DE2456837A1

DE2456837A1 - Brennkammer fuer systeme zur speisung von verbrennungsmotoren mit vorverdichtung

Info

Publication number: DE2456837A1
Application number: DE19742456837
Authority: DE
Inventors: Thierry Andre; Jean Melchior
Original assignee: Etat Francais
Current assignee: Etat Francais
Priority date: 1973-12-04
Filing date: 1974-12-02
Publication date: 1975-06-05
Also published as: DK624274A; JPS50106018A; IN143363B; PL107598B1; ES432532A1; BR7410150A; SE421946B; JPS5843567B2; CS198154B2; CA1032773A; CH588013A5; DE2456837B2; BE822925A; ATA945374A; ZA747498B; DE2456837C3; NL155626B; US4004414A; DK142731B; IT1026776B

Description

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Case 0374-74-B

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Brennkammer für Systeme zur Speisung von Verbrennungsmotoren mit Vorverdichtung.

Die Erfindung betrifft Brennkammern, insbesondere solche, welche als Hilf sbrennkammern in einer Antriebs anlage mit einem Verbrennungsmotor, insbesondere einem Dieselmotor, und einem System zur Speisung dieses Motors mit Vorverdichtung mit einem von den Abgasen des Motors angetriebenen Turbokompressoraggregat benutzbar sind. Sie betrifft ferner derartige Anlagen und ihre Anwendungsverfahren. Es sind Anlagen der obigen Art mit einer ständig offenen, den Kompressor mit der Turbine des Aggregats verbindenden Abzweigleitung für die unmittelbare ständige Überführung einer abgezweigten Luftmenge zu der turbine bekannt, wobei die Hilfsbrennkammer strömungsauf wärt s von der-Turbine angeordnet ist (französische Patentschrift I¹Tr. 70 250

Die Hilfsbrennkammer weist eine Vorrichtung zur Einführung des Brennstoffs und in der Wand der Kammer ausgebildete öffnungen

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zur Einführung eines den Säuerstoffträger bildenden Gases auf, welches nur durch die abgezweigte Luft, oder auch durch ein Gemisch von abgezweigter Luft und Abgasen des Motors, oder auch gleichzeitig durch die abgezweigte Luft und die Abgase des Motors gebildet wird.

In einer derartigen Anlage schwankt die in die Brennkammer ein- i gespritzte Brennstoffmenge mit dem Arbeitszustand der Anlage in! weiten Grenzen· Die Kammer arbeitet z.B. mit voller Leistung (grösste Brennstoffmenge) unter gewissen Bedingungen, wenn der Motor z.B. im Langsamlauf arbeitet, während sie mit geringer Leistung (kleinste Brennstoffmenge) arbeitet, wenn der Motor \ belastet ist. Die Brennkammer wird dann im Bereitschaftsbetrieb . gehalten, anstatt sie ausgehenzulassen, um die Notwendigkeit einer späteren Wiederzündung zu vermeiden.

Beim Arbeiten der Brennkammer im Bereitschaftsbetrieb kann die eingeführte Brennstoffmenge sehr gering und in gewissen Fällen kleiner als etwa 2 Prozent der beim Arbeiten der Kammer mit voller Leistung eingeführten Brennstoffmenge sein. j

Die Aufgabe besteht also darin, eine Brennkammer und insbesondere eine Vorrichtung zur Einführung und zur Zerstäubung des ; Brennstoffs herzustellen, welche erhebliche Schwankungen der Brennstoffmenge ermöglicht, welche Verhältnisse von 1 : 50 oder sogar 1 : 60 erreichen können.

Nebenbei sei bemerkt, daß eine derartige Hilfsbrennkammer ganz anders arbeitet, als die Brennkammer einer Antriebsanlage mit einer Gasturbine, in welcher die thermische Leistung der Kammer eine wachsende Funktion der von der Anlage gelieferten Leistung ist, während bei der obigen Anlage die Brennstoffmenge, am grössten ist, wenn der Motor im Langsamlauf arbeitet.

Es sind Vorrichtungen zur Einführung und mechanischen Zerstäubung bekannt, d.h. bei welchen der flüssige Brennstoff in der Kammer zerstäubt wird, indem er unter einem genügend hohen ; Druck durch eine kalibrierte Öffnung kleinen Querschnitts eingeführt wird. Die die Kalibrierung der Systeme zur mechanischen ι Zerstäubung ermöglichenden Ähnlichkeitsgesetze können jedoch nicht bis zu den sehr geringen Brennstoffmengen extras poliert werden. Für diese sehr geringen Brennstoffmengen (welche grös-

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senordnungsntäßig einige Liter in der Stunde betragen können) j würde der Durchmesser der öffnungen, durch welche die Zerstäu-I bung vorgenommen werden muß, einen Wert haben, welcher gleich j der FiIterschwelle oder sogar kleiner als diese ist, was natür-I liehe eine häufige Verstopfung dieser Zerstäubungsöffnungen zur/ I Folge haben würde. Außerdem muß, wenn der Brennstoff in die ¹ Brennkammer durch ein rein mechanisches Zerstäubungssystem eingeführt werden soll, der Druck der Einführung durch die Öffnung sich etwa wie das Quadrat der eingeführten Menge ändern. Palis sich die eingeführte Menge in Verhältnissen von 1 : 60 ändern soll, müsste sich der zur Erzielung einer richtigen Zerstäubung erforderliche Druck in Verhältnissen von 1 : 3600 änderne

Unabhängig von den bei der Benutzung eines sich in derartigen Grenzen ändernden Drucks auftretenden Schwierigkeiten musste zur Erzielung einer richtigen Zerstäubung bei allen Betriebszuständen die öffnung so kalibriert werden, daß die kleinste Menge und ein kleinster Druck berücksichtigt v/erden, unter welchen schwer heruntergegangen werden kann, da dann die G-e.f ahr. einer fehlerhaften Zerstäubung besteht und man ein "Tränen" des Brennstoffs feststellen würde.

So beträgt ζ·Β. für eine Brennkammer eines Systems zur Speisung eines Diese inotors von grössenordnungsmäßig 3000 PS mit Vorverdichtung die kleinste Brennstoffmenge zur Aufrechterhaltung des Bereitschaftsbetriebs der Brennkammer ungefähr 2 Liter/Stunde. Zur Erzielung einer mechanischen Zerstäubung müsste diese Menge unter einem relativen Druck von 0,8 Bar (gegenüber dem in der Kammer herrschenden statischen Druck) eingeführt : werden. Die grösste Brennstoffmenge für das Anlassen des Turbokompressoraggregats bei stillstehendem Motor und das Arbeiten des Motors im Langsamlauf kann etwa 120 Liter/Stunde erreichen. Diese Menge müsste dann unter einem relativen Druck von 3000 Bar eingeführt werden, was offenbar nicht in Frage kommt. j

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Ferner würde bei dem obigen Beispiel die Kalibrierung der öff- ' nung, durch welche der Brennstoff eingeführt würde, einem | Durchmesser von 0,2 mm entsprechen. Eine derartige öffnung kann dann sehr leicht durch Verunreinigungen verstopft und durch Verbrennungsrückstände verschmutzt werden.

_^]iirJVermeidung der obigen Nachteile sind verschiedene lösungen ■ -509823-/0720

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zur Einführung des Brennstoffs in die Brennkammer vorgeschlagen worden, insbesondere solche," welche eine mechanische Zerstäubung durch mehrere öffnungen benutzen, welche je nach der einzuführenden Brennstoffmenge nacheinander in Tätigice it treten.

Die Anwendung dieser Losungen ist jedoch verhältnismässig verwickelt, und sie eignen sich schlecht für eine stufenlose Änderung der in die Kammer eingeführten Brennstoffmenge.

Die Erfindung bezweckt die Schaffung einer Brennkammer, welche insbesondere in einem System zur Speisung von Verbrennungsmotoren mit Vorverdichtung benutzbar ist und die obigen Nachteile beseitigt, indem sie eine befriedigende Zerstäubung bei allen Brennstoffmengen ermöglicht, ohne Einspritzöffnungen mit zu kleinem Durchmesser und dementsprechend zu hohe Speisedrücke bei großer Brennstoffmenge oder in veränderlicher Zahl in Tätigkeit tretende öffnungen zu erfordern. ^:

Hierfür schlägt die Erfindung eine Brennkammer mit einer Vorrichtung zur Einführung und Zerstäubung von Brennstoff und Mitteln zur Zufuhr des den Säuerst off träger bildenden Gases für Systeme zur Speisung von Verbrennungsmotoren mit Vorverdichtung, insbesondere Dieselmotoren, vor, welche einen Turbokompressor und eine den Kompressor mit der Turbine verbindende Abzweigleitung, welche den unmittelbaren ständigen Übertritt einer abgezweigten Luftmenge zu der Turbine gestattet, enthalten, wobei die Brennkammer strömungsaufwärts von der Turbine angeordnet ist, und diese Brennkammer ist dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Einführung von Brennstoff wenigstens eine in die Kammer mündende E inspritz öffnung, welche durch Mittel zur Zufuhr von Brennstoff unter Druck mit einer Strömungsmenge, welche zwischen einem grössten Wert und einem kleinsten Wert schwanken kann, gespeist wird und einen solchen Querschnitt hat, daß die der vollen Leistung der Brennkammer entsprechende grösste Brennstoffmenge mechanisch zerstäubt wird, daß aber bei der kleinsten Menge keine mechanische Zerstäubung stattfindet, und wenigstens eine Blasdüse, welche in die Kammer in der Nähe der Einspritzöffnung mündet und ständig durch Mittel zur Zufuhr von Luft unter Druck gespeist wird, wobei diese Mittel und die Düse so ausgebildet sind, daß die Geschwindigkeit und die Strömungsmenge der durch die Düse ausgeblasenen Luft die pneumati-

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sehe Zerstäubung des Brennstofrs bewirken, wenn die Strömungsmenge desselben so gering ist, daß die Einspritaöffnung keine , befriedigende mechanische Zerstäubung bewirken kann, aufweist.

, Bei einer derartigen Kammer ermöglicht offenbar die Einführvorrichtung:

• - einen Betrieb in der Iahe der grössten Leistung, wobei die Brennstoffmenge mechanisch am Austritt der Einspritzöffnung unter Benutzung einer Pumpe zerstäubt wird, welche nur einen massigen Druck (z.B. einige Zehner Bar) liefert, während die von der Blasdüse oder den Blasdüsen gelieferte Luftströmung praktisch keine Wirkung auf diese mechanische Zerstäubung hat}

- einen mittleren Betrieb, bei welchem die Brennstoffmenge gleichzeitig mechanisch an dem Ausgang der Einspritzöffnung und pneumatisch durch die Wirkung der von der Blasdüse oder den Blasdüsen gelieferten Luftströme zerstäubt wird;

- und einen Bereitschaftsbetrieb, bei welchem die Brennstoffmenge pneumatisch durch die Wirkung des Luftstroms odor der Luftstrom©, welche von der Blasdüse oder den Blasdüsen geliefert werden, zerstäubt wird, wobei die von diesen Blajsdüsen gelieferte Luftmenge ausreicht, um allein die vollständige und stabile Verbrennung der diesem Bereitschaftsbetrieb entsprechenden kleinsten Brennstoffmenge zu gewährleisten.

Die Erfindung schlägt auch ein Verfahren zum Betreiben einer Antriebsanlage vor, welche einen Verbrennungsmotor, insbesondere einen Dieselmotor, und ein System zur Speisung dieses Motors mit Vorverdichtung aufweist, welches einen G?urbokompressor₉ eine den Kompressor mit der Turbine verbindende Abzweigleitung für die unmittelbare ständige Überführung einer abgezweigten Luftmenge zu dar turbine und eine Brennkammer umfasst, welche mit einer Vorrichtung zur Einführung von Brennstoff und mit Mitteln zur Zufuhr von Verdünnungsgas versehen ist, wobei sich die in die Kammer eingeführte Brennstoffmenge in einem hohen Verhältnis, welches 50 übersteigen kann, von einem kleinsten Wert, insbesondere beim Arbeiten der Antriebsanlage mit ihrer Nennleistung, und einem grössten Wert, insbesondere beim Arbeiten im Langsamlauf, ändert, wobei dieses Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß der Brennstoff unter Druck in die Kammer durch wenigstens eine Einspritzöffnung -eingespritzt wird,

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deren Querschnitt so klein ist, daß die grösste Brennstoffmenge mechanisch zerstäubt wird, aber zu groß, um die kleinste Brennstoffmenge mechanisch zu zerstäuben, und daß ständig Luft, welche von dem Kompressor kommen kann, in die Kammer in der Nähe der Mündung der Einspritzöffnung mit einer solchen Ge- ι schwindigkeit, Menge und Lage eingeblasen wird, daß sie die : pneumatische Zerstäubung des Brennstoffs bei geringen Brennsttffmengen und bei der geringsten Brennstoffmenge gewährleistet, für welche die Einspritzöffnung keine mechanische Zerstäubung bewirkt. . j

Die Erfindung gestattet: j

- die grösste Brennstoffmenge, für welche die Brennkammer aus- · gebildet ist, einzuführen, mechanisch zu zerstäuben·und richtig zu verbrennen, indem die Verbrennung in den drei üblichen Zonen erfolgt, nämlich der primären Verbrennungszone, der Zwischenzone und der Verdünnungszone; j

- die kleinste Brennstoffmenge, für welche die Brennkammer ausgebildet ist (Bereitschaftsbetrieb) einzuführen und pneumatisch zu zerstäuben (d.h. durch Wechselwirkung des BrennstoffStrahls mit einem Gasstrahl oder mit Gasstrahlen) und diesen zerstäubten Brennstoff mit der für seine Zerstäubung benutzten Luft zu verbrennen, wobei diese Luft in einer solchen Menge zugeführt wird, daß das so gebildete Gemisch bei der Verbrennung \ im Bereitschaftsbetrieb eine Zusammensetzung hat, welche den ;

stöchiometrischen Verhältnissen so nahe liegt, daß die Ver- : brennung vollständig, stabil und wenig empfindlich für etwaige akustische Störungen ist, welche von dem Motor erzeugt v/erden, insbesondere bei plötzlichen Änderungen des Betriebszustands, wobei diese Verbrennung im Bereitschaftszustand eine schnelle ; Rückkehr zum Betrieb der Kammer mit Vollast ermöglicht;

- die Brennstoffmenge zwischen ihrem grössten Wert und ihrem kleinsten Wert stetig zu verändern, wobei der Übergang zwischen diesen beiden Betriebszuständen mit Vollast und im Be- , reitschaftsbetrieb unter Aufrechterhaltung einer richtigen, ^: vollständigen und stabilen Verbrennung der eingeführten Brennstoffmenge erfolgt, wobei dieser Übergang dadurch ermöglicht wird, daß die zur pneumatischen Zerstäubung der kleinsten Brennstoffmenge eingeführte Luftmenge ständig aufrechterhalten

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wird, wobei der- Einfluß der mechanischen Zerstäubung in dem Maße abnimmt, in welchem der Einfluß der pneumatischen Zerstäubung vorherrschend wird, und umgekehrt.

Die Erfindung verschafft noch weitere \^rorteile. Man erhält eine ständige Kühlung des Einspritzers, in welchem die Einspritzöffnung ausgebildet ist, was die Bildung von 2eer oder Koks in der Nähe dieser öffnung verhindert. Die etwaigen Ablagerungen von Ruß oder Verunreinigungen in der Nähe der Einspritz öffnung v/erden durch die von den Blasdüsen gelieferten Luftströme fortgeblasen, so daß die Öffnung sauber bleibt.

Da der Durchmesser der Einspritzöffnung für die grösste Brennstoffmenge bestimmt ist, wird die Gefahr einer zufälligen Verstopfung dieser öffnung beträchtlich herabgesetzt. Es ist praktisch keine Gefahr einer Verschmutzung oder Verstopfung der ständig mit Frischluft gespeisten Blasdüsen vorhanden.

Die die Blasdüsen der ,Einführvorrichtung speisende luft wird zweckmässig durch Vorverdichtungsluft des Motors gebildet, welche an einer Stelle des Vorverdichtungssystems entnommen v/ird, an v/elcher der Druck so hoch ist (ein über dem in der Brennkammer herrschenden statischen Druck liegender Druck), daß die Strömungsmenge und die Geschwindigkeit der von den Blasdüsen gelieferten Luft ausreichen, um die pneumatische Zerstäubung des Brennstoffs im Bereitschaftsbetrieb sicherzustellen. Diese Luft wird vorzugsweise hinter dem vorgesehenen Kühler vor der Zufuhr der Vorverdichtungsluft zu dem Motor entnommen.

Um eine beste Wirksamkeit der von den Blasdüsen gelieferten Luftströme zu erhalten, liegen die Blasdüsen zweckmässig senkrecht zu der Achse der Einspritzöffnung. Zur weiteren Verbesserung dieser Wirksamkeit können die Blasdüsen so ausgebildet werden, daß sie tangential zu der kreisförmigen Einspritz öffnung liegen, was gestattet, dem Zerstäubungskegel einen geeigneten Winkel zu geben, die Wirbelbewegung in der Verbrennungszone zu vergrössern und die Stabilität der Flamme beim Arbeiten der Kammer

in Betriebsbereitschaft noch zu verbessern. j

ί Die Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeich- j

nung beispielshalber erläutert. ί

Fig. 1 ist eine vereinfachte Schnittansicht einer erfindungsge-

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maßen Brennkammer, welche einer Antriebsanlage mit Dieselmotor angehört, deren Hauptbestandteile schematisch dargestellt sind.

Fig. 2 ist eine vergrösserte Ansicht der Vorrichtung zur .Einführung des Erennstoffs in diese Brennkammer.

Fig. 3 ist ein Schnitt längs der Linie IH-III der Fig. 2. ;

Fig. 4 ist ein Schaubild der Veränderung der in diese Brennkammer eingeführten Brennstoffmenge Q in Funktion des Vorverdichtungsdrucks P. · ;

Fig. 5 ist eine Schnittansicht der Brennkammer, welche die Ausbildung der Verbrennung beim Betrieb der Kammer mit voller Leistung zeigt. :

Fig. 6 ist eine Schnittansicht der Brennkammer, welche die Ausbildung der Verbrennung bei Bereitschaftsbetrieb der Kammer zeigt. ,

Fig. 1 zeigt eine Antriebsanlage mit einem Dieselmotor 1 und seinem System zur Speisung mit Vorverdichtung. Dieses System enthält ein Turbokompressoraggregat. Das dargestellte Aggregat umfasst einen einzigen von einer einzigen Turbine 3 angetriebenen Kompressor 2. Es können natürlich auch mehrere Aggregate in Kaskade geschaltet sein, und die Turbine sowie der Kompressor können mehrstufig sein. :

Die aus dem Kompressor 2 kommende Luft wird einerseits dem i Dieselmotor 1 über einen Kühler 4 und andererseits einer Hilfsbrennkammer 5 über eine ständig offene Abzweigleitung 6 zugeführt, welche einen genügend großen Querschnitt hat, um der Kammer die ganze von dem Kompressor gelieferte und von dem ^: Motor nicht absorbierte Luft im Stillstand und bei allen Betrieb szuständen desselben zuzuführen. Die Brennkammer 5 empfängt außer der von dem Kompressor 2 kommenden Frischluft flüssigen Brennstoff durch eine Vorrichtung 12 zur Einspritzung von Brenn st off, und die Abgase des Motors 1 durch eine Leitung 30. Ihr Ausgang ist mit der Turbine 3 verbunden, welche somit \ die Abgase des Dieselmotors und die Verbrennungsgase der Kammer empfängt« Bei der in Fig» 1 dargestellten Ausführungsform wird die an der Kammer ankommende Frischluft durch eine Regelvorrichtung 7 der in dem französischen Zusatzpatent Nr. 73 10041 beschriebenen Art einerseits in in eine Primärzone 9 der Kammer

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5 eingeführte Primärluft 8 und andererseits in in eine hinter

Die durch eine Leitung 33 ankommenden Abgase werden durch Öffnungen 11a in die Verdünnungszone 11 gemäß einer Ausbildung eingeführt, welche mit der in der französischen Patentschrift !ire 72 12112 beschriebenen vergleichbar ist.

Vor der Beschreibung der Vorrichtung 12 zur Einführung und Zerstäubung des Brennstoffs in der durch ein Flejnmenrohr 17 begrenzten Primärzone der Brennkammer 5 sei auf das Schaubild der Fig* 4 bezuggenommen, welches die Änderungen der in die Brennkammer einer als Beispiel betrachteten Anlage eingeführten Brennstoffmenge Q (in l/n) in Funktion des (in Bar ausgedrückten) Vorverdichtungsdrucks P zeigt.

Zum Anlaßen des Turbokompressoraggregats bei stillstehendem Motor 1 ,und bis der von diesem Aggregat gelieferte Druck 2 Bar er-= reicht, wird die Brennkammer mit der grössten Brenn st off ία enge (120 l/h) gespeist. Wenn dieser Druck von 2 Bar erreicht ist, j und bis er bis auf 3 Bar ansteigt (während die der Turbine von \ den Abgasen des Motors gelieferte Energie zunimmt, wobei gleichj zeitig die Leistung des Motors von 0 auf etv/a 20 bis 30 Prozent der höchsten Leistung desselben ansteigt), wird die Brennkammer j mit einer Brennstoffmenge gespeist, welche gleichmässig von 120 l/h bis auf etv/a 2 l/h abnimmt«, Hierauf wird von einem Vorverdichtungsdruck P von 3 Bar an die Brennkammer auf den Bereitschaftsbetrieb gebracht und mit einer kleinsten Brennstoffmenge (2 l/h) gespeist. Man sieht "also, daß sich die Brennstoffmenge in einem Verhältnis von 1 : 60 ändert«

Die Einführvorrichtung 12, welche vorgesehen ist, um eine befriedigende Zerstäubung in dem ganzen Änderungsbereich der Brennstoffmenge zu gewährleisten, enthält im wesentlichen Mittel zur Brennstoffeinspritzung und Mittel zur Biasing von Luft, welche nachstehend nacheinander beschrieben sind. Es ist wesentlich, zu bemerken, daß die Mittel zum Einblasen von Luft zur Zerstäubung des Brennstoffs bei geringen Brenn st off menge η nichts mit den Mitteln zur Einführung der bei hoher thermischer Leistung der Kammer erforderlichen Verbrennungsluft und der Verdünnungsgase zu tun haben, sondern eine ganz andere Aufgabe erfüllen^ wie dies weiter unten erläutert ist.

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Bei der dargestellten Ausführungsform, ist eine einzige, in der Achse des Flammenrohrs 17 ausgebildete Brennstoff einspritzöffnung 13 vorgesehen. Diese öffnung ist; in einem Einspritzer 24-ausgebildet, welcher mit einer Leitung 32 zur Zufuhr von Brennstoff von eine Pumpe 14 mit regelbarer Förderleistung enthaltenden Spcisemitteln versehen ist.

Die bei der dargestellten Ausführungsform kreisförmige öffnung 13 besitzt einen folgenden Bedingungen entsprechenden Querschnitt:

- Diese öffnung 13 hat einerseits einen so kleinen Durchmesser, daß der Brennstoff mechanisch zerstäubt wird, wenn die grösste Menge desselben durch diese öffnung in die Kammer eingeführt wird; ;

- dieser Durchmesser hat einen höheren Wert, als der, v/elcher gestatten v/ürde, die mechanische Zerstäubung des Brennstoffs beizubehalten, wenn die Menge desselben am kleinsten ist, er ist jedoch so groß, daß ein mäßiger Druck (von einigen zehn Bar) ausreicht, um die grösste Brennstoffmenge durch die öffnung einzuspritzen.

Die Mittel zur Speisung mit Brennstoff müssen natürlich diesen unter einem solchen Druck liefern können, daß die grösste Brennstoffmenge durch die öffnung in die Kammer eingeführt wird, wenn diese Brennstoffmenge erforderlich ist. Dieser Druck ist jedoch offenbar erheblich kleiner, als der,"welcher erforderlich wäre, wenn man der öffnung einen so kleinen Wert gegeben hätte, daß die mechanische Zerstäubung bei geringen Brennstoffmengen aufrechterhalten bleibt. ;

Diese beiden Bedingungen legen praktisch einen grössten Wert und einen kleinsten Wert für den Querschnitt der Öffnung fest. In diesem so begrenzten Bereich wird ein Querschnittswert ge- ^; wählt, welcher von dem Druck, welchen die verfügbare Pumpe liefern kann, und der Notwendigkeit, über dem der Schwelle der Filterung des Brennstoffs entsprechenden Querschnitt üleiben, _; abhängt·

Die Einspritzöffnung 13 ist im allgemeinen so ausgebildet, daß der Brennstoff je nachdem in Form eines hohlen oder vollen Kegels mit einer Öffnung von 60° bis 90° mechanisch zerstäubt

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wird· Die innere geometrische Ausbildung dieser Einspriteöffnung ; 13 gestattet, dem Brennstoff eine Drehbewegung gemäß einer an ; sich bekannten Unordnung zu erteilen, welche ζ·Β. in den von der \ Gesellschaft DMF0S3 vertriebenen Εΐηερι-itzern für Zentralhei-I zungen benutzt wird. .

I Die Mittel zum Einblasen von Luft enthalten wenigstens eine Düse S 15» welche ständig mit Luft unter einem Druck gespeist wird, ϊ welcher grosser als der in der Brennkammer 5 herrschende stati-I sehe Druck ist. Bei der beispielshalber dargestellten Aus-I führungsform sind mehrere Blasdüsen 15 vorgesehen (Fig. 2 und 3), ; Die Düse oder die Düsen münden in die Brennkammer in der Nähe ! der Einspritzöffnung und haben eine solche Lage, daß sie zu der Achse des Einspritzers 24 etwa senkrechte Luftstrahlen liefern.

Sie sind mit einem System zur Speisung mit Luft verbunden, und j die Düsen und das Speisesystem sind so ausgebildet, daß die I Luftstrahlen eine solche Geschwindigkeit und eine solche Strö-I mungsraenge haben, daß sie den eingespritzten Brennstoff bei ge-I ringen Brennst off men gen und bei der kleinsten Menge desselben I pneumatisch zerstäuben, bei welchen die Einspritzöffnung keine I mechanische Zerstäubung bewirken könnte. Ferner ist die Luft-I menge so gewählt, daß sie eine vollständige stabile Verbrennung des Brennstoffs gewährleistet, wenn die Menge desselben am kleinsten ist oder in der Nähe ihres kleinsten Werts liegt.

Bei der in Fig. 2 und 3 dargestellten Ausführungsform enthalten die Mittel zum Einblasen von Luft um den mittleren Einspritzer 24· herum eine durch die Leitung 18 gespeiste und zu dem Einspritzer gleichachsige zylindrische Kammer 27· Diese Kammer trägt einen kreisförmigen Teil oder eine Scheibe 25, Vielehe vor der Einspritzöffnung angeordnet ist und eine mittlere öffnung 26 aufweist, deren Durchmesser grosser als der Durchmesser der Einspritzöffnung 13 und so groß ist, daß bei der mechanischen Zerstäubung der Strahl nicht die Wände der öffnung erfasst. Der kreisförmige Teil 25 stützt sich an der konischen Vorderseite des Einspritzers 24 ab. Die Blasdüsen 15 sind in diesem kreisförmigen Teil 25 in Form von Nuten ausgebildet, welche" in der sich an dem mittleren Einspritzer 24 abstützenden Seite ausgearbeitet sind. Die Blasdüsen 15 liegen zweckmässig tangential zu dem Umfang der Einspritzöffnung 13» wie in Fig. 3 dargestellt

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Hierdurch wird die Wirksamkeit dor von den Blasdüsen 15 gelieferten Luftströme durch Verbesserung der Wirbelbewegung in der Verbrennungszone gesteigert. Man erhält insbesondere beim Arbeiten mit 'pneumatischer Zerstäubung" eine bessere Stabilität der Flamme durch Zentrifugieren des Luft-Brennstoffgemischs. Dieses Zentrifugieren gestattet,, dem Winkel des Zerstäubungskegels beim Arbeiten mit pneumatischer Zerstäubung einen geeigneten Wert zu geben, wie dies weiter unten erläutert ist.

Die die Blasdüsen 15 der Einführvorrichtung 12 speisende luft ist zveckmässig Luft zur Speisung des Motors mit Vorverdichtung. Bei der dargestellten Ausführungsform verbindet eine Leitung 18 die Blasdüsen 15 mit einem iüeil des Strömungskreises für die Luft zur Speisung mit Vorverdichtung, in welchem diese bereits den Kühler 4- durchströmt hat, d_oh· unmittelbar vor ihrer Zufuhr zu dem Motor 1.

Diese verdichtete kalte Luft kann durch eine Leitung 19 auf ein pneumatisches Organ 20 (Fig. 1) wirken, um ein in den Brennstoffkreis zwischen der Pumpe 14 und der Einfüllvorrichtung 12 angeordnetes Ventil 21 zu betätigen. Dieses pneumatische Organ 20 führt automatisch den Brennstoff in die Einführvor~ richtung 12 ab, wenn der Brennstoffspeisedruck nicht mehr erzeugt wird. Hierdurch wird die Zersetzung (Verkokung, Teerbildung) des Brennstoffs vermieden, welcher in der Einführleitung bleibt, wenn die Brennstoffspeisung der Kammer abgestellt wird und der Motor weiterläuft.

Die Vorrichtung der Fig. 1 enthält noch strömungsaufwärts von dem pneumatischen Organ 20 ein Elektroventil 22, welches bei der Zündung der Brennkammer 5 erregt und durch ein in der Verbrennungszone 9 angeordnetes wärmeempfindliches Element 23 gesteuert wird. Dieses wärmeempfindliehe Element 25 unterbricht die Brennstoffzufuhr bei einem zufälligen Ausgehen der Brennkammer 5. Die Steuerung kann auch von Hand erfolgen. Man kann so die Brennkammer nach Belieben auslöschen.

Der Regler 7, welcher einerseits den Druckabfall der von dem Kompressor 2 zu der Brennkammer 5 durch die Abzweigleitung 6 strömenden Frischluft automatisch regeln und andererseits diese Frischluft in Primär luft und Sekundärluft unterteilen soll, kann insbesondere_die ia_iig· 1 dargestellte Ausbildung haben,

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welche der in der franaö-sischen. Patentschrift 73 10 041 be- ; schriebenen ähnlich ist.

Dieser Regler 7 enthält erste-DrosseimittGl 34 mit veränderlichem Durchtrittsquerschnitt, welche so angeordnet sind, daß ; sie von der Sekundärluft 10 durchströmt worden und zwischen dem \ mit dem Kompressor 2 verbundener», strömungsaufwärts liegenden j Abschnitt der Abzweigleitung 6 und dem mit der Brennkammer 8 j verbundenen strömungsabwärts liegenden Abschnitt eine Druckdifferenz Δρ erzeugen, welche eine wachsende (zweckmässig etwa lineare) Funktion des in dem strömungsaufwärts liegenden Abschnitt der Leitung 6 herrschenden Drucks P ist, und zweite Drosselmittel 35 mit ebenfalls automatisch veränderlichem Durchtritts quer schnitt, welche der Druckdifferenz Δρ ausgesetzt und so angeordnet sind, daß sie von der Primärluft durchströmt werden, v/obei diese zweiten Drosselmittel 35 der Primärluf t einen Durchtrittsquerschnitt bieten, v/elcher durch den Druck P - AP gemäß einem im voraus bestimmten Gesetz bestimmt wird»

Bei der dargestellten Ausführungsform v/erden die ersten Brosselmittel durch einen Zylinder *>6 mit einem ringförmigen Drosselventil 37 gebildet, welches mit einem durch eine kegelstumpf -τ förmige Wand des Gehäuses 38 cLes Reglsrs gebildeten festen Sitz zusammenwirkt. Die zweiten Drosselniittel 35 werden durch in dem Zylinder 36 ausgebildete Öffnungen 39 und durch einen rohrförmigen Schieber 4-0 gebildet, welcher an dem Zylinder gleitet und je nach seiner Stellung an dem Zylinder die Öffnungen 39 mehr oder weniger schliesst. Dieser Schieber 40 besitzt οinen Boden 41, so daß ein Kolben entsteht. Wie man sieht, ist er zwei entgegengesetzten Kräften unterworfen, von denen die eino durch die Zusammendrückung einer Feder 42 (deren Wirkung den Schieber in dem Sinn der Öffnung der Öffnungen 39 zu verschieben sucht) und die andere durch den strömungsabwärts von den Öffnungen herrschenden Druck P - Δρ gebildet wird.

Die an dem Regler 7 durch die Abzweigleitung 6 ankommende Frischluft wird so automatisch in Primär luft 8 und Sekundärluft. 10 unterteilt, wobei das Verhältnis dieser Luftmengen durch den der Primärluft gebotenen Durchtrittsquerschnitt bestimmt wird β
Unter diesen Bedingungen ist offenbar beim Arbeiten der Kammer

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5 mit Vollast, während die Brennstoffmenge ausreicht, damit eine j mechanische Zerstäubung stattfindet, der Vorverdichtungsdruck P ; verhältnismäßig^klein. Infolgedessen ist der Druck der luft zur ι Speisung der Blasdüsen kaum grosser als der in der Kammer herr- ; sehende statische Druck, wenn dagegen die Kammer 5 im Bereitj schaftsbetrieb arbeitet, wobei der infolge der einfachen Tatsache des Antriebs der Turbine 3 durch die Abgase des Motors 1 ι erhaltene Vorverdichtungsdruck ausreichend ist, sind dor Vor™ ! verdichtungsdruck P sowie der durch den Regler 7 erzeugte Druck- ! abfall Δρ groß. Unter diesen Bedingungen ist die Druckdifferenz j zwischen der Luft zur Speisung der Blasdüsen und dem statischen ι Druck der Kammer erheblich grosser und kann 5 bis 20 Prozent ; des statischen Drucks erreichen, so daß die entsprechende Luft-

menge die pneumatische Zerstäubung gewährleistet.

Die Zahl und der Querschnitt der Düsen 15 sind so gewählt, daß bei diesem Betriebszustand das Gemisch aus Luft und Brennstoff in der üähe der Einspritzvorrichtung den Bedingungen eines stö~ chiometrischen Gemischs so naheliegt, daß die Verbrennung vollständig und stabil ist. j

Die Arbeitsweise einer mit einer derartigen Einführvorrichtung ausgerüstete und mit einer öffnung 13 von 0,7 mm Durchmesser

ρ sowie mit acht Düsen mit einem Gesamtquerschnitt von 12 mm versehenen Brennkammer ist dann bei dem oben angegebenen Anwendungsbeispiel folgende.

1.) - Von 120 l/h bis zu 25 l/h wird der Brennstoff mechanisch am Ausgang der Einspritzöffnung 13 zerstäubt, wobei der Brennst off druck strömungsauf wärt s von der Öffnung 13 von einem relativen Druck von 20 Bar (für 120 l/h) auf einen relativen Druck von 0,8 Bar (für 25 l/h) übergeht. Unter diesen Betriebsbedingungen ist die Geschwindigkeit der von den Blasdüsen 15 gelieferten Luftströme gegenüber der Geschwindigkeit der zerstäubten Brennst of f tropf chen nicht ausreichend, um eine merkliche Wirkung auf diese Tröpfchen zu haben. Die Ausbildung der Verbrennung mit einer rein mechanischen Zerstäubung ist in Fig. 5 dargestellt. Die Verbrennung wird durch Bohrungen 16 stabilisiert, welche um die Primärzone 9 herum etwa an der Schnittstelle des Flammenrohres 17 mit dem Verbrennungsice gel ausgebildet sind. ■

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2») - Yon 10 l/h bis zu 2 l/h wird die Brennstoffmenge pr.ie\Matisch durch die Wirkung der von den Blasdüsen 15 gelieferten Luftströme zerstäubt. Unter diesen Bedingungen ist die Durchtrittsgeschwindigkeit des Brennstoffs durch die Einspritzöffnung 13 gegenüber der Geschwindigkeit der von den Blasdücori 15 gelieferben Luftströme vernachlässigbar. Die Ausbildung der Verbrennung beim Arbeiten mit einer rein pneumatischen Zerstäubung ist in Fig. 6 dargestellt_β Die Brennstoffmenge ist ebenfalls sehr gering, und die Ankunft dieser Luft durch die Bohrungen 16 würde den Brennstoff nicht erreichen, welcher daher mit der von den Blasdüsen 15 der JEinführvorrichtung gelieferten Luft verbrannt werden muß. Wie oben ausgeführt, ist die Strömungsmenge dieser Luft so gewählt, daß das Luft-Brennstoffgemisch dem stöchiometrischen Gemisch so naheliegt, daß diese Verbrennung vollständig und stabil erfolgt.

3·) - Von 25 1/k bis zu etwa 10 l/h wird der Brennstoff gleichzeitig mechanisch am Ausgang der Einspritzöffnung 13 und pneumatisch durch die Wirkung der von den Blasdüsen 15 gelieferten Luftströme zerstäubt. Unter diesen Betriebsbedingungen ist die Geschwindigkeit der mechanisch zerstäubten Brennstofftröpfchen so gering, daß die Geschwindigkeit der durch die Blasdüsen gelieferten Luftströme eine Wirkung auf die Tröpfchen hat.

Bei einer gemischten (mechanischen und pneumatischen) Zerstäubung verläuft die Ausbildung der Verbrennung zwischen den beiden in Fig· 5 ^d 6 dargestellten Formen. Bei Abnahme des Vorverdichtungsdrucks und beim Übergang von dem Betrieb "pneumatische Zerstäubung" auf den Betrieb "gemischte Zerstäubung" nimmt das von der Flamme eingenommene Volumen zu« Wenn eine bedeutende Luftmenge durch die Bohrungen 16 einzutreten be- I ginnt, sucht sich die Flamme um eine.ringkörperförmige Rück- \ stromzone herum "festzusetzen"·

Das Arbeiten mit gemischter Zerstäubung wird noch dadurch verbessert, daß an dem rückwärtigen Teil der Brennkammer mit Pri- , märluft gespeiste öffnungen 28 ausgebildet werden, welche längs der Seitenwand der Kammer münden und vorzugsweise auf 'Achsen ausgebildet sind, welche einerseits in zu der Achse der Kammer parallelen Ebenen liegen und andererseits einen Y/inkel mit der Achse der Kammer bilden. Die primäre Verbrennungszone der Kam-

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mea? kann dann mit einer zu der Achso dex^ Kammer parallelen rotierenden luftschicht gespeist worden. Diese Luftschicht bewirkt einerseits die Kühlung der Seitenwand der Kammer und trägt andererseits zur Verhinderung' der Bildung von Ruß und Koks bei, insbesondere beim Arbeiten in einem Zwischenbetriebszusfcend, d.h· bei gemischter Zerstäubung»

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Claims

PATE H T AN.ß PRÜCHE

1. Brennkammer mit einer Vorrichtung zur Einführung und Zerstäubung von Brennstoff und Mitteln zur Zufuhr von den Sauerstoff träger bildendem. Gas für Systeme zur Speisung von Verbrennungsmotoren, insbesondere Dieselmotoren, mit Vorverdichtung, welche einen Turbokompressor und eine den Kompressor

mit der Turbine verbindende .Ab ζ v/ei gleitung, welche den unmittelbaren ständigen Übertritt einer abgezweigten Luftmenge "zu , der Turbine gestattet, enthalten, wobei die Brennkammer strömungsauf wärts von der 'l'urbine angeordnet ist, dadurch gekejinzeichnet, daß die Vorrichtung zur Einführung von Brennstoff wenigstens eine in die Kammer c5) mündende Einspritzöffnung (13.K.welche durch Mittel zur Zufuhr von Brennstoff unter Druck/einer Strömungsmenge, welche zwischen einem grössten V/ert und einem kleinsten Wert schwanken kann, gespeist wird und einen solchen Querschnitt hat, daß die der vollen Leistung der Brennkammer (5) entsprechende grösste Brennstoffmenge mechanisch zerstäubt wird, daß aber bei der kleinsten Menge keine mechanische Zerstäubung stattfindet, und wenigstens eine

Blasdüse (15)» welche in die Kammer (5) in der Nähe der Einspritz öffnung (13) mündet und ständig durch Mittel zur Zufuhr : von Luft unter Druck gespeist wird, wobei diese Mittel und die Düse so ausgebildet sind, daß die Geschwindigkeit und die : Strömungsmenge der durch die Düse ausgeblasenen Luft die pneumatische Zerstäubung des Brennstoffs bewirken,.wenn die Strömungsmenge desselben so gering ist, daß die Einspritzöffnung keine befriedigende mechanische Zerstäubung bewirken kann, :

i aufweist. . j

2· Brennkammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einführ- und Zerstäubungsvorrichtung mehrere etwa senkrecht zu der Achse der Einspritzöffnung (13) liegende Luftblasd,üsen (15) aufweist. j

3. Brennkammer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Blasdüse oder die Blasdüsen (15) tangential zu dem Umfang der E inspritz öffnung (13) liegen.

4. Brennkammer nach einem der Ansprüche 1 bis 3* gekennzeich-

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net durch Mittel zur Entnahme der die Blacdüsen speisenden Luft an dem Einlaß des Motors. |

5* Brennkammer nach /jispruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Speisung der Blasdüsen (15) die Luft an dem Ausgang eines Kühlers (4) entnehmen, welcher von der Vorverdichtungsluft vor ihrem Einlaß in den Motor durchströmt wird. ^;

6. Brennkammer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge- ^! kennzeichnet, daß die Einf uhr vorrichtung (12) einen mittleren Einspritzer (24), in welchem die Einspritz öffnung (15) ausgebildet ist, einen kreisförmigen Teil (25)_s welcher in seinem ^: mittleren Abschnitt eine öffnung (26) aufweist, deren Durchmesser erheblich grosser als der Durchmesser der Einspritzöffnung (13) ist, wobei dieser kreisförmige Teil senkrecht zu dem mittleren Einspritzer (24) angeordnet ist und sich an der Vorderseite desselben abstützt, wobei die Blasdüsen (15) in diesem kreisförmigen Teil (25) in Form von in seiner dem mittleren Einspritzer (24) zugewandten Seite ausgearbeiteten Nuten gebildet sind, und eine den mittleren Einspritzer (24) und den kreisförmigen Teil (25) umgebende Kammer (27)» welche mit Luft unter : Druck gespeist wird und mit den Nuten in Verbindung steht, auf-

weist. . . '

7. Brennkammer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet; durch durch die Wand des rückwärtigen Abschnitts der Brennkammer (5) gehende öffnungen (28) und Mittel zur Einführung des den ; Säuerstoffträger bildenden Gases in die Kammer durch diese öffnungen.

8. Verfahren zum Betreiben einer Antriebs anlage mit einem Verbrennungsmotor, insbesondere einem Dieselmotor, und einem System zur Speisung dieses Motors mit Vorverdichtung, welches einen Turbokompressor, eine den Kompressor mit der Turbine verbindende Abzweigleitung für den unmittelbaren ständigen Übertritt einer abgezweigten Luftmenge zu der Turbine und eine mit einer ■ Vorrichtung zur EJnführung von Brennstoff und Mitteln zur Zufuhr von den Sauerstoffträger bildendem Gas versehene Brennkammer aufweist, wobei die in die Kammer eingeführte Brennstoffmenge zwischen „einemkleinstenWert,^^insbesondere beim Arbeiten der Antriebsanlage mit ihrer Nennleistung, und einem größten Wert, insbesondere beim Arbeiten im Langsamlauf, in einem

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Verhältnis schwanken kann, welches 50 übersteigen kann» dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoff unter Druck in die Kammer durch wenigstens eine- Einspritsöffnung (13) eingespritzt · wird, deren Querschnitt so klein ist, daß die grösste Brennstoffmenge mechanisch zerstäubt wird,, und au groß, um die kleinste Brennstoffmenge mechanisch zu zerstäuben, und daß ständig Luft, v/elche von dem Kompressor herkommen kann, in die Kammer in der Nähe der Mündung der Einspritzöffnung (.1$) mit einer solchen Geschwindigkeit, Strömungsmenge und Lage eingeblasen wird, daß sie die pneumatische Zerstäubung des Brennstoffs bei geringen Brennst off mengen und bei der kleinsten Brennstoffmenge gewährleistet, bei welchen die üJinspritzöffnung keine mechanische Zerstäubung bewirkt*

9· Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Nähe der Mündung ein geblasene Luftmenge ausreicht, um allein die vollständige stabile Verbrennung des Brennstoffs für die kleinste Brennstoffmenge und kleine Brennstoffmenge^ zu bewirken, für welche die Einspritzöffnung C13) keine genügende mechanische Zerstäubung bewirkt. ^:

10· Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Blasluft an der von dem Kompressor gelieferten Vorverdichtungsluft, gegebenenfalls nach Kühlung, entnommen wird·

11· Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Luft unter einem Druck, welcher um 5 bis 20 Prozent größer als der in der Brennkammer herrschende statische Druck ist, beim Arbeiten mit geringer Brennstoffmenge, und unter einem geringeren Druck bei der grössten Brennstoffmenge eingeblasen wird.

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