EP1063471A1

EP1063471A1 - Düsenstock für einen Ölbrenner

Info

Publication number: EP1063471A1
Application number: EP00112924A
Authority: EP
Inventors: Walter Dipl.-Ing. Bornscheuer; Stefan Dipl.-Ing. Kuperjans; Jürgen Dipl.-Ing. Ogrzewalla; Gunter Dipl.-Ing. Gürich; Hermann Josef Dipl.-Ing. Laumen
Original assignee: FEV Motorentechnik GmbH and Co KG
Current assignee: FEV Europe GmbH
Priority date: 1999-06-23
Filing date: 2000-06-20
Publication date: 2000-12-27
Also published as: DE19928589A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Brenner für flüssige Brennstoffe, insbesondere Ölbrenner, der einen Düsenstock mit einer Zerstäuberdüse (8) aufweist, die über einen Zufuhrkanal (10) und über eine Verbindungsleitung (2) mit einer Brennstoffversorgung in Verbindung steht, und der ein dem Zufuhrkanal (10) zugeordnetes Unterbrecherventil (11) mit wenigstens einem Ventilkörper (17; 24.2, 25.1) aufweist, der mit einem durch elektrische Energie betätigbaren Aktuator (12) in Verbindung steht der durch ein piezoelektrisches Betätigungsmittel gebildet wird. <IMAGE>

Description

Bei Brennern für flüssige Brennstoffe, die nach dem Düsenzerstäubungsverfahren arbeiten, wird der durchgesetzte Brennstoffmassestrom bestimmt durch den Brennstoffdruck bzw. durch die Düsengröße. Dabei ist ein Mindestbrennstoffdruck zum einen für eine gute Zerstäubung notwendig und zum anderen ist eine Mindestdüsengröße notwendig, um Verstopfungen durch etwaige Schwebstoffe im Brennstoff zu vermeiden.

Diese Vorgaben ergeben eine Leistungsschranke, die nicht unterschritten werden kann und die in der Praxis bei etwa 14 kW liegt.

Um nun diese Leistungsschranke zu unterschreiten, ist man dazu übergegangen, die Brennstoffzufuhr mit einer modifizierten Brennstoffpumpe bei vollem Brennstoffdruck periodisch zu unterbrechen, so daß sich eine gepulste Zerstäubung ergibt. Dadurch läßt sich die Brennerleistung um einen festen Faktor, der bei etwa 50% liegt, gegenüber der vorstehend angegebenen Leistungsschranke reduzieren. Die Frequenz der Unterbrechung der Brennstoffzufuhr ist konstruktiv durch die Brennstoffpumpe vorgegeben. Eine Anpassung an wechselnde Leistungsanforderungen ist daher nicht oder nur beschränkt möglich.

Andere Zerstäubungsverfahren, wie beispielsweise eine Druckluftzerstäubung oder eine Ultraschallzerstäubung erlauben zwar eine Anpassung an unterschiedliche Leistungsanforderungen, sind jedoch im Aufbau sehr aufwendig und erfordern besondere Maßnahmen, um zu einer guten Gemischbildung zu kommen.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, einen Brenner für flüssige Brennstoffe zu schaffen, der einen Betrieb auch bei geringen Leistungsanforderungen und eine stufenlose Einstellung des Brennstoffdurchsatzes ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit einem Brenner für flüssige Brennstoffe, insbesondere einen Ölbrenner, der einen Düsenstock mit einer Zerstäuberdüse aufweist, die über einen Zufuhrkanal und eine Verbindungsleitung mit einer Brennstoffversorgung in Verbindung steht und ein dem Zufuhrkanal zugeordnetes Unterbrecherventil mit einem Ventilkörper aufweist, der mit einem durch elektrische Energie betätigbaren Aktuator in Verbindung steht, der durch ein piezoelektrisches Betätigungsmittel gebildet wird. Mit einer derartigen Gestaltung ist es möglich, bei einem vorgegebenen, zweckmäßigerweise konstant über die Brennstoffversorgung anstehenden Brennstoffdruck durch eine entsprechende Ansteuerung des Aktuators während des Betriebes den Brennstoffdurchsatz stufenlos einzustellen. Das Unterbrecherventil wird hierbei nur "auf-zu" gesteuert, wobei ausgehend von einer Offenstellung für "Vollast" über eine Pulsweitenmodulation durch Veränderung des Verhältnisses von Öffnungszeit zur Schließzeit der Brennstoffdurchsatz entsprechend verändert wird. Hierbei ist zur Veränderung des Brennstoffdurchsatzes auch eine Veränderung der Arbeitsfrequenz des Unterbrecherventils möglich, die bis in den Bereich von etwa 30 Hz abgesenkt werden kann. Der besondere Vorteil des piezoelektrischen Betätigungsmittels liegt darin, daß das Unterbrecherventil schnell öffnet und schnell schließt, so daß der volle Strömungsquerschnitt praktisch verzögerungsfrei geöffnet und geschlossen wird. Die Brennstoffzumessung wird somit genauer.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß die Bewegungsbahn des Ventilkörpers in axialer Verlängerung der Düsenachse verläuft. Durch diese Ausgestaltung ist nicht nur eine kompakte Bauweise des Systems "Aktuator-Unterbrecherventil" möglich, sondern auch die Anordnung des Betätigungsmittels und des Ventilkörpers im Düsenstock selbst möglich. Der Ventilsitz des Ventilkörpers kann dann vorteilhaft in unmittelbarer Nähe der Zerstäuberdüse angeordnet werden, so daß neben einer genaueren Dosierung des zuzuführenden Brennstoffs durch die Reduzierung von Toträumen zwischen Düsenmündung und Schließsitz des Ventilkörpers ein "Nachtropfen" praktisch vermieden ist.

Es ist grundsätzlich möglich, das piezoelektrische Betätigungsmittel unmittelbar auf den Ventilkörper einwirken zu lassen. In zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß das Betätigungsmittel auf eine Druckmembran einwirkt, die einen mit der Druckölversorgung verbundenen Hydraulikraum abschließt, der mit dem kolbenartig ausgebildeten Ventilkörper in hydraulischer Wirkverbindung steht, wobei der Ventilkörper durch eine in Schließrichtung wirkende Rückstellfeder abgestützt ist. Diese Anordnung erlaubt die Übertragung großer Stellkräfte, so daß auch bei hohen Brennstoffdrücken eine zuverlässige und schnelle Schaltbewegung des Ventilkörpers möglich ist. Die Anordnung ist insbesondere vorteilhaft bei Verwendung des piezoelektrischen Betätigungsmittels, da durch entsprechende Bemessung der Verhältnisse der Fläche der Druckmembran einerseits und des Kolbenquerschnitts des Ventilkörpers andererseits mit geringen Stellwegen und geringen Stellkräften des Betätigungsmittels große Stellwege des Ventilkörpers bewirkt werden können.

In zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß der Hydraulikraum über eine Anschlußleitung mit der Brennstoffversorgung in Verbindung steht, der ein beim Öffnen des Ventilkörpers schließendes Sperrventil zugeordnet ist. Durch diese Maßnahme ist gewährleistet, daß etwaige Leckverluste aus dem Hydraulikraum jeweils in Schließstellung des Ventilkörpers durch Zufuhr des mit Druck geförderten Brennstoffs aus der Brennstoffversorgung ausgeglichen werden.

In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß zwischen dem Hydraulikraum und dem Ventilkörper ein gesonderter Steuerkolben angeordnet ist, der mit dem Ventilkörper in Wirkverbindung steht und der gegenüber dem Zufuhrkanal als Ventil wirkt. Damit ist der Hydraulikraum von der Seite des Zufuhrkanals her ebenfalls durch ein Ventil absperrbar, so daß auch bei einem Betrieb mit langdauernden Öffnungszeiten des Unterbrecherventils der Druck im Hydraulikraum infolge von Leckagen nicht abfallen kann. Der Steuerkolben kann hierbei hydraulisch auf das Unterbrecherventil einwirken oder besonders zweckmäßig in unmittelbarer mechanischer Verbindung mit dem Ventilkörper des Unterbrecherventils in Verbindung stehen.

In zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß die Verbindungsleitung zum Zufuhrkanal mit der Druckseite einer Förderpumpe verbunden ist und über eine Abströmleitung mit Druck-Halteventil mit dem Vorratstank verbunden ist. Dadurch ist die Möglichkeit gegeben, unabhängig von der Betätigung des Unterbrecherventils einen konstanten Brennstoffdruck am Unterbrecherventil aufrechtzuerhalten und so für optimale Zerstäubungsbedingungen zu sorgen.

Die Erfindung wird anhand schematischer Zeichnungen von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1: den Aufbau eines Ölbrenners in Form eines Blockschaltbildes,
Fig. 2: eine Ausführungsform für einen Düsenstock mit integriertem Aktuator und Unterbrecherventil,
Fig. 3: in einer vergrößerten Darstellung die Ausbildung des Unterbrecherventils gem. Fig. 2 in Schließstellung mit Sperrventil für den Hydraulikraum,
Fig. 4: das Unterbrecherventil gem. Fig. 3 in Öffnungsstellung,
Fig. 5: eine abgewandelte Ausführungsform des Unterbrecherventils gem. Fig. 3 in Schließstellung,
Fig. 6: die Ausführungsform gem. Fig. 5 in Öffnungsstellung,
Fig. 7: eine abgewandelte Ausführungsform für ein Sperrventil in Öffnungsstellung,
Fig. 8: das Sperrventil gemäß Fig. 7 in Schließstellung,
Fig. 9: eine druckentlastete Ausführungsform des Unterbrecherventils in Schließstellung,
Fig. 10: die Ausführungsform gemäß Fig. 9 in Öffnungsstellung,
Fig. 11: in Diagrammform verschiedene Leistungsansteuerungen.

Der in Fig. 1 schematisch dargestellte Ölbrenner besteht im wesentlichen aus einem Düsenstock 1, der hier nur schematisch in Form eines Blockschaltbildes in der Verknüpfung seiner einzelnen Funktionselemente dargestellt ist. Der Düsenstock 1 steht über eine Verbindungsleitung 2 mit der Druckseite einer Förderpumpe 3 in Verbindung, über die aus einem Vorratstank 4 das Brennöl unter einem vorgegebenen Druck dem Düsenstock 1 zugeführt wird.

Mit der Verbindungsleitung 2 ist eine zum Vorratstank 4 zurückführende Abströmleitung 5 verbunden, in der eine Drossel 6 und ein Druckhalteventil 7 angeordnet sind, so daß in der Verbindungsleitung 2 unabhängig von der vom Brenner abgenommenen Brennstoffmenge ein gegebener Vordruck aufrechterhalten werden kann.

Der Düsenstock 1 weist eine Zerstäuberdüse 8 üblicher Bauart auf, der in eine hier in ihrem Aufbau nicht näher dargestellte Brenneranordnung 9 integriert ist.

Die Zerstäuberdüse 8 steht über einen Zufuhrkanal 10 und die Verbindungsleitung 2 mit der durch Vorratstank 4 und Förderpumpe 3 gebildeten Druckölversorgung in Verbindung. Im Zufuhrkanal 10 ist ferner ein Unterbrecherventil 11 angeordnet, das über einen Aktuator 12 zwischen einer Schließstellung und einer Offenstellung hin und her bewegt werden kann. Der Aktuator wird über eine Steuereinrichtung 13 angesteuert.

Während es grundsätzlich möglich ist, das Unterbrecherventil über einen elektromagnetischen Aktuator zu betätigen, ist bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ein Aktuator mit einem piezoelektrischen Betätigungsmittel 14 vorgesehen. Das elektrisch ansteuerbare, in seinem Aufbau grundsätzlich bekannte und in einem Gehäuse 12.1 mit einem Ende befestigte piezoelektrische Betätigungsmittel 14 wirkt mit seinem freien Ende auf eine Druckmembran 15, die einen Hydraulikraum 16 begrenzt. Der Hydraulikraum 16 steht unmittelbar mit einem kolbenartig ausgebildeten Ventilkörper 17 des Steuerventils 11 in hydraulischer Wirkverbindung. Bei einer Beaufschlagung des piezoelektrischen Betätigungsmittels 14 mit einer elektrischen Spannung verändert dieses seine Länge und drückt so die Druckmembran 15 durch, so daß aus dem Hydraulikraum 16 Druckflüssigkeit, hier Öl, auf den kolbenartig ausgebildeten Ventilkörper 17 einwirkt und so das Unterbrecherventil 11 in seine Öffnungsstellung verschiebt. Über eine Rückstellfeder 18 wird beim Abschalten der Spannung und der damit verbundenen Verkürzung des piezoelektrischen Betätigungsmittels die Druckmembran 15 wieder zurückgezogen und gleichzeitig unter der Kraftwirkung der Rückstellfeder 18 der Ventilkörper 17 in seine Schließstellung zurückgezogen. Der Ventilteller 17.1 mit dem zugeordneten Ventilsitz sollte den Zufuhrkanal 10 so nahe wie möglich am Dralleinsatz 8.1 der Zerstäuberdüse abschließen, um Toträume zwischen Ventilsitz und Düsenmündung so klein wie möglich zu halten, so daß nur geringe Brennstoffmengen bei geschlossenem Unterbrecherventil 11 nachtropfen bzw. nachverdampfen können.

Der Hydraulikraum 16 steht über eine Anschlußleitung 19, in der ein Sperrventil 20 in Form eines Rückschlagventils angeordnet ist, mit der Abströmleitung 5 der Druckölversorgung in Verbindung, so daß jeweils bei der Rückbewegung der Druckmembran 15 aus der Abströmleitung 5 über die Anschlußleitung 19 Öl angesaugt werden kann, um etwaige Verluste an Druckflüssigkeit im Hydraulikraum durch Leckage auszugleichen.

Wie Fig. 2 für ein konkretes Ausführungsbeispiel erkennen läßt, können entsprechend einer Ausgestaltung der Erfindung die vorstehend beschriebenen einzelnen Schaltelemente in den Düsenstock 1 integriert werden. Für die anhand von Fig. 1 bereits beschriebenen Elemente sind in Fig. 2 gleiche Bezugszeichen verwendet.

An dem im wesentlichen stabförmig ausgebildete Düsenstock 1 ist an einem Ende die anschraubbare, mit einem Dralleinsatz 8.1 mit einer Düsenöffnung 8.3 versehene Zerstäuberdüse 8 angeordnet. Gleichachsig zur Achse 8.2 der Zerstäuberdüse 8 ist an seinem anderen Ende der hier nur teilweise dargestellte Aktuator 12 mit seinem Gehäuse 12.1 und seinem piezoelektrischen Betätigungsmittel 14 angeordnet.

Das Unterbrecherventil 11 wird bei dieser Ausführungsform im wesentlichen gebildet durch einen kolbenartig ausgebildeten Ventilkörper 17, der sich an seinem der Zerstäuberdüse 8 zugekehrten Ende auf der Rückstellfeder 18 abstützt. Der Ventilkörper 17 ist bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel als Tellerventil ausgebildet, dessen Ventilteller 17.1 durch die Rückstellfeder 18 in Schließrichtung abgestützt ist. Das dem Ventilteller abgekehrte Ende 17.2 des Ventilkörpers 17 ist als Kolben ausgebildet, der den Hydraulikraum 16 auf der der Druckmembran 15 gegenüberliegenden Seite begrenzt. Die gegenüber dem Hydraulikraum 16 wirksame Fläche der Druckmembran 15 ist größer als die wirksame Fläche des Kolbenteils 17.2, so daß für den Hub des Betätigungsmittels 14 ein entsprechendes Übersetzungsverhältnis gegeben ist. Die Zeichnung läßt ferner erkennen, daß das Unterbrecherventil 11 mit seinem Ventilteller 17.1 dicht am Dralleinsatz 8.1 der Zerstäuberdüse 8 angeordnet werden kann, so daß nur ein geringer Totraum vorhanden ist und dementsprechend nur geringe Ölmengen bei längerer Schließzeit über die Düse in den Brenner 9 austreten bzw. ausdampfen können.

In den Düsenstock 1 mündet die Verbindungsleitung 2 zur Druckölversorgung ein, die hier nur durch die zugehörige Verschraubung dargestellt ist.

Der Ventilkörper 17 ist in einer axialen Bohrung im Düsenstock 1 geführt, wobei der obere, dem Kolben 17.2 zugeordnete Bereich als Zylinder ausgebildet ist, während der untere Bereich zwischen der Einmündung der Verbindungsleitung 2 und dem Ventilteller 17.1 einen größeren Durchmesser aufweist als der Schaft des Ventilkörpers 17, so daß hier ein ringförmiger Zufuhrkanal 10 gegeben ist.

Wie die Zeichnung erkennen läßt, ist auch die Anschlußleitung 19 und das Rückschlagventil 20 in den Düsenstock 1 integriert.

Bei entsprechender Umkehrung der Wirkungsrichtung der über das piezoelektrische Betätigungsmittel wirkenden Druckkräfte kann statt des dargestellten Tellerventils auch ein Nadelventil mit kolbenförmiger Ventilnadel eingesetzt werden. Diese wird in Schließstellung durch eine Rückstellfeder mit ihrer Spitze gegen einen entsprechenden Ventilsitz gepreßt. Bei Aktivierung des Betätigungsmittels hebt die Ventilnadel durch Druckbeaufschlagung ab und öffnet die Düse. Die Druckbeaufschlagung erfolgt zweckmäßig über den Brennstoffdruck. Vorteilhaft ist es, wenn in Schließstellung die Ventilnadel druckentlastet ist, d. h. der Brennstoffdruck auf beiden Seiten einwirkt, wobei die ausgeübte Druckkraft in Schließrichtung größer sein kann. Bei Aktivierung des Betätigungsmittels wird das der Spitze abgekehrte Ende drucklos gestellt, so daß der Brennstoffdruck gegen die Kraft der Rückstellfeder öffnet.

In Fig. 3 und 4 ist entsprechend Fig. 2 der den Ventilkörper 17 umfassende Bereich des Düsenstocks in vergrößerter Darstellung wiedergegeben. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Bauelemente. In Fig. 3 ist der Ventilkörper 17 in Schließstellung dargestellt, während Fig. 4 den Ventilkörper 17 in Offenstellung zeigt.

In der in Fig. 3 gezeigten Schließstellung wird durch den über die Anschlußleitung 19 anstehenden Öldruck das Rückschlagventil dann in Offenstellung gedrückt, wenn aufgrund von Leckölverlusten im Hydraulikraum ein Druckunterschied bei der Rückbewegung auftritt. Der Ventilkörper 17 wird durch die Rückstellfeder 18 in Schließstellung gehalten.

Wird das piezoelektrische Betätigungsmittel 14 mit einer Spannung beaufschlagt, so daß es seine Länge vergrößert, dann wird, wie Fig. 4 zeigt, die Druckmembran 15 durchgedrückt, so daß der Hydraulikraum in seinem Volumen reduziert wird und entsprechend den Flächenverhältnissen der Kolbenteil 17.2 des Ventilkörpers 17 gegen die Kraft der Rückstellfeder 18 in Offenstellung vorgeschoben. Gleichzeitig wird das Rückschlagventil 20 in Schließstellung gehalten.

Der Ventilteller 17.1 hebt von seinem Ventilsitz ab, so daß durch den ringförmigen Zufuhrkanal 10 das Öl der Zerstäuberdüse strömen kann.

Bei einer Ausbildung des Unterbrecherventils als Nadelventil ist mit geänderter Wirkrichtung der Rückstellfeder neben dem Rückschlagventil 20, das durch den Brennstoffdruck in Offenstellung gehalten wird, ein weiteres Rückschlagventil angeordnet, das durch den Brennstoffdruck geschlossen gehalten wird, wenn das Unterbrecherventil in Schließstellung steht. Bei Aktivierung des Betätigungsmittels wird durch den Druckaufbau über die Druckmembran 15 das Rückschlagventil 20 geschlossen und das andere Rückschlagventil geöffnet, so daß das andere Rückschlagventil zur Abströmleitung 5 öffnet. Der Druck im Hydraulikraum 16 fällt ab und der Brennstoffdruck hebt die Ventilnadel an und gibt die Düsenöffnung frei. Zum Schließen läuft der Vorgang in umgekehrter Reihenfolge ab.

Wird das Unterbrecherventil 11 über längere Zeit nun in der in Fig. 4 dargestellten Offenstellung gehalten, kann aufgrund von Undichtigkeiten im Bereich der Führung des als Kolben 17.2 ausgebildeten Endes des Ventilkörpers 17 aus dem Hydraulikraum 16 Öl als Leckverlust austreten, so daß auch bei weiter anstehender Spannung am piezoelektrischen Betätigungsmittel 14 durch die Kraft der Rückstellfeder der Ventilkörper langsam in die Schließstellung zurückgeschoben wird. Damit ist es nicht möglich, diese Ventilform für einen Brennerbetrieb zu verwenden, der auch eine Öffnung auf Dauer erfordert.

Um dies zu vermeiden, ist bei der in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform dem Ventilkörper 17 an seinem dem Hydraulikraum 16 zugekehrten Ende ein als Ventilkörper ausgebildeter Steuerkolben 22 zugeordnet. Der Steuerkolben 22 stützt sich unmittelbar über eine stößelartige Verlängerung 25 auf dem Ende des Ventilkörpers 17 ab. Der Kolben ist mit einer Dichtfläche 24 versehen, der ein Dichtsitz 25 im Düsenstock 1 zugeordnet ist. Befindet sich der Ventilkörper 17 in Schließstellung, wie in Fig. 5 dargestellt, dann ist der Steuerkolben 22 vom Dichtsitz 25 abgehoben.

Wird nun, wie vorstehend beschrieben, über das piezoelektrische Betätigungsmittel 14 die Druckmembran 15 durchgedrückt, dann wird, wie Fig. 6 zeigt, über die Flüssigkeit im Hydraulikraum 16 der Steuerkolben 22 gegen seinen Dichtsitz 25 gepreßt und bei der Bewegung gleichzeitig über den stößelartigen Ansatz 23 der Ventilkörper 17 in seine Offenstellung vorgeschoben. Damit ist der Hydraulikraum 16 gegenüber dem Zufuhrkanal 10 verschlossen und eine Leckage aus dem Hydraulikraum 16 unterbunden. Das Unterbrecherventil 11 kann somit auf Dauer in Öffnungsstellung gehalten werden.

Mit einem derart ausgebildeten Unterbrecherventil 11 ist ein schnelles Öffnen und Schließen, auch mit hoher Schaltfrequenz möglich.

In Fig. 7 und 8 ist in Offen- und in Schließstellung eine abgewandelte Form für ein Sperrventil 20 für den Hydraulikraum 16 dargestellt. Dieses wird im wesentlichen gebildet durch einen Ringraum 20.1, dem eine Dichtkante 20.2 zugeordnet ist. Der Ringraum 20 steht hierbei mit der Anschlußleitung 19 zur Verbindungsleitung 2 in Verbindung, so daß in der hier dargestellten Schließstellung in den Hydraulikraum 16 zum Ausgleich von Leckagen jeweils Flüssigkeit nachgeführt werden kann.

Wird, wie in Fig. 8 dargestellt, das Betätigungsmittel 14 aktiviert, dann wird die Druckmembran 15 in den Hydraulikraum hinein durchgebogen. Hierbei legt sich die Druckmembran 15 an der Dichtkante 20.2 an und schließt somit den Hydraulikraum 16 gegenüber dem Ringraum 20.1 ab, so daß die Verbindung zur Anschlußleitung 19 unterbrochen ist. Hierdurch wird die Konstruktion des System erheblich vereinfacht.

In den Fig. 9 und 10 ist jeweils in geschlossener und in geöffneter Stellung eine druckentlastete Ausführungsform für ein Unterbrecherventil 11 dargestellt. Der Grundaufbau entspricht der anhand von Fig. 3 dargestellten und beschriebenen Ausführungsform, so daß hier gleiche Bauelemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sind.

Auch bei dieser Ausführungsform ist ein Hydraulikraum 16 vorgesehen, der gegenüber dem Betätigungsmittel 14 durch eine Druckmembran 15 abgeschlossen ist. Der Hydraulikraum 16 steht auch hier über die Anschlußleitung 19 mit zwischengeschaltetem Sperrventil 20, das sowohl als Rückschlagventil wie dargestellt als auch als Membranventil entsprechend Fig. 7 und 8 ausgebildet sein kann.

Das Unterbrecherventil 11 selbst weist zwei Ventilkammern 24 und 25 auf, die über eine Durchtrittsöffnung 26 miteinander verbunden sind. In die Ventilkammern 24 und 25 mündet jeweils ein von der Verbindungsleitung 2 abzweigender Zufuhrkanal 10.1 bzw. 10.2 ein. In der ersten, der Düse 8 zugeordneten Ventilkammer 24 ist ein kolbenartiger Ventilkörper 24.1 angeordnet, der über eine Rückstellfeder 27 in Schließrichtung und über den Flüssigkeitsdruck im Zufuhrkanal 10.1 in Öffnungsrichtung beaufschlagbar ist. Der Ventilkörper 24.1 ist hierbei mit einer Ventilspitze 24.2 versehen, die über die Rückstellfeder 27 auf einen entsprechenden Ventilsitz auf gedrückt werden kann.

In der zweiten dem Hydraulikraum 16 zugeordneten Ventilkammer 25 ist ebenfalls ein kolbenartiger Ventilkörper 25.1 angeordnet, der über eine Rückstellfeder 28 und den Flüssigkeitsdruck im Zufuhrkanal 10.2 in Öffnungsrichtung und durch den Druck im Hydraulikraum 16 in Schließrichtung beaufschlagbar ist. Der ventilkörper 25.1 weist eine Ventilspitze 25.2 auf, die in Schließstellung an einem entsprechenden Dichtsitz der Verbindungsöffnung 26 anliegt.

Der ersten Ventilkammer 24 ist auf der Rückseite des Ventilkörpers 24.1 ein Abströmraum 29 zugeordnet, der über eine Abströmleitung 30 mit Drossel 31 mit dem Tank 4 der Ölversorgung in Verbindung steht.
Ist das Betätigungsmittel 14 nicht aktiviert, dann wird über die Rückstellfeder 27 der Schließkörper 24.1 in der ersten Ventilkammer 24 in Schließstellung gehalten. Zugleich befindet sich der Ventilkörper 25.1 der Ventilkammer 25 in Öffnungsstellung, so daß der der ersten Ventilkammer 24 zugeordnete Abströmraum 29 über den Zufuhrkanal 10.2 mit dem hohen Druck der Druckölversorgung beaufschlagt wird. Da gleichzeitig die Ventilkammer 24 und auch der Hydraulikraum 16 über die Anschlußleitung 19 mit dem hohen Druck der Ölversorgung in Verbindung steht, ist das gesamte System druckentlastet, so daß die Schließkraft für den Ventilkörper 24.1 nur über die Rückstellfeder 27 aufgebracht wird.

Wird jedoch das Betätigungsmittel 14 aktiviert, wie dies in Fig. 10 dargestellt ist, dann wird über den Hydraulikraum 16 der Ventilkörper 25.1 in der zweiten Ventilkammer 25 in Schließstellung vorgedrückt und die Verbindungsöffnung 26 geschlossen. Über die Abströmleitung 30 mit der Drossel 31 kann nun der Druck im Abströmraum 29 abgebaut werden, so daß durch den hohen Druck im Zufuhrkanal 10.1 der Ventilkörper 24.1 angehoben und die Düsenöffnung freigegeben wird.

In Fig. 11 sind in Diagrammform die durch getaktetes Öffnung des Unterbrecherventils 11 möglichen unterschiedlichen Brennerleistungen dargestellt. Das Diagramm 11a zeigt hierbei den Vollastbetrieb, bei dem das Unterbrecherventil 11 zum Zeitpunkt 1 geöffnet und auf Dauer offengehalten wird. Dies entspricht einer Leistung von 100%.

Durch eine getaktete Spannungsbeaufschlagung des Betätigungsmittels ist es nun möglich, die Leistung zu reduzieren, wobei die Beaufschlagung des piezoelektrischen Betätigungsmittels 14 mit konstanter Frequenz erfolgt, d. h. jeweils zu den Zeitpunkten 1, 3, 5, 7 und 9 wird Spannung angelegt und so das Ventil geöffnet. Um nun zu einer Leistungsreduzierung zu kommen, wird die Spannung vorzeitig abgeschaltet, so daß das Unterbrecherventil 11 schließt. Über die Variation der Öffnungszeit kann nun die Leistung entsprechend variiert werden. Im Diagramm 11.b wird die Spannung nach ¾ der durch die Öffnerfrequenz vorgegebenen Zeit abgeschaltet, was einer Reduzierung der Leistung auf 75% entspricht.

Verkürzt man die Öffnungszeit, wie im Diagramm 11c dargestellt, um die Hälfte, so entspricht dies einer Leistungsreduzierung auf 50%.

Im Diagramm 11d ist eine weitere Verkürzung der Öffnungszeit auf ein Viertel der Taktzeit dargestellt, was einer Reduzierung der Leistung auf 25% entspricht.

Das Maß der möglichen Reduzierung der Öffnungszeit wird im wesentlichen durch die Gesamtgeometrie des Brenners, wie die Brenncharakteristik und Strömungsgeschwindigkeit im Brenner, bestimmt. Die Öffnungszeiten können nur soweit reduziert werden, wie sichergestellt ist, daß beim nächsten Öffnen die durch Zerstäubung erzeugte "Brennstoffwolke" noch sicher durch den Rest der Flammenfront des vorauf gegangenen Öffnungshubes gezündet wird.

Claims

Brenner für flüssige Brennstoffe, insbesondere Ölbrenner, der einen Düsenstock mit einer Zerstäuberdüse (8) aufweist, die über einen Zufuhrkanal (10) und über eine Verbindungsleitung (2) mit einer Brennstoffversorgung in Verbindung steht, und der ein dem Zufuhrkanal (10) zugeordnetes Unterbrecherventil (11) mit wenigstens einem Ventilkörper (17; 24.2, 25.1) aufweist, der mit einem durch elektrische Energie betätigbaren Aktuator (12) in Verbindung steht der durch ein piezoelektrisches Betätigungsmittel gebildet wird.
Düsenstock nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungsbahn des Ventilkörpers (17) in axialer Verlängerung der Düsenachse(8.1) verläuft.
Düsenstock nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zufuhrkanal (10) im Düsenstock (1) angeordnet ist und im Bereich des Unterbrecherventils (11) koaxial zum Ventilkörper (17) verläuft.
Düsenstock nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Unterbrecherventil (11) mit seinem Ventilsitz in nächster Nähe zur Düsenöffnung der Zerstäuberdüse (8) angeordnet ist.
Düsenstock nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungsmittel (14) auf eine Druckmembran (15) einwirkt, die einen mit der Ölversorgung verbundenen Hydraulikraum (16) abschließt, der mit dem kolbenartig ausgebildeten Ventilkörper (17) in hydraulischer Wirkverbindung steht, wobei der Ventilkörper (17) durch eine in Schließrichtung wirkende Rückstellfeder (18) abgestützt ist.
Düsenstock nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die wirksame Fläche der Druckmembran (15) größer ist als der Kolbenquerschnitt des Ventilkörpers (17).
Düsenstock nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Hydraulikraum (16) mit der Brennstoffversorgung in Verbindung steht über eine Anschlußleitung (19), der ein beim Öffnen des Ventilkörpers (17) schließendes Rückschlagventil (20) zugeordnet ist.
Düsenstock nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Hydraulikraum (16) und dem Ventilkörper (17) ein gesonderter Steuerkolben (22) angeordnet ist, der mit dem Ventilkörper (17) in Wirkverbindung steht und der gegenüber dem Zufuhrkanal (10) als Ventil wirkt.
Düsenstock nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkolben (22) mechanisch direkt auf den Ventilkörper (17) einwirkt.
Düsenstock nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsleitung (2) zum Zufuhrkanal (10) mit der Druckseite einer Förderpumpe (3) verbunden ist und über eine Abströmleitung (5) mit Druckhalteventil (7) mit dem Vorratstank (4) verbunden ist.
Düsenstock nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Unterbrecherventil (11) zwei über eine Durchtrittsöffnung (26) miteinander verbundenene Ventilkammern (24, 25) aufweist, die jeweils mit dem Zufuhrkanal (10) verbunden sind, wobei in der ersten, der Düse (8) zugeordneten ventilkammer (24) ein kolbenartiger Ventilkörper (24.1) angeordnet ist, der über eine Rückstellfeder (27) in Schließrichtung und über den Flüssigkeitsdruck im Zufuhrkanal (10.1) in Öffnungsrichtung beaufschlagt wird, und wobei in der zweiten, dem Hydraulikraum 16 zugeordneten Ventilkammer (25) ein kolbenartiger Ventilkörper (25.2) angeordnet ist, der über eine Rückstellfeder (28) und den Flüssigkeitsdruck im Zufuhrkanal (10.2) in Öffnungsrichtung und durch den Druck im Hydraulik-raum (16) in Schließrichtung beaufschlagbar ist.