DE4243964A1 - Flammglühkerze - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Flammglühkerze nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine derartige Flammglühkerze, die beispielsweise aus der DE 40 10 093 C1 bekannt ist, wird in Flammstartanlagen als Kaltstarthilfe, beispielsweise zum Vorwärmen der Ansaug­ luft oder Ladeluft von Dieselmotoren, von Methanolmotoren oder Ethanolmotoren verwandt und dient darüber hinaus dazu, während und nach der Startphase die Entwicklung von Rauch im Abgas zu unterdrücken.

Bei bekannten Flammglühkerzen tritt die Flamme nach dem Zünden am axialen Ende des Schutzrohres aus, was den Nach­ teil hat, daß die Flammglühkerzen gegenüber einer zu hohen Luftgeschwindigkeit der vorzuwärmenden Luft empfindlich sind und der Heizstab bei hoher Luftgeschwindigkeit kaltgeblasen werden kann. Das hat zur Folge, daß die Flamme bei hoher Luftgeschwindigkeit oder bei pulsierender Luft oftmals durch einen Flammabriß wegen niedriger Flammausbreitungsgeschwin­ digkeit bei abgemagertem Gemisch verlöscht. Diese Abmagerung der Flamme beruht darauf, daß bei üblichen Flammstartanlagen die zugeführte Kraftstoffmenge nahezu konstant gehalten wird und mit zunehmender Luftzufuhr die Flamme immer mehr abma­ gert, so daß die Flammausbreitungsgeschwindigkeit absinkt, bis die Flamme letztendlich abreißt, wenn die Luftgeschwin­ digkeit höher als die Brenngeschwindigkeit ist.

Wenn bei hoher Luftgeschwindigkeit die Flamme ausgebla­ sen wurde oder wegen eines kaltgeblasenen Heizstabes ausge­ gangen ist, ist es schwierig, die Flammglühkerze wieder zu zünden. Das Kaltblasen des Heizstabes führt im übrigen zu einer schlechten Flammhaltung und einer schlechten Kraft­ stoffaufbereitung.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht daher darin, die Flammglühkerze nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 so auszugestalten, daß sie gegenüber hohen Geschwindigkeiten der zu erwärmenden Luft unempfindlich ist.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die Aus­ bildung gelöst, die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegeben ist.

Bei der erfindungsgemäßen Ausbildung ist der Heizstab durch das Schutzrohr gegen Kaltblasen und gegenüber dem Luftstrom mit gegebenenfalls hoher Luftgeschwindigkeit ge­ schützt, da sein heißester Bereich durch das Schutzrohr gegen Zuluft abgedeckt ist.

Besonders bevorzugte Ausbildungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Glühkerze sind Gegenstand der Patent­ ansprüche 2 bis 9.

Im folgenden wird anhand der zugehörigen Zeichnung ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 eine Teilschnittansicht des Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Flammglühkerze und

Fig. 2 eine Seitenansicht einer herkömmlichen Flamm­ glühkerze.

Wie es in Fig. 2 dargestellt ist, umfaßt eine herkömm­ liche Flammglühkerze ein Gehäuse 1 mit einem Nippel 2, in dem eine nicht dargestellte Kraftstoffdosiereinrichtung angeordnet ist. Ein Heizstab ist koaxial im Gehäuse 1 vor­ gesehen und ein Schutzrohr 4 umgibt den vom Gehäuse 1 vor­ stehenden Teil des Heizstabes, wobei im Schutzrohr 4 Luft­ eintritts- und Flammaustrittsöffnungen 7, 6 vorgesehen sind. Der Heizstab ist am anderen Ende mit einem elektrischen Anschluß 5 verbunden.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Flammglühkerze ist das Schutzrohr 4 am vorderen Ende, d. h. am Ende des Heizstabes 3, geschlossen und im Bereich des geschlossenen Endes mit einer seitlichen Flammaustrittsöffnung 6 versehen. Die Lufteintrittsöffnung 7 und die Flammaustrittsöffnung 6 sind in einem axialen Ab­ stand voneinander angeordnet. Vorzugsweise ist die Flammaus­ trittsöffnung 6 erheblich größer als die Lufteintrittsöff­ nung 7, um eine höhere Flammaustrittgeschwindigkeit zu er­ reichen.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Flammglühkerze bilden sich im Inneren des Gehäuses 1 stromabwärts vom Nippel 2 und im sich an das Gehäuse 1 anschließenden Schutzrohr 4 eine Vorwärmzone 8, in der der Kraftstoff bei einer Temperatur von etwa 280°C verdampft wird, eine Mischzone 9, in der der verdampfte Kraftstoff mit der durch die Lufteintrittsöffnung 7 eintretenden Luft gemischt wird, wobei das Gemisch auf maximal 380°C erwärmt wird, und eine sich daran anschließen­ de Zündzone 10 aus, in der der Heizstab eine Temperatur von mehr als 950°C hat.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Flammglühkerze liegen die Lufteintrittsöffnung 7 und die Flammaustrittsöffnung 6 weit auseinander, so daß eine möglichst vollständige Ver­ mischung von Luft und Kraftstoffdampf erfolgt. Die Flammaus­ trittsöffnung 6 liegt dabei auf der Abluftseite, so daß der Heizstab 3 an seiner heißesten Stelle im Bereich des Flamm­ austritts durch das äußere Schutzrohr 4 vor einem Kaltblasen geschützt ist und deshalb eine gute Flammhaltewirkung er­ zielt wird.

Ein frühes Abreißen der Flamme bei zu niedriger Luftge­ schwindigkeit wird verhindert, die Flamme schlägt infolge der hohen Flammausbreitungsgeschwindigkeit ins Schutzrohr 4 zurück, so daß sie dort auch nicht durch pulsierende Luft auszublasen ist. Die im Schutzrohr 4 brennende Flamme trägt darüber hinaus zu einer besseren Kraftstoffaufbereitung bei.

Vorzugsweise sind im Mischbereich 9 für das Kraftstoff­ dampfluftgemisch konzentrische Rillen auf dem Heizstab 3 vorgesehen und ist das Gehäuse 1 im Verdampfungsbereich 8 mit einem Innengewinde ausgebildet. Diese Ausbildung trägt zu einer Verbesserung der Kraftstoffaufbereitung bei.

Der Heizstab 3 kann aus einem keramischen Material bestehen, in das miteinander verbundene Heiz- und Regelwen­ deln 11, 12 eingebettet sind. Dadurch wird eine Oberflächen­ temperaturverteilung erzielt, die für die Bereiche 8, 9 und 10, d. h. für den Verdampfungsbereich, für den Mischbereich und für den Zündbereich optimal sind. Der Heizstab 3 kann drei Wendeln enthalten, und zwar eine Heizwendel in der Heizstabspitze, eine sich daran anschließende Regelwendel im mittleren Bereich des Heizstabes mit einem stark positiven Temperaturkoeffizienten und einem kontinuierlichen Kennli­ nienverlauf sowie eine zweite sich daran anschließende Re­ gelwendel am Innenpol, die eine sprunghafte Temperaturkenn­ linie hat. Damit lassen sich die für Flammglühkerzen optima­ len Oberflächentemperaturverteilungen besonders günstig erzeugen.

Schließlich können auch mehr als ein Heizstab, bei­ spielsweise drei Heizstäbe, vorgesehen sein, so daß es mög­ lich ist, die Flammglühkerze nach einem schnellen Vorglühen impulsweise mit Stromimpulsen zu versorgen, die sich lücken­ los aneinander schließen, und Heizstufen zu wählen, in denen jeweils eine, zwei oder alle drei Heizstäbe wechselweise mit Strom versorgt werden.

Das oben beschriebene Ausführungsbeispiel der erfin­ dungsgemäßen Flammglühkerze arbeitet im einzelnen wie folgt:

Die Kraftstoffverdampfung beginnt in dem den Heizstab 3 in einem genügenden Abstand umgebenden Gehäuse 1, wobei der Kraftstoffdampf am Gehäuseende austritt und sich dort mit der seitlich durch die Öffnung 7 eintretenden Luft im Schutzrohr 4 zu einem brennfähigen Gemisch mischt. Dabei wird so viel Luft beigemischt, daß eine Dampftemperatur von bis maximal ca. 380°C erreicht wird, so daß eine Verkokung nicht zu befürchten ist. Die Lufteintrittsöffnung 7 soll so zur Verdampferfläche des Heizstabes 3 angeordnet sein, daß die Luft etwa auf den Beginn der Glühzone trifft. Die Luft­ eintrittsöffnung 7 sollte insbesondere soweit gegen die Anströmrichtung der Luft im die zu erwärmende Luft führenden Ansaugrohr verdreht sein, daß sich im Inneren des Schutz­ rohres 4 die Luft drallförmig um den Heizstab 3 zum anderen Ende des Schutzrohres 4, d. h. zur Flammaustrittsöffnung 6, bewegt.

Die Mischung von Luft und Kraftstoffdampf im Schutzrohr 4 wird durch die beispielsweise gewindeähnlichen Rillen auf dem Heizstab 3 und/oder an der Gehäuseinnenwand gefördert. Diese Rillen können steigungslos oder mit einer gleichsinni­ gen oder gegenläufigen Steigung ausgebildet sein, die Kanten sollten zur Wirbelbildung und einer turbulenten Strömung beitragen. Dadurch wird ein besserer insbesondere aufgrund der Unterdrückung der Verkokung gleichmäßiger Ausbrand er­ reicht.

Der Heizstab 3 wirkt als Glühzünder mit einer ungleich­ mäßigen Temperaturverteilung auf seiner Oberfläche, die derart ist, daß am Austrittsende des Gemisches aus dem Schutzrohr 4 die heißeste Stelle liegt, so daß das Gemisch zündet und der Heizstab 3 als Flammhalter wirkt. Auch bei hohen Luftmengen und hohen Luftgeschwindigkeiten im Ansaug­ rohr wird die Flamme nicht ausgeblasen, da sie infolge der hohen Brenngeschwindigkeit ins Schutzrohr 4 zurückschlägt und dort stabil brennt.

Die Austrittsöffnung 6 für die Flamme weist zur Abluft­ seite, d. h. bei einem Motor in Richtung auf den Motor, sie ist vorzugsweise zur Strömungsrichtung der Motoransaugluft leicht verdreht. Eine geringe Unsymmetrie reicht aus, um Koksansatz um die Flammaustrittsöffnung 6 zu unterdrücken. Zur Erzeugung eines zumindest teilweisen Gegenstromes im Bereich der Flammaustrittsöffnung 6 sollte das Schutzrohr 4 an seiner äußeren Oberfläche auf der Windschattenseite un­ symmetrisch mit Abrißkanten für die Wirbelbildung versehen sein. Das kann z. B. durch ein einseitiges Befestigen eines Drahtes am Schutzrohr 4 innerhalb des Kerndurchmessers des Gehäusegewindes erreicht werden.

Das geschlossene Schutzrohr 4 dient auch zum Auffangen von nicht verdampftem Kraftstoff, so daß unverbrannter Kraftstoff bei fehlender Flamme, bei nicht zündfähigem Ge­ misch, bei kaltem oder zu stark abgekühltem Heizelement, bei Undichtigkeiten am Kraftstoffabsperrventil, beispielsweise bei einem Leck bei Druckstößen auf der Kraftstoffleitung nicht direkt austreten kann. Dadurch werden auch ungleichmä­ ßige Kraftstofförderungen, Dampfblasenbildungen und schnelle Veränderungen der Luftmenge, verzögerte Anpassungen der Kraftstoffmenge und der Glühelementheizung ausgeglichen.

Das Mischrohr 4 verhindert ein Kaltblasen des Heizsta­ bes 3 im heißen Bereich am Austrittsende des Gemisches und ist nur auf der Windschattenseite mit einer Flammaustritts­ öffnung 6 versehen.

Durch diese Ausbildung wird somit erreicht, daß die Flamme im Schutzrohr 4 brennt, ohne ausgeblasen zu werden, daß aufgrund der weit voneinander entfernten Anordnung der Lufteintrittsöffnung 7 und der Flammaustrittsöffnung 6 da­ zwischen Luft und Kraftstoffdampf in angemessener Weise gemischt werden können und eine Zündung erfolgt, daß nicht verdampfbarer Kraftstoff am geschlossenen Ende des Schutz­ rohres 4 aufgefangen wird und dort verdampft, daß durch unsymmetrisches Anströmen von der Lufteinströmöffnung 7 eine Drallbewegung der Zuluft um den Heizstab 3 bewirkt wird, daß durch eine turbulente Strömung im Windschatten des Schutz­ rohres 4 Verkokungsansätze vermieden werden, was z. B. durch zusätzliche unsymmetrisch angebrachte Strömungshindernisse erreicht werden kann, daß ein Abreißen der Flamme bei zu hohen Luftgeschwindigkeiten verhindert wird und daß zur Unterstützung eines zusätzlichen Luft- und Dampfgemisch­ dralls innerhalb des Schutzrohres 4 Rillen, Gewinderillen auf dem Heizstab 3 und/oder an der Gehäuseinnenwand mit beispielsweise scharfen Kanten für die Wirbelbindung vor­ gesehen sind. Das geschlossene Ende des Schutzrohres kann in Form eines Rundbodens gem. Fig. 1 oder z. B. eines Topfbo­ dens, eines Kegelzylinders usw. ausgebildet sein, wobei das Heizelement bis in den Anfangsbereich des in dieser Weise geformten geschlossenen Endes des Schutzrohres ragen kann. Ein Labyrinth, wie es in dem GM 71 33 65 beschrieben ist, kann zur besseren Kraftstoffaufbereitung vorgesehen sein. Die Austrittsöffnung 6 für die Flamme sollte insbesondere mehrfach größer als die Eintrittsöffnung 7 sein, um die Gasaustrittsgeschwindigkeit abzusenken.

Claims (9)

1. Flammglühkerze mit einem Gehäuse, das einen An­ schlußnippel aufweist, in dem eine Kraftstoffdosiereinrich­ tung angeordnet ist, einem Heizstab, der koaxial im Gehäuse angeordnet ist, und einem Schutzrohr, das den vom Gehäuse vorstehenden Teil des Heizstabes umgibt und mit wenigstens einer Lufteintrittsöffnung versehen ist, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Schutzrohr (4) am Heizstabende geschlossen und mit einer seitlichen Flammaustrittsöffnung (6) versehen ist.

2. Flammglühkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Lufteintritts- und die Flammaustrittsöffnungen (6, 7) axial im Abstand voneinander vorgesehen sind.

3. Flammglühkerze nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Flammaustrittsöffnung (6) auf der Abluftseite der Flammglühkerze angeordnet ist.

4. Flammglühkerze nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1) im Kraft­ stoffverdampfungsbereich (8) mit einem Innengewinde versehen ist und daß auf dem Heizstab (3) im Luftkraftstoffmischbe­ reich (9) Rillen ausgebildet sind.

5. Flammglühkerze nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizstab (3) aus einem Keramikmaterial besteht, in das miteinander verbundene Heiz- und Regelwendeln (11, 12) eingebettet sind.

6. Flammglühkerze nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, daß der Heizstab (3) im Glührohr eine Heizwendel an der Heizstabspitze, eine Regelwendel, die sich daran anschließt und einen positiven Temperaturkoeffizienten hat, und eine zweite Regelwendel umfaßt, die zum Innenpol geht und eine sprungförmige Temperaturkennlinie hat.

7. Flammglühkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß das geschlossene Ende des Schutzrohres als Rundbo­ den, Topfboden oder Kegelzylinder ausgebildet ist.

8. Flammglühkerze nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, daß das Heizstabende in den Boden des geschlossenen Endes des Schutzrohres ragt.

9. Flammglühkerze nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Flammaustrittsöffnung (6) erheblich größer als die Lufteintrittsöffnung (7) ist.