitet. Durch
Schwerkrafteinwirkung und durch Kapillarförderwirkung verteilt sich der
Brennstoff nicht nur in dem in dem Zündorganaufnahmeansatz vorgesehenen
porösen
Verdampfermedium, sondern gelangt von diesem aus auch in das poröse Verdampfermedium
an der Innenseite der Umfangswandung. Durch die Einspeisung des
flüssigen
Brennstoffs im Bereich des Zündorganaufnahmeansatzes
ist sichergestellt, dass in der Startphase, in welcher in diesem
lokal sehr begrenzten Bereich durch Erregen des Zündorgans
ausreichend hohe Temperaturen bereitgestellt werden, eine ausreichende
Brennstoffmenge vorhanden ist, um die Verbrennung zu starten. Erst
im gestarteten Verbrennungsbetrieb breitet sich die Flamme dann
weiter in die Brennkammer aus, so dass durch den dort bzw. über das
Verdampfermedium an der Innenseite der Umfangswandung abdampfenden
flüssigen
Brennstoff und die ebenfalls in die Brennkammer eingespeiste Verbrennungsluft
das erforderliche verbrennungsfähige
Gemisch bereitgestellt wird und auch verbrannt wird.
-
Ein
Problem derartiger Brennkammerbaugruppen ist, dass durch die lokal
sehr begrenzte Brennstoffeinspeisung die Verteilungscharakteristik sehr
stark abhängig
ist von der Einbaulage der Brennkammerbaugruppe bzw. eines diese
aufweisenden Fahrzeugheizgerätes.
Es muss immer darauf geachtet werden, dass eine Positionierung gefunden wird,
bei welcher der Zündorganaufnahmeansatz
in einem oberen Bereich liegt, so dass die Schwerkrafteinwirkung
die Brennstoffverteilung unterstützt
und ihr nicht entgegenwirkt. Auch ist es bei einer derartigen Ausgestaltung
schwierig, in allen Betriebszuständen
eines Fahrzeugheizgerätes
dafür zu
sorgen, dass im Bereich des Brennstoffeintritts die Temperatur nicht
so hoch liegt, dass der zunächst
flüssig
eingespeiste Brennstoff zu sieden beginnt, da dies zu erheblichen
Ablagerungen im Bereich des Brennstoffeintritts führt. Hier
ist vor allem der Abschaltbetrieb eines derartigen Heizgerätes, in
welchem die Verbrennung beendet werden soll, kritisch.
-
Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Brennkammerbaugruppe
für ein
Fahrzeugheizgerät
bereitzustellen, mit welchem die Qualität des Verbrennungsbetriebs
verbessert werden kann.
-
Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe gelöst durch
eine Brennkammerbaugruppe für
ein Fahrzeugheizgerät,
umfassend ein Brennkammergehäuse
mit einer Umfangswandung und einem Bodenbereich, welche eine Brennkammer
umgeben, an der Umfangswandung wenigstens zwei zur Brennkammer offene
Zündorganaufnahmeansätze, an
einer Innenseite der Umfangswandung und von wenigstens einem der
Brennkammeransätze
ein poröses
Verdampfermedium, eine Brennstoffzuführleitungsanordnung zum Zuführen von
Brennstoff zu dem porösen
Verdampfermedium in dem wenigstens einen der Brennstoffaufnahmeansätze, an
dessen Innenseite ein poröses
Verdampfermedium vorgesehen ist, sowie in wenigstens einem der Zündorganaufnahmeansätze ein
elektrisch erregbares Zündorgan.
-
Bei
der erfindungsgemäßen Brennkammerbaugruppe
sind also mehrere Zündorganaufnahmeansätze vorhanden,
so dass unabhängig
davon, ob alle oder nur ein Teil derselben mit einem Zündorgan bestückt sind,
allein dadurch eine verbesserte Betriebscharakteristik erlangt werden
kann, dass zumindest derjenige Zündorganaufnahmeansatz
ein Zündorgan
trägt und
auch mit Brennstoff versorgt wird, der bei der jeweils gewählten Einbaulage
in einem oberen Bereich liegt.
-
Wenn
dann beispielsweise weiterhin an der Innenseite von jedem der Zündorganaufnahmeansätze ein
poröses
Verdampfermedium vorgesehen ist, dann ist unabhängig davon, ob wiederum in
allen oder nur in einem Teil der Zündorganaufnahmeansätze tatsächlich auch
ein Zündorgan
vorhanden ist, für eine
Vergleichmäßigung der
Brennstoffeinspeisung über
den Umfang der Brennkammerbaugruppe gesorgt, da in alle mit porösem Verdampfermedium ausgestattete
Zündorganaufnahmeansätze flüssiger Brennstoff
eingespeist und von dort ausgehend dann in Richtung poröses Verdampfermedium
an der Innenseite der Umfangswandung und somit in Richtung Brennkammer
weitergeleitet wird.
-
Gemäß einem
weiteren besonders vorteilhaften Aspekt der vorliegenden Erfindung
wird vorgeschlagen, dass an der Innenseite von jedem der Zündorganaufnahmeansätze ein
poröses
Verdampfermedium vorgesehen ist. Das Vorsehen von Zündorganen
in allen Zündorganaufnahmeansätzen ermöglicht beispielsweise
bei vergleichsweise niedrigen Umgebungstemperaturen eine deutlich
kürzere Startphase,
da die Verbrennung ausgehend von mehreren lokalen Bereichen, nämlich den
jeweiligen Zündorganaufnahmeansätzen, gestartet
wird. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn ein so ausgestattetes
Fahrzeugheizgerät
als Zuheizer zu betreiben ist, d.h. dann, wenn eine Brennkraftmaschine eines
Fahrzeugs gestartet wird, so schnell als möglich zusätzliche Wärmeenergie bereitstellen soll.
-
Um
die Brennstoffverteilung in Richtung Brennkammer bzw. an der Innenseite
der Umfangswandung vorgesehenes poröses Verdampfermedium sicherstellen
zu können,
wird vorgeschlagen, dass das an der Innenseite des wenigstens einen
der Zündorganaufnahmeansätze vorgesehene
poröse Verdampfermedium
in Verbindung mit dem an der Innenseite der Umfangswandung vorgesehenen
porösen
Verdampfermedium ist.
-
Bei
einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltungsvariante kann
vorgesehen sein, dass zwei Zündorganaufnahmeansätze vorgesehen
sind und die beiden Zündorganaufnahmeansätze bezüglich einer
Längsmittenebene
oder eine Längsmittenachse
des Brennkammergehäuses
zueinander im Wesentlichen symmetrisch angeordnet sind. Durch die
Symmetrie bezüglich
einer Längsmittenebene, also
im Wesentlichen eine Spiegelsymmetrie, bzw. auch die Symmetrie bezüglich einer
Längsmittenachse,
also im Wesentlichen eine Punktsymmetrie, wird die Gleichmäßigkeit
der Brennstoffeinleitung und auch der Wärmeenergieeinleitung in der
Startphase noch weiter verbessert.
-
Die
vorliegende Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die beiliegenden
Zeichnungen beschrieben. Es zeigt:
-
1 eine
Längsschnittansicht
einer erfindungsgemäßen Brennkammerbaugruppe,
geschnitten längs
einer Linie I-I in 2;
-
2 eine
Querschnittansicht der in 1 dargestellten
Brennkammerbaugruppe geschnitten längs einer Linie II-II in 1.
-
In 1 ist
eine Brennkammerbaugruppe 10 dargestellt, wie sie in einem
als Zuheizer oder Standheizung eingesetzten Fahrzeugheizgerät Anwendung
findet. Die Brennkammerbaugruppe 10 umfasst ein im Wesentlichen
topfartig ausgestaltetes Brennkammergehäuse 12 mit einer näherungsweise
zylindrischen Umfangswandung 14 und an einem axialen Endbereich,
axial bezogen auf eine Längsmittenachse
A des Brennkammergehäuses 12,
einem Bodenbereich 16. An dem dem Bodenbereich 16 gegenüber liegenden
axialen Ende ist das Brennkammergehäuse 12 zum Austritt
der Verbrennungsprodukte offen. In einem zentralen Bereich weist
der Bodenbe reich 16 einen sich näherungsweise axial erstreckenden
Verbrennungslufteintrittsstutzen 18 mit einer Mehrzahl
von beispielsweise schlitzartigen Öffnungen 20 zum Eintritt
von Verbrennungsluft in eine im Brennkammergehäuse 12 bereitgestellte
Brennkammer 24 auf.
-
An
der Umfangswandung 14 des im Allgemeinen aus Metallmaterial
gefertigten Brennkammergehäuses 12 sind
zwei näherungsweise
zylindrische Zündorganaufnahmeansätze 26 vorgesehen. Diese
sind zur Brennkammer 24 hin offen und münden näherungsweise tangential in
diese ein. Man erkennt in der 2, dass
die beiden Zündorganaufnahmeansätze 26 beispielsweise
unter einem spitzen Winkel zueinander angeordnet sein können und vorzugsweise
an der Umfangswandung 14 so positioniert sind, dass sich
eine symmetrische Anordnung ergibt. Bei der in 2 dargestellten
Ausgestaltungsvariante sind die beiden Zündorganaufnahmeansätze 26 bezüglich einer
die bereits angesprochene Längsmittenachse
A enthaltenden und beispielsweise in der Darstellung der 1 orthogonal
zur Zeichenebene stehenden Längsmittenebene
E spiegelbildlich symmetrisch angeordnet. Grundsätzlich könnte auch eine bezüglich der
Längsmittenachse
A punktsymmetrische Anordnung gewählt werden. Die beiden Zündorganaufnahmeansätze 26 sind
vorzugsweise ebenfalls aus Metall gefertigt und können mit
der Umfangswandung 14 durch Verschweißung oder Anlöten verbunden
sein, können
aber auch mit dieser integral beispielsweise in einem Gießverfahren
hergestellt werden.
-
An
einer Innenseite der Umfangswandung 14 ist ein der Formgebung
der Umfangswandung angepasst ebenfalls im Wesentlichen zylindrisch
ausgestaltetes poröses
Verdampfermedium 28 vorgesehen. Dieses kleidet vorzugsweise
die gesamte Brennkammer 24 aus und stellt diejenige Oberfläche bereit, über welche
flüssiger
Brennstoff in Dampfform in die Brennkammer 24 abgegeben
werden kann. Auch die beiden Zündorganaufnahmeansätze 26 sind
jeweils an ihrer Innenseite mit porösem Verdampfermedium 30 ausgekleidet.
Auch hier ist eine Anordnung geschaffen, bei welcher die Zündorganaufnahmeansätze 26 vorzugsweise
an der ge samten Innenseite ausgekleidet sind und bei welcher weiterhin
das jeweilige poröse
Verdampfermedium 30 bis in den Bereich des porösen Verdampfermediums 28 an der
Innenseite der Umfangswandung 14 verläuft und mit diesem in Verbindung
steht. Das poröse
Verdampfermedium 28 an der Innenseite der Umfangswandung 14 und
das jeweilige poröse
Verdampfermedium 30 an der Innenseite des jeweiligen Zündorganaufnahmeansatzes 26 können aus
Vliesmaterial, Geflecht, Gewirk, Schaumkeramik oder sonstigem in seinem
Innenvolumenbereich Poren aufweisenden Material aufgebaut sein,
wobei die Porosität
auf die Viskosität
des einzusetzenden flüssigen
Brennstoffs so abgestimmt ist, dass eine Verteilung des in den Innenvolumenbereich
eines jeweiligen porösen
Verdampfermediums 28 bzw. 30 gelangten flüssigen Brennstoffs
auch unter Kapillarkraftwirkung erfolgt.
-
Die
Einspeisung des flüssigen
Brennstoffs erfolgt im Bereich der beiden Zündorganaufnahmeansätze 26 durch
eine in diese jeweils einmündende Brennstoffleitung 32.
Der über
die jeweilige Brennstoffleitung 32 zugeführte Brennstoff
gelangt somit in das poröse
Verdampfermedium 30 eines jeweiligen Zündorganaufnahmeansatzes 26 und
verteilt sich zunächst
primär
in diesem porösen
Verdampfermedium 30. Durch den Kontakt dieses porösen Verdampfermediums 30 mit
dem porösen
Verdampfermedium 28 findet jedoch die bereits angesprochene
Einspeisung des Brennstoffs in flüssiger Form in den Bereich
der Brennkammer 24 statt. Der Brennstoff wird an der nach
innen hin frei liegenden Oberfläche
des porösen Verdampfermediums 30 bzw. 28 dann
in Dampfform in den Innenvolumenbereich des jeweiligen Zündorganaufnahmeansatzes 26 bzw.
des Brennkammergehäuses 12 abgegeben,
um dort zusammen mit der über
den Zuführstutzen 18 zugeführten Verbrennungsluft
ein zündfähiges Gemisch
zu bilden. Hier kann zusätzlich
noch vorgesehen sein, dass auch im Bereich der Zündorganaufnahmeansätze 26 eine oder
mehrere Öffnungen
vorhanden sind, über
welche Luft eingeleitet werden kann, um das Bilden eines zündfähigen Gemisches
auch in diesen Zündorganaufnahmeansätzen 26 weiter
zu unterstützen.
-
In
jedem der Zündorganaufnahmeansätze 26 ist
ein beispielsweise als Glühzündstift
oder Glühkerze
ausgestaltetes Zündorgan 34 vorgesehen.
Dieses kann an einem den jeweiligen Zündorganaufnahmeansatz 26 an
seiner von der Brennkammer abgewandten Seite abschließenden Trägerelement 36 getragen
sein. Durch dieses Trägerelement
hindurch kann weiterhin ein Verbindungselement 38 geführt sein,
das die elektrische Kontaktierung des jeweiligen Zündorgans 34 ermöglicht.
-
Mit
einer Brennkammerbaugruppe 10, wie sie in den 1 und 2 dargestellt
ist und vorangehend beschrieben ist, lassen sich im Betrieb verschiedene
Vorteile erlangen. Zunächst
besteht für den
Hersteller bzw. den Verwender einer derartigen Baugruppe die Möglichkeit,
zu entscheiden, ob beide Zündorganaufnahmeansätze 26 und
nur einer davon tatsächlich
auch mit einem Zündorgan
ausgestattet werden. Die Auswahl kann auf Grundlage der für ein Fahrzeugheizgerät vorgegebenen
Einbaulage in einem Fahrzeug erfolgen. Ist die Einbaulage beispielsweise
so, wie in den Figuren dargestellt, so kann der obere Zündorganaufnahmeansatz 26 mit
einem Zündorgan 34 ausgestattet
werden, während
beispielsweise der untere Zündorganaufnahmeansatz 26 frei
bleibt und durch eine Verschlusskappe dicht abgeschlossen wird.
Die Zündung
erfolgt ausgehend vom oberen Zündorganaufnahmeansatz,
in welchen zusätzlich über die
Leitung 32 auch Brennstoff eingespeist wird. Zusätzlich kann
bei einer derartigen Anordnung dann aber vorgesehen sein, dass auch
in den anderen, nicht mit einem Zündorgan 34 ausgestatteten
Zündorganaufnahmeansatz 26 über die
zugeordnete Leitung 32 Brennstoff eingespeist wird. Auf
diese Art und Weise wird im normalen Verbrennungsbetrieb dann die
Brennstoffeinspeisung vor allem in das poröse Verdampfermedium 28 im
Brennkammergehäuse 12 gleichmäßiger sein.
Hier könnte ggf.
vorgesehen sein, dass die in einen unteren Bereich eingespeiste
Brennstoffmenge geringer gewählt
wird, da diese Brennstoffmenge praktisch ausschließlich durch
Kapillarförderwirkung
verteilt werden muss, während
der weiter oben eingespeiste Brennstoff zusätzlich noch durch Schwerkrafteinfluss verteilt
wird. Auch bei Einsatz von nur einem Zündorgan 34 ist es
somit vorteilhaft, beide bzw. alle Zündorganaufnahemansätze 26 mit
porösem
Verdampfermedium 30 auszukleiden, um diese für die Brennstoffeinspeisung
und Verteilung geeignet zu machen. Ist von vornherein festgelegt,
in welcher Einbaulage das Brennkammergehäuse 12 verwendet wird
und ist weiterhin festgelegt, dass die Brennstoffeinspeisung nur
in demjenigen Zündorganaufnahmeansatz 26 erfolgen
soll, in dem auch ein Zündorgan
vorhanden ist, so könnte
beispielsweise auf die Auskleidung des bzw. der weiteren Zündorganaufnahmeansätze mit einem
porösen
Medium verzichtet werden.
-
Selbstverständlich ist
es möglich,
beide Zündorganaufnahmeansätze 26 mit
einem Zündorgan 34 auszustatten.
Diese können
in der Startphase gleichzeitig betrieben werden, so dass bei selbstverständlich auch
gleichzeitiger Brennstoffeinspeisung über die zugeordneten Leitungen 32 die
Verbrennung ausgehend von zwei lokalen Bereichen gestartet wird
und somit die Startphase deutlich kürzer gestaltet werden kann.
Da bei einer derartigen Startphase zwei Zündorgane 34 gleichzeitig
zu erregen sind, besteht eine höhere
Belastung des Bordspannungssystems, da der doppelte Stromfluss zu
erwarten ist, als bei Erregung von nur einem Zündorgan. Auf Grund der zeitlich
aber deutlich verkürzten
Startphase bedeutet das Erregen zweier Zündorgane 34 keine
bzw. keine wesentliche Erhöhung
der erforderlichen Energie. Selbstverständlich ist es möglich, in einer
derartigen Startphase die bei den dann zumindest phasenweise gleichzeitig
zu erregenden Zündorganen 34 vorgesehenen
elektrischen Heizleistungen entsprechend der gewünschten Startprozedur vorzugeben.
-
Ein
weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung ist, dass durch
mehrere Zündorganaufnahmeansätze 26 mit
jeweils zugeordnetem porösen Verdampfermedium 30 und
Brennstoffleitung 32 mehrere verteilt liegende Bereiche
zur Brennstoffeinspeisung geschaffen werden, die jedoch von den
Bereichen mit bei der Verbrennung vergleichsweise hohen Temperaturen
entfernt liegen. Die Gefahr, dass in demjenigen Bereich, in dem
der Brennstoff eingespeist wird, dieser Brennstoff zum Sieden gebracht wird
und sich somit die durch die Gefahr von Ablagerungen generierten
Probleme einstellen, kann somit weitgehend ausgeschlossen werden.
Dabei kann die auf die verschiedenen Zündorganaufnahmeansätze 26 zu
verteilende Brennstoffmenge nach den auftretenden Erfordernissen
verteilt werden. Beispielsweise kann durch eine herkömmliche
Abzweigung in einer Hauptzuführleitung
vorgesehen sein, dass jeder der zu versorgenden Bereiche mit der
gleichen Brennstoffmenge versorgt wird, oder dass lokal unterschiedliche
Brennstoffmengen eingespeist werden, beispielsweise durch Vorsehen
entsprechender Drosselstellen. Die verteilte Brennstoffeinspeisung hat
weiterhin den Vorteil eines gleichmäßigeren Temperaturniveaus in
der Brennkammer 24 wodurch ebenfalls der Tendenz der Ablagerungserzeugung entgegengewirkt
wird und generell der Entstehung von Schadstoffen entgegengewirkt
werden kann.
-
Durch
den Einsatz zweier Zündorgane 34 kann
insbesondere bei Kaltstarts, also bei Starts im Temperaturbereich
von –30°C bis –40°C, die Auskühlung der
Brennkammer unterbunden werden und somit auch die Gefahr von Flammabbrüchen vermindert
werden. Von Bedeutung ist auch, dass bei Vorhandensein mehrerer
Zündorgane
der Ausfall eines Zündorgans
hinnehmbar ist, da grundsätzlich
das Heizgerät
dann mit dem oder den vorhandenen Zündorganen noch gestartet werden
kann. So ist es dann nicht erforderlich, beispielsweise wegen des Ausfalls
eines Zündorgans
sofort eine Werkstatt aufzusuchen. Es kann grundsätzlich dann
mit dem verbleibenden Zündorgan
weitergearbeitet werden, zumindest so lange, bis eine routinemäßige Wartung vorzunehmen
ist.
-
Abschließend sei
darauf hingewiesen, dass der Einsatz von zwei Zündorganen 34 in diesen
jeweils zugeordneten Aufnahmeansätzen 26,
wie dies in den 1 und 2 dargestellt
ist, aus baulichen und Kostengründen
besonders vorteilhaft ist. Selbstverständlich ist es aber auch möglich, mehr
als zwei Zündorganaufnahmeansätze 26 über den
Umfang verteilt und ggf, auch axial gestaffelt an der Umfangswandung 14 vorzusehen,
beispielsweise bei Fahrzeugheizgeräten größerer Bauart.