DE4204592A1 - Brennersystem fuer fluessigen brennstoff - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Brennersystem für flüs­ sigen Brennstoff wie Dieselöl und dergleichen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Derartige Brennersysteme sind als mit Dieselöl be­ triebene Luftheizgeräte im Einsatz (wird später eingesetzt), bei denen ein Verbrennungsluftgebläse­ rad Verbrennungsluft fördert, außerdem fördert eine Brennstoffdosierpumpe - sie wird elektromagnetisch betrieben und von Impulsen eines vom Gebläsemotor angetriebenen Unterbrechers gesteuert - Brennstoff in genau dosierten Mengen durch eine Glüh- Flammkerze in die Brennkammer, wo er mit der Ver­ brennungsluft ein zündfähiges Gemisch bildet. Die­ ses Gemisch wird anfangs von der Glüh-Flammkerze gezündet und brennt nach Abschalten der Kerze durch Selbstzündung weiter.

Gebläse und Dosierpumpe sind in ihren Fördercharak­ teristiken aufeinander abgestimmt bzw. eingestellt. Bei einer Heiztemperaturregelung wird das Brenner­ system nur ein- und ausgeschaltet. Dies führt zu wiederholten Zündungen bei gewünschter kleiner Heizleistung und damit zu hohem Stromverbrauch und unreinem Abgas durch halb oder nicht verbrannten Brennstoff.

Aus diesem Grund ist in der DE-Al 31 02 835 bei ei­ ner gattungsgemäßen Einrichtung eine intermittie­ rend fördernde Zumeßpumpe vorgesehen, die auf kürzestem Wege in eine Brennstoffdüse fördert. Pulsfrequenz und Förderdauer der Zumeßpumpe sind einstellbar. Wegen der in längeren Anschlußleitun­ gen erfolgenden Dämpfung kann diese Lösung bei län­ geren Anschlußleitungen zwischen Pumpe und Brenner­ düse nicht eingesetzt werden.

Aus der DE-A1 30 26 693 ist ein Brennerkopf zum Verbrenner von Öl bekannt, der Strömungswege für Öl und Dampf aufweist, und zwar zur Vermischung beider Stoffe zur Verbesserung der Verbrennung. Der Dampf wird aus einer Dampfquelle zugeführt.

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Brennersystem derart zu gestalten, daß eine einfache Modulation der Brennerleistung, eine sichere Brennstoffzumessung, eine Feinzerstäubung des Brennstoffs und eine Lambdaregelung erreichbar werden.

Diese Aufgabe ist durch die im Kennzeichen des Pa­ tentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst worden. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind mit den Merkmalen der Unteransprüche angegeben.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend be­ schrieben.

Diese zeigt:

Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Brennersystem,

Fig. 2 und 3 alternative Ausführungen.

Fig. 1 zeigt ein Brennersystem mit einem Luftkanal 1, mit einem hier als Venturidüse ausgebildeten Drosselabschnitt 2 und einem stromab davon angeord­ neten Gebläse 3 sowie einer stromab vom Gebläse 3 angeordneten Zerstäuberdüse 4. Die Zerstäuberdüse 4 sprüht Brennstoff und Zerstäuberluft in einen Bren­ nermischkopf 5.

Die Zerstäuberluft wird mittels einer Druckluftpum­ pe 6 gefördert und stromab des Drosselabschnitts 2 aus dem Luftkanal 1 entnommen. Eine Zündeinrichtung 7 ist im Brennermischkopf angeordnet. Der Brennermischkopf 5 weist an seinem Umfang Öffnungen 8 auf, durch die Abgas zurückgeführt werden kann. Ein Abgasauslaß 9 weist eine Lambdasonde 10 auf.

Der der Zerstäuberdüse 4 zugeführte Brennstoff wird über einen Filter 11 mittels einer Brennstoffpumpe 12 einem Tank 13 entnommen und einem Brennstoffreg­ ler 14 zugeführt. Der Brennstoff gelangt von diesem über ein Absperrventil 15 zu der Zerstäuberdüse 4.

Der Luftdurchsatz erzeugt am Drosselabschnitt 2 eine Druckdifferenz, die über Steuerleitungen 16 dem Brennstoffregler 14 zugeführt wird und auf eine Steuerdruckmembrane 17 einwirkt.

Der Luftdurchsatz wird durch eine elektronische An­ steuerung des drehzahlgeführten Gebläses 3 gesteu­ ert, wobei die Ansteuerung durch Signale eines Steuergerätes 18 erfolgt.

Der von der Brennstoffpumpe 12 geförderte Brenn­ stoff gelangt über zwei Leitungen 19 in den Brenn­ stoffregler 14 und beaufschlagt eine zweite Steuer­ druckmembrane 20. Die Leitung 19, aus der Brenn­ stoff zur Zerstäuberdüse 4 fließt, weist eine Kali­ brierdüse 21 auf und ein elektromagnetisches Regel­ ventil 22, welches in Abhängigkeit der Signale der Lambdasonde 10 angesteuert wird.

Funktion

Das Brennersystem wird in seiner Heizleistungsab­ gabe durch elektronische Ansteuerung des Gebläses 3 über das Steuergerät 18 gesteuert und benutzt als Führungsgröße für die Brennstoffzumessung den sich einstellenden Luftdurchsatz. Der Luftdurchsatz er­ zeugt am Drosselabschnitt 2 eine signifikante Druckdifferenz, die über die Steuerleitungen 16 auf die Steuerdruckmembrane 17 im Brennstoffregler 14 übertragen wird. Der Differenzdruck erzeugt an der Steuerdruckmembrane 17 eine Stellkraft in Öffnungs­ richtung eines Ventils 23 im Brennstoffregler 14, wodurch das über zwei Druckfedern 24 eingestellte Gleichgewicht der Kräfte im Brennstoffregler 14 ge­ stört wird und das Ventil 23 geöffnet wird. Der Gleichgewichtszustand im Brennstoffregler 14 stellt sich automatisch wieder ein, wenn sich an der zwei­ ten Steuermembrane 20 eine gleichgroße aber entge­ gengesetzte Druckdifferenz ausbildet, wodurch sich die Kräfte an den beiden Membranen 17, 20 aufheben. Der sich bei diesem Gleichgewichtszustand einstel­ lende Brennstoffdurchsatz ergibt sich aus der Druckdifferenz an der Kalibrierdüse 21 und dem freien Querschnitt der Kalibrierdüse 21. Die Höhe des Brennstoffdruckes wirkt sich oberhalb eines Mindestversorgungsdruckes nicht auf die Brenn­ stoffzumessung aus. Auf eine Regelung des Pumpen­ förderdruckes und auf die sonst übliche Rücklauf­ leitung zum Tank kann deshalb verzichtet werden. Praktisch steuert und regelt der Brennstoffregler 14 bei dieser Ausführung den Druckabfall (Druckdifferenz) an der festkalibrierten Kalibrier­ düse 21. Die Brennstoffzumessung kann durch eine Lambdaregelung überlagert werden. Hierzu dient das vorzugsweise in Reihe zur Kalibrierdüse 21 geschal­ tete Regelventil 22, welches in Abhängigkeit der Signale der Lambdasonde 10 vom elektronischen Steuergerät 18 in der Weise angesteuert wird, daß der Gesamtkalibrierwert von Kalibrierdüse 21 und Regelventil 22 im gewünschten Maße verändert werden kann. Dabei ist gewährleistet, daß unabhängig vom Betriebspunkt die Querschnittsveränderungen am Re­ gelventil 22 jeweils gleiche Änderungen des Lamb­ dawertes bewirken.

Der zugemessene Brennstoff gelangt vom Brennstoff­ regler 14 über das Absperrventil 15 zur Zerstäu­ berdüse 4, welche direkt vor dem Brennermischkopf 5 angeordnet ist. Das zwischen dem Brennstoffregler 14 und der Zerstäuberdüse 4 angeordnete Absperrventil 15 verschließt während der Still­ standszeiten des Brennersystems den Brennstoffaus­ tritt. Die Zerstäuberdüse 4 wird mittels der Druckluftpumpe 6 mit Zerstäuberluft versorgt und ist an seiner Mündung so ausgebildet, daß eine Feinzerstäubung des Brennstoff s in die dem Misch­ kopf 6 zugeführte Luft hinein erfolgt. Die Entnahme der Zerstäuberluft erfolgt nach dem Drosselab­ schnitt 2, damit diese bei der Zumessung des Brenn­ stoffes mit berücksichtigt wird. Durch einen Druck­ schalter 25 wird die Funktion der Druckluftpumpe 6 überwacht, um gegebenenfalls einen Fehler bei der Gemischaufbereitung erkennen zu können. Die Überwa­ chung der Flamme erfolgt durch einen Flammensensor 26. Die Zündeinrichtung 7 sorgt für die Entflammung des Brenngemisches. Der Brennermischkopf 5 hat an seinem Umfang die Öffnungen 8, durch die Abgas dem Brenngemisch zur Senkung der NO_x-Emission zugeführt wird.

Das Brennersystem kann in seinem Aufbau beispiels­ weise in der Anordnung des Drosselabschnittes 2, wie in Fig. 2 dargestellt, modifiziert werden. Die­ se Anordnung hat den Vorteil einer kurzen Bauweise. Weiterhin wird bei Anordnung der Zerstäuberdüsen­ mündung im engsten Querschnitt des Drosselabschnit­ tes 2 bereits ein Druckgefälle geschaffen, um wel­ ches die Anforderung an die Druckluftpumpe 6 ver­ ringert werden kann. Die Zerstäuberluftentnahme er­ folgt hier vor dem Drosselabschnitt 2. Die Brenn­ stofförderung erfolgt aus dem Brennstofftank 13 über den Brennstoffilter 11 mittels der Brennstoff­ pumpe 12.

Fig. 3 zeigt eine Ausführung, bei der der Brenn­ stoffregler 14 durch eine variable Kalibrierdüse 27, die vom Differenzdruck am Drosselabschnitt 2 abhängig gesteuert wird, und durch einen Differenz­ druckregler 28 gebildet wird.

Der sich jeweils einstellende Luftdurchsatz erzeugt ebenfalls eine signifikante Druckdifferenz, die über die Steuerdruckleitungen 16 auf eine Steuer­ druckmembrane 29 übertragen wird und eine Stell­ kraft in Öffnungsrichtung der aus einer Düse 30 und Düsennadel 31 gebildeten variablen Kalibrierdüse 27 erzeugt, die entgegen der Kraft einer Feder 32 ge­ richtet ist und den freien Querschnitt bzw. Kali­ brierwert der Kalibrierdüse 27 vergrößert.

Die Druckdifferenz an der Kalibrierdüse 27 wird un­ abhängig vom Brennstoffdurchsatz mittels des Diffe­ renzdruckreglers 28 stets auf einen konstanten Wert geregelt, der durch die Kraft einer Druckfeder 33 im Differenzdruckregler 28 vorgegeben ist. Dieser Wert wird erreicht, sobald ein ausreichender Brenn­ stoffzufluß (Menge und Druck) durch die Brennstoff­ pumpe 12 gewährleistet wird. Der jeweilige Gleich­ gewichtszustand (Regelposition) einer Membran 34 im Differenzdruckregler 28 stellt sich automatisch im­ mer dann ein, wenn sich an der Membran 34 eine gleichgroße aber der Druckfeder 33 entgegengesetzte Kraft aus der Druckdifferenz ausbildet. Dabei wirkt sich der unterschiedliche Mengendurchfluß nur unwe­ sentlich auf die Hubstellung der Membran 34 an ei­ nem Ventilsitz 35 im Differenzdruckregler 28 aus, wodurch auch die Kraft der Druckfeder 33 und damit auch der Differenzdruck praktisch immer konstant ist, sobald ein Mindestversorgungsdruck überschrit­ ten wird. Auf eine Regelung des Versorgungsdruckes und auf die sonst übliche Rücklaufleitung kann des­ halb ebenso verzichtet werden. Praktisch steuert bei dieser Ausführung der Brennstoffregler 14 den Querschnitt der Kalibrierdüse 27 und regelt den Druckabfall (Differenzdruck) an der variablen Kali­ brierdüse 27 auf einen festen Wert.

Die Brennstoffzumessung kann ebenfalls durch die Lambdaregelung überlagert werden. Hierzu dient ein vorzugsweise auf die Membran 34 wirkender Elektro­ magnetsteller 36, welcher in Abhängigkeit der Signale der Lambdasonde 10 vom elektronischen Steuergerät 18 in der Weise angesteuert wird, daß durch Magnetkraft die Druckdifferenz am Differenz­ druckregler 28 und damit die Brennstoffzumessung in gewünschter Weise verändert werden kann. Dabei ist gewährleistet, daß unabhängig vom Betriebspunkt die Magnetkraftänderungen am Differenzregler 28 jeweils Änderungen des Lambdawertes bewirken.

Es versteht sich von selbst, daß der im Luftkanal 1 angeordnete Drosselabschnitt 2 alternativ auch als Blende ausgeführt sein kann.

Claims (9)

1. Brennersystem für flüssige Brennstoffe wie Dieselöl u. dgl., bestehend aus einem in einem Luftkanal angeordneten, Verbrennungsluft fördernden Gebläse, einer stromab davon angeordneten Brenn­ stoffdüse und einer in Abhängigkeit von der Geblä­ semotordrehzahl bzw. dem daraus resultierenden Luftdurchsatz fördernden Brennstoffpumpe, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftkanal (1) einen Dros­ selabschnitt (2) aufweist (Blende oder Düse) und die an diesem auftretende Druckdifferenz auf einen Brennstoffregler (14) geschaltet wird, der den Brennstoffdurchsatz einer zwischen Brennstoffpumpe (12) und Brennstoffdüse (14) angeordneten Kali­ brierdüse (21, 27) steuert und regelt.

2. Brennersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoffregler (14) den Druckabfall (Druckdifferenz) an der festkalibrier­ ten Kalibrierdüse (21) steuert und regelt.

3. Brennersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoffregler (14) den Kalibriertwert der variablen Kalibrierdüse (27) steuert und den Druckabfall (Differenzdruck) an der Kalibrierdüse (27) auf einen fest Wert regelt.

4. Brennersystem nach Anspruch 2 oder 3, da­ durch gekennzeichnet, daß der Kalibrierwert und/oder der Druckabfall (Differenzdruck) an der Kalibrierdüse (21, 27) in Abhängigkeit von Signalen einer im Abgasauslaß (9) angeordneten Lambdasonde (10) gesteuert und geregelt wird.

5. Brennersystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kalibrierwert (Querschnitte bzw. der Druckabfall durch einen Elektromagnetstel­ ler bzw. ein Ventil (36 bzw. 22) gesteuert wird.

6. Brennersystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Luft­ durchsatz zur Leistungssteuerung durch elektroni­ sche Ansteuerung des drehzahlgeführten Gebläses (3) eingestellt wird.

7. Brennersystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Brenn­ stoffdüse als bekannte Zerstäubungsdüse (4) mit An­ schluß für Zerstäuberluft ausgeführt ist, wobei diese über eine Druckluftpumpe (6) gefördert wird.

8. Brennersystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Entnahme der Zerstäuberluft im Luftkanal (7) im selben Abschnitt, vor oder hin­ ter dem Drosselabschnitt (2), in dem die Zerstäu­ bungsdüse (4) angeordnet ist, erfolgt.

9. Brennersystem nach Anspruch 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckluftpumpe (6) durch einen Überwachungsschalter (25) überwacht wird.