EP0556694B1 - Brûleur pour combustible liquide - Google Patents

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EP0556694B1
EP0556694B1 EP93101987A EP93101987A EP0556694B1 EP 0556694 B1 EP0556694 B1 EP 0556694B1 EP 93101987 A EP93101987 A EP 93101987A EP 93101987 A EP93101987 A EP 93101987A EP 0556694 B1 EP0556694 B1 EP 0556694B1
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burner
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Armin Schürfeld
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Definitions

  • the invention relates to a burner system for liquid fuel such as diesel oil and the like according to the preamble of claim 1.
  • Such burner systems are used as air heaters operated with diesel oil, in which a combustion air blower wheel delivers combustion air, and also a fuel metering pump - it is operated electromagnetically and controlled by pulses from a breaker motor driven by the blower motor - fuel in precisely metered quantities through a glow flame candle into the combustion chamber , Where it forms an ignitable mixture with the combustion air. This mixture is initially ignited by the glow flame candle and continues to burn after the candle has been switched off by self-ignition.
  • the blower and metering pump are matched or adjusted to one another in terms of their delivery characteristics. With a heating temperature control, the burner system is only switched on and off. This leads to repeated ignitions at the desired low heating output and thus to high electricity consumption and to peak values of impure exhaust gas from unburned fuel, since the ignitable mixture is passed through when the burner is ignited and switched off.
  • an intermittently supplying metering pump is provided in DE-A1 31 02 835 in a generic device, which pumps in the shortest possible way into a fuel nozzle.
  • the pulse frequency and delivery time of the metering pump are adjustable. Because of the longer connection lines damping, this solution cannot be used with longer connecting lines between the pump and the burner nozzle.
  • JP-A-2 078 818 a combustion device is known in which an evaporation cylinder is heated and air and fuel are introduced into it, the ratio of which is controlled by an electronic control unit (central processing unit) as a function of a pressure measurement in the air supply channel by controlling an electromagnetic one Fuel pump is controlled / regulated. No measures for power modulation are shown.
  • an electronic control unit central processing unit
  • the invention is based on the object of designing a generic burner system such that simple modulation of the burner output, reliable fuel metering, fine atomization of the fuel and lambda control can be achieved.
  • the smallest possible amount of pollutants is to be contained in the exhaust gas in the controlled operation.
  • FIG. 1 shows a burner system with an air duct 1, with a measuring section 3 designed here as a hot-wire air mass flow meter 2 and a blower 4 arranged upstream thereof and an atomizing nozzle 5 arranged downstream of the blower 4.
  • the atomizing nozzle 5 sprays fuel and atomizing air into a burner mixing head 6 .
  • the atomizing air is conveyed by means of an air compressor 7 and removed from the air duct 1 downstream of the measuring section 3.
  • An ignition device 8 is arranged in the burner mixing head 6.
  • An exhaust gas outlet 9 has a lambda probe 10.
  • the fuel supplied to the atomizer nozzle 5 is fed to a fuel regulator 12 by means of a fuel pump 11.
  • the fuel passes from this to the atomizing nozzle 5.
  • the air throughput is controlled / regulated by electronic control of the speed-controlled blower 4, the control being carried out by signals from a control device 13. This makes it possible to continuously adjust the heating output to the heat requirement.
  • the air throughput generates a characteristic electrical signal on the hot wire air mass meter 2 in the measuring section 3, which is provided via a line 14 to the electronic control unit 13 and is processed therein into a control signal for an electric servomotor 15 arranged on the fuel regulator 12, which controls the fuel throughput Calibration nozzle arranged between fuel pump 11 and atomizer nozzle 5 controls and regulates.
  • the fuel regulator 12 is shown enlarged in FIG. 4 and shows an embodiment with a variable calibration nozzle 16, the flow cross section of which is set by a nozzle needle 17 which is adjusted by the electric servomotor 15.
  • the pressure difference at this calibration nozzle 16 is always regulated to a constant value by means of a differential pressure regulator 18, regardless of the fuel throughput, which is predetermined by the force of a compression spring 19 in the differential pressure regulator 18. This value is reached as soon as a minimum fuel throughput (quantity and pressure) has been set by the fuel regulator 12.
  • the respective state of equilibrium (control position) of a diaphragm 20 in the differential pressure regulator 18 is automatically set whenever a force of the same size but opposite to the compression spring 19 is formed on the diaphragm 20 from the pressure difference.
  • a different flow rate has only an insignificant effect on the stroke position of the diaphragm 20 or a valve closing member 21 connected to it on a valve seat 22 in the differential pressure regulator 18, so that the force of the compression spring 19 and thus the differential pressure is practically always constant as soon as one Minimum pressure is exceeded.
  • the fuel regulator 12 practically controls the cross section of the calibration nozzle 16 and regulates the pressure drop (differential pressure) at the variable calibration nozzle 16 to a fixed value.
  • An electromagnetic actuator 23 which causes the valve seat 22 of the differential pressure regulator 18 to close when the burner is switched off, has no influence on this function. This measure prevents overfatting of the fuel mixture with the consequences of an impure exhaust gas when the burner is ignited. Without this solenoid actuator 23, the differential pressure regulator 18 would be in a position in which the valve seat 22 would be fully open when the burner was switched off.
  • FIG. 2 and 3 show embodiments of the measuring section which are formed in FIG. 2 as a known Venturi nozzle 24 and in FIG. 3 as an orifice or laminar flow element 25 which are arranged between the air duct and atomizer nozzle walls.
  • the pressure drop across lines 26 is detected by a pressure sensor 27, which also provides a corresponding electrical signal such as the air mass flow meter 2, which is processed in the same way, i. H. fed to the control device 13 and processed in this to the Ansceuersignal for the electric servomotor 15, the control device 13 combines characteristic curves of different characteristics in such a way that a desired mixing ratio of fuel and air results in burner operation.
  • a fuel regulator 28 shown in FIG. 5 in which the electric servomotor 15 acts on a spring 29 clamped between the diaphragm 20 and the electric servomotor 15 and changes its clamping length , whereby the spring 29 acts against the spring 19 which determines the pressure difference on a permanently calibrated calibration nozzle 30, with which the fuel regulator 28 controls and regulates the pressure difference (pressure drop) on the permanently calibrated calibration nozzle 30, in such a way that the balance of the two springs is adjusted Forces in the fuel controller 28 is disturbed when the electric servomotor 15 changes the clamping length and the valve seat 22 is opened or closed accordingly.
  • the state of equilibrium in the fuel regulator 28 is automatically restored when a corresponding pressure difference has developed on the membrane 20.
  • the level of the fuel pressure does not affect the fuel metering above a minimum pressure.
  • the fuel regulator 28 practically controls and regulates the pressure drop (pressure difference) at the permanently calibrated calibration nozzle 30.
  • the metered fuel passes from the fuel regulator 12 or 28 to the atomizing nozzle 5, which is arranged directly in front of the burner mixing head 6.
  • the atomizing nozzle 5 is supplied with atomizing air by means of the air compressor 7 and is designed at its mouth in such a way that the fuel is finely atomized into the air supplied to the burner mixing head 6.
  • the atomizing air is removed downstream of the measuring section 3 via a line 31 so that this is also taken into account when metering the fuel.
  • the function of the air compressor 7 is monitored by a pressure switch 32 in order to be able to detect an error in the mixture preparation, if necessary.
  • the flame is monitored by a flame sensor 33.
  • the ignition device 8 ensures the ignition of the combustion mixture.
  • the ignition device 8 operates as an ion current meter in operating phases without ignition sparks and carries out an ion current measurement in the burner mixing head 6, the result of which with regard to the presence of a flame (with the ignition switched on) and with a sufficient flame intensity (with the ignition switched off) ) is evaluated.
  • the fuel metering can be superimposed by a lambda control, with the electric servomotor 15 depending on the two fuel controller designs Dependency of the signals of the lambda probe 10 is controlled by the electronic control unit 13.
  • the fuel controller 12 or 28 has a temperature sensor 34 which detects the fuel temperature in the immediate vicinity of the calibration nozzle 16 or 30 and provides an electrical signal which is processed in the control unit 13 to compensate for viscosity change and in the calculation of the control signal of the electric servomotor 15 is taken into account, d. H. Suitable algorithms make it possible to modify the control for varying the spring clamping length as well as the needle position in such a way that the influence on the fuel throughput is compensated for by the change in viscosity at different fuel temperatures.
  • the fuel regulator 12 or 28 has an electrical heating device 35, shown in FIGS. 4 and 5, which heats the fuel in the immediate vicinity of the calibration nozzle 16 or 30 to a predetermined temperature and regulates, it can be provided that the fuel temperature is also determined by a temperature sensor, the output signals of which are processed to control the heating device 35 in the control unit 13.
  • the fuel pump 11 is used not only for fuel delivery but also as a fuel volume counter.
  • a preferred embodiment of the fuel pump 11 is shown in FIG. 6 and is driven there by a pneumatic working element 36, the membrane 37 of which is acted upon by the compressed air conveyed by the air compressor 7.
  • the working element 36 has a snap spring mechanism 38 for the automatic switchover of air inlet and air outlet valves 39 and 40.
  • the fuel pump 11 is designed as a diaphragm pump, in the outlet 41 of which a pressure accumulator 42 is arranged and maintains the delivery pressure in the reverse phases of the diaphragm movement.
  • the fuel pump in this case is a displacement pump which has a delivery stroke frequency sensor 43, the signals of which are fed to the control unit 13 and are used to determine the fuel throughput.
  • the amount of fuel determined in this way is set in relation to the amount calculated and theoretically measured from the air throughput, so that deviations from the ratio value 1 are recognized and the amount of fuel can be corrected by the control signal of the electric servomotor 15 in accordance with the deviation.
  • the use as a fuel volume counter can advantageously always be carried out after a burner has been started and repeated after a certain burning time.

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Claims (23)

  1. Système de brûleur pour un combustible liquide tel que le gas-oil moteur et analogue, se composant d'une soufflante (4) d'alimentation de l'air de combustion disposée dans un canal à air (1), d'un gicleur à combustible (5) disposé en aval de celle-ci et d'une pompe à combustible (11) d'alimentation en fonction de la vitesse de rotation du moteur de la soufflante respectivement du débit d'air qui en résulte, dans lequel le canal à air (1) présente un tronçon de mesure (3) dans lequel le débit d'air est déterminé par le biais d'une grandeur de mesure caractéristique et cette grandeur de mesure est raccordée à un régulateur de combustible (12 ou 28), dans lequel la grandeur de mesure est un signal électrique, caractérisé en ce que le signal électrique est émis par un capteur de pression (27), qui détecte une différence de pression dans le tronçon de mesure (3) constitué par un diaphragme ou une tuyère ou est émis par un débitmètre massique d'air à fil chaud (2), et en ce que le signal est appliqué à un appareil de commande électronique (13) et est converti dans celui-ci en un signal d'activation pour un servomoteur électrique (15) associé au régulateur de combustible (12 ou 28), qui commande et qui règle le débit de combustible d'un gicleur de calibrage (16, 30) disposé entre la pompe à combustible (11) et le gicleur à combustible (5).
  2. Système de brûleur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le régulateur de combustible (28) commande et règle la différence de pression au gicleur de calibrage (30) à calibrage fixe.
  3. Système de brûleur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le régulateur de combustible (12) commande la valeur de calibrage du gicleur de calibrage variable (16) et règle la différence de pression au gicleur de calibrage (16) à une valeur fixe.
  4. Système de brûleur suivant la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que la valeur de calibrage et/ou la différence de pression au gicleur de calibrage (16, 30) est commandée et réglée en fonction de signaux d'une sonde lambda (10) disposée dans la sortie des gaz d'échappement (9).
  5. Système de brûleur suivant l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le tronçon de mesure (3) disposé dans le canal à air (1) est formé par un élément à écoulement laminaire ou par une tuyère de Venturi (25 ou 24), qui est disposé(e) entre les parois du canal à air et du gicleur à combustible.
  6. Système de brûleur suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le débit d'air est réglé par une activation électronique de la soufflante (4) à conduite par la vitesse de rotation, pour la commande de la puissance.
  7. Système de brûleur suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le gicleur à combustible est réalisé comme un gicleur de pulvérisation connu (5) avec un raccord pour l'air de pulvérisation, dans lequel celui-ci est fourni par un compresseur d'air (7).
  8. Système de brûleur suivant la revendication 7, caractérisé en ce que le prélèvement de l'air de pulvérisation dans le canal à air (1) est effectué en aval du tronçon de mesure (3).
  9. Système de brûleur suivant la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que le compresseur d'air (7) est surveillé par un interrupteur manométrique (32).
  10. Système de brûleur suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le servomoteur électrique (15) agit sur un ressort (29) comprimé entre une membrane (20) et le servomoteur électrique (15) du régulateur de combustible (28) et fait varier la longueur comprimée de celui-ci, dans lequel le ressort (29) agit contre un ressort (19) déterminant la différence de pression au gicleur de calibrage (16).
  11. Système de brûleur suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'appareil de commande (13) relie des tracés de caractéristique différente de telle façon qu'il en résulte un rapport de mélange désiré de combustible et d'air pour le fonctionnement du brûleur.
  12. Système de brûleur suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le régulateur de combustible (12, 28) présente un capteur de température (34), qui détecte la température du combustible à proximité immédiate du gicleur de calibrage (16, 30) et génère un signal électrique, qui est traité dans l'appareil de commande (13) pour compenser la variation de viscosité et qui est pris en compte pour le calcul du signal d'activation du servomoteur électrique (15).
  13. Système de brûleur suivant l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que le régulateur de combustible (12, 28) présente un dispositif de chauffage électrique (35), qui chauffe et règle le combustible à une température prédéterminée à proximité immédiate du gicleur de calibrage (16, 30)
  14. Système de brûleur suivant la revendication 13, caractérisé en ce que la température du combustible est déterminée par un capteur de température, dont les signaux de sortie sont traités pour l'activation du dispositif de chauffage.
  15. Système de brûleur suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la pompe à combustible (12) est une pompe à membrane et est entraînée par un élément moteur pneumatique (36) et dont la membrane (37) est soumise à l'air se trouvant sous pression fourni par le compresseur d'air (7).
  16. système de brûleur suivant la revendication 15, caractérisé en ce que l'élément moteur (36) présente un mécanisme à ressort à déclic (38) pour l'inversion automatique de soupapes d'admission d'air et d'échappement d'air (39 et 40).
  17. Système de brûleur suivant la revendication 15 ou 16, caractérisé en ce que la pompe à membrane présente dans sa sortie (41) un accumulateur de pression (42), qui maintient la pression d'alimentation dans les phases d'inversion du mouvement de la membrane.
  18. Système de brûleur suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un dispositif d'allumage (8) opère en débitmètre ionique dans les phases de fonctionnement sans étincelles d'allumage et effectue une mesure ionique du débit dans la tête de mélange (6) du brûleur.
  19. Système de brûleur suivant la revendication 3 ou l'une des revendications précédentes rattachées à celle-ci, caractérisé en ce que le régulateur de combustible (12) présente un vérin électromagnétique (23), qui provoque une fermeture du siège de soupape (22) du régulateur de la différence de pression (18) lorsque le brûleur est arrêté.
  20. Système de brûleur suivant l'une des revendications 1 à 19, caractérisé en ce que la pompe à combustible (11) est également utilisée comme compteur volumétrique de combustible en plus de sa fonction d'alimentation de combustible.
  21. Système de brûleur suivant la revendication 20, caractérisé en ce que l'utilisation comme compteur volumétrique de combustible est toujours effectuée après un démarrage du brûleur et est répétée après un temps de combustion déterminé.
  22. Système de brûleur suivant la revendication 21, caractérisé en ce que l'utilisation comme compteur volumétrique de combustible n'est effectuée qu'en un point de travail déterminé (puissance) du fonctionnement du brûleur.
  23. Système de brûleur suivant la revendication 22, caractérisé en ce que, pendant l'utilisation comme compteur volumétrique de combustible, on amorce automatiquement une puissance déterminée du brûleur et on maintient celle-ci pendant la durée de contrôle.
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