DE3114958A1 - Appliance and method for igniting hydrocarbons - Google Patents
Appliance and method for igniting hydrocarbonsInfo
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- F23D11/36—Details, e.g. burner cooling means, noise reduction means
- F23D11/44—Preheating devices; Vaporising devices
- F23D11/441—Vaporising devices incorporated with burners
- F23D11/448—Vaporising devices incorporated with burners heated by electrical means
Abstract
Description
Beschreibung description
Die Erfindung betrifft eine Zündvorrichtung für Kohlenwasserstoffe gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 und betrifft ferner ein Verfahren zur Zündung von Kohlenwasserstoffen gemäß Oberbegriff des Anspruchs 5. The invention relates to an ignition device for hydrocarbons according to the preamble of claim 1 and further relates to a method for ignition of hydrocarbons according to the preamble of claim 5.
Es ist beispielsweise bekannt, bei Ölzentralheizungen für Gebäude oder auch allgemein bei ölbrenner Ö1 mittels eines Schleuderrades oder einer Hochdruckpumpe mit Dralldüse bzw. mittels eines Piezokeramikschwingers zu zerstäuben und das zerstäubte öl dann mittels eines über einen Netztransformator zwischen Zündelektroden gewonnenen Zündfunkens zu zünden. Nachteilig an diesen Zündsystemen ist, daß mit erheblichen Zündenergien gearbeitet wird, wobei die Energie großteils an den Elektrodenoberflächen umgesetzt wird, was zu merklichem Abbrand der Elektroden führt. Die Verwendung eines Piezokeramikschwingers als Zerstäuber gibt bei entsprechend frequenzabgestimmter Ansteuerung des Schwingers zwar ein einwandrei zündbares Aerosol, jedoch treten Probleme auf, weil der Schwinger verrußt und damit außer Tritt kommen kann. Die Verwendung einer Hochdruckpumpe und Dralldüse zur Zerstäubung ist grundsätzlich nicht ideal, weil sie das öl nur unzureichend aufbereitet. Die Zündung ist nur bei fettem Gemisch gut. It is known, for example, in oil central heating for buildings or also generally with oil burner Ö1 by means of a centrifugal wheel or a high pressure pump to be atomized with a swirl nozzle or by means of a piezoceramic oscillator and the atomized oil then obtained by means of a mains transformer between ignition electrodes To ignite the spark. The disadvantage of these ignition systems is that with considerable Ignition energies is worked, with the energy largely on the electrode surfaces is implemented, which leads to noticeable burn-off of the electrodes. Using a Piezoceramic oscillator as an atomizer gives with appropriately frequency-matched Actuation of the oscillator is a perfectly ignitable aerosol, but kick Problems arise because the transducer becomes sooty and can get out of step. the Use of a high pressure pump and swirl nozzle for atomization is fundamental not ideal because it does not process the oil adequately. The ignition is only at fat mixture good.
Zündsysteme mit einer Kraftstoffzerstäubung über eine Hochdruckpumpe mit Dralldüse und nachfolgender Hochenergiezündung mittels einer Halbleiterzündkerze sind beispielsweise für den Turboladerhilfsstart für Gasturbinen bekannt. Hier vor allem gewinnen die erwähnten Nachteile der Kraftstoffzerstäubung mit Dralldüse Bedeutung. Auch die hier verwendete Hochenergiezündung ist ungünstig, da die pro Zündimpuls benötigte Energie mit 6 J sehr hoch ist und sich diese hauptsächlich nicht im Gasraum, sondern an der Halbleiteroberfläche umsetzt. Die für diese Zündung nötigen Speicherkondensatoren hoher Kapazität sind großvolumig und in temperaturfester Ausführung sehr teuer. Ignition systems with fuel atomization via a high pressure pump with swirl nozzle and subsequent high-energy ignition using a semiconductor spark plug are known, for example, for the turbocharger auxiliary start for gas turbines. Here before Above all, the mentioned disadvantages of fuel atomization with a swirl nozzle are important. The high-energy ignition used here is also unfavorable, since the per ignition pulse required energy of 6 J is very high and this is mainly not in the gas space, but on the semiconductor surface. The storage capacitors required for this ignition higher Capacities are large and very expensive in temperature-resistant design.
Für den Kaltstart von Dieselmotoren ist es schließlich bekannt, den Dieselkraftstoff mittels Flammglühkerzen zu zünden. Diese Art der Zündung hat den Nachteil, daß sie erst möglich ist, wenn das Glühelement Zündtemperatur erreicht hat. Außerdem ist eine Zündung nur bei fettem Gemisch möglich. For the cold start of diesel engines, it is finally known that Ignite diesel fuel using flame glow plugs. This type of ignition has the Disadvantage that it is only possible when the glow element has reached ignition temperature Has. In addition, ignition is only possible with a rich mixture.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Zündeinrichtung bzw. ein Zündverfahren für Kohlenwasserstoffe zu schaffen, das unter den vielfältigsten Bedingungen hinsichtlich der Art des Kohlenwasserstoffes und des Kohlenwasserstoff-Luftverhältnisses eine sichere und rasche Zündung ermöglicht. The object of the invention is therefore to provide an ignition device or a To create ignition processes for hydrocarbons, under the most diverse conditions with regard to the type of hydrocarbon and the hydrocarbon-to-air ratio enables safe and rapid ignition.
Diese Aufgabe wird vorrichtungsmäßig durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1, verfahrensmäßig durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 5 gelöst. This task is device-wise through the characteristic features of claim 1, procedurally by the characterizing features of the claim 5 solved.
Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Appropriate refinements of the invention are the subject of the subclaims.
Der verdampfte Kohlenwasserstoff ist im Gemisch mit Luft mit wesentlich geringerer Funkenenergie zu zünden, als wenn er in Tröpfchenform vorliegt. Auch magerere Kohlenwasserstoff-Luftgemische, die bei Kraftfahrzeugen im Hinblick auf Abgasentgiftung und Kraftstoffersparnis von Interesse sind, lassen sich schon mit einer Funkenenergie von beispielsweise 20 mJ bei Dieselkraftstoff (gegenüber 6 J bei Hochenergiezündung mit Halbleiterzündkerzen und Kraftstoffzerstäubung) sicher zünden. Da sich durch das Verdampfen die verschiedensten Kohlenwasserstoffe aufbereiten lassen, ist das System vielstoffähig. Zur Anpassung an verschiedene Gesamtdrucke des Kohlenwasserstoff-Luftgemisches ist nur eine Veränderung des Elektrodenabstandes notwendig. The vaporized hydrocarbon is essential when mixed with air to ignite less spark energy than when it is in droplet form. Even leaner hydrocarbon-air mixtures that are used in motor vehicles with regard to Exhaust gas detoxification and fuel saving are of interest, can already be dealt with a spark energy of, for example, 20 mJ for diesel fuel (compared to 6 J with high-energy ignition with semiconductor spark plugs and fuel atomization) ignite. Since the evaporation process a wide variety of hydrocarbons let, the system is multifaceted. To adapt to different total prints of the hydrocarbon-air mixture is only a change in the distance between the electrodes necessary.
Ein Funkenzündelement, das die Zündfunkenenergie im wesentlichen in der Durchbruchsphase der Anfangsphase des Zündfunkens liefert, ist in der DE-OS 28 10 159 beschrieben. A spark ignition element that essentially generates the ignition spark energy in the breakthrough phase of the initial phase of the ignition spark is in the DE-OS 28 10 159.
Eine Ausführungsform der Erfindung wird im folgenden in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung beschrieben. An embodiment of the invention is described below in connection described with the accompanying drawing.
Auf dieser zeigt Fig. 1 eine Ausführungsform der Zündvorrichtung gemäß der Erfindung in stark schematischer Darstellung, und Fig. 2 eine Ausführungsform eines Kohlenwasserstoff-Verdampferelements zur Verwendung in der Zündvorrichtung gemäß der Erfindung.1 shows an embodiment of the ignition device according to FIG of the invention in a highly schematic representation, and FIG. 2 shows an embodiment a hydrocarbon vaporizer element for use in the igniter according to the invention.
Gemäß Fig. 1 wird der flüssige Kohlenwasserstoff über einen Zuf(ihrkanal 5 in eine in einem Verdampferelement 10 ausgebildete zylindrische Verdanpferkaaaer 1 geleitet, die in einen Brennraum 2 mündet. In der Achse der Verdampferkammer sitzt ein stabförmiges Heizelement 3, in Form eines am Ende abgeschlossenen Rohres, in dem sich eingebettet etwa in eine Keramikmasse ein Heizwiderstand 4 befindet. Mit Hilfe einer geeigneten Spannungsquelle kann der Heizwiderstand auf die Siedetemperatur des verwendeten Kohlenwasserstoffs aufgeheizt werden, so daß der durch den Zuführkanal 5, etwa gefördert durch eine Kraftstoffpumpe, am einen Ende in die Verdampferkammer 1 eintretende flüssige Kohlenwasserstoff beim Überstreichen über das Heizelement verdampft und in gasförmigem Zustand am anderen Ende in den Brennraum austritt. According to FIG. 1, the liquid hydrocarbon is fed via a feed channel 5 into a cylindrical Verdanpferkaaer formed in an evaporator element 10 1, which opens into a combustion chamber 2. Seated in the axis of the evaporator chamber a rod-shaped heating element 3, in the form of a tube closed at the end, in which is embedded in a ceramic mass, for example, a heating resistor 4. With With the help of a suitable voltage source, the heating resistor can be brought to the boiling point of the hydrocarbon used are heated, so that the through the feed channel 5, for example conveyed by a fuel pump, into the evaporator chamber at one end 1 Liquid hydrocarbon entering when passing over the heating element evaporates and emerges in a gaseous state at the other end into the combustion chamber.
In den Brennraum wird ferner, schematisch durch einen Pfeil angedeutet, Luft eingeführt, so daß sich in ihm ein Kohlenwasserstoffgas-Luftgemisch ergibt, das weit zündfähigerist, als durch Zerstäubung von Kohlenwasserstoffflüssigkeit in Luft gewonnenes Aerosol.In the combustion chamber is also indicated schematically by an arrow, Air introduced so that a hydrocarbon gas-air mixture results in it, that is far more ignitable than by atomizing hydrocarbon liquid aerosol obtained in air.
Ferner ist in der Brennkammer 2 die Zündfunkenstrecke 7 eines Funkenzündelements 12 angeordnet, das einen Zündfunken erzeugt, dessen Energie im wesentlichen in der sogenannten Durchbruchsphase der Anfangsphase des Zündfunkens liegt. Um dies zu erreichen, ist der eigentlichen Zündfunkenstrecke bezüglich der Spannungsquelle 8 für den Zündspannung eine Vorfunkenstrecke 9 in der Weise vorgelagert, wie sie beispielsweise in der DE-OS 28 10 159 beschrieben ist. Furthermore, the ignition spark gap 7 of a spark ignition element is in the combustion chamber 2 12 arranged, which generates an ignition spark, the energy of which is essentially in the so-called breakthrough phase is the initial phase of the ignition spark. To do this achieve is the real one Spark gap with regard to the Voltage source 8 for the ignition voltage is upstream of a pre-spark gap 9 in such a way that as described, for example, in DE-OS 28 10 159.
Fig. 2 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform des die Verdampferkammer1 enthaltenden Verdampferelements 10. Das Verdampferelement ist in seinem Körper nach Art einer Zündkerze ausgebildet und enthält in seinem Inneren eine axiale Sackbohrung, in die im Bereich ihres Bodens seitlich der Zuführkanal 5 für den flüssigen Kohlenwasserstoff mündet. In der Achse der Sackbohrung befindet sich das Heizelement 3, das durch ein zylindrisches am Ende abgeschlossenes Rohr gebildet ist, in dem sich etwa eingebettet in eine Keramikmasse eine Widerstandswendel als Heizwiderstand 4 (Fig. 1) befindet. Der elektrische Anschluß des Heizeleeenta- erfolgt über eine Elektrode 6. Der Aeßendurchsser des den Heizwiderstand enthaltenden Rohres ist kleiner als der Innendurchmesser der Sackbohrung, so daß in der Verimpferkammer 1 ein das Heizelement 3 umgebender ringförmiger Ströuungskanal für den Kohlenwasserstoff vorliegt. Fig. 2 shows a preferred embodiment of the evaporator chamber 1 containing evaporator element 10. The evaporator element is in its body according to Formed like a spark plug and contains an axial blind hole in its interior, into the side of the feed channel 5 for the liquid hydrocarbon in the area of its bottom flows out. In the axis of the blind hole is the heating element 3, which is through a cylindrical tube closed at the end is formed, in which is approximately embedded In a ceramic mass, a resistance coil is located as a heating resistor 4 (Fig. 1). The electrical connection of the Heizeleeenta- is made via an electrode 6. The outside diameter of the tube containing the heating resistor is smaller than the inner diameter the blind hole, so that in the Verimpferkammer 1 a heating element 3 surrounding annular flow channel for the hydrocarbon is present.
Bei etwa auf Siedetemperatur des verwendeten Kohlenwasserstoffes aufgeheiztem Heizelement verläßt der durch den Zuführkanal 5 eintretende flüssige Kohlenwasserstoff die Verdampferkammer an ihrem stirnseitigen, offenen Ende gasförmig und gelangt so in den Brennraum 2, wo er mit Luft vermischt wird (Fig. 1). Natürlich ist es auch möglich, den gasförmigen Kohlenwasserstoff in einer eigenen Kammer mit Luft zu mischen und von dort in einen eigenen Brennraum zu führen. Dann mündet natürlich das Verdampferelement in die Mischkammer, während das Funkenzündelement mit seiner Funkenstrecke im Brennraum sitzt.When heated to about the boiling point of the hydrocarbon used The liquid hydrocarbon entering through the feed channel 5 leaves the heating element the evaporation chamber is gaseous at its front, open end and arrives so in the combustion chamber 2, where it is mixed with air (Fig. 1). Of course it is also possible the gaseous hydrocarbon in a separate chamber with air to mix and lead from there into a separate combustion chamber. Then of course it ends the evaporator element in the mixing chamber, while the spark ignition element with his Spark gap sits in the combustion chamber.
Durch die Kombination eines solchen Verdampferelements mit dem beschriebenen Funkenzündelement lassen sich hervorragende Zündbedingungen schaffen, die äußerst unkritisch hinsichtlich der Art des verwendeten Kohlenwasserstoffes und des Verhältnisses Luft-Kohlenwasserstoffgas sind. Der Einsatz der Zündvorrichtung beschränkt sich nicht auf einen einmaligen Zündvorgang am verdampften Gemischt es ist in höchst zweckmäßiger Weise auch möglich, durch mehrmaliges aufeinanderfolgendes Erzeugen eines Zündfunkens die Fremdzündung über längere Zeiträume aufrechtzuerhalten, bis sich die Verbrennung selbst trägt. Dies ist insbesondere bei der Zündung magerer Gemische, wie sie insbesondere bei Kraftfahrzeugen aufgrund verschärfter Abgasbestimmungen und aus Kraftstoffersparnisgründen angestrebt werden, von Bedeutung. Dieselkraftstoff beispielsweise läßt sich mit herkömmlichen Zündeinrichtungen im mageren Gemisch nicht oder nur sehr schwer zünden. By combining such an evaporator element with the one described Spark ignition element can be used to create excellent ignition conditions that are extremely not critical with regard to the type of hydrocarbon used and the ratio Are air hydrocarbon gas. The use of the igniter is limited themselves not on a single ignition process on the vaporized mixture it is in the highest expediently also possible through repeated successive generation of an ignition spark to maintain the spark ignition for longer periods of time until the burn is self-sustaining. This is leaner, especially in the case of ignition Mixtures, such as those in motor vehicles due to stricter emissions regulations and are aimed at for reasons of fuel economy, of importance. Diesel fuel For example, conventional ignition devices can be used in a lean mixture not ignite or only with great difficulty.
In einer weiteren zweckmäßigen Ausgesteltung des Verfahrens kann etwa bei Gemischen, deren Verbrennung sich nicht selbst erhält, zunächst die Zündung durch das Funkenzündelement u.U. mit mehreren aufeinanderfolgenden Funken bewirkt werden und gleichzeitig das Verdampferelement über die Verdampfungstemperatur hinaus auf Zündtemperatur des Gemisches erwärmt werden. Sobald diese erreicht ist, übernimmt das zündtemperaturheiße Verdampferelement die Zündunq. In a further expedient embodiment of the process, In the case of mixtures, for example, the combustion of which is not self-sustaining, ignition is the first step caused by the spark ignition element possibly with several successive sparks and at the same time the evaporator element above the evaporation temperature be heated to the ignition temperature of the mixture. As soon as this is achieved, takes over the ignition temperature hot evaporator element the ignition.
Auf diese Weise läßt sich der Zeitraum vom Beginn des Aufheizens des IIeizelements bis zur Zündung abkürzen; weil eine Zündung bereits möglich ist, bevor das Heizelement des Verdampferelements die Zündtemperatur erreicht hat.In this way, the period from the start of heating of the Shorten the heating element until ignition; because ignition is already possible before the heating element of the evaporator element has reached the ignition temperature.
Claims (10)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19813114958 DE3114958A1 (en) | 1981-04-13 | 1981-04-13 | Appliance and method for igniting hydrocarbons |
Applications Claiming Priority (1)
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DE19813114958 DE3114958A1 (en) | 1981-04-13 | 1981-04-13 | Appliance and method for igniting hydrocarbons |
Publications (2)
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DE3114958A1 true DE3114958A1 (en) | 1982-11-04 |
DE3114958C2 DE3114958C2 (en) | 1990-03-01 |
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ID=6130080
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE19813114958 Granted DE3114958A1 (en) | 1981-04-13 | 1981-04-13 | Appliance and method for igniting hydrocarbons |
Country Status (1)
Country | Link |
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DE (1) | DE3114958A1 (en) |
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- 1981-04-13 DE DE19813114958 patent/DE3114958A1/en active Granted
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Also Published As
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DE3114958C2 (en) | 1990-03-01 |
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