Испарительная горелка, способ ее очистки и способ контролирования подачи топлива в нее
Изобретение относится к испарительной горелке, применяемой, например, в отопительных приборах автомобилей. Испарительная горелка содержит испарительную среду для подачи паров топлива в камеру сгорания, первое нагревательное устройство, содержащее, по меньшей мере, один элемент калильного зажигания, расположенный, по меньшей мере, своей зоной нагревания в камере сгорания для воспламенения находящихся в камере сгорания паров топлива, второе нагревательное устройство, содержащее, по меньшей мере, один нагревательный элемент для испарения, для влияния на характеристики испарения испарительной среды, причем испарительная среда предусмотрена на носителе испарительной среды на одной его стороне, обращенной к камере сгорания, при этом, по меньшей мере, один нагревательный элемент для испарения расположен со стороны носителя испарительной среды, противоположной испарительной среде. В испарительной горелке предусмотрена система каналов подачи топлива для подвода жидкого топлива в испарительную среду, которая имеет, по меньшей мере, одну кольцевую зону каналов и/или, по меньшей мере, одну радиальную зону канала, отходящую по существу радиально от канала подачи топлива, в испарительной среде и/или в носителе испарительной среды. По меньшей мере, один нагревательный элемент для испарения и испарительная среда предусмотрены на носителе испарительной среды, выполненном из керамического материала. Испарительная среда содержит предпочтительно расположенный несколькими слоями пористый материал. Испарительная горелка содержит систему очистки для удаления образующихся в зоне камеры сгорания в режиме сгорания отложений. Система очистки содержит нагревательную систему, с помощью которой обеспечивается создание в зоне камеры сгорания температуры, лежащей в диапазоне температуры сжигания отложений или выше его. Испарительная горелка снабжена устройством управления, с помощью которого обеспечивается возможность регулирования нагревательной мощности, по меньшей мере, нагревательного элемента, при этом контрольный модуль контролирует нагревательную мощность и/или необходимую нагревательную мощность нагревательного элемента и на основании результата контроля распознает наличие испарения топлива. Изобретение позволяет обеспечить быстрое дожигание рабочей фазы с высокой нагревательной мощностью. 3 н. и 24 з.п. ф-лы, 16 ил.
Изобретение относится к испарительной горелке, которая применяется, например, в отопительных приборах в автомобилях.
В WO 98/49494 раскрыта испарительная горелка, в которой в зоне дна камеры сгорания расположена пористая испарительная среда, например нетканый материал. В эту пористую испарительную среду направляют жидкое топливо для его распределения в пористой испарительной среде за счет капиллярного эффекта. На обращенной к камере сгорания стороне топливо испаряется, так что в зоне камеры сгорания за счет скопления паров топлива и воздуха для горения топлива образуется воспламеняемая, соответственно, горючая смесь. Кроме того, предусмотрено нагревательное устройство, которое содержит выступающий в зону камеры сгорания штифт калильного зажигания. За счет нагревания штифта калильного зажигания в его окружении создается настолько высокая температура, что находящаяся в его окружении горючая смесь воспламеняется, и после этого горение распространяется в зону камеры сгорания.
Кроме того, из DE 3233319 А1 известна испарительная горелка, в которой в зоне дна камеры сгорания снова предусмотрена пористая среда для распределения и испарения топлива. На обращенной к камере сгорания стороне пористой среды предусмотрено нагревательное устройство в виде нагревательной спирали, которая при пропускании через нее тока может создавать в зоне пористой среды необходимую для воспламенения температуру, которая находится в диапазоне примерно 1100°С.
Такие известные из уровня техники испарительные горелки имеют тот недостаток, что они для достижения высокой нагревательной мощности требуют относительно много времени, которое значительно больше, чем время, необходимое, например, для горелок с механической форсункой, горелок с воздушной форсункой или горелок с ультразвуковой форсункой. Существенная причина этого состоит в том, что из возникающего при воспламенении пламени отбирается также энергия для испарения топлива, что, в частности, при низких внешних температурах и большой массе деталей с относительно хорошей теплопроводностью препятствует быстрому распространению пламени в камере сгорания. Этот недостаток испарительных горелок, представляющих интерес как раз вследствие их дешевой конструкции, проявляется меньше при их применении, например, в отоплении при неработающем двигателе. В этом случае быстрое создание относительно высокой температуры не является главной задачей. Однако совсем другое дело, когда такая горелка используется в качестве дополнительного нагревательного устройства, которое действует, в частности, при запуске холодного двигателя при низкой окружающей температуре. В этом случае необходимо за очень короткое время обеспечить очень высокую нагревательную мощность дополнительного нагревательного устройства, для того чтобы в фазе запуска сократить прежде всего выброс вредных веществ подогреваемого таким образом приводного агрегата.
Задачей данного изобретения является создание испарительной горелки, в которой обеспечивается быстрое достижение рабочей фазы с высокой нагревательной мощностью.
Согласно данному изобретению для решения этой задачи предусмотрена испарительная горелка, содержащая испарительную среду для подачи паров топлива в камеру сгорания, первое нагревательное устройство, содержащее, по меньшей мере, один элемент калильного зажигания, расположенный, по меньшей мере, своей зоной нагревания в камере сгорания для воспламенения находящихся в камере сгорания паров топлива, второе нагревательное устройство, содержащее, по меньшей мере, один нагревательный элемент для испарения, для влияния на характеристики испарения испарительной среды, причем испарительная среда предусмотрена на носителе испарительной среды на одной его стороне, обращенной к камере сгорания, при этом, по меньшей мере, один нагревательный элемент для испарения расположен со стороны носителя испарительной среды, противоположной испарительной среде.
Данное изобретение устраняет присущий уровню техники недостаток за счет того, что оно имеет для воспламенения, с одной стороны, и для испарения подаваемого жидкого топлива, с другой стороны, соответствующие отдельные нагревательные устройства. Они могут быть оптимально согласованы с предъявляемыми к ним требованиями относительно создаваемых температур и необходимой для этого нагревательной мощности. За счет предварительного нагревания подлежащего испарению топлива увеличивается скорость испарения, при этом одновременно предотвращается отвод тепловой энергии из находящегося в фазе распространения пламени. Распространение пламени в начальной фазе такой испарительной горелки происходит значительно быстрее, так что режим полной нагрузки также достигается значительно скорее, чем с помощью известных из уровня техники испарительных горелок.
Для того чтобы, по меньшей мере, один нагревательный элемент для испарения, который используется только для предварительного нагревания подлежащего испарению топлива, не подвергать воздействию имеющихся в камере сгорания относительно высоких температур, может быть предусмотрено, что, по меньшей мере, один нагревательный элемент для испарения расположен со стороны испарительной среды, противоположной камере сгорания. Это обеспечивается, например, тем, что испарительная среда предусмотрена на носителе испарительной среды, и, что по меньшей мере, один нагревательный элемент для испарения расположен между испарительной средой и носителем испарительной среды.
В испарительной горелке, согласно изобретению, предпочтительно предусмотрена дополнительно система каналов подачи топлива для подвода жидкого топлива в испарительную среду. Для обеспечения приблизительно стабильной характеристики горения во всей камере сгорания предлагается выполнять систему каналов подачи топлива для распределения жидкого топлива в испарительной среде.
Это может быть обеспечено, например, тем, что система каналов подачи топлива имеет, по меньшей мере, одну кольцевую зону канала и/или, по меньшей мере, одну радиальную зону канала, отходящую по существу радиально от канала подачи топлива, в испарительной среде и/или в носителе испарительной среды.
Кроме того, в испарительной горелке, согласно изобретению, предпочтительно предусмотрена система каналов подвода воздуха для подачи в камеру сгорания воздуха, подлежащего сгоранию с парами. Для этого может быть, например, предусмотрено, что система каналов подвода воздуха имеет в стенке, ограничивающей камеру сгорания, по меньшей мере, одно открытое в камеру сгорания отверстие для впуска воздуха.
Для того чтобы вместе с выходящими из испарительной среды парами топлива одновременно подавать необходимый для воспламенения воздух в те зоны пространства, в которых происходит воспламенение, предлагается, что система каналов подвода воздуха имеет, по меньшей мере, одно открытое в сторону испарительной среды отверстие для впуска воздуха. Для этого может быть дополнительно предусмотрено, что система каналов подвода воздуха имеет, по меньшей мере, одну зону отверстий подвода воздуха, проходящую через испарительную среду.
Поскольку существенным параметром, влияющим на быстрое распространение пламени, является отвод тепла, возникающего в зоне испарительной горелки, то можно, согласно другому предпочтительному аспекту данного изобретения, обеспечить более высокую тепловую изоляцию и тем самым дополнительное ускорение распространения пламени за счет того, что предусмотрены, по меньшей мере, один нагревательный элемент для испарения и испарительная среда на выполненном из керамического материала носителе испарительной среды.
Испарительная среда может содержать пористый материал, который для обеспечения возможно быстрого распространения жидкого топлива в самой испарительной среде и затем для испарения распределенного жидкого топлива может быть предпочтительно выполнен многослойным. Для этого можно использовать, например, нетканый материал.
Общей проблемой, которая возникает при работе испарительных горелок, является, с одной стороны, требуемая большая изменяемость мощности горелки. В данном случае необходимо выдержать, например, соотношение максимальной мощности горелки к минимальной, равное, по меньшей мере, 4:1. С другой стороны, такие испарительные горелки должны работать с различным топливом, соответственно, с топливом различного качества. Необходимо, например, обеспечивать работу как с обычным дизельным топливом, так и, естественно, с зимним дизельным топливом и арктическим дизельным топливом. Кроме того, все большее значение приобретают местные виды топлива, как например, изготовленное из рапсового масла биологическое дизельное топливо, а также в целом полученные посредством переэтирефикации масел виды топлива метилового сложного эфира кислот жирного ряда. Следствием применения часто не специфицированного топлива, в частности, в соединении с большой изменяемостью мощностью горелки, является опасность возникновения при сгорании отложений в тех зонах, в которых происходит сгорание, т.е. в частности, в зоне камеры сгорания, соответственно, в тех зонах, где происходит испарение в основном жидкого топлива. Причиной этому является среди прочего то, что испарение не всегда происходит при оптимальных условиях, как например, оптимальной температуре испарения и оптимальной подаче кислорода. Образование отложений, которые обычно являются пригодными к регенерации, то есть горючими отложениями, вызывает ухудшение рабочих характеристик такой испарительной горелки, за счет чего ограничивается также максимальный срок службы.
Согласно другому аспекту данного изобретения испарительная горелка предпочтительно имеет систему очистки для удаления отложений, образующихся в зоне камеры сгорания в режиме сгорания отложений.
За счет наличия системы очистки обеспечивается удаление отложений и, соответственно, загрязнений, оседающих в зоне камеры сгорания, так что испарительная горелка может снова работать с повышенной эффективностью.
Поскольку образующиеся при сгорании отложения, как указывалось выше, обычно сами являются горючими, то, согласно другому аспекту данного изобретения, может быть предусмотрено, что система очистки содержит нагревательную систему, с помощью которой создается в зоне камеры сгорания температура, лежащая в диапазоне температуры сгорания отложений или превышающая ее.
Поскольку, как указывалось выше, критической с точки зрения возникновения отложений является прежде всего зона, в которой происходит испарение, то, согласно другому аспекту данного изобретения, предпочтительно должно быть предусмотрено, что нагревательная система для создания температуры, лежащей в диапазоне температуры сгорания отложений или выше его, выполнена, по меньшей мере, в зоне испарительной среды.
Особенно тогда, когда для испарительной среды предусмотрено собственное второе нагревательное устройство, может быть, согласно другому аспекту данного изобретения, предусмотрено, что это второе нагревательное устройство образует также используемую для очистки нагревательную систему. В этом случае, в зависимости от того, выполняется ли нормальный режим испарения или режим сжигания для очистки, это нагревательное устройство может работать с разной нагревательной мощностью для создания в соответствии с этим различных температур, подходящих для различных фаз работы.
Для обеспечения возможности определения с большой точностью правильного снабжения испарительной горелки топливом, она может, согласно другому аспекту данного изобретения, иметь устройство управления, с помощью которого можно регулировать нагревательную мощность, по меньшей мере, нагревательного элемента, при этом контрольный модуль контролирует нагревательную мощность и/или необходимую нагревательную мощность и на основании результата контроля распознает наличие испарения топлива.
При этом в данном изобретении используется то, что при испарении топлива вследствие необходимой для испарения и отбираемой из окружения энергии при переходе из состояния, в котором нет испарения, в состояние, в котором происходит испарение, для сохранения одинаковой температуры необходимо увеличивать мощность нагревательного элемента, способствующего испарению. В противном случае происходило бы охлаждение той зоны, в которой происходит испарение. Это изменение характеристики управления, соответственно, необходимой характеристики управления используется в данном изобретении для определения момента перехода в состояние испарения.
Кроме того, согласно данному изобретению, может быть предусмотрено, что нагревательный элемент для испарения содержит электрический нагревательный элемент, электрическое сопротивление которого увеличивается с повышением температуры.
Согласно другому аспекту данное изобретение относится к способу очистки нагревательной горелки, в частности испарительной горелки, в котором за счет активирования, предусмотренной для поддержки испарения топлива электрически возбуждаемой нагревательной системы нагревают отложения на окружающей камеру сгорания стенке до температуры в диапазоне температур сжигания отложений или превышающей ее и при этом сжигают их.
В этом случае предпочтительно предусмотрено, что способ очистки осуществляют тогда, когда нагревательная горелка не находится в рабочем состоянии нагревания. Поскольку в нормальном рабочем нагревательном режиме за счет взаимодействия различных компонентов системы обеспечивается то, что топливо и кислород подаются в подходящем для сгорания соотношении, то эта мера, согласно изобретению, обеспечивает, что за счет происходящего в рабочем нагревательном режиме сгорания кислород, который сам по себе необходим для нормального сгорания впрыскиваемого, соответственно, испаряемого топлива, используется для сжигания отложений и поэтому был бы недостаточен для сгорания. Тем самым предотвращается отрицательное воздействие на нормальный режим работы.
Согласно данному изобретению предпочтительно предусмотрено, что способ очистки выполняют после фазы рабочего состояния нагревания нагревательной горелки. Эта мера обеспечивает то преимущество, что после нормального рабочего нагревательного режима различные компоненты системы уже нагреты, так что необходимая для сжигания загрязнений, соответственно, отложений нагревательная мощность может быть соответственно уменьшена.
Для обеспечения возможно меньшего ухудшения рабочих характеристик нагревательной горелки также в течение длительного срока службы вследствие образующихся отложений, может быть дополнительно предусмотрено, что способ выполняют после заданной длительности работы нагревательной горелки. При этом контролируют, как долго работало нагревательное устройство после последней очистки. При достижении определенного количества рабочих часов снова выполняют способ очистки, согласно данному изобретению.
При выполнении этого способа очистки осуществляют управление нагревательной системой для обеспечения импульсного режима работы с импульсным отношением менее 1. Благодаря этому обеспечивается то преимущество, что за счет импульсного управления нагревательной системой можно простым образом регулировать нагревательную мощность вне зависимости от имеющегося напряжения электропитания, соответственно, без существенного ограничения со стороны напряжения.
При работе испарительных горелок важно знать, правильно ли работает подающее топливо в камеру сгорания дозирующее насосное устройство, соответственно, имеется ли в испарительной горелке топливо, для того чтобы правильно запускать, соответственно, осуществлять сгорание. Для этого известен, например, из DE 19859319 А1 способ, в котором контролируют ток возбуждения в дозирующем насосе и на основе оценки проходящего через дозирующий насос электрического тока делают вывод, работает ли он правильно или нет. Однако при этом трудно распознать также неисправности, которые возникают не в самом дозирующем насосе, а только в зоне соединения между дозирующим насосом и камерой сгорания. Кроме того, этот процесс контролирования является очень сложным из-за возникающих при изготовлении дозирующих насосов больших допусков и его можно использовать с относительно невысокой точностью.
Кроме того, данное изобретение относится к способу контролирования подвода топлива в испарительную горелку, при этом этот способ можно применять, в частности, для испарительной горелки, согласно данному изобретению. Эта испарительная горелка содержит предусмотренную для поддержки испарения топлива электрически возбуждаемую нагревательную систему. В этом способе по нагревательной мощности и/или изменению нагревательной мощности нагревательного элемента определяют, происходит ли испарение топлива в камере сгорания испарительной горелки.
При этом, например, на основе увеличивающейся во время работы нагревательного элемента нагревательной мощности и/или необходимой более высокой нагревательной мощности определяют наличие испарения топлива.
Поскольку, в частности, при запуске испарительной горелки важно знать, когда имеется испаренное топливо, для того чтобы затем инициировать последующие процессы, согласно другому аспекту данного изобретения, предлагается в процессе зажигания испарительной горелки обеспечивать работу нагревательного элемента в первой фазе работы с более высокой нагревательной мощностью, предпочтительно находящейся в диапазоне максимальной нагревательной мощности, в следующей второй рабочей фазе нагревательный элемент должен работать с уменьшенной, предпочтительно, уменьшающейся нагревательной мощностью и в следующей, третьей рабочей фазе нагревательного устройства - снова с повышенной, предпочтительно, увеличивающейся нагревательной мощностью, при этом при переходе в третью рабочую фазу или после него распознают наличие испарения топлива. При этом может быть дополнительно предусмотрено, что когда распознают наличие испарения топлива, то активируют элемент калильного зажигания, поддерживающий воспламенение испаренного топлива.
Предпочтительным является то, что в рабочей фазе, в которой останавливают режим горения испарительной горелки, активируют или оставляют в активированном состоянии нагревательный элемент, и по уменьшению нагревательной мощности распознают окончание процесса испарения топлива.
Когда испарительная горелка выключается, например, за счет выключения поддерживающего сгорание элемента калильного зажигания и отключения подачи топлива, предпочтительно обеспечить полное удаление из испарительной горелки еще содержащихся остатков топлива. Это можно обеспечить предпочтительно тем, что приводится в действие поддерживающее испарение второе нагревательное устройство и испаряется еще имеющееся топливо. На основе указанного выше физического эффекта, заключающегося в том, что для обеспечения испарения топлива необходима энергия, которая поставляется за счет соответствующего возбуждения соответствующего нагревательного устройства, согласно данному изобретению, может быть дополнительно предусмотрено, что когда нагревательная мощность или необходимая мощность поддерживающего испарение нагревательного элемента уменьшается, то распознают отсутствие топлива для испарения. Основанием для этого является то, что в случае отсутствия топлива больше не требуется подводить необходимое для испарения тепло, так что для сохранения заданной температуры можно уменьшить нагревательную мощность, обеспечиваемую соответствующим нагревательным устройством. Это уменьшение нагревательной мощности, соответственно, необходимой нагревательной мощности можно использовать в качестве критерия для принятия решения.
Ниже приводится подробное описание данного изобретения на примере предпочтительных вариантов выполнения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено:
фиг.1 - основные компоненты испарительной горелки, согласно первому варианту выполнения данного изобретения, в разнесенной изометрической проекции;
фиг.2 - продольный разрез представленной на фиг.1 испарительной горелки;
фиг.3 - узлы, содержащие различные нагревательные устройства, представленной на фиг.1 испарительной горелки в сборе;
фиг.4 - альтернативный вариант выполнения узлов, содержащих оба нагревательных устройства, представленной на фиг.1 испарительной горелки в разнесенной изометрической проекции;
фиг.5 - представленный на фиг.4 узел в сборе;
фиг.6 - основные компоненты испарительной горелки, согласно альтернативному варианту выполнения данного изобретения, в разнесенной изометрической проекции;
фиг.7 - продольный разрез представленной на фиг.6 испарительной горелки в плоскости, не содержащей продольную среднюю ось испарительной горелки;
фиг.8 - продольный разрез представленной на фиг.6 испарительной горелки в плоскости, содержащей продольную среднюю ось испарительной горелки;
фиг.9 - узел, содержащий различные нагревательные устройства, представленной на фиг.6 испарительной горелки в сборе;
фиг.10 - оба нагревательных устройства, используемые в представленной на фиг.6 испарительной горелки;
фиг.11 - альтернативный вариант выполнения нагревательного устройства, используемого для испарения и распределения топлива;
фиг.12 - альтернативный вариант выполнения узла, содержащего оба нагревательных устройства, представленной на фиг.6 испарительной горелки в разнесенной изометрической проекции;
фиг.13 - альтернативный вариант выполнения узла, содержащего оба нагревательных устройства и испарительную среду, в разнесенной изометрической проекции;
Фиг.14 - предусмотренный в варианте выполнения, согласно фиг.13, носитель испарительной среды;
фиг.15 - разрез узла, представленного на фиг.13 и 14;
фиг.16 - модификациия узла, представленного на фиг.13-15, в изометрической проекции на виде сзади.
На фиг.1-5 представлен первый вариант выполнения испарительной горелки 10 согласно изобретению. Испарительная горелка 10 содержит изображенный лишь частично корпус 12 подачи воздуха, а также соединенный с ним с использованием промежуточного уплотнительного элемента 14 или т.п. корпус 16 горелки, задающий по существу продольную среднюю ось L испарительной горелки 10. Как схематично представлено на фиг.2 с помощью стрелок Р1, в зону 18 корпуса 12 подачи воздуха подводится необходимый для сгорания воздух. Образующиеся при сгорании газы, как обозначено стрелками Р2, отводятся из зоны испарительной горелки 10 через зону 20 отвода корпуса 12 подвода воздуха. Подробное описание относящегося к изобретению подвода необходимого для сгорания воздуха и, соответственно, отвода продуктов сгорания будет приведено ниже. А в целом следует указать, что подвод необходимого для сгорания воздуха и, соответственно, отвод возникающих при сгорании газов могут выполняться обычным образом.
В корпусе 16 горелки предусмотрена проходящая вдоль продольной средней оси L испарительной горелки 10 жаровая труба 22. Жаровая труба 22, аналогично корпусу 16 горелки, в своей осевой открытой зоне закреплена на корпусе 12 подвода воздуха, а именно на его передней пластине 24. В своей удаленной от пластины 24 корпуса концевой зоне 26 жаровая труба 22 открыта в осевом направлении, так что, как обозначено стрелкой Р3, образующиеся при сгорании газы могут проходить через кольцевое пространство 28, образованное между жаровой трубой 22 и корпусом 16 горелки. Пластина 24 корпуса имеет в своей нижней зоне продолговатое, приблизительно на 180° изогнутое выпускное отверстие 30. Жаровая труба 22 расположена на пластине 24 корпуса так, что выпускное отверстие 30 находится вне окруженной жаровой трубой зоны пространства и тем самым создает связь между кольцевым пространством 28 и зоной 20 отвода корпуса 12 подвода воздуха.
В охваченной жаровой трубой 22 зоне пространства на той же стороне, что и жаровая труба 22, на пластине 24 корпуса расположен выполненный в форме горшка носитель 32 испарительной среды. В охваченной носителем 32 испарительной среды пространственной зоне расположена испарительная среда, обозначенная в целом позицией 34, которая в представленном примере содержит два слоя 36, 38 нетканого материала. При этом слой 36 нетканого материала выполнен, например, с более тонкой пористой структурой, чем слой 38 нетканого материала. К по существу цилиндрической зоне 40 стенки носителя 32 испарительной среды примыкает выполненная кольцеобразной, например, из листовой стали, часть 42 стенки камеры сгорания. Она имеет в своей удаленной от носителя 32 испарительной среды концевой зоне кольцеобразную факельную заслонку 44 с центральным сквозным отверстием.
Как представлено прежде всего на фиг.1, на пластине 24 корпуса предусмотрено несколько продолговатых и изогнутых отверстий 46 подвода воздуха. Отверстия 46 подвода воздуха расположены относительно продольной средней оси L в радиальной зоне между жаровой трубой 22 и носителем 32 испарительной среды. Как обозначено на фиг.2 стрелкой P1, необходимый для сгорания воздух может входить через эти отверстия 46 подвода воздуха в кольцевое пространство 48, которое образовано между жаровой трубой 22 и носителем 32 испарительной среды, а также примыкающей к носителю 32 испарительной среды зоной части 42 стенки камеры сгорания. Это кольцевое пространство 48 закрыто в осевом направлении расширяющимся контуром части 42 стенки камеры сгорания, которая затем примыкает к внутренней окружности жаровой трубы 22. В своей примыкающей к носителю 32 испарительной среды, выполненной приблизительно цилиндрической зоне часть 42 стенки камеры сгорания имеет множество следующих друг за другом в периферийном направлении и расположенных, например, со сдвигом в осевом направлении отверстий 50 для прохода воздуха. Поступающий через отверстия 46 подвода воздуха в кольцевое пространство 48 воздух может тем самым через эти отверстия 50 для прохода воздуха поступать в охваченную частью 42 стенки камеры сгорания камеру 52 сгорания в зоне, которая находится вблизи поверхности испарительной среды 34.
В центральной, т.е. ближней к продольной средней оси L зоне, зона 54 дна носителя 32 испарительной среды имеет отверстие, в котором заканчивается канал (56) подачи топлива, выполненный в виде магистрали подачи топлива. Канал 56 подачи топлива заканчивается перед испарительной средой 34, т.е. перед ближним к зоне 54 дна слоем 36 нетканого материала. Таким образом, подаваемое через топливную магистраль топливо поступает в этой центральной зоне в слой 36 нетканого материала. Для обеспечения равномерного распределения по всей радиальной зоне может быть, с одной стороны, предусмотрен между обоими слоями 36, 38 нетканого материала дискообразный отклоняющий элемент 58, который исключает непосредственно осевой вход топлива из слоя 36 нетканого материала в слой 38 нетканого материала в ближней к продольной средней оси L зоне. Таким образом, обеспечивается принудительное отклонение в радиальном направлении наружу. Для дополнительной поддержки этого потока в радиальном направлении наружу могут быть предусмотрены, как представлено на фиг.1, в зоне 54 дна носителя 32 испарительной среды проходящие радиально наружу, выполненные в виде канавок каналы 60, так что в данном случае имеются дополнительные пути для потока в радиальном направлении наружу в обход слоя 36 нетканого материала.
На расстоянии в радиальном направлении от продольной средней оси L в пластине 24 корпуса, в зоне 54 дна носителя 32 испарительной среды и в обоих слоях 36, 38 нетканого материала предусмотрены отверстия 62, 64, 66, 68. Через них проходит элемент 70 калильного зажигания, выполненный в виде штифта калильного зажигания, так что он своей предназначенной для создания температуры зажигания концевой зоной входит в камеру 52 сгорания.
В зоне 54 дна носителя 32 испарительной среды на противоположной испарительной среде 34 стороне в углубленной зоне 88 предусмотрен нагревательный элемент 72 для испарения, содержащий, например, нагревательный провод. Понятно, что как элемент 70 калильного зажигания, выполненный в виде штифта калильного зажигания, так и нагревательный элемент 72 для испарения снабжаются электрической энергией для их нагревания посредством соответствующего контактирования.
Таким образом, описанная выше применительно к фиг.1-3 конструкция испарительной горелки 10 имеет два выполненных отдельно друг от друга, а также работающих независимо друг от друга нагревательных устройства. Первое из них содержит элемент 70 калильного зажигания, выполненный в виде штифта калильного зажигания, в то время как второе нагревательное устройство содержит нагревательный элемент 72 для испарения. Для обеспечения с помощью такой испарительной горелки 10, согласно изобретению, в возможно короткое время максимальной нагревательной мощности, т.е. обеспечения в камере 52 сгорания в возможно короткое время состояния полного сгорания, испарительная горелка 10 может работать, в частности, в состоянии запуска так, что за счет пропускания электрического тока через нагревательный элемент 72 для испарения нагревается носитель 32 испарительной среды и тем самым находящаяся на нем испарительная среда 34. При этом можно выполнять нагревание до температуры в порядке 400°С, так что обеспечивается значительное повышение скорости испарения распределенного вследствие капиллярного эффекта в испарительной среде 34 топлива. За счет подачи электрического тока на штифт калильного зажигания обеспечивается температура в его окружении около 1100°С, которая достаточна для воспламенения смеси, образованной, с одной стороны, за счет испарения топлива и, с другой стороны, за счет подачи необходимого для сгорания воздуха, в зоне камеры 52 сгорания, в частности, в ближней к испарительной среде 34 зоне. Поскольку из возникшего при воспламенении пламени не должно отбираться тепло для дальнейшего испарения топлива, то необходимое для испарения тепло подводится по существу нагревательным элементом 72 для испарения, и поскольку за счет усиленного испарения топлива имеется хорошо воспламеняющаяся смесь, распределенная по всей зоне камеры 52 сгорания, то обеспечивается очень хорошее распространение пламени во всей зоне камеры сгорания. А это означает, что на основе очень быстрого развития максимального сгорания в камере 52 сгорания вся испарительная горелка 10 очень быстро переходит в рабочее состояние максимальной нагревательной мощности.
Было установлено, что для нагревательного элемента 72 для испарений предпочтительной является электрическая мощность около 100 Вт для обеспечения предпочтительной для испарения температуры до около 400°С. Для воспламенения в зоне штифта калильного зажигания предпочтительна электрическая мощность в диапазоне около 60 Вт для обеспечения там температуры 1100°С.
Управление обоими нагревательными устройствами, т.е. элементом 70 калильного зажигания, выполненным в виде штифта калильного зажигания, соответственно, нагревательным элементом 72 для испарения, можно выполнять в соответствии с рабочим состоянием, соответственно, внешними параметрами. Так например, при очень низких окружающих температурах в зоне нагревательного элемента 72 для испарения необходима большая нагревательная мощность. Если испарительная горелка 10 должна работать в режиме нагревания при неработающем двигателе, т.е. в рабочем режиме, в котором очень быстрое распространение пламени не является необходимым, то от возбуждения нагревательного элемента 72 для испарения можно полностью отказаться, что способствует экономии электрической энергии. Распознавание того, должна ли работать испарительная горелка 10 в режиме нагревания при неработающем двигателе или в режиме дополнительного нагревания, может обеспечиваться, например, на основе различных имеющихся в системе управления автомобиля сигналов, как например, сигнала, выдаваемого генератором, который выдается только тогда, когда работает приводной агрегат, т.е. двигатель внутреннего сгорания.
Другим существенным аспектом для обеспечения быстрого распространения пламени является теплоизоляция нагревающихся при сгорании деталей. Поэтому предпочтительно изготавливать, например, представленный в варианте выполнения по фиг.1-3 носитель 32 испарительной среды из хорошо теплоизолирующего материала, как например, керамического материала. Поскольку, как представлено, в частности, на фиг.2 и 3, предусмотренный на задней стороне зоны 54 дна нагревательный элемент 72 для испарения расположен в зоне 88 уменьшенной толщины стенки зоны 54 дна, то в этой зоне все же обеспечивается относительно хорошая передача тепла в испарительную среду 34. Естественно, можно также выполнять часть 42 стенки камеры сгорания из керамического материала, соответственно, выполнять ее при необходимости как единое целое с носителем 32 испарительной среды. В качестве альтернативного решения часть 42 стенки камеры сгорания можно выполнять, например, как часть точного литья или как часть из стального листа. Можно также предусмотреть испарительный нагревательный элемент на носителе 32 испарительной среды на той стороне, на которой находится также слой 36 нетканого материала, т.е. испарительная среда. Таким образом, обеспечивается очень хороший тепловой контакт.
Модификация представленного на фиг.1-3 варианта выполнения, в частности, в зоне носителя 32 испарительной среды, представлена на фиг.4 и 5. Можно видеть, что в зоне 40 стенки выполненного в форме горшка носителя 32 испарительной среды предусмотрено множество распределенных в периферийном направлении отверстий 74 для прохода воздуха. Таким образом, они находятся в осевой зоне, которая закрыта испарительной средой 34. Отверстия 74 для прохода воздуха своими радиально внутренними зонами входят в испарительную среду 34. Таким образом, подводимый через отверстия 74 для прохода воздуха из кольцевого пространства 48 необходимый для сгорания воздух проходит сначала через испарительную среду 34, нагревается там вместе со скопившимся в испарительной среде 34 топливом и затем выходит из испарительной среды 34 вместе с испарившимся топливом в камеру 52 сгорания. Тем самым обеспечивается создание легко воспламеняющейся смеси из испаренного топлива и необходимого для сгорания воздуха, так что, согласно предпочтительному варианту выполнения, отверстия 74 для прохода воздуха служат для подачи воздуха, необходимого для зажигания. Используемый, соответственно необходимый, затем в нормальном состоянии сгорания воздух подается главным образом через имеющиеся упомянутые отверстия 50 для прохода воздуха. Тем не менее следует указать на то, что при соответствующих размерах и количестве отверстий 74 для прохода воздуха, которые подают воздух непосредственно в пористую испарительную среду 34, можно при необходимости отказаться от отверстий 50 для прохода воздуха, которые граничат не с испарительной средой 34, а непосредственно с камерой 52 сгорания. Кроме того, следует указать, что в зоне 54 дна носителя 32 испарительной среды, естественно, могут находиться проходные отверстия, через которые подается необходимый для сгорания воздух, который используется предпочтительно в процессе воспламенения за счет лучшего перемешивания с испаренным топливом. Для обеспечения таким образом усиленной подачи необходимого для сгорания воздуха в камеру 52 сгорания, может быть предусмотрено, что на одной линии с расположенными в зоне 54 дна проходными отверстиями выполняют соответствующие проходные отверстия также в испарительной среде 34.
Необходимо отметить, что независимо от того, происходит ли подача необходимого для сгорания воздуха через зону 54 дна носителя 32 испарительной среды, зону 40 стенок носителя 32 испарительной среды, т.е. в пористую испарительную среду 34, или отверстия 50 для прохода воздуха в части 42 стенки камеры сгорания, независимо от размеров, количества и распределения предусмотренных отверстий для прохода воздуха, можно влиять на параметры потока воздуха и тем самым на параметры сгорания. В частности, за счет соответствующего выполнения, соответственно, расположения или формы расположенных в различных зонах отверстий для прохода воздуха можно обеспечить разделение, с одной стороны, на воздух воспламенения, т.е. воздух, подаваемый, например, через испарительную среду 34 или очень близко к ней, и на необходимый для сгорания воздух, т.е. подаваемый обычно в зону камеры сгорания воздух. При этом, в частности, проходящий вдоль различных зон стенки камеры сгорания воздух обеспечивает охлаждение стенки и при этом одновременно происходит предварительный нагрев воздуха.
Альтернативный вариант выполнения испарительной горелки, согласно изобретению, представлен на фиг.6-10. Принципиальная конструкция испарительной горелки 10 в отношении выполнения зоны 12 подвода воздуха, а также испарительного корпуса 16 соответствует описанной выше конструкции. Однако очевидное различие состоит в том, что в данном случае концентрично жаровой трубе 22 предусмотрена расположенная радиально внутри труба 80 подвода воздуха. Она содержит в открытой в осевом направлении концевой зоне, в которой может быть предусмотрено, например, выполненное со спиральными поверхностями завихряющее воздух устройство 82, как обозначено стрелками Р4, которое направляет подаваемый снаружи воздух в центральную зону в осевом направлении и отводит воздух через множество предусмотренных в другой концевой зоне прорезей 84 для прохода воздуха радиально наружу и при необходимости также в осевом направлении, как обозначено стрелками P5 на фиг.8, в камеру 52 сгорания, образованную по существу между этой трубой 80 подвода воздуха и жаровой трубой 22. Таким образом, в этом случае жаровая труба 22 образует деталь, которая ограничивает камеру 52 сгорания в наружном радиальном направлении. Образующиеся при сгорании газы проходят, так же, как в предыдущем варианте выполнения, через кольцевое пространство 28 к отверстию 30 в пластине 24 корпуса и оттуда в зону 20 отвода, представленную, например, на фиг.7, где не изображена жаровая труба. Как представлено прежде всего на фиг.6 и 10, носитель 32 испарительной среды выполнен в виде круговых сегментов. Оба слоя 36, 38 нетканого материала испарительной среды 34 также выполнены в виде колец и имеют в зоне разъема носителя 32 испарительной среды отверстия 66, 68. В собранном состоянии носитель 32 испарительной среды с расположенными на нем слоями 36, 38 нетканого материала размещается в зоне дна камеры 52 сгорания вокруг трубы 80 подвода воздуха, так что снова слой 38 нетканого материала обращен к камере 52 сгорания.
На соприкасающейся со слоем 36 нетканого материала поверхности носитель 32 испарительной среды имеет открытый в осевом направлении, выполненный в виде канавки кольцевой канал 86. В него входит канал 56 подачи топлива, выполненный в виде топливной магистрали, так что подаваемое через топливную магистраль топливо распределяется по каналу 86 в периферийном направлении по всему кольцеобразному слою 36, 38 нетканого материала.
На противоположной слою 36 нетканого материала торцевой стороне носителя 32 испарительной среды выполнено углубление 88, в котором расположен испарительный нагревательный элемент 72, выполненный в виде, например, нагревательной спирали, или содержащий такую нагревательную спираль.
На пластине 24 корпуса в соответственно выполненной зоне 90 установлен элемент 70 калильного зажигания, выполненный в виде штифта калильного зажигания, так что он своей, предусмотренной для создания высокой температуры, зоной проходит через зону разъема носителя 32 испарительной среды, а также через отверстия 66, 68 в слоях 36, 38 нетканого материала, а именно, в представленном примере, с наклоном относительно продольной средней оси L. Тем самым свободная концевая зона элемента 70 калильного зажигания, выполненного в виде штифта калильного зажигания, расположена вблизи той зоны, в которой за счет пропускания электрического тока через нагревательный элемент 72 для испарения относительно большое количество топлива попадает после испарения в камеру 52 сгорания.
Таким образом, и в этом варианте выполнения можно за счет подходящего взаимодействия обоих нагревательных устройств обеспечить указанные выше преимущества.
Наряду с подачей необходимого для сгорания воздуха через прорези 84 можно также подавать предпочтительно используемый для воспламенения воздух непосредственно в зону элемента 70 калильного зажигания, выполненного в виде штифта калильного зажигания через представленное на фиг.6 и 9 проходное отверстие 92 в пластине 24 корпуса. Этот подаваемый через проходное отверстие 92 воздух может в зоне разрыва носителя 32 испарительной среды проходить к отверстиям 66, 68 в слоях 36, 38 нетканого материала и через эти отверстия затем попадать в камеру 52 сгорания непосредственно в той зоне, в которой в окружении элемента 70 калильного зажигания, выполненного в виде штифта калильного зажигания, будет происходить сгорание.
Альтернативная подача топлива в этом варианте выполнения испарительной горелки представлена на фиг.11. Очевидно, что топливо через канал 56 подачи топлива, выполненный в виде топливной магистрали, подается в канал 86 не в осевом направлении, а радиально снаружи приблизительно в среднюю периферийную зону этого канала 86. За счет ввода в среднюю периферийную зону этого канала 86 обеспечивается еще лучшее распределение подаваемого топлива. Следует отметить, что, как представлено на фиг.11, носитель 32 испарительной среды выполнен в этом случае кольцеобразным и неразъемным. В данном случае, как будет описано ниже, можно обеспечить подходящее расположение элемента 70 калильного зажигания за счет отличающегося от вышеописанного расположения элемента 70 калильного зажигания, соответственно, за счет выполнения не изображенного на фиг.11 проходного отверстия в носителе 32 испарительной среды.
Другой альтернативный вариант подачи топлива представлен на фиг.12. Можно видеть, что канал 56 подачи топлива, выполненный в виде топливной магистрали, входит в канавкообразный открытый канал 86 и, соответственно, проходит вдоль него. Топливная магистраль имеет в расположенной в канале 86 зоне отверстия 94, через которые поступает топливо и проникает в слой 36 нетканого материала. Представленное в вариантах, согласно фиг.6-12, по существу, кольцевое распределение топлива является предпочтительным, в частности, при импульсной подаче топлива. За счет подходящего выбора размера отверстий 94, соответственно, и расстояния между ними, можно изменять характеристики распределения. Например, можно предусмотреть распределенные в периферийном направлении отверстия 94 с изменяющимся размером, соответственно, с изменяющимся расстоянием между отверстиями.
Кроме того, на фиг.12 представлено, что в данном случае на пластине 24 корпуса предусмотрены распорные ребра 96, которые уменьшают поверхность контакта между носителем 32 испарительной среды и пластиной 24 корпуса для минимизации переноса тепла. В этом варианте выполнения, так же, как в предыдущих вариантах выполнения, кольцевой носитель 32 испарительной среды предпочтительно выполнен из керамического материала или другого материала с плохой теплопроводностью.
Другой вариант выполнения узла, который содержит оба нагревательных устройства, соответственно, испарительную среду, представлен на фиг.13-15. Конструкция снова приблизительно соответствует описанной применительно к фиг.1-5 конструкции с центральной трубой подвода воздуха. В данном случае очевидно, что носитель 32 испарительной среды выполнен, по существу, в форме шайбы, в центральную зону носителя входит канал 56 подачи топлива, выполненный в виде топливной магистрали. На стороне слоя 36 нетканого материала носитель 32 испарительной среды имеет расходящиеся в виде звезды радиально наружу от места входа в канал 56 подачи топлива, выполненный в виде топливной магистрали, канавкообразные каналы 60. По ним подаваемое топливо усиленно распределяется на задней стороне слоя 36 нетканого материала по всей поверхности слоя 36.
Представленный на фиг.13-15 вариант выполнения может образовывать предварительно собираемый узел, т.е. может содержать в предварительно собранном состоянии носитель 32 испарительной среды с нанесенной, например, многослойной испарительной средой 34, а также оба нагревательных устройства, т.е. элемент 70 калильного зажигания, выполненный в виде штифта калильного зажигания, и нагревательный элемент 72 для испарения. Затем этот узел можно просто встраивать в испарительную горелку, согласно изобретению, в процессе изготовления.
Модификация такого узла представлена на фиг.16. Можно видеть, что элемент 70 калильного зажигания, выполненный в виде штифта калильного зажигания, не интегрирован в этот узел, а входит радиально снаружи - относительно продольной средней оси L - в зону этого узла, т.е. также в зону испарительной среды 34 и расположен своим свободным концом на небольшом расстоянии от нее.
Необходимо отметить, что возможно по разному комбинировать друг с другом представленные в различных вариантах выполнения аспекты. Так например, вполне возможно, что во всех вариантах выполнения через зону, несущую испарительную среду 34, носителя 32 испарительной среды через предусмотренные в нем проходные отверстия и через при необходимости предусмотренные также в пористой испарительной среде 34 отверстия, воздух подается в камеру сгорания предпочтительно вблизи той зоны, в которой находится нагреваемая для воспламенения концевая зона - элемент 70 калильного зажигания, выполненный в виде штифта калильного зажигания. Кроме того, во всех вариантах выполнения можно подавать топливо в осевом направлении и распределять, например, с помощью радиальных каналов, или подавать радиально снаружи и затем распределять с помощью кольцевых и при необходимости также проходящих в радиальном направлении каналов. Помимо того, можно представленную на фиг.1 подачу необходимого для сгорания воздуха радиально снаружи через часть 42 стенки камеры сгорания комбинировать с представленной на фиг.6 подачей необходимого для сгорания воздуха радиально изнутри через трубу 80 подвода воздуха, т.е. можно одновременно выполнить эти оба узла. В этом случае во всех этих вариантах выполнения используется существенная для изобретения идея выполнения первого нагревательного устройства, которое за счет своей специальной конструкции, а также своей нагревательной мощности выполнено с возможностью создания относительно высоких температур для зажигания смеси воздух/топливо в камере сгорания в локально ограниченной зоне. Второе нагревательное устройство обеспечивает за счет нагревания среды, которая способствует распределению, а также испарению топлива, высокую скорость испарения топлива независимо от образования пламени, что, с одной стороны, способствует более быстрому воспламенению и, с другой стороны, приводит к лучшему распространению пламени по всему пространству сгорания. После того как произошел процесс воспламенения и второе нагревательное устройство, содержащее, например, нагревательный элемент для испарения, выключилось, в результате чего штифт калильного зажигания не воздействует на топливо, происходит нормальное сгорание, при котором сгорает вводимая в камеру сгорания смесь из испаренного топлива и воздуха.
Выше было приведено описание испарительной горелки, в которой за счет нагревательного элемента 72 для испарения обеспечивается, в частности, в начале рабочей фазы усиленное испарение топлива и тем самым более быстрое создание хорошо воспламеняемой и хорошо горящей смеси из паров топлива и воздуха. Проблема таких испарительных горелок состоит в том, что обычно они должны быть выполнены с возможностью использования самых различных видов топлива и, кроме того, должны иметь относительно широкий диапазон мощностей горелки. При этом отношение максимальной мощности горелки к минимальной может составлять около 4:1. Оба этих аспекта приводят к тому, что часто не удается установить идеальные условия сгорания. Следствием этого являются отложения, которые усиленно возникают в зоне испарительной среды 34. Часто там нет условий, необходимых для оптимального сгорания, в частности, это касается температуры и наличия кислорода. Согласно данному изобретению, за счет соответствующего выполнения нагревательного элемента для испарения обеспечивается то, что образующиеся в режиме сгорания отложения, будучи горючими, удаляются через заданные промежутки времени. При этом предусматривается для нагревательного элемента для испарения нагревательный элемент, который способен создавать температуры, которые приводят к сжиганию отложений. Эти температуры составляют, по меньшей мере, 600°С. При создании такой высокой температуры за счет пропускания электрического тока через нагревательный элемент 72 для испарения коксообразные отложения зажигаются и сгорают. Для поддержания этого процесса можно включать вентилятор, который в нормальном режиме сгорания подает необходимый для сгорания воздух в камеру 52 сгорания. За счет этого обеспечивается в достаточном количестве необходимый для сжигания отложений кислород.
В качестве используемых для этой цели нагревательных элементов хорошо зарекомендовали себя так называемые покрытые нагревательные проводники. Они содержат заделанную в керамический порошок резистивную проволоку. Керамический порошок и эту резистивную проволоку запрессовывают в теплостойкую стальную трубку. Существенное преимущество этой системы состоит в том, что она является электрически не проводящей и поэтому при образовании так называемых коксовых мостиков не существует опасности короткого замыкания. Кроме того, она является очень теплостойкой и за счет хорошей деформируемости обеспечивает оптимальное согласование с другими деталями.
Нагревание нагревательного элемента 72 для испарения до таких высоких температур, при которых происходит сгорание отложений в зоне камеры 52 сгорания, в частности в зоне испарительной среды 34, можно выполнять через определенные промежутки времени за счет контролирования общего времени работы испарительной горелки 10. За счет этого можно с большей или меньшей периодичностью приводить всю испарительную горелку в состояние, в котором обеспечивается правильный режим сгорания. Поскольку во время нормального режима сгорания подаваемый кислород необходим для сгорания испаренного топлива, и тем самым для сжигания отложений по существу нет кислорода, то, согласно данному изобретению, предлагается выполнять сжигание отложений в то время, когда испарительная горелка 10 не находится в рабочем состоянии, в котором сжигается испаренное топливо. При этом сжигание отложений предпочтительно выполняют после такой рабочей фазы. Преимущество состоит в том, что в этом состоянии различные компоненты испарительной горелки 10 являются относительно нагретыми. Таким образом, можно слегка уменьшить необходимую для сжигания электрическую мощность.
Для упрощения использования нагревательного элемента 72 для испарения в нормальном режиме испарения или же для сжигания отложений им предпочтительно управляют в импульсном режиме при импульсном отношении менее 1. В зависимости от необходимости создания более низких температур в режиме испарения или более высоких температур в режиме сгорания можно соответствующим образом регулировать импульсное отношение. Кроме того, за счет этого обеспечивается независимость работы нагревательного элемента 72 для испарения от напряжения электропитания. Только регулирование интервалов нагревания обеспечивает простое регулирование нагревательной мощности.
Другое преимущество выполнения процесса очистки в этой рабочей фазе состоит в том, что обычно после выключения дополнительного нагревателя или стояночного нагревателя двигатель внутреннего сгорания автомобиля и подводимая к нему охлаждающая жидкость имеют рабочую температуру, и поэтому даже при отключении дополнительного нагревателя уменьшается нагрузка на источник электропитания. Кроме того, в этой рабочей фазе обычно отключен подогрев сидений, заднего и переднего стекол.
С помощью способа, согласно изобретению, очистки испарительной горелки можно значительно увеличить срок службы такого агрегата. Опыты показали, что можно увеличить срок службы даже в два раза. Необходимо отметить, что естественно образованная в этом примере по существу нагревательным элементом 72 для испарения или содержащая его очистительная система 100 может содержать также отдельный, предназначенный специально для выполнения процессов очистки нагревательный элемент. В этом случае испарительный нагревательный элемент, с одной стороны, и этот специально для режима очистки предусмотренный нагревательный элемент, с другой стороны, могут быть оптимально согласованы с соответствующими рабочими требованиями.
В испарительных горелках указанного в начале типа обычно контролируют работу дозировочного насоса, с помощью которого топливо подается в камеру 52 сгорания, соответственно, в испарительную среду 34. Например, можно оценивать величину тока через обмотку дозировочного насоса и на основании этого определять правильность работы дозировочного насоса. Однако если в зоне между дозировочным насосом и камерой сгорания возникает, например, утечка жидкости, то ее трудно распознать по изменению тока обмотки дозировочного насоса. В частности, для точной оценки хода изменения этого сигнала необходимо очень сложное электронное устройство. Поэтому, согласно данному изобретению, предусмотрено получение с помощью нагревательного элемента для испарения информации о том, поступает или нет топливо в камеру 52 сгорания. Описание этого процесса приводится ниже.
Для распознавания подачи топлива в данном изобретении используется определенная взаимосвязь между температурой и сопротивлением испарительного нагревательного элемента 72, предусмотренного в зоне дна камеры 52 сгорания. С этой целью этот элемент выполняется, согласно данному изобретению, в виде так называемого элемента с положительным температурным коэффициентом (элемент РТС). То есть, при пропускании электрического тока через нагревательный элемент 72 для испарения он имеет электрическое сопротивление, которое повышается при увеличении температуры и, соответственно, падает при ее уменьшении. Если с помощью такого нагревательного элемента для испарения необходимо нагреть испарительную среду 34 до температуры, необходимой для испарения, например, порядка 400°С, то с помощью не изображенного устройства управления через нагревательный элемент 72 для испарения пропускают электрический ток. При этом к нагревательному элементу 72 для испарения предпочтительно прикладывается импульсное напряжение с определенным импульсным отношением. Для определения температуры в устройстве управления может, например, храниться информация, которая отражает взаимосвязь между электрическим сопротивлением и тем самым при заданном напряжении протекающим электрическим током и температурой в зоне нагревательного элемента 72 для испарения. Когда устанавливают, что величина тока приближается к величине тока, соответствующей желаемой температуре, то можно постепенно уменьшать нагревательную мощность за счет сокращения промежутков времени, в течение которых прикладывается напряжение, то есть за счет уменьшения импульсного отношения. При достижении желаемой температуры, т.е. при достижении соответствующей этой температуре величины тока, можно подавать в нагревательный элемент для испарения мощность, которая служит по существу только для поддержания постоянной температуры.
Если затем за счет включения дозировочного насоса в камеру 52 сгорания, соответственно, в испарительную среду 34, подается топливо и на основании имеющейся там относительно высокой температуры происходит испарение топлива, для этого необходима энергия. Эта энергия забирается из окружения в виде тепловой энергии. Поэтому при постоянно поддерживаемой нагревательной мощности происходит сначала охлаждение в зоне испарительной среды 34, а затем в зоне нагревательного элемента 72 для испарения. Это охлаждение проявляется в соответствующем уменьшении электрического сопротивления и при неизменном напряжении - в увеличении тока. В этом случае устройство управления пытается для поддержания постоянства необходимой температуры испарения подавать более высокую нагревательную мощность за счет удлинения импульсов подачи напряжения.
Отсюда следует, что при возникновении испарения при поддерживаемой сначала постоянной нагревательной мощности происходит изменение протекающего через нагревательный элемент 72 для испарения электрического тока. Это изменение или связанные с этим изменением меры регулирования или управления могут служить индикатором того, что началось испарение. В этом случае в устройстве управления формируется, например, сигнал, указывающий на начало испарения. После этого может инициироваться, например, процесс воспламенения за счет воздействия элемента 70 калильного зажигания, выполненного в виде штифта калильного зажигания.
При выключении испарительной горелки, например, когда в автомобиле больше нет необходимости в дополнительном тепле, для уменьшения вредных выбросов, связанных с отключением, поступают аналогичным образом. После выключения испарительной горелки 10, например, посредством выключения дозировочного насоса, продолжают подачу тока в нагревательный элемент 72 для испарения. Находящееся в испарительной среде 34, соответственно, в предусмотренной магистрали топливо испаряется, так что при поддерживаемой сначала постоянной нагревательной мощности в испарительной горелке 10 больше не остается жидкого топлива. Когда испарится все топливо, то не будет необходимости в дополнительной тепловой энергии для перевода топлива в газообразную фазу. Это означает также, что сначала, при активно не изменяемой нагревательной мощности за счет увеличения температуры увеличивается электрическое сопротивление и уменьшается протекающий через нагревательный элемент 72 для испарения электрический ток. Устройство управления обнаруживает это. На основе обнаруженного уменьшения электрического тока можно сделать вывод, что по существу отсутствует топливо для испарения, так что можно отключить подачу тока в нагревательный элемент 72 для испарения. При этом можно, например, наблюдать за изменением электрического тока. Если изменение больше не происходит, то можно сделать вывод, что больше нет топлива и поэтому не происходит изменение тепловых условий. Кроме того, устройство управления выполнено с возможностью так регулировать нагревательную мощность, чтобы удерживать температуру постоянной. Только тогда, когда нет больше необходимости в изменении нагревательной мощности, можно отключать нагревательный элемент 72 для испарения, поскольку это является признаком того, что больше нет остатков топлива, подлежащего испарению.
Способ, согласно изобретению, в котором с использованием электрических характеристик нагревательного элемента для испарения простым образом можно распознавать, происходит ли подача топлива, т.е. происходит ли испарение топлива или нет, позволяет оптимально согласовывать друг с другом различные фазы работы без дополнительных конструктивных мер и связанных с ними затрат. Наряду с и без того возможным электрическим контролированием работоспособности системы подачи топлива, например, дозировочного насоса, можно выполнять также гидравлическое контролирование, при этом при достаточно точной оценке количества тепла, необходимого для испарения топлива, можно определять, какое количество топлива подано и, соответственно, испарилось.
1. Испарительная горелка, содержащая испарительную среду (34) для подачи паров топлива в камеру (52) сгорания, первое нагревательное устройство, содержащее, по меньшей мере, один элемент (70) калильного зажигания, расположенный, по меньшей мере, своей зоной нагревания в камере (52) сгорания для воспламенения находящихся в камере (52) сгорания паров топлива, второе нагревательное устройство, содержащее, по меньшей мере, один нагревательный элемент (72) для испарения, для влияния на характеристики испарения испарительной среды (34), причем испарительная среда (34) предусмотрена на носителе (32) испарительной среды на одной его стороне, обращенной к камере сгорания (52), при этом, по меньшей мере, один нагревательный элемент (72) для испарения расположен со стороны носителя (32) испарительной среды, противоположной испарительной среде (34).
2. Испарительная горелка по п.1, в которой предусмотрена система каналов (60, 86, 56) подачи топлива для подвода жидкого топлива в испарительную среду (34).
3. Испарительная горелка по п.2, в которой система каналов (60, 86, 56) подачи топлива выполнена для распределения жидкого топлива в испарительной среде (34).
4. Испарительная горелка по п.3, в которой система каналов (60, 86, 56) подачи топлива имеет, по меньшей мере, одну кольцевую зону каналов (86, 56) и/или, по меньшей мере, одну радиальную зону канала (60), отходящую, по существу, радиально от канала (56) подачи топлива, в испарительной среде (34) и/или в носителе (32) испарительной среды.
5. Испарительная горелка по п.1, в которой предусмотрена система каналов подвода воздуха для подачи в камеру (52) сгорания воздуха, подлежащего сгоранию с парами топлива.
6. Испарительная горелка по п.5, в которой система каналов подвода воздуха в стенке, ограничивающей камеру (52) сгорания, имеет, по меньшей мере, одно отверстие (50; 84, 92) для впуска воздуха, открытое в камеру (52) сгорания.
7. Испарительная горелка по п.5, в которой система каналов подвода воздуха имеет, по меньшей мере, одно отверстие (74) для впуска воздуха, открытое в испарительную среду (34).
8. Испарительная горелка по п.5, в которой система каналов подвода воздуха имеет, по меньшей мере, одну зону отверстий (92, 66, 68) подвода воздуха, проходящую через испарительную среду (34).
9. Испарительная горелка по п.1, в которой, по меньшей мере, один нагревательный элемент (72) для испарения и испарительная среда (34) предусмотрены на носителе (32) испарительной среды, выполненном из керамического материала.
10. Испарительная горелка по п.1, в которой испарительная среда (34) содержит предпочтительно расположенный несколькими слоями пористый материал.
11. Испарительная горелка по п.1, в которой испарительная среда (34) содержит нетканый материал.
12. Испарительная горелка по п.1, в которой предусмотрена система (100) очистки для удаления образующихся в зоне камеры (52) сгорания в режиме сгорания отложений.
13. Испарительная горелка по п.12, в которой система (100) очистки содержит нагревательную систему, с помощью которой обеспечивается создание в зоне камеры (52) сгорания температуры, лежащей в диапазоне температуры сжигания отложений или выше его.
14. Испарительная горелка по п.13, в которой нагревательная система для создания температуры, лежащей в диапазоне температуры сгорания отложений или выше его, выполнена, по меньшей мере, в зоне испарительной среды (34).
15. Испарительная горелка по п.14, в которой нагревательная система содержит второе нагревательное устройство.
16. Испарительная горелка по п.1, в которой предусмотрено устройство управления, с помощью которого обеспечивается возможность регулирования нагревательной мощности, по меньшей мере, нагревательного элемента (72), при этом контрольный модуль контролирует нагревательную мощность и/или необходимую нагревательную мощность нагревательного элемента (72) и на основании результата контроля распознает наличие испарения топлива.
17. Испарительная горелка по п.1, в которой нагревательный элемент (72) для испарения содержит электрический нагревательный элемент с возрастающим при увеличении температуры электрическим сопротивлением.
18. Способ очистки нагревательной горелки, в частности испарительной горелки, в котором за счет активирования предусмотренной для поддержки испарения топлива электрически возбуждаемой нагревательной системы нагревают отложения на окружающей камеру (52) сгорания стенке до температуры в диапазоне температур сжигания отложений или превышающей ее и при этом сжигают их.
19. Способ очистки по п.18, который осуществляют тогда, когда нагревательная горелка находится в нерабочем состоянии нагревания.
20. Способ очистки по п.19, который выполняют после фазы рабочего состояния нагревания нагревательной горелки.
21. Способ очистки по п.18, который выполняют после заданной длительности работы нагревательной горелки.
22. Способ очистки по п.18, в котором управляют нагревательной системой с импульсным отношением менее 1.
23. Способ контролирования подачи топлива в испарительную горелку, при этом испарительная горелка содержит предусмотренную для поддержки испарения топлива электрически возбуждаемую нагревательную систему, в которой по нагревательной мощности нагревательного элемента (72) и/или изменению нагревательной мощности нагревательного элемента (72) определяют, происходит ли в камере (52) сгорания испарительной горелки (10) испарение топлива.
24. Способ по п.23, в котором при нарастающей во время работы нагревательного элемента (72) нагревательной мощности и/или необходимой более высокой нагревательной мощности определяют наличие испарения топлива.
25. Способ по п.23, в котором в процессе зажигания испарительной горелки в первой рабочей фазе нагревательный элемент (72) работает с более высокой нагревательной мощностью, предпочтительно находящейся в диапазоне максимальной нагревательной мощности, в следующей, второй, рабочей фазе нагревательный элемент (72) работает с уменьшенной, предпочтительно уменьшающейся, нагревательной мощностью и в следующей, третьей, рабочей фазе нагревательный элемент (72) работает снова с повышенной, предпочтительно увеличивающейся, нагревательной мощностью, при этом при переходе в третью рабочую фазу или после нее распознают наличие испарения топлива.
26. Способ по п.23, отличающийся тем, что для распознавания наличия испарения топлива активируют элемент (70) калильного зажигания, поддерживающий зажигание испаренного топлива.
27. Способ по п.23, отличающийся тем, что в рабочей фазе, в которой останавливают режим горения испарительной горелки, активируют или оставляют в активированном состоянии нагревательный элемент (72) и по уменьшению нагревательной мощности распознают окончание процесса испарения топлива
