DE3150760A1 - Brenneranordnung fuer fluessigen brennstoff - Google Patents

Description

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HOEGER, STELLRECHT & PARTNER

PATENTANWÄLTE UHLANDSTRASSE 14 c - D 7000 STUTTGART -

A 44 967 m Anmelder: Cummins Engine Company, Ine

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18.12.1981 Columbus, Indiana 47201

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Beschreibung Brenneranordnung für flüssigen Brennstoff

Die Erfindung betrifft eine Brenneranordnung für flüssigen Brennstoff mit einem Gehäuse, einem Brennstoffeinlaß und einem im Gehäuse angeordneten Brennstoffdurchlaß, durch den Brennstoff aus einem Brennstoffvorrat zu einer Verbrennungskammer fließt, insbesondere für Verbrennungskraftmaschinen zur Erhitzung der Verbrennungsluft.

Allgemein bezieht sich die Erfindung auf Brenner, wie sie zur Aufheizung der Einlaßluft von Verbrennungskraftmaschinen verwendet werden. Ein solcher Brenner ist beispielsweise in der DE-OS 29 45 250 beschrieben.

Verbrennungsmotoren mit Druckzündung (Dieselmotoren) weisen bekanntlich Heizvorrichtungen zum Erwärmen der Einlaßluft auf. Diese Einrichtungen sind eine Verbrennungshilfe und dienen zur Startbeschleunigung sowie zur Vermeidung weißer Rauchemissionen. Diese Heizeinrichtungen haben gewöhnlich die Gestalt von Brennern, welche am Einlaßverteiler des Motors derart angeordnet sind, daß die aus dem Brenner austretenden Verbrennungsprodukte durch den Einlaßverteiler zu den Einlaßöffnungen der Motorzylinder hin gerichtet werden. Diese vom Brenner erzeugten Verbrennungsprodukte vermischen sich mit der pri-

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mären, durch den Verteiler strömenden Verbrennungsluft und erhitzen diese. Ein Beispiel eines Einlaßlufterhitzers in Gestalt eines Brennstoffbrenners ist in der US-PS 36 87 122 beschrieben. Dieser Brenner erwies sich bei der Erzielung einer raschen Zündung und einer vollständigen Verbrennung eingespritzten Brennstoffes als sehr erfolgreich. Er ermöglichte ein promptes Starten des Motors und eine frühe Eliminierung von weißem Rauch.

Ein Hindernis auf dem Weg zu einem noch besseren und zuverlässigeren Betrieb solcher Brenner ist die Bildung von Wachskr!stallen in den Brennstoffkanälen, die zur Verbrennungskammer des Brenners hin führen. Verbrennungsmotore, insbesondere Fahrzeugmotore, müssen oft in kalter Umgebung betrieben werden, unter Bedingungen also, bei denen bestimmte Brennstoffe, beispielsweise Dieselöl Nr. 2 dazu neigt, Wachskristallabscheidungen zu entwickeln. Die nur einen kleinen Durchmesser aufweisenden Brennstoffdurchlasse, wie sie normalerweise im Gehäuse eines am Einlaßluftverteiler angeordneten Brenners ausgebildet sind, sind für diese Wachsbildung besonders anfällig. Obwohl eine momentane Verzögerung bei Beginn des Brennstoffstromes in bestimmten Anwendungsfällen von Brennern hingenommen werden kann, kann doch die geringste Verzögerung sehr schädlich auf die Effektivität eines Brenners sein, der dazu dient, die Einlaßluft eines Verbrennungsmotors beim Starten zu erwärmen.

Verschiedene Techniken wurden bereits entwickelt, um das Problem einer Verstopfung der Brennstoffleitung aufgrund von WachsabScheidungen zu lösen, wenn solche Wachsabscheidungen bei tiefen Temperaturen auftreten. Hierzu ge-

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hören beispielsweise die Verwendung einer auf Widerstandserhitzung beruhenden, elektrischen Glühkerze, die in wärmeleitenden Kontakt mit der Brennstoffleitung des Brenners gebracht wird, vgl. beispielsweise die US-PS 25 (Reissue-Patent). Glühkerzen weisen normalerweise einen Schraubsockel sowie ein elektrisches Widerstandselement auf, welches von einer Verkleidung oder einem Mantel aus Metall umgeben ist. Jede Glühkerze hat normalerweise einen bestimmten Nennstrom, der gleich dem aus Sicherheitsgründen maximal zulässigen Strom ist. Oberhalb dieser Stromstärke neigt die Glühkerze zur Überhitzung und vorzeitiger Beschädigung. Der Nennstrom hängt natürlich teilweise von der Art und Weise ab, in welcher die Glühkerze bestimmungsgemäß eingesetzt wird. Wenn die Glühkerze bei bestimmungsgemäßem Gebrauch mit ihrem Metallmantel mit der umgebenden Luft in Kontakt ist, wird der Nennstrom niedriger sein als wenn der Mantel für die Berührung mit einem Material, beispielsweise Metall, konstruiert ist, welches eine größere Wärmeübertragungskapazität als Luft hat. Glühkerzen für Metall-Metall-Kontakt sind jedoch in ihrer Herstellung teurer, da die Abmessungen der Metallverkleidung sorgfältig überwacht werden müssen, um beim Zusammenbau keine Zerstörung herbeizuführen und dennoch eine angemessene Berührung sicherzustellen. Beispiele für solche Sondertypen von Glühkerzen sind in den US-PS'en 3 6 89 195 und 37 18 425 beschrieben.

Die Vorteile einer Erwärmung des Brennstoffes vor seiner Verbrennung in einem Verbrennungsmotor sind beispielsweise aus der US-PS 33 53 520 bekannt. Dieser Weg scheint auch bei den Einlaßluft-Brennstoffbrenneran- _Ordnungen gegangen worden zu sein, wie in Pig. 7 der

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US-PS 40 27 642 dargestellt. Es existiert jedoch keine praktisch brauchbare Konstruktion für einen elektrisch beheizten Brenner, insbesondere für Einlaßluft einer Verbrennungskraftmaschine, wobei ein rasches und zuverlässiges Ansprechen bei vernünftigen Herstellungskosten gewährleistet ist.

Es ist Aufgabe der Erfindung, den geschilderten Nachteilen abzuhelfen und einen Brenner, insbesondere für die Einlaßluft von Verbrennungsmotoren zu schaffen, bei dem auch bei niederen Umgebungstemperaturen ein unmittelbarer und zuverlässiger Betrieb gewährleistet ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch folgende Merkmale gelöst:

a) einen im Gehäuse ausgebildeten Hohlraum von vorbestimmter Größe;

b) eine zumindest teilweise im Hohlraum angeordnete, über Anschlußmittel· mit eiektrischem Strom gespeiste Wärmequelle zum Aufschmelzen von Wachsabscheidungen, die sich im BrennstoffdurchiaB aus dem Brennstoff bilden;

c) die äußeren Abmessungen eines im Hohlraum befindlichen wärmeieitenden Teiis der Warmegue^e sind derart bestimmt, daß im kalten Zustand der Wärmequelle ein Zwischenraum zwischen der Innenwand des Hohlraums und dem wärmeleitenden Teil verbleibt, während bei Erwärmung und dementsprechender· Wärmedehnung jener Teil in direkte Berührung mit der Innenwand des Hohlraums gelangt.

Weitere Merkmale und Vorteiie der Erfindung bestehen in foigendem: Erfindungsgemäß wird vorgesehen, den Brenner

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durch eine elektrische Widerstandsheizung zu beheizen, um auf diese Weise Wachsabscheidungen im Brennstoffdurchlaß des Brennergehäuses abzuschmelzen.

Als elektrische Widerstandsheizung dient erfindungsgemäß eine Glühkerze mit Metallmantel, der in direkten Kontakt mit dem Brennergehäuse tritt und einen unmittelbaren Metall-Zu-Metall-Wärmeübergang zwischen Glühkerze und Brennergehäuse sicherstellt.

Die erfindungsgemäß vorgesehene Wärmequelle wird zum Zwecke des Abschmelzens von Wachsabscheidungen bei etwa doppeltem Nennstrom betrieben.

Im Brennergehäuse ist ein Hohlraum zur Aufnahme der Glühkerze vorgesehen. Die Glühkerze hat eine äußere Metallverkleidung, die normalerweise dazu dient, Wärme in die Luft abzustrahlen. Der Hohlraum im Brennergehäuse ist so ausgebildet, daß sich ein kleiner Zwischenraum zwischen der Hohlrauminnenwand und der Metallverkleidung der Glühkerze ergibt, wenn der Brenner zusammengebaut ist, wobei sich die Metallverkleidung aufgrund von Wärmeausdehnung jedoch zu einem Metall-Zu-Metall-Kontakt erweitert, sobald die Glühkerze mit elektrischem Strom gespeist ist.

An der erfindungsgemäßen Brenneranordnung ist ein Absperrventil sowie ein Gehäuse vorgesehen, welches eine Rezirkulations-Brennstoffleitung aufweist. Das Ventil kann geöffnet werden, um einen freien Fluß des Brennstoffs zum Brenner sowie die Rückkehr eines Teiles des Brennstoffes zum Brennstoffvorrat zu ermöglichen. Wenn das Ventil geschlossen ist, ist der Brennstofffluß zum Brenner und zurück zur Brennstoffvorratsquelle abgesperrt. Das Gehäuse

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des Brenners ist so gestaltet, daß die Durchflußleitungen des Brennstoffes und gegebenenfalls des Ventils so dicht als möglich an die wärmeerzeugende Glühkerze herangerückt sind.

Die im Brennergehäuse angeordneten Brennstoffleitungen umfassen eine L-förmige ZuführZweigleitung und eine L-förmige Abzugszweigleitung, die in unmittelbarer Nähe des Hohlraums angeordnet sind, welcher die als Wärmequelle dienende Glühkerze aufnimmt. Während der Abschaltzeiten des Brenners können leicht Wachsabscheidungen in den Brennstoffleitungen des Brennergehäuses entstehen. Ein Einschalten und Betreiben der Glühkerze mit doppeltem Nennstrom führt zu einem extrem raschen Temperaturanstieg, der sicherstellt, daß die WachsabScheidungen ein promptes Anlaufen des Brenners nicht stören. Die Brennstoffleitungen umfassen ferner einen Zuführraum, der sich zur Unterseite des Gehäuses hin öffnet und mit vertikalen Schenkelteilen der L-förmigen Zuführzweigleitung und der L-förmigen AbzugsZweigleitung in Verbindung steht. Eine vertikal orientierte Mittelleitung erstreckt sich vom Brennstoffzuführraum nach oben, um den Brennstoff einer im allgemeinen horizontal ausgerichteten Düse zuzuführen, die ihrerseits außerdem noch Luft durch eine Luftzufuhrleitung erhält, um den Brennstoff mit einem vorbestimmten Sprühmuster zu zerstäuben. Die vertikal ausgerichteten Schenkel der erwähnten Zweigleitungen und die Mittelleitung sind sämtlich in derselben Ebene angeordnet, die im allgemeinen parallel zur Längsachse der Glühkerze verläuft, um auf diese Weise den Brennstoffdurchlaß so dicht als möglich an die von der Glühkerze gebildete Wärmequelle heranzubringen. Der Brennstoffzuführraum nimmt ein elektromagnetisch betätigtes Ventil auf, das zwischen einer ersten und

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zweiten Stellung hin- und herbeweglich ist. In der ersten Stellung ist der Brennstofffluß abgesperrt. In der zweiten Stellung kann der Brennstoff frei strömen. Der Brennstoff zuführraum ist ebenfalls dicht an den wärmeerzeugenden Mitteln angeordnet, so daß nach Inbetriebnahme des Brenners auch Wachsabscheidungen im Zuführraum rasch abgeschmolzen werden können.

Die nachstehende Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform dient im Zusammenhang mit beiliegender Zeichnung der weiteren Erläuterung der Erfindung. Es zeigen:

Fig. 1 eine teilweise geschnittene Draufsicht eines Verbrennungsmotors mit Brennstoffbrenner zur Erwärmung der Motor-Einlaßluft;

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht des Brenners aus Fig. 1; Fig. 3 eine Stirnansicht des Brenners;

Fig. 4 eine Querschnittsansicht des Brenners entlang der Linie 4-4 in Fig. 3 in Kombination mit der Seitenansicht eines Ventilbetätigers;

Fig. 5 eine Seitenansicht einer Glühkerze zur Verwendung in einem Brenner gemäß Fig. 1 bis 4;

Fig. 6 eine Seitenansicht des Brenners aus Fig. 1 bis 4;

Fig. 7 eine Teilquerschnittsansicht des ölbrenners entlang der Linie 7-7 in Fig. 6;

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Fig. 8 eine Untenansicht des Brenners aus Fig. 7 und

Fig. 9 eine graphische Darstellung der Brennertemperatur über die Zeit bei bestimmten BetriebsStromstärken und Betriebszeiten der Glühkerze.

Fig. 1 zeigt einen Dieselmotor 2 mit Einlaßverteiler 4, der seinerseits dazu dient, die von einem Turbolader 6 herkommende Einlaßluft aufzunehmen. Eine Luftleitung 8 ist an ihrem einen Ende mit dem Einlaßverteiler 4 und an ihrem anderen Ende mit der Kompressorstufe 10 des Turboladers 6 verbunden. Der Verteiler 4 ist so konstruiert, daß er die vom Turbolader 6 empfangene Luft zu den jeweiligen Einlaßöffnungen 12 hin lenkt, die ihrerseits zu den nicht dargestellten Zylindern des Motors führen.

Die Abgase treten durch einen Abgasverteiler 14 aus und gelangen von da in die Turbinenstufe 16 des Turboladers 6. Die Turbinenstufe 16 ist mechanisch mit der Kompressorstufe 10 verbunden, so daß diese Stufe Druckluft zum Einlaßverteiler 4 hin liefert. Bei niederen Umgebungstemperaturen braucht ein Dieselmotor Unterstützung, beispielsweise eine Erhitzung der Einlaßluft, um einen Start des Motors zu ermöglichen.Darüber hinaus können moderne turbogeladene und nachgekühlte Motoren auch eine Erwärmung der Einlaßluft unter bestimmten Betriebsbedingungen erfordern, um das Auftreten von weißem Rauch und anderen, unerwünschten Abgasemissionen zu vermeiden.

Ein Weg, um die Einlaßluft eines Dieselmotors in wirksa= mer Weise zu erhitzen, besteht darin, einen Hilfsbrenner in dem Einlaßverteiler des Motors vorzusehen. Die Erfindung ist in erster Linie auf einen solchen Brenner gerichtet.

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Ein derartiger Brenner, der in Fig. 1 mit dem Bezugszeichen 18 bezeichnet ist, arbeitet etwa in folgender Weise: Um die Wärmewirkung der vom Brenner 18 erzeugten Flamme entsprechend zu verteilen, ist ein Verteilerrohr 20 vorgesehen, das sicherstellt, daß die erhitzte Luft gleichmäßig über die Einlaßöffnungen 12 hinweg verteilt wird. Der Brennstoff wird dem Brenner 18 durch ein Brennstoff-Zuführsystem 22 zugeführt, welches eine Zirkulation des Brennstoffs ermöglicht. Insbesondere umfaßt das System 22 eine Zuführleitung 24, durch welche hindurch Brennstoff im Überfluß strömt, d.h. es fließt mehr Brennstoff als tatsächlich vom Brenner verbraucht wird. Eine Rückführleitung 26 dient der Rückführung des überflüssigen Brennstoffs zu einem (nicht dargestellten) Brennstofftank. Der Brenner 18 kann eine Brennstoff-Sprühdüse aufweisen, welcher Luft aus einem Luftzuführsystem 28 zugeführt wird. Das System 28 ist mit dem Brenner über eine Luftzuführleitung 3 0 verbunden.

Wie aus Fig. 2 hervorgeht, umfaßt der Brenner 18 ein Gehäuse 32 mit einem im wesentlichen zylindrischen Wandabschnitt 34, welcher eine Verbrennungskammer umschließt. Das eine Ende des Abschnitts 34 weist einen Auslaß für Verbrennungsgas auf, der mit dem Inneren des Einlaßverteilers 4 (Fig. 1) in Verbindung steht. Am Gehäuse 32 ist einstückig als Befestigungsmittel ein im wesentlichen ebener Flansch 36 ausgebildet, der dazu dient, das Gehäuse am Einlaßverteiler 4 in einer solchen Stellung anzuordnen, daß der Verbrennungsgasauslaß des Brenners mit dem Einlaßverteiler 4 in Verbindung steht. Eine mit Innengewinde versehene Öffnung 38, die mit dem Innern der Verbrennungskammer in Verbindung steht, nimmt eine (nicht dargestellte) Zündkerze auf, durch welche die Verbrennung in da: Verbrennungskammer

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eingeleitet werden kann. Das Gehäuse 32 weist ferner einen zweiten Abschnitt 40 auf, welcher Brennstoff- und Luftleitungen sowie einen mit Innengewinde versehenen Hohlraum für die Aufnahme einer Zerstäubungsdüse enthält, Der zweite Brennerabschnitt 40 enthält ferner auch einen Hohlraum zur Aufnahme einer elektrisch betriebenen Wärmequelle 42. Im Betrieb erzeugt diese Wärmequelle eine ausreichende Wärmemenge, um Wachsabscheidungen aufzuschmelzen, die sich in den im Gehäuse 32 enthaltenen Brennstoffdurchlassen gebildet haben. Die Fig. 2 zeigt insbesondere auch eine Brennstoff-Abzugsöffnung 44 zur Verbindung mit der Abzugsleitung 26 (Fig. 1). Ein Lufteinlaß 46 wird mit der Luftzuführleitung 30 (Fig. 1) verbunden, um so die für den Betrieb des Brenners 18 benötigte Luft zuführen zu können.

Wie sich aus der Stirnansicht gemäß Fig. 3 ergibt, weist der ebene Flansch 36 einen im allgemeinen quadratischen Außenumriß auf und enthält vier Löcher 48 zur Aufnahme von Schrauben, mit deren Hilfe das Brennergehäuse am Einlaßverteiler des Verbrennungsmotors befestigt werden kann. .

Fig. 3 zeigt weiterhin insbesondere die Lage und Konfiguration der inneren Durchlässe für Luft und Brennstoff, wie sie in dem zweiten Gehäuseabschnitt 4 0 vorgesehen sind. Der Lufteinlaß 46 steht mit einem Luftdurchlaß 46' in Verbindung, der sich seitlich in das Gehäuse erstreckt und allgemein in der Nähe einer Mittelachse endet. Die Brennstoffabzugsöffnung 44 steht in Verbindung mit einer allgemein L-förmigen AbzugsZweigleitung 44', die ihrerseits einen im wesentlichen horizontalen Schenkel 48 umfaßt. Dieser erstreckt sich zwischen der Abzugs-

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Öffnung 44 und der Mittelachse des Gehäuses. Ein zweiter (in Fig. 3 nicht dargestellter) Schenkel der Abzugszweigleitung 44' verläuft im allgemeinen vertikal vom inneren Ende des Schenkels 48 zur Unterseite des zweiten Gehäuseabschnitts 40. Der dem Brenner über die Leitung 24 (Fig. 1) zugeführte Brennstoff tritt in die Brenneranordnung durch die Brennstoffeinlaßöffnung 50 ein. Eine im wesentlichen L-förmige Brennstoffzuführleitung 52 steht mit der Einlaßöffnung 50 in Verbindung und umfaßt einen im wesentlichen horizontalen Schenkel 54 und einen allgemein vertikal gerichteten Schenkel 56, der mit dem horizontalen Schenkel 54 an einem Punkt auf der Mittelachse des Brennergehäuses verbunden ist.

Anhand von Fig. 4 läßt sich der besondere Strömungsweg des Brennstoffes im Brennergehäuse leicht verstehen. Insbesondere zeigt die Querschnittsansicht der Fig. 4 auch die Ausbildung des Wandabschnitts 34. Das Innere dieses Abschnitts bestimmt die Verbrennungskammer 58, in welche zerstäubter Brennstoff aus der Düse 60 in einem vorbestimmten Sprühmuster zerstäubt wird. Dieses Sprühmuster entspricht der Gestalt der Verbrennungskammer 58 derart, daß sich ein toroidförmiges Muster rezirkulierender Verbrennungsgase ergibt, wie dies im einzelnen in der eingangs erwähnten DE-OS 29 4 5 250 beschrieben ist. Der Wandabschnitt 34 enthält eine Stirnwand 64, die im wesentlichen mit Bezug auf die Mittelachse des Brenners senkrecht verläuft. In der Wand 84 ist eine Auslaßöffnung für Verbrennungsgas ausgebildet, welche der Düse 60 gegenüberliegt. Die Größe der Austrittsöffnung 62, die Form des von der Düse 60 gebilde-

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ten Brennstoff-Sprühstrahls und der Durchmesser der Verbrennungskammer 58 werden sorgfältig aufeinander abgestimmt, so daß sich eine stabile und zuverlässige Verbrennungsflamme ergibt, die auf Querströmungen und/ oder Druckvariationen in dem Einlaßverteiler 4 relativ unempfindlich ist.

An der Unterseite des zweiten Gehäuseabschnitts 40 ist ein allgemein kreisförmiger Brennstoff-Strömungsraum 66 vorgesehen. Der Raum 66 steht mit dem vertikalen Schenkel 56 der Brennstoffzuführleitung 52 sowie mit dem vertikalen Schenkel 68 der Abzugszweigleitung 44' in Verbindung. Eine vertikal ausgerichtete Mittelleitung 70 erstreckt sich zwischen dem Strömungsraum 66 und einem im wesentlichen horizontal orientierten Zuführraum 72, der seinerseits direkt mit der Düse 60 verbunden ist. Die Zufuhr des Brennstoffs zur Düse 60 erfolgt über einen Brennstoffdurchlaß, der von folgenden Abschnitten gebildet ist: Brennstoffzuführzweigleitung 52, Strömungsraum 66, Mittelleitung 70 und Zuführraum 72. Derjenige Teil des Brennstoffes, welcher vom Brennstoffeinlaß 50 aufgenommen, jedoch durch die Düse 60 nicht versprüht wird, wird vom Strömungsraum 66 über die Abzugszweigleitung 44' abgezogen. Die Luft, die dem Brennergehäuse durch den Lufteinlaß 44 und die Luftleitung 46' zugeführt wird, fließt aus einem Zuführraum 74 zur Brennstoffdüse 60.

In Fig. 4 ist weiterhin eine Ventilanordnung 76 dargestellt, mit deren Hilfe der Brennstoffstrom durch das Brennergehäuse gesteuert werden kann. Die Ventilanordnung 76 umfaßt ein Ventilglied 78, das zwischen einer ersten und einer zweiten Stellung hin- und herbewegbar ist. In der ersten Stellung ist der Brennstofffluß zwi-

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sehen den Schenkeln 56 und 68 und der Mittelleitung 70 unterbrochen. In der zweiten Position, die in Fig. 4 dargestellt ist, kann der Brennstoff, wie durch die Pfeile 80 angedeutet, frei fließen. Eine elektromagnetische Betätigungseinrichtung 82 ist mit dem Ventilglied 78 verbunden, so daß dieses Glied beim Einschalten des elektrischen Stroms zwischen den ersten und zweiten Stellungen hin- und herbewegt werden kann. Die Zuführung des elektrischen Stromes erfolgt über Leitungen 84.

Um einen raschen und zuverlässigen Betrieb des Brenners zu gewährleisten, und zwar selbst bei niedrigen Umgebungstemperaturen, ist die Wärmequelle 42 teilweise innerhalb eines Hohlraums 86 angeordnet, wie dies in Fig. durch gestrichelte Linien angedeutet ist. Die Wärmequelle 42 ist dabei so dicht als möglich am Brennstoffdurchlaß angeordnet, der seinerseits von der Brennstoffleitung 42 einschließlich der Schenkel 54, 56, dem Strömungshohlraum 66, dem Mittelzweig 70 und dem Zuführraum 72 gebildet ist. Die Wärmequelle hat die Gestalt einer Glühkerze 87 (Fig. 5). Alle die der Brennstoffzufuhr dienenden Leitungsteile im Brennergehäuse sind so dicht als möglich an der Wärmequelle 42 angeordnet. Dennoch haben die zwischen diesen Leitungen verbleibenden Teile des Brennergehäuses eine ausreichende Wandstärke, um dem Gehäuse die erforderliche Festigkeit zu verleihen. Wie aus Fig. 4 hervorgeht, verlaufen die Mittelleitung 70, der Schenkel 68 und der Schenkel 56 sämtlich vertikal und parallel in einer einzigen Ebene, die ihrerseits im wesentlichen parallel zur Längsachse der Glühkerze 87 gerichtet ist. Der Schenkel 54 und der Strömungshohlraum 66 sind oberhalb bzw. unterhalb der Glühkerze 87 in einer

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Orientierung angeordnet, die im wesentlichen senkrecht zur vertikalen Ebene verläuft, in welcher die Leitung 70 und die Schenkel 68 sowie 56 angeordnet sind. Aufgrund dieser Anordnung ist der Strömungsweg des Brennstoffs durch das Gehäuse 32 offensichtlich derart, daß der Brennstoff an drei getrennten Seiten der Glühkerze vorbeifließt, um auf diese Weise die Wärmeübertragungskapazität der Glühkerze maximal auszunutzen.

Das Gehäuse 32 besteht vorzugsweise aus Gußmetall, beispielsweise Eisen, mit hoher Wärmeleitfähigkeit zwischen Hohlraum 68 und dem im Brennergehäuse enthaltenen Brennstoffdurchlaß. Aus weiter unten noch zu erläuternden Gründen sind die Wärmequelle 4 2 und der Hohlraum 86 so ausgebildet, daß ein Metall-Zu-Metall-Kontakt gewährleistet ist, um die Wärmeübertragungseigenschaften der Brenneranordnung weiterhin zu steigern. Die Wärmequelle 42 kann insbesondere eine Glühkerze 67 des Typs CHAMPION AG-41 sein, wie sie von der Firma Champion Spark Plug Co., 900 Upton Avenue, Toledo, Ohio, USA, vertrieben wird. Eine solche Glühkerze hat eine Ausgangsnennleistung von 95 Watt bei einer Betriebsspannung von 11 Volt, Die Glühkerze 87 gemäß Fig. 5 umfaßt eine Heizspule, die von einem Metallmantel 88 umgeben ist. Normalerweise dient dieser Metallmantel 88 dazu, Wärme an die umgebende Luft zu übertragen. Wie aus Fig. 4 und 5 hervorgeht, weist die Glühkerze 87 einen Gewindeteil 81 auf, der in einen mit Innengewinde versehenen Fortsatz des Hohlraums β 6 einschraubbar ist. Der Fortsatz wird von einer mit Innengewinde versehenen Mutter 83 gebildet, die am Gehäuse 32, beispielsweise durch Schweißen, befestigt ist. Ein Sechskantkopf 85, der mit der Glühkerze einstückig ist,

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kann dazu dienen, die Glühkerze unter Zuhilfenahme eines Schraubenschlüssels abgedichtet an ihrem Platz einzusetzen. Dadurch, daß der metallische Mantel 88 der Glühkerze in metallische Berührung mit dem Brennergehäuse gelangt, kann der elektrische Speisestrom der Glühkerze beträchtlich höher als der Nennstrom sein, ohne daß dabei befürchtet zu werden braucht, daß der Mantel 88 eine übermäßig hohe Temperatur einnimmt, die zu einer frühzeitigen Beschädigung der Glühkerze führt. Eine elektrische Spannung-squelle 89 ist mit der Glühkerze verbunden und so ausgelegt, daß sie die Glühkerze mit vorbestimmter Spannung versorgt, beispielsweise mit einer Spannung von 24 Volt während vorbestimmter Zeitperioden von beispielsweise 3 0 oder 60 Sekunden.

Wie insbesondere aus Fig. 6 und 7 hervorgeht, ist die Glühkerze gemäß Fig. 5 so im Brennergehäuse 3 2 montiert, daß der metallische Mantel 88 vom Hohlraum 86 aufgenommen wird. Wie sich am besten aus der vergrößerten Querschnittsdarstellung der Fig. 7 ergibt, weist der Metallmantel 88 einen Außendurchmesser auf, der geringfügig kleiner als der Innendurchmesser des Hohlraums ist. Dieser Durchmesserunterschied vermittelt einen Zwischenraum "a", der während des Einbaus der Glühkerze 87 in das Brennergehäuse von entscheidender Bedeutung ist. In der Regel ist der Metallmantel 88 einer üblichen Glühkerze, die für einen Metall-Zu-Luft-Wärmeübergang konstruiert ist, nicht stark genug, um den Verformungskräften zu widerstehen, denen der Mantel unterliegt, wenn der Hohlraum 86 so bemessen wäre, daß sich ein direkter Kontakt mit dem Mantel 88 während des Zusammenbaus ergäbe. Der Zwischenraum "a" ist ausreichend klein, so daß nach dem Einschalten der Glühkerze die

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Wärmeausdehnung des Mantels 88 einen nahezu unmittelbaren Metall-Zu-Metall-Kontakt mit dem Brennergehäuse ergibt. Auf diese Weise wird ein stärkerer Wärmeübergang in das Gehäuse veranlaßt und die erreichte Temperatur des Mantels 88 und des in ihm enthaltenen Widerstands-Heizelements 9 0 begrenzt. Durch Ausbildung des Hohlraums 8 6 in der zuvor beschriebenen Weise ist es möglich, die Glühkerze 87 in sicherer Weise mit einer Spannung zu betreiben, die gleich der doppelten Nennspannung der Glühkerze ist. Entsprechendes gilt natürlich für die Betriebs- und Nennstrommstärke. Bei einer Speisung in dieser Größenordnung ergibt sich eine erhebliche Steigerung der Geschwindigkeit, mit welcher im Brennstoffdurchlaß des Gehäuses 32 abgeschiedene Wachskristalle abgeschmolzen werden, und zwar im Vergleich mit einem Betrieb der Glühkerze mit Nennstrom. Trotz dieser enormen Steigerung der Wärmekapazität der Glühkerze ist eine Beschädigung des metallischen Mantels 88 während des Zusammenbaus dadurch vermieden, daß der oben erwähnte Zwischenraum "a" vorgesehen ist. Ohne diesen Zwischenraum würde der Mantel 88 aufgrund seiner ungenügenden Festigkeit der während des Zusammenbaus auftretenden Verformung nicht widerstehen können. Eine Alternative hierfür wäre die Konstruktion einer besonderen Glühkerze, wodurch jedoch die Herstellungskosten der Brenneranordnung erheblich gesteigert würden.

In Fig. 8 sind die Durchlässe für Brennstoff und Luft noch einmal gestrichelt dargestellt.

Die graphische Darstellung gemäß Fig. 9 zeigt die Vor= teile, die sich aus der■Verdopplung des BetriebsStroms der Glühkerze ergeben. Die punktierten Linien 1-1 und 1-2

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stellen die Temperatur des heißesten bzw. kältesten Teils des Brennergehäuses dar, wenn die Glühkerze während einer Einschaltzeit von 60 Sekunden mit einer Betriebsspannung von 12 Volt betrieben wird. Die ge~ strichelten Linien 1-3 und 1-4 zeigen die Temperaturen der genannten Teile des Brennergehäuses, wenn die Glühkerze während 3 0 Sekunden mit 24 Volt betrieben wird. Schließlich geben die Linien 1-5 und 1-6 diejenigen Temperaturen des Brennergehäuses an, die sich ergeben,wenn die Glühkerze während einer Einschaltzeit von 60 Sekunden mit einer Betriebsspannung von 24 Volt betrieben wird. Die höheren Temperaturen, wie sie den Linien 1-3 bis 1-6 entsprechen, demonstrieren im Vergleich mit den Temperaturen gemäß den Linien 1-1 und 1-2 in klarer Weise die Vorteile, welche sich bei einem Betrieb mit höherem Nennstrom ergeben, wie dies durch die oben beschriebene Konstruktion des Brennergehäuses ermöglicht ist.

Die Erfindung eignet sich insbesondere für eine Wärmequelle zur Erhitzung der Einlaßluft eines Verbrennungsmotors. Vor allem ermöglicht der erfindungsgemäße Brenner einen raschen und zuverlässigen Start eines turbogeladenen Dieselmotors. Der erfindungsgemäße Brenner eignet sich jedoch auch für andere Anwendungen, bei denen ein rasches und zuverlässiges Starten selbst bei niedrigen Umgebungstemperaturen erwünscht ist.

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1.) Brenneranordnung für flüssigen Brennstoff mit einem Gehäuse, einem Brennstoffeinlaß und einem im Gehäuse angeordneten Brennstoffdurchlaß, durch den Brennstoff aus einem Brennstoffvorrat zu einer Verbrennungskammer fließt, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) einen im Gehäuse (32) ausgebildeten Hohlraum (86) von vorbestimmter Größe;

b) eine zumindest teilweise im Hohlraum (86) angeordnete, über Anschlußmittel mit elektrischem Strom gespeiste Wärmequelle (4 2) zum Aufschmelzen von Wachsabscheidungen, die sich im Brennstoffdurchlaß aus dem Brennstoff bilden;

c) die äußeren Abmessungen eines im Hohlraum (86) befindlichen wärmeleitenden Teils (88) der Wärmequelle (42) sind derart bestimmt, daß im kalten Zustand der Wärmequelle (42) ein Zwischenraum zwischen der Innenwand des Hohlraums (86) und dem wärmeleitenden Teil (88) verbleibt, während bei Erwärmung und dementsprechender Wärmedehnung jener Teil (88) in direkte Berührung mit der Innenwand des Hohlraums (86) gelangt.

2. Brenneranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich-

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net, daß die Wärmequelle (42) bei einem bestimmten elektrischen Nennstrom dazu dient, Wärme in die Umgebung abzustrahlen,und mit einer Stromstärke gespeist ist, die oberhalb des Nennstroms liegt.

3. Brenneranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Speisestromstärke doppelt so hoch wie die Nennstromstärke ist.

4. Brenneranordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Verbrennungskammer (58) eine Sprühdüse (60) zum Versprühen von Brennstoff angeordnet und eine Brennstoffabzugsöffnung (44) zum Abziehen nicht versprühten Brennstoffes vorgesehen sind, und daß der Brennstoffdurchlaß eine Zuführleitung (52) umfaßt, die vom Brennstoffeinlaß (50) zur Düse gerichtet ist, sowie eine Abzugszweigleitung (44"), die sich zwischen der Zuführleitung (52) und der Abzugsöffnung (44) erstreckt.

5. Brenneranordnung nach einem^der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen Lufteinlaß (46) und eine Leitung, die diesen Einlaß zwecks Zuführung von Zerstäuberluft mit der Düse (60) verbindet.

6. Brenneranordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (32) Temperaturbegrenzungsmittel zur Begrenzung der von der Wärmequelle (42) erreichten Temperatur aufweist, nämlich einen Werkstoff von hoher Wärmeleitfähigkeit, der zwischen dem Hohlraum (86) und dem Brennstoffdurchlaß vorgesehen ist.

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7. Brenneranordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoffdurchlaß einen Brennstoffzuführraum (66) unter dem Hohlraum (86) sowie einen vertikal vom Zuführraum (66) zur Düse (60) verlaufenden Mittelzweig (70) umfaßt, daß die Brennstoffzuführleitung (52) einen ersten, horizontal oberhalb des Hohlraums zur Gehäusemitte hin verlaufenden Schenkel (54) sowie einen zweiten, vertikal vom ersten zum Zuführraum (66) hin verlaufenden Schenkel (56) umfaßt, und daß der Mittelzweig (70) und der zweite Schenkel (56) im wesentlichen in einer vertikalen Ebene liegen, die zur Längsachse des Hohlraums (86) parallel verläuft.

8. Brenneranordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abzugszweigleitung (44') einen ersten, vertikal vom Zuführraum (66) sich erstreckenden Schenkel (68) sowie einen zweiten, horizontal vom .ersten zur Abzugsöffnung (44) sich erstreckenden Schenkel (48) umfaßt, und daß der erste Schenkel (68) im wesentlichen in der vom Mittelzweig (70) mit dem zweiten Schenkel (56) der Brennstoffzuführleitung (52) bestimmten, vertikalen Ebene liegt.

9. Brenneranordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie der Erhitzung der Einlaßluft im Luftverteiler (4) eines Verbrennungsmotors (2) dient und am Luftverteiler (4) derart befestigt ist, daß der Verbrennungsgasauslaß der Verbrennungskammer (58) in den Verteiler (4) mündet.

10. Brenneranordnung nach einem der voranstehenden Ansprü-

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ehe, gekennzeichnet durch Ventilmittel (76) zur Steuerung des BrennstoffStroms durch den Brennstoffdurchlaß mit einem Ventilglied (78) , das zwischen einer ersten Stellung, in der die Zuführ- und Abzugszweigleitung (52 bzw. 44') gesperrt sind,und einer zweiten Stellung, in der Brennstoff durch diese Leitungen (52, 44') fließt, beweglich ist.

11. Brenneranordnung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch ein elektrisches Betätigungselement (82) zur Hin- und Herbewegung des Ventilgliedes (78) zwischen der ersten und zweiten Stellung.