CH618780A5

CH618780A5 -

Info

Publication number: CH618780A5
Application number: CH1575175A
Authority: CH
Inventors: Ronald Alan Jeroszko
Original assignee: United Technologies Corp
Priority date: 1974-12-18
Filing date: 1975-12-03
Publication date: 1980-08-15
Also published as: GB1530146A; DE2555007A1; FR2295235A1; JPS5189018A; SE7513777L; CA1051674A; US3973390A; IT1054444B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verbrennungsverfah-ren, wobei ein in Ringform um eine Achse herum wirbelndes Zündgemisch in einer Zündzone verbrannt wird, ein vorgemischtes Sekundärkraftstoff-Luftgemisch in die Verbrennungsprodukte der Zündverbrennung eingeleitet wird, und anschliessend weitere Wirbelluft stromabwärts des Sekundärkraftstoff-Luftgemisches eingeleitet wird.

Auf dem Gebiet der Brennkammern werden die Wirbelverbrennung und die Drallverbrennung ausgenutzt, um die Vermischung und die Verbrennung von Kraftstoff und Luft zu beschleunigen und um die Vermischung von Verbren5

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nungsprodukten und Kühlluft während des Verdünnungsprozesses zu beschleunigen, wie es beispielsweise in den US-PS 3 701 255, 3 747 345, 3 788 065, 3 792 582, 3 811 277 und 3 675 419 beschrieben ist und wie es beispielsweise in der DT-OS 2 449 084 bereits vorgeschlagen ist. Bei diesen bekannten bzw. vorgeschlagenen Wirbel- und Drallbrennern wird jedoch keine selektive Wirbel- oder Drallverbrennung zur Erzeugung einer emissionsarmen Verbrennung in der im folgenden beschriebenen Weise benutzt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Brennkammer und ein Verfahren zu schaffen, um die Vorteile eines Vormischers von Kraftstoff und Luft vor dem Einleiten in die Brennkammer und eine Diffusionsverbrennung im Anschluss an eine Schnellverdampfung zu erzielen, so dass eine emissionsarme Verbrennung erzeugt wird.

Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe dadurch gelöst,

dass das Sekundärkraftstoff-Luftgemisch mit einem Luftverhältnis von höchstens 0,33 zur Kraftstoffschnellverdampfung in die Zündverbrennungsprodukte eingeleitet wird zur Bildung eines wirbelnden, kraftstoffreichen Gemisches, dessen Sauerstoffgehalt für eine Selbstentzündung zu niedrig ist, und dass durch das Einleiten der weiteren Wirbelluft dem wirbelnden, kraftstoffreichen Gemisch Hauptverbrennungsluft zugeführt wird, um den Sauerstoffgehalt dieses Gemisches ausreichend zu erhöhen, damit eine Selbstentzündung und eine schnelle Diffusionsverbrennung des verdampften Kraftstoffes erzeugt werden.

Die Erfindung wird im folgenden an Ausführungsbeispielen anhand beiliegender Zeichnung erläutert.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 im Querschnitt eine Ausführungsform einer Brennkammer zur Durchführung des Verbrennungsverfahrens;

Fig. 2 im Querschnitt eine weitere Ausführungsform einer Brennkammer zur Durchführung des Verbrennungsverfahrens, und

Fig. 3 und 4 abgewandelte Ausführungsformen von Vorrichtungen zum Einleiten von verdampftem oder vergastem Kraftstoff, die in der Brennkammer verwendet werden können.

Fig. 1 zeigt im Querschnitt die obere Hälfte einer der Ausführungsformen der Brennkammer 10, welche vorzugsweise einen Kreisquerschnitt hat und konzentrisch um die Brennkammermittellinie oder Achse 12 angeordnet ist. Es sei beachtet, dass die Brennkammer 10 vom Einzelbrennkammer- oder Flammrohrtyp sein kann, bei welchem mehrere derartige Einzelbrennkammern umfangsmässig um die Triebwerksachse herum zwischen dem Verdichter und der Turbine eines herkömmlichen Turbinenluftstrahltriebwerks angeordnet sind, oder aber es kann sich um eine einzige Ringbrennkammer handeln, die mit dem Verdichter der Turbine in einem herkömmlichen Turbinenluftstrahltriebwerk verbunden ist. Ein Aussenwandteil 14 und ein Inaenwandteil 16 haben einen Kreisquerschnitt und sind um die Achse 12 konzentrisch angeordnet, so dass sie zwischen sich eine ringförmige Hauptverbrennungszone 18 begrenzen. Das Wandteil 14 begrenzt zusammen mit einem Wandteil 20 eine zwischen diesen Wandteilen liegende ringförmige Zündzone 22, so dass es sich bei den Zonen 22 und 18 um aneinandergefügte Ringe handelt. Der Zündflammenhalter 24 kann zwar von beliebiger Konstruktion sein, vorzugsweise handelt es sich jedoch um eine zwischen den Wandteilen 14 und 20 über dem Einlass der Zündverbrennungszone 22 angeordnete Lochplatte, so dass in der Zündverbrennungszone 22 eine Verweilzone geschaffen wird, die eine kontinuierliche Verbrennung in dieser Zone gewährleistet. Das Wandteil 14 begrenzt zusammen mit einem Wandteil 26 einen Ringkanal 28, welcher mehrere umfangsmässig verteilte Wirbelbleche 30, die sich über den Ringkanal erstrecken, und mehrere Primärkraftstoffeinspritzdüsen 32 hat, die umfangsmässig derart verteilt sind, dass Zündluft aus dem Turbinenluftstrahltriebwerk (nicht dargestellt) beim Hindurchgehen durch den Ringkanal 28 über die Wirbelbleche 30 hinweggeht und dass anschliessend Zündbrennstoff in die Zündluft eingespritzt wird, so dass ein vorgemischtes Zündkraftstoff-Luftgemisch gebildet wird, welches konzentrisch um die Achse 12 herumwirbelt, wenn es durch den Flammenhalter 24 hindurchgeht, und welches durch den Zünder 34 gezündet wird, um in der Zündzone eine Verbrennung hervorzurufen, welche um die Achse 12 herumwirbelt und bei welcher die so erzeugten Zündverbrennungsprodukte in gleicher Weise wirbeln und in diesem Wirbelzustand in die Hauptverbrennungszone 18 gelangen.

Ein Kanalteil 36 begrenzt in Zusammenwirkung mit einem Kanalteil 38 einen Ringkanal 40, der konzentrisch um die Achse 12 angeordnet und ein offenes Vorderende zum Aufnehmen von Triebwerksluft hat und in welchem ausserdem mehrere umfangsmässig angeordnete Kraftstoffdüsen 42 vorgesehen sind, welche ein gleichmässiges Umfangsprofil von Kraftstoff in die durch den Kanal 40 hindurchgehende Luft einspritzen, um ihn in dem Kanal 40 mit der Luft zu vermischen und um umfangsmässig in dem Kanal 40 ein gleichmässiges Kraftstoff-Luftgemisch zu bilden. Kraftstoff wird über die Sekundärkraftstoffdüse 42 und mit Bezug auf die durch den Kanal 40 hindurchgehende Luft ausreichender Menge eingespritzt, so dass ein kraftstoffreiches vorgemischtes Sekundärkraftstoff-Luftgemisch in dem Kanal 40 gebildet wird, welches ein Luftverhältnis hat, das etwa 0,33 oder kleiner ist. Dieses vorgemischte fette Sekundärkraftstoff-Luftgemisch wird in die Zündzone 22 über mehrere umfangsmässig verteüte und versetzte und radial ausgerichtete Kraftstoffeinspritzöffnungen 44 eingeleitet, deren Anzahl sechzig beträgt, so dass ein gleichmässiges vorgemischtes Gemisch von Sekundärkraftstoff-Luft auf dem Umfang der Zündzone 22 geschaffen wird, damit ein umfangsmässig gleichmässiges und gut vermischtes Kraftstoff-Luftgemisch in die Zündzone 22 eingeleitet wird. Die Grösse der Öffnungen 44 legt das Luftverhältnis des Sekundärkraftstoff-Luftgemi-sches fest. Wenn die wirbelnden Verbrennungsprodukte aus der Zone 22 sich mit dem so eingespritzten Sekundärkraft-stoff-Luftgemisch vermischen, wird der Kraftstoff schnellvergast, so dass ein kraftstoffreiches Gemisch aus vergastem Kraftstoff und den Verbrennungsprodukten gebildet wird, die vorzugsweise um die Achse 12 herumwirbeln und einen Sauerstoffgehalt haben, der für eine Selbstzündung zu niedrig ist, bis eine ausgewählte Zündverzögerung oder Zeitverzögerung abgelaufen ist. Dieses vergaste, wirbelnde fette Gemisch aus Kraftstoff und Verbrennungsprodukten wird in die Hauptverbrennungszone 18 eingeleitet, in welcher es sich schnell mit der Hauptverbrennungsluft vermischt, die in die Hauptverbrennungszone 18 über mehrere getrennte Wirbier 46 eingeleitet wird, welche umfangsmässig versetzt und um die Verbrennungszone 18 herum derart ausgerichtet sind, dass sie in diese mehrere diskrete und wirbelnde Verbrennungsluftsäulen zur schnellen Vermischung mit dem Gemisch aus vergastem Kraftstoff und Verbrennungsprodukten einleiten, um den Sauerstoffgehalt desselben schnell bis zur Selbstzündung zu bringen, bei einem Luftverhältnis von grösser als eins, und um in der Hauptverbrennungszone 18 eine schnelle Diffusionsverbrennung hervorzurufen. Aufgrund des Wirbelzustandes der aus den Wirblern 46 austretenden Verbrennungsluft und des vergasten kraftstoffreichen Gemisches erfolgt eine molekulare Vermischung zwischen dem Kraftstoff und der Luft. Der Zusatz von Verbrennungsluft erzeugt ausserdem eine neue Zündverzögerung kürzerer Dauer, um die Selbstzündung zu beschleunigen. In herkömmlicher Weise wird Verdünnungsluft stromabwärts der Hauptverbrennungszone

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Die Kanalteile 14,16, 20, 26, 36 und 38 haben vorzugsweise einen kreisförmigen Querschnitt und sind konzentrisch um die Achse 12 angeordnet.

Die Öffnungen 44 zum Einleiten des Sekundärkraftstoff-Luftgemisches und die Wirbier 46 sind zwar in der Innenwand ihrer jeweiligen Verbrennungszone dargestellt, es sei jedoch beachtet, dass sie auch in der Aussenwand derselben oder sowohl in der Innenwand als auch in der Aussenwand derselben hätten angeordnet werden können.

Es ist zu erkennen, dass bei der Konstruktion von Fig. 1 ein vorgemischtes Zündkraftstoff-Luftgemisch in die Zündzone 22 mit einem Luftverhältnis von etwa eins eingeleitet wird, so dass darin eine kontinuierliche Verbrennung hervorgerufen und aufrechterhalten wird, und dass es die Zündzone 22 als Zündverbrennungsprodukt verlässt, die um die Achse 12 herumwirbeln. Ausserdem wird ein vorgemischtes und kraftstoffreiches Sekundärkraftstoff-Luftgemisch gleich-massig in der Zündzone 22 verteilt, um eine schnelle Vermischung und eine Schnellvergasung mit den heissen Zünd-verbrennungsprodukten hervorzurufen, damit ein kraftstoffreiches Gemisch aus vergastem Kraftstoff und Verbrennungsprodukten erzeugt wird, welches einen Sauerstoffgehalt hat, der für eine Selbstzündung zu niedrig ist, wobei das letztgenannte Gemisch mit den wirbelnden Verbrennungsluftsäulen in der Hauptverbrennungszone 18 vermischt wird, um den Sauerstoffgehalt desselben auf den Selbstzündungswert zu bringen und zur schnellen Verbrennung mit derselben, um eine Verbrennung mit niedrigerer Emission zu erzeugen.

In der Ausführungsform von Fig. 2 hat die Brennkammer 50 einen insgesamt kreisförmigen Querschnitt und ist um die Achse 52 konzentrisch. Konzentrische Kanalteile 54 und 56 bilden zwischen sich eine ringförmige Hauptverbrennungszone 58. Zwischen dem Kanalteil 54 und einer'Wand 60 befindet sich eine ringförmige Sekundärkraftstoffvergasungs-zone 62 und zwischen dem Kanalteil 54 und einer Wand 62A befindet sich eine ringförmige Zündzone 64. Die Zonen 64, 62 und 58 sind axial versetzt und aneinandergefügt, wie dargestellt. Luft aus dem Verdichterteil eines Turboluftstrahltriebwerks (nicht dargestellt) oder aus einer anderen Quelle strömt durch einen Ringkanal 66 hindurch, welcher zwischen Wandteilen 54 und 68 gebildet ist, und strömt über mehrere umfangsmässig verteilte Wirbel- oder Drehbleche 70, und es wird Primär- oder Zündkraftstoff in diese Luft durch Kraftstoff einspritz Vorrichtungen 72 eingespritzt, welche umfangsmässig um den Kanal 66 verteilt sind, so dass ein vorgemischtes Zündkraftstoff-Luftgemisch geschaffen wird, welches um die Achse 52 herum zu dem Flammenhalter 74 wirbelt, welcher sich zwischen den Wänden 54 und 62 erstreckt und das obere Ende der Zündzone 64 begrenzt. Der Flammenhalter 74 kann zwar von irgendeiner herkömmlichen Konstruktion sein, vorzugsweise ist es jedoch eine Lochplatte. Sekundärluft aus dem Triebwerk oder einer anderen Quelle strömt durch einen zwischen den Wänden 60 und 62 gebildeten Ringkänal 76 hindurch, es wird in sie Kraftstoff über mehrere umfangsmässig verteilte Kraftstoffdüsen 78 eingespritzt und sie strömt über mehrere umfangsmässig angeordnete Drehbleche 80, so dass ein wirbelndes sekundäres Kraftstoff-Luftgemisch durch den Ringkanal 76 und über einen gewellten Ring 82 in die sekundäre Kraftstoffvergasungszone 62 strömt. Kraftstoff wird in den Kanal 76 in ausreichender Menge eingespritzt, so dass das vorgemischte Sekundärkraftstoff-Luftgemisch, das in die Zone 62 strömt, kraftstoffreich ist und ein Luftverhältnis von etwa 0,33 oder kleiner hat.

Primärluft aus dem Triebwerk oder aus einer anderen Quelle strömt durch den zwischen den Kanalteilen 56 und 60

gebildeten Ringkanal 84 und bei ihrem Hinweggang über umfangsmässig angeordnete Wirbelbleche 86 erhält sie einen Drall konzentrisch um die Achse 52. Anschliessend strömt sie über einen gewellten Ring 88, bevor sie in die Hauptverbrennungszone 58 eintritt.

Bei der Konstruktion von Fig. 2 wird das vorgemischte Zündkraftstoff-Luftgemisch durch einen Zünder 90 gezündet und liefert eine ununterbrochene Verbrennung in der Zündzone 64 und gibt um die Achse 52 herumwirbelnde Zündverbrennungsprodukte an die Sekundärkraftstoffvergasungs-zone 62 ab. Das kraftstoffreiche Sekundärkraftstoff-Luftgemisch aus dem Kanal 76 wirbelt ebenfalls um die Achse 52, wenn es in die Zone 62 strömt, in welcher es sich schnell mit den Zündverbrennungsprodukten vermischt und schnellvergast wird, um ein kraftstoffreiches Gemisch aus vergastem Kraftstoff und Luft zu erzeugen, das einen derart niedrigen Sauerstoffgehalt hat, dass es an der Stelle seiner wirbelnden Einleitung in die Hauptverbrennungszone 58 nicht selbstzündbar ist. Die Primärluft aus dem Kanal 84 wird ebenfalls wirbelnd um die Achse 52 in die Hauptverbrennungszone eingeleitet, in welcher sie sich mit dem vorgenannten Gemisch aus vergastem Kraftstoff und Luft vermischt, um dessen Sauerstoffgehalt so zu erhöhen, dass es schnell selbstzündet, und um darin eine schnelle Verbrennung des Diffusionsverbrennungstyps zu erzeugen, die von einer geringen Emission begleitet ist.

Die gewellten Ringe 82 und 88 sind konzentrisch um die Achse 52 abgestützt und die Wellungen nehmen in Amplitude in stromabwärtiger Richtung zu zum Beschleunigen der Vermischung zwischen den wirbelnden Strömungsmitteln, welche über ihre äusseren und inneren Oberflächen hinwegströmen. Die Ringe 82 und 88 können von der in der US-PS 3 788 065 beschriebenen Art sein.

Verdünnungsluft kann durch einen Kanal 92 innerhalb des Kanalteils 54 hindurchgeleitet werden, um die Verbrennungsprodukte der Hauptverbrennungszone zu verdünnen. Statt dessen kann der Kanal 84 einen kreisförmigen Querschnitt haben und zu der Achse 52 konzentrisch sein, wobei das Kanalteil 56 weggelassen ist.

Bei beiden Ausführungsformen, die in den Fig. 1 und 2 dargestellt sind, wird ungefähr Vs bis V4 des gesamten Kraftstoffstroms in vorgemischter Weise in die Zündzone eingespritzt, während der übrige Teil des Kraftstoffstroms in die kraftstoffreiche Sekundärkraftstoffvergasungszone eingespritzt wird. Bei beiden Konstruktionen wird ein umfangsmässig gleichmässiges vorgemischtes Gemisch aus Kraftstoff und Luft in die Zünd- und Hauptverbrennungszonen eingespritzt.

Beide Ausführungsformen der Brennkammer, die in den Fig. 1 und 2 dargestellt sind, weisen die Vorteile einer emissionsarmen Verbrennung auf. Beide Ausführungsformen sorgen für eine gute Steuerung des Vermischens beider Kraftstoff-Luftgemische, nämlich des Zündgemisches und des Sekundärgemisches, so dass diese zu allen Zeiten in einem Bereich vollständiger Brennbarkeit gehalten werden. Wäre das Einspritzen des Zünd- oder des Sekundärkraftstoffes in Form von getrennten Kraftstoffstrahlen erfolgt, hätte sich bei niedriger Leistung eine schlechte Vermischung ergeben, die zu einer schlechten Verbrennung führt, durch welche sich Kohlenmonoxid und unverbrannte Kohlenwasserstoffe ergeben. Unter dem Gesichtspunkt einer Schnellvergasung ist der vergaste Kraftstoff in der Lage, in mit hoher Geschwindigkeit strömender Luft zu verbrennen, so dass in diesen Brennkammern die Triebwerksluft NOx-erzeugenden Temperaturen für minimale Zeitspannen ausgesetzt ist, wodurch NOx-Emissionen reduziert werden.

Der hierin verwendete Ausdruck Diffusionsverbrennung bedeutet eine Verbrennung von Kraftstoff und Luft im An-

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schluss an die Selbstzündung in der Hauptbrennkammer in dem Diffusionsbereich zwischen dem vergasten Kraftstoff und der Verbrennungsluft. Dadurch wird eine sehr schnelle und vollständige Verbrennung erzeugt.

Eine Verbrennung in der Zündzone findet wahrscheinlich s nur während Betriebszuständen niedriger Leistung statt, beispielsweise im Leerlauf, während eine Verbrennung sowohl in der Zündzone als auch der Hauptverbrennungszone stattfindet, wenn hohe Leistungen gefordert werden, beispielsweise beim Start in Meereshöhe, bei welchem die Maximal- io leistung gefordert wird. Für die Maximalleistung wird die Verbrennung in der Zündzone gelöscht und das Sekundär-kraftstoff-Luftgemisch wird veranlasst, solange zu strömen, bis das gewünschte kraftstoffreiche Luftverhältnis erreicht ist. Die Erfahrung hat gezeigt, dass die Emissionsergebnisse 15 um so besser sind, je mehr Primärluft in die Hauptbrennkammer eingeleitet wird. Wenn man bei dieser Brennkammer von der Maximalleistung zurückgeht, wird der Sekundärkraftstrom verringert, während der Sekundärluftstrom konstant bleibt, so dass das Luftverhältnis des Sekundärkraftstoff-Luft- 20 gemisches, das in die Zündzone eingeleitet wird, vergrössert wird, wobei aber dieses Gemisch in die Zündzone als ein brennbares Gemisch eingeleitet wird, wodurch die Bildung von Kohlenmonoxid und unverbranntem Kohlenwasserstoff verringert wird. 25

Die in den Fig. 1 und 2 gezeigten Brennkammerkonstruktionen machen vorteilhaften Gebrauch von einer gesteuerten Zündverzögerung, um die Ausbildung einer Verbrennung mit niedriger Emission zu unterstützen. In diesem Zusammenhang sei daran erinnert, dass es durch eine Kombination des 30 Sauerstoffgehaltes, der Temperatur oberhalb der Verdampfungstemperatur, des Luftverhältnisses und der Zeit in einem Kraftstoff-Luftgemisch zu einer Selbstzündung kommt. Für irgendeinen gegebenen Sauerstoffgehalt in einem Kraft-stoff-Luftgemisch, welches auf einer Temperatur ist, die hoch 35 genug ist, um den Kraftstoff zu verdampfen, findet eine Selbstzündung nach dem Verstreichen einer bestimmten Zeitspanne statt, die als Zündverzögerung oder Zündverzögerungszeit bezeichnet wird. Durch Steuern des Sauerstoffgehalts, der Temperatur und des Luftverhältnisses kann diese 40 Zündverzögerimg oder Zündverzögerungszeit gesteuert werden. Die Brennkammern können von dieser Eigenschaft eines Kraftstoff-Luftgemisches vorteilhaften Gebrauch machen, um zuerst eine ausgewählte Zündverzögerung in dem Zeitpunkt zu schaffen, in welchem das vorgemischte Sekundärkraftstoff- 45 Luftgemisch eingespritzt wird, so dass der Kraftstoff verdampft wird, statt in Tröpfchen zu verbrennen. Anschliessend, wenn das verdampfte, wirbelnde kraftstoffreiche Kraftstoff-Luftgemisch in die Hauptverbrennungszone eingeführt wird, wird auch wirbelnde Verbrennungsluft in die Hauptver-brennungszone eingeleitet, um eine molekulare Vermischung zwischen dem Kraftstoff und der Luft aufgrund der Wirbeleigenschaften der beiden Ströme zu bewirken, und ausserdem wird der Sauerstoffgehalt des neuen Gemisches erhöht, um eine neue Zündverzögerung zur Beschleunigung der Selbstzündung zu schaffen, so dass die Selbstzündung in der Hauptverbrennungszone zu der gewünschten Zeit und folglich an der gewünschten Stelle innerhalb der Verbrennungszone stattfindet. Das Einleiten der wirbelnden Verbrennungsluft erhöht ausserdem das Luftverhältnis des Gemisches, so dass die Selbstzündung bei einem Luftverhältnis stattfindet, 60 das grösser als eins ist, um eine magere schnelle Verbrennung zu erzeugen, die von einer niedrigen Emission begleitet ist.

Es ist somit zu erkennen, dass die Zündverzögerung geschaffen und gesteuert wird, um die Vorteile einer niedrigen Emission zu erzielen.

Insbesondere kann bezüglich der Zündverzögerungssteuerung festgestellt werden, dass, wenn in die heissen, wirbelnden, vollständig verbrannten Zündabgase mit verringertem Sauerstoffgehalt das ein kleines Luftverhältnis aufweisende vorgemischte Sekundärkraftstoff-Luftgemisch eingeleitet wird, die Wärme der Zündabgase bewirkt, dass die Kraftstofftröpfchen zwar verdampfen, dass jedoch, da das durch die Zündabgase und das vorgemischte Sekundärkraftstoff-Luftgemisch gebildete wirbelnde Gemisch einen verringerten Sauerstoffgehalt hat, die Selbstzündung desselben erst dann stattfindet, wenn eine erste Zündverzögerungszeit verstrichen ist. Dieses verdampfte, wirbelnde, kraftstoffreiche Kraftstoff-Luftgemisch würde gegebenenfalls selbstzünden, wenn die ursprüngliche Zündverzögerung verstrichen ist. Das wird jedoch nicht zugelassen, weil die Selbstzündungszeit und damit in dem Triebwerk der Ort der Verbrennung und deren Emission gesteuert werden sollen. Diese Zündverzögerungssteuerung erfolgt durch Einleiten von wirbelnder Verbrennungsluft in die Hauptverbrennungszone, um diese darin schnell mit dem wirbelnden, entkräftigten, verdampften, kraftstoffreichen Kraftstoff-Luftgemisch zu vermischen und um dadurch eine molekulare Vermischung des Kraftstoffes und der Luft zu verursachen und um ausserdem den Sauerstoffgehalt des Gemisches zu erhöhen und seine Zündverzögerung zu verringern, damit die Selbstzündung in dem genauen Zeitpunkt und an der gewünschten Stelle in dem Triebwerk sowie mit dem Luftverhältnis des Gemisches erfolgt, das grösser als eins ist, so dass eine magere schnelle Verbrennung mit niedriger Emission erzielt wird, wobei die Triebwerksluft der NOx-erzeugenden Temperatur für eine minimale Zeitspanne ausgesetzt ist.

Die Fig. 3 und 4 zeigen andere Verfahren zum Einleiten von vergastem Kraftstoff in die Zündzone 22, aus welcher sie in die Zone 18 abgegeben wird. Bei der Konstruktion von Fig. 3 wird flüssiger Kraftstoff durch einen Verteiler 94 gepumpt, welcher mit der Brennkammerwand 14 in Berührung ist, oder, wie dargestellt, bildet die Brennkammerwand 14 eine Begrenzungswand des Verteilers 94. Mehrere Öffnungen oder Löcher 96 bringen das Innere des Verteilers 94 mit der Brennkammerzone 22 in Verbindung und sie sind so gross bemessen, dass in dem durch die Öffnungen 96 hindurchgehenden Kraftstoff ein niedriger Druckabfall erzeugt wird, um einen Kraftstoffilm längs der Innenoberfläche 98 der Brennkammerwand 14 zu bilden, so dass der Kraftstoff durch diese Berührung mit der heissen Brennkammerwand 14 vollständig verdampft wird.

Bei der Konstruktion von Fig. 4 wird ein sehr reiches Kraftstoff-Luftgemisch in ein besonders gebogenes Rohr 100 eingeleitet, welches mit der Brennkammerwand 14 verbunden ist, wie dargestellt. Das reiche Kraftstoff-Luftgemisch, das durch das gebogene Rohr 100 hindurchströmt, tritt aufgrund der Gestalt des Rohres in die Brennkammer sowohl mit einer axialen als auch mit einer Drehgeschwindigkeitskomponente ein, um eine gleichmässige Kraftstoffverteilung zu erleichtern. Jeglicher flüssige Kraftstoff, der nicht innerhalb des Rohres 100 verdampft worden ist, das in unmittelbarer Nähe der Brennkammerwand 14 geführt ist, wird auf eine Ablenkwand oder Ablenkplatte 102 auftreffen, so dass der Kraftstoff bei dem Auftreffen auf die Ablenkplatte 102 schnellverdampft wird und von diesem aus über einen Kanal 104 in das Innere der Brennkammer 22 geleitet wird.

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2 Blatt Zeichnungen

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PATENTANSPRÜCHE

1. Verbrennungsverfahren, wobei ein in Ringform um eine Achse herum wirbelndes Zündgemisch in einer Zündzone verbrannt wird, ein vorgemischtes Sekundärkraftstoff-Luftgemisch in die Verbrennungsprodukte der Zündverbrennung eingeleitet wird, und anschliessend weitere Wirbelluft stromabwärts des Sekundärkraftstoff-Luftgemisches eingeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Sekundärkraft-stoff-Luftgemisch mit einem Luftverhältnis höchstens von 0,33 zur Kraftstoffschnellverdampfung in die Zündverbren-nungsprodukte eingeleitet wird zur Bildung eines wirbelnden, kraftstoffreichen Gemisches, dessen Sauerstoffgehalt für eine Selbstentzündung zu niedrig ist, und dass durch das Einleiten der weiteren Wirbelluft dem wirbelnden kraftstoffreichen Gemisch Hauptverbrennungsluft zugeführt wird, um den Sauerstoffgehalt dieses Gemisches ausreichend zu erhöhen, damit eine Selbstentzündung und eine schnelle Diffusionsverbrennung des verdampften Kraftstoffes erzeugt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das vorgemischte Sekundärkraftstoff-Luftgemisch in die ringförmige Zündzone (22) eingeleitet wird, so dass ein um-fangsmässig gleichförmiges Profil von im wesentlichen radial gerichteten Strömen vorgemischten Sekundärkraftstoff-Luft-gemisches gebildet wird, die in die Zündzone gerichtet sind, und dass die Hauptverbrennungsluft in Form von mehreren umfangsmässig versetzten und ausgerichteten einzelnen wirbelnden Luftströmen eingeleitet wird, welche gleichmässig um die Achse herum angeordnet sind.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Sekundärkraftstoff-Luftgemisch durch eine ringförmige Öffnung, welche mit der Zündzone in Verbindung steht und um die Achse herum wirbelnd eingeleitet wird, und dass die Hauptverbrennungsluft durch eine ringförmige Öffnung und um die Achse herum wirbelnd eingeleitet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Sekundärkraftstoff-Luftgemisch mit einem Parameter gvt2 eingeleitet wird, der grösser ist als der entsprechende Parameter der Zündverbrennungsprodukte, und dass die Hauptverbrennungsluft mit einem Parameter gvt2 eingeleitet wird, der grösser ist als der entsprechende Parameter des kraftstoffreichen Gemisches, um die Vermischung zwischen diesen Strömungen zu beschleunigen, wobei g die Dichte der Strömungsmittel und Vt die Strömungsgeschwindigkeit in Tangentialrichtung sind.
5. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Luftverhältnis des Zündgemisches etwa 1 beträgt.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass etwa ein Viertel des gesamten Kraftstoffes für die Zündverbrennung eingespritzt und der übrige Teil des gesamten Kraftstoffes für die Hauptverbrennung eingespritzt wird.
7. Brennkammer zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einer ringförmigen Zündzone (22, 64),

einer ringförmigen Hauptverbrennungszone (18, 58) stromabwärts der Zündzone, einer Einrichtung zum Einlassen eines um die Achse (12, 52) wirbelnden Zündkraftstoff-Luftgemisches in die Zündzone (22, 64) und einer Vorrichtung (34, 90) zum Zünden des wirbelnden Zündkraftstoff-Luftgemi-sches mit einem Luftverhältnis von höchstens 0,33 in die Verbrennungsprodukte der Zündverbrennung zur Vermischung mit denselben, zur Verdampfung des Kraftstoffes und zum Einleiten eines wirbelnden, kraftstoffreichen Gemisches in die Hauptverbrennungszone (18, 58), und durch eine Einrichtung zum Einleiten von um die Achse (12, 52) wirbelnder Hauptverbrennungsluft in die Hauptverbrennungszone (18, 58) zur schnellen Vermischung mit dem kraftstoffreichen Gemisch, um den Sauerstoffgehalt desselben zur Selbstentzündung bei einem Luftverhältnis von grösser als 1 zu steigern und um eine schnelle Diffusionsverbrennung in der Hauptverbrennungszone (18, 58) zu erzeugen.
8. Brennkammer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Wirbelbewegung des Sekundärkraftstoff-Luftgemisches durch Drehbleche (80) gegeben wird, und dass die Vermischung zwischen den Verbrennungsprodukten der Zündverbrennung und dem Sekundärkraftstoff-Luftgemisch beschleunigt wird, in dem beide Strömungen über einen gewellten Ring (82) hinweggeleitet werden, der konzentrisch zur Achse (52) am stromaufwärtigen Ende einer Zone (62) zum Vergasen des Sekundärkraftstoffes angeordnet ist, welche Zone (62) axial zwischen der Hauptverbrennungszone (58) und der Zündzone (64) angeordnet ist.
9. Brennkammer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptverbrennungsluft mittels Drehblechen (86) in Drehung um die Achse (52) versetzt wird, und dass die Vermischung zwischen der Hauptverbrennungsluft und dem kraftstoffreichen Gemisch beschleunigt wird, in dem beide Strömungen über einen gewellten Ring (88) hinweggeleitet werden, der konzentrisch zur Achse (52) am stromaufwärtigen Ende der Hauptverbrennungszone (58) angeordnet ist.
10. Brennkammer nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellungen der gewellten Ringe (82, 88) stromabwärts in radialer Amplitude zunehmen.
11. Brennkammer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum Einleiten von Hauptverbrennungsluft in die Hauptverbrennungszone (18) diese Hauptverbrennungsluft in Form von mehreren in Umfangs-richtung voneinander entfernten wirbelnden Luftstrahlen zur schnellen Vermischung mit dem kraftstoffreichen Gemisch einleitet, um die Selbstentzündung einzuleiten und eine rasche Diffusionsverbrennung durchzuführen.
12. Brennkammer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum Einleiten des Sekundär-kraftstoff-Luftgemisches mehrere Einlassöffnungen (44) hat, welche um die Achse der Zündzone (22) in gleichen Abständen voneinander angeordnet sind, um das Sekundärkraftstoff-Luftgemisch in Form von mehreren radial gerichteten Strahlen in die Zündzone gleichförmig verteilt einzuleiten.
13. Brennkammer nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum Einleiten der Hauptverbrennungsluft mehrere Drehbleche (46) aufweist, die in Umfangsrichtung der Hauptverbrennungszone (18) angeordnet und mit derselben in Verbindung sind zur Erzeugung von mehreren in Umfangsrichtung in gleichförmigem Abstand angeordneten, in die Hauptverbrennungszone (18) gerichteten Wirbelluftströmungen.
14. Brennkammer nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zum Vormischen des Zündkraftstoff-Luftgemisches vor dem Einleiten desselben in die Zündzone (22, 64).
15. Brennkammer nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Flammenhalter (24, 74) in der Zündzone (22, 64) vorgesehen ist.