DE2456837B2 - Brennkammer für Brennkraftmaschinen, insbesondere aufgeladene Dieselmotoren - Google Patents
Brennkammer für Brennkraftmaschinen, insbesondere aufgeladene DieselmotorenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Brennkammer mit einer
Einrichtung zum Ei? deiten und Zerstäuben von unter Druck zugeführten flüssigem Brennstoff, die wenigstens
eine in die Brennkammer mündende Einspritzöffnung enthält, und mit einer Einrichtung zum Einleiten
von den Sauerstoffträger bildendem Gas für ein System zum Speisen von Brennkraftmaschinen, insbesondere
aufgeladenen Dieselmotoren, die einen Turbolader und eine den Laderauslaß mit dem Turbineneinlaß
verbindende Abzweigleitung enthalten, die eine abgeteilte Luftmenge zu der Turbine durchläßt,
wobei die Brennkammer stromaufwärts von der Turbine angeordnet ist.
Eine derartige Brennkammer isjr beispielsweise aus der DE-OS 2317 128 bekannt. Der Brennstoff wird
bei dieser bekannten Brennkammer durch eine Düse zerstäubt, so daß das Verhältnis Brennstoff zu Luft
auf solche Werte beschränkt ist, bei denen noch eine ausreichende mechanische Zerstäubung stattfinden
kann.
Aus der US-PS 3630024 ist eine Brenneranordnung
bekannt, bei der der Brennstoff ausschließlich pneumatisch zerstäubt wird, so daß auch hier die Variationsbreite
des Verhältnisses Brennstoff zu Luft auf diejenigen Werte begrenzt ist, bei denen eine pneumatische
Zerstäubung ausreichend gute Ergebnisse liefert.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe ist nun darin zu sehen, eine Brennkammer so auszubilden,
daß auch erhebliche Schwankungen bei der Einleitung des Brennstoffes erreicht werden können,
d. h., daß eine ausieichende Zerstäubung des Brennstoffes
auch dann sichergestellt ist, wenn die Verhältnisse von Brennstoff zu Luft im Bereich von 1:50 oder
1:60 geändert werden sollen.
Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß die Brennkammer so ausgebildet wird, daß je nach
der Menge des zu zerstäubenden Brennstoffes eine pneumatische oder mechanische Zerstäubung auftritt.
Die hierfür nötige Zerstäubungseinrichtung ist so ausgebildet, daß die unter Druck der Einspritzöffnung
zugcliefcrtc Brennstoffmenge zwischen einem größten und einem kleinsten Wert schwankt, daß der
Querschnitt der Einspritzöffnung derart ausgebildet ist, daß die größte Brennstoffmenge bei voller Leistung
der Brennstoffkamroer zerstäubt wird, während
bei der kleinsten Brennstoffmenge die mechanische Zerstäubung ausbleibt und wenigstens eine Blasdüse
vorgesehen ist, die in die Brennkammer in der Nähe der Einspritzöffnung mündet und von einer Einrichtung
zum Einleiten von Luft unter Druck gespeist wird, wobei durch die Geschwindigkeit und die Strömungsmenge
der durch die Blasdüse ausgelassenen Luft der Brennstoff pneumatisch zerstäubt wird, wenn
die Strömungsmenge des Brennstoffs so gering ist, daß
diese von der Einspritzöffnung nicht mehr ausreichend mechanisch zerstäubt wird.
Nach einer bevorzugten Ausfuhrungsform der Erfindung
sind mehrere Luftblasdüsen vorgesehen, die etwa senkrecht zur Achse der Einspritzöffnung liegen.
Das Einblasen durch diese Blasdüsen erfolgt zweckmäßig tangential, und die einzublasende Luft kann am
Einlaß der Brennkraftmaschine entnommen werden, beispielsweise am Ausgang eines Kühlers, welcher von
der Ladeluft vor ihrem Einlaß in die Brennkraftmaschine
durchströmt wird.
Die Einspritzeinrichtung selbst ist vorzugsweise so ausgebildet, daß die Einspritzoffnung für den Brennstoff
von einem kreisförmigen Teil umgeben wird, der in der Mitte eine öffnung aufweist und der außerdem
an der dem Einspritzer zugewandten Seite Nuten aufweist, die die Luft bzw. den Sauerstoffträger so führen,
daß um die Achse der Brennstoffdüse ein Wirbel entsteht.
Der rückwärtige Abschnitt der Brennkammer, in die der Brennstoff eingeführt wird, kann öffnungen
aufweisen, durch die das den Sauerstoffträger bildende Gase eintreten und die Strömung in der Brennkammer
beeinflussen kann.
Mit dieser gemäß der Erfindung vorgeschlagenen Ausbildung einer Brennkammer können nun alle in
der Praxis auftretenden Mengenverhältnisse von Brennstoff zu Luft erfaßt werden. So beträgt z. B. für
eine Brennkammer eines Systems zur Speisung eines aufgeladenen Dieselmotors von größenordnungsmäßig
2200 kW die kleinste Brennstoffmenge zur Aufrechterhaltung des Bereitschaftsbetriebs der Brennkammer
ungefähr 21/Std. 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 stillstehender
Brennkraftmaschine und das Arbeiten dieser Brennkraftmaschine im Langsamlauf kann etwa
120 I/Std. erreichen. Diese Menge müßte dann unter
einem relativen Druck von 3000 Bar eingeführt werden, was offensichtlich nicht realisierbar ist. Weiterhin
müßte bei dem obigen Beispiel die Kalibrierung der öffnung, durch welche der Brennstoff eingeführt
würde, einem Durchmesser von 0,2 mm entsprechen. Eine derartige öffnung kann sehr leicht durch Verunreinigungen
verstopft und durch Verbrennungsrückstände verschmutzt werden.
Wenn die Brennkammer bei Vollastbetrieben wird,
dann wird der Brennstoff ausschließlich mechanisch zerstäubt. Bei Teillastbetrieb wird der Brennstoff teils
mechanisch, teils pneumatisch zerstäubt, und beim Bereitschaftsbetrieb wird der Brennstoff ausschließlich
pneumatisch zerstäubt.
Hei der erfindungsgemäßcn Ausbildung der Kammer
kann also die größte Brennstoffmenge, die für Vollast erforderlich ist, mechanisch ausreichend zerstäubt
weiden, und die Verbrennung erfolgt in de» drei üblichen Zonen, nämlich in einer primären Ver-
ί brennungszone, in einer Zwischenzone und einer
Verdünnungszone.
Wird für den Bereitschaftsbetrieb eine kleinste Brennstoffmenge benötigt, dann wird diese pneumatisch
zerstäubt, und es kann Luft in solcher Menge
ι« zugeführt werden, daß das Brennstoff/Luftverhältnis
so nahe dem stöchiometrischen Verhältnis liegt, daß die Verbrennung vollständig und stabil ist und insbesondere
bei plötzlichen Änderungen des Betriebszustandes eine schnelle Rückkehr zum Betrieb der
ι ■ Kammer mit Vollast ermöglicht.
Im Übergangsbereich zwischen den beiden Betriebszuständen wird eine richtige, vollständige und
stabile Verbrennung aufrechterhalten.
Die gemäß der Erfindung ausgebildete Kammer
-1» bietet noch weiterhin den Vorteil, daß der Einspritzer
ständig gekühlt wird, was die Bildung von Teer oder Koks in der Nähe dieser öffnung verhindert. Etwaige
Ablagerungen von Ruß oder Verunreinigungen in der Nähe der Einspritzoffnung werden durch die vcn den
-· ι Blasdüsen gelieferten Luftströme fortgeblasen, so daß
die öfi.iung sauber bleibt.
Da der Durchmesser der Einspritzoffnung für die größte Brennstoffmenge bestimmt ist, wird die Gefahr
einer zufälligen Verstopfung dieser öffnung beträcht-
iii lieh herabgesetzt.
Die den Blasdüsen zuzuführende Luft wird zweckmäßig durch die Ladeluft der Brennkraftmaschine gebildet,
die an einer Stelle des Ladesystems entnommen wird, an welcher der Druck so weit über dem in der
t". Brennkammer herrschenden statischen Druck liegt,
daß Strömungsmenge und Geschwindigkeit der von den Blasdüsen gelieferten Luft ausreichen, um die
pneumatische Zerstäubung des Brennstoffs im Bereitschaftsbetrieb sicherzustellen. Diese LuU wird
■in vorzugsweise hinter dem vorgesehenen Kühler vor der
Zufuhr der Ladeluft zu dem Motor entnommen.
bine beispielsweise Ausführungsform einer gemäß der Erfindung ausgebildeten Brennkammer wild im
folgenden anhand der Zeichnung beschrieben. Es
■r, zeigt
Fig. 1 eine vereinfachte Schnittansicht einer Brennkammer, die zu einem aufgeladenen Dieselmotor
gehört und deren Hauptbestandteile schematisch dargestellt sind,
,ti Fig. 2 eine vergrößerte Ansicht der Vorrichtung
zur Einführung do Brennstoffs in diese Brennkammer,
Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie III-III der
Fig.:,
.-> Fig. 4 ein Schaubild der Veränderung der in diese
Brennkammer eingeführten Brennstoffmenge Q in Funktion des Ladedrucks P,
Fig. 5 eine Schnittansicht der Brennkammer, welche die Ausbildune der Zerstäubung beim Betrieb der
Wi Kammer mit voller Leistung zeigt,
Fig. ft eine Schnittansicht der Brennkammer, welche
die Ausbildung der Zerstäubung bei Bereitschaftsbetrieb der Kammer zeigt.
Fig. 1 zeigt eine Antriebsanlage mit einer Dieselbrcnnkraftmaschinc
1 und seinem System zur Speisungmit Aufladung. Dieses System enthält einen Turbolader.
Das dargestellte Aggregat umfaßt einen einzigen, von einer einzigen Turbine 3 angetriebenen
Turbolader 2. Es können natürlich auch mehrere Aggregate
in Kaskade geschaltet sein, und die Turbine sowie der Turbolader können mehrstufig sein.
Die aus dem Turbolader 2 kommende Luft wird einerseits der Dieselbrennkraftmaschine 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 Lader gelieferte und
von der Brennkraftmaschine nicht absorbierte Luft im Stillstand und bei allen Betriebszuständen desselben
zuzuführen. Die Brennkammer 5 empfängt außer der von dem Turbolader 2 kommenden Frischluft flüssigen
Brennstoff durch eine Vorrichtung 12 zur Einspritzung von Brennstoff und die Abgase der Brennkraftmaschine
1 durch eine Leitung 53. 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 einerseits
in eine Primärzone 9 der Kammer 5 eingeführte Primärluft 8 und andererseits in in eine hinter
der Primärzone 9 liegende Verdünnungszone 11 der Brennkammer 5 eingeführte Sekundärluft unterteilt.
Die durch eine Leitung 33 ankommenden Abgase werden durch öffnungen 11a in die Verdünnungszone 11 eingeführt.
Vor der Beschreibung der Vorrichtung 12 zur Einführung und Zerstäubung des Brennstoffs in der durch
ein Flammrohr 17 begrenzten Primärzone der Brennkammer 5 sei auf das Schaubild der Fig. 4 Bezug genommen,
das die Änderungen der Brennstoffmenge Q (in l/h) in Funktion des in Bar ausgedrückten
Ladedrucks P zeigt.
Zum Anlassen des Turbokompressoraggregats bei stillstehender Brennkraftmaschine 1 und bis der von
dem Turbolader gelieferte Druck 2 Bar erreicht, wird die Brennkammer mit der größten Brennstoffmenge
(120 l/h) gespeist. Wenn dieser Druck von 2 Bar erreicht ist und bis er bis auf 3 Bar ansteigt (während
die der Turbine von den Abgasen des Motors gelieferte Energie zunimmt, wobei gleichzeitig die Leistung
des Motors von 0 auf etwa 20 bis 30% der höchsten Leistung desselben ansteigt), wird die Brennkammer
mit einer Brennstoffmenge gespeist, die gleichmäßig von 120 l/h bs auf etwa 2 l/h abnimmt. Hierauf wird
von einem Ladedruck P von 3 Bar an die Brennkammer auf den Bereitschaftsbetrieb gebracht und mit einer
kleinsten Brennstoffmenge (2 l/h) gespeist. Man sieht also, daE sich die Brennstoffmenge in einem
Verhältnis von 1:60 ändert.
Die Einführvorrichtung 12, die eine befriedigende Zerstäubung in dem ganzen Änderungsbereich der
Brennstoffmenge gewährleistet, enthält hu wesentlichen
Mittel zur Brennstoffeinspritzung und Luftführung, die nachstehend beschrieben sind. Die Mittel
zum Einblasen von Luft zur Zerstäubung des Brennstoffs
bei geringen Brennstoffmengen haben nichts mit den Mitteln zur Einführung der bei hoher thermischer
Leistung der Kammer erforderlichen Verbrennungsluft und der Verdünnungsgase zu tun, sondern erfüllen
eine ganz andere Aufgabe, wie dies weiter unten erläutert ist.
Bei der dargestellten Ausführungsform ist eine einzige, in der Achse des Flammrohrs 17 ausgebildete
Brennstoffeinspritzöffnung 13 vorgesehen. Diese öffnung ist in einem Einspritzer 24 ausgebildet, der
mit einer Leitung 32 zur Zufuhr von Brennstoff von eine Pumpe 14 mit regelbarer Förderleistung enthaltenden
Speisemitteln 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, der gestatten würde, 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, der erforderlich
wäre, wenn man der öffnung einen so kleinen Wert gegeben hätte, daß die mechanische Zerstäubung
bei geringen Brennstoffmengen aufrechterhalten fcuibt.
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 Querschnittsweit gewählt, der von dem Druck, welchen die verfügbare Pumpe liefern kann,
und der Notwendigkeit, über dem der Schwelle der Filterung des Brennstoffs entsprechenden Querschnitt
zu bleiben, 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 wird. Die innere geometrische
Ausbildung dieser Einspritzöffnung 13 gestattet, dem Brennstoff eine Drehbewegung gemäß einer
an sich bekannten Anordnung zu erteilen.
Die Mittel zum Einblasen von Luft enthalten wenigstens eine Blasdüse 15, die ständig mit Luft unter
einem Druck gespeist wird, der höher als der in der Brennkammer 5 herrschende statische Druck ist. Bei
der dargestellten Ausführungsform sind mehrere Blasdüsen 15 vorgesehen (Fig. 2 und 3). Diese Düsen
■ münden in die Brennkammer in der Nähe der Einspritzöffnung
und haben eine solche Lage, dai> sie zu der Achse des Einspritzers 24 etwa senkrechte Luftstrahlen
liefern. Sie sind mit einem System zur Speisung mit Luft verbunden, und die Düsen und das Spei-
> sesystem sind so ausgebildet, daß die Luftstrahlen eine
solche Geschwindigkeit und eine solche Strömungsmenge haben, daß sie den eingespritzten Brennstoff
bei geringen Brennstoffmengen und bei der kleinsten Menge desselben pneumatisch zerstäubt, bei welchen
ι die Einspritzöffnung keine mechanische Zerstäubung bewirken könnte. Ferner ist die Luftmenge 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 gleichachsig
zylindrische Kammer 27. Diese Kammer trägt einen kreisförmigen Teil 25. welcher vor der E.'\nspritzöffnung
angeordnet ist und eine mittlere Öffnung 26 aufweist, deren Durchmesser größer als der
Durchmesser der Einspritzöffnung 13 und so groß ist. daf 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 Blasdiisen liegen zweckmäßig tangential zu dem Umfang der
Einspritzöffnung 13, wie in Fig. 3 dargestellt. Hierdurch wird die Wirksamkeit der von den Blasdiisen
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-Brennstofifgemischs.
Dieses Zentrifugieren gestattet, dem Winkel des Zerstäubungskegels beim Arbeiten mit pneumatischer
Zerstäubung einen geeigneten Wert zu gel»en, wie dies weiter unten erläutert ist.
Die die Blasdüsen 15 der Einführvorrichtung 12 speisende Luft ist zweckmäßig Luft zur Aufladung des
Motors. Bei der dargestellten Ausführungsform verbindet eine Leitung 18 die Blasdüse 15 mit einem Teil
des Strömungskreises für die Luft zur Aufladung, in welchem diese bereits den Kühler 4 durchströmt hat,
d. h. unmittelbar vor ihrer Zufuhr zu der Brennkraftmaschine 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 Einführvorrichtung 12 angeordnetes Ventil 21 zu betätigen. Dieses pneumatische Organ
20 führt automatisch den Brennstoff in die Einführvorrichtung 12 ab, wenn der Brennstoffspeisedruck
nicht mehr erzeugt wird. Hierdurch wird die Zersetzung und eine dadurch bedingte Verkokung oder
Teerbildung des Brennstoffs vermieden, welcher in der Einführleitung bleibt, wenn die Brennstoffspeisung
der Kammer abgestellt wird und die Brennkraftmaschine 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 wärmeempfindliche Element 23 unterbricht die Brennstoffzufuhr bei einem zufälligen
Ausgehen der Brennkammer S. Die Steuerung kann auch von Hand erfolgen. Man kann so die
Brennkammer nach Belieben abschalten.
Der Regler 7, der einerseits den Druckabfall der von dem Turbolader 2 zu der Brennkammer 5 durch
die Abzweigleitung 6 strömenden Frischluft automatisch regeln und andererseits diese Frischluft in Primärluft
und Sekundärluft unterteilen soll, kann insbesondere die in F ig. 1 dargestellte Ausbildung haben.
Dieser Regler 7 enthält erste Drosselmittel 34 mit veränderlichem Durchtrittsquerschnitt, welche so angeordnet
sind, daß sie von der Sekundärluft 10 durchströmt werden und zwischen dem mit dem Turbolader
2 verbundenen strömungsaufwärts liegenden Abschnitt der Abzweigleitung 6 und dem mit der
Brennkammer 8 verbundenen strömungsabwärts liegenden
Abschnitt eine Druckdifferenz AP erzeugen, die 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 Durchtrittsquerschnitt, welche der
Druckdifferenz AP ausgesetzt und so angeordnet sind, daß sie von der Primärluft durchströmt werden,
wobei diese zweiten Drosselmittel 35 der Primärluft einen Druchtrittsquerschnitt bieten, der durch den
Druck P—p gemäß einem im voraus bestimmten Gesetz bestimmt wird.
Bei der dargestellten Ausführungsform werden die ersten Drosselmittel durch einen Zylinder 36 mit einem
ringförmigen Drosselventil 37 gebildet, welches mit einem durch eine kegelstumpfförmige Wand des
Gehäuses 38 des Reglers gebildeten festen Sitz zusammenwirkt. Die zweiten Drosselmittel 35 werden
durch in dem Zylinder 36 ausgebildete öffnungen 39 und durch einen rohrförmigen Schieber 40 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 einen Boden 41, so daß ein Kolben entsteht. Wie man sieht,
ist er zwei entgegengesetzten Kräften unterworfen, von denen die eine 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-Ap gebildet
wird.
Die an dem Regler 7 durch die Abzweigleitung 6 ankommende Frischluft wird so automatisch in Primärluft
8 und Sekundärluft 10 unterteilt, wobei das Verhältnis dieser Luftmengen durch den der Primärluft
gebotenen Durchtrittsquerschnitt bestimmt wird.
Unter diesen Bedingungen ist offenbar beim Arbeiten der Kammer 5 mit Vollast, während die Brennstoffmenge
ausreicht, damit eine mechanische Ze-.-stäubung stattfindet, der Ladedruck P verhältnismäßig
klein. Infolgedessen ist der Druck der Luft zur Speisung der Blasdüsen kaum größer als der in der
Kammer herrschende statische Druck. Wenn dagegen die Kammer 5 im Bereitschaftsbetrieb arbeitet, wobei
der infolge der einfachen Tatsache des Antriebs der Turbine 3 durch die Abgase der Brennkraftmaschine
1 erhaltene Ladedruck ausreichend ist, sind der Ladedruck P sowie der durch den Regler 7 erzeugte
Druckabfall Ap groß. Unter diesen Bedingungen ist die Druckdifferenz zwischen der Luft zur Speisung der
Blasdüsen und dem statischen Druck der Kammer erheblich größer und kann 5 bis 20% des statischen
Drucks erreichen, so daß die entsprechende Luftmenge 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 Nähe der Einspritzvorrichtung
den Bedingungen eines stöchiometrischen Gemische so naheliegt, daß die Verbrennung
vollständig und stabil ist.
Die Arbeitsweise einer mit einer derartigen Einführvorrichtung ausgerüsteten und mit einer öffnung
13 von 0,7 mm Durchmesser sowie mit acht Blasdüsen mit einem Gesamtquerschnitt von 12 mm2 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 Ausgangdcr Einspritzöffnung \Z
zerstäubt, wobei der Brennstoffdruck strömungsaufwärts
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 Brennstofftröpfchen nicht ausreichend, um eine merkliche Wirkung
auf diese Tröpfchen zu haben. Die Ausbildung der Zerstäubung 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 Flammenrohrs 17 mit dem Verbrennungskegel ausgebildet sind.
2. Von 10 l/h bis zu 2 l/h wird die Brennstoffmenge pneumatisch 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 Blasdüsen 15 gelieferten Luftströme
vernachlässigbar. Die Ausbildung der Zerstäubung beim Arbeiten mit einer rein pneumatischen
Zerstäubung ist in Fig. 6 dargestellt. Die Brennstoffmenge ist ebenfalls sehr gering, und
die durch die Bohrungen 16 eintretende Luft würde den Brennstoff nicht erreichen, der daher
mit der von den Blasdüsen 15 der Einführvorrichtung 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 die Verbrennung vollständig und stabil erfolgt.
3. Von 25 l/h bis zu etwa H) l/h wird der Brennstoff gleichzeitig ..lechanisch 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 Zerstäubung
zwischen den beiden in Fig. 5 und 6 dargestellten Formen. Bei Abnahme des Vorverdichtungsdrucks
und beim Übergang von dem Betrieb mit pneumatischer Zerstäubung auf den Betrieb mit gemischter
Zerstäubung nimmt das von der Flamme eingenommene Volumen zu. Wenn eine bedeutende
Luftmenge durch die Bohrungen 16 einzutreten beginnt, sucht sich die Flamme um eine ringkörperförmige
Rückstromzone herum festzusetzen.
Das Arbeiten mit gemischter Zerstäubung wird noch dadurch verbessert, daß an dem rückwärtigen
Teil der Brennkammer mit Primärluft 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 Winkel mit der Achse der Kammer
bilden. Die primäre Verbrennungszone der Kammer kann dann mit einer zu der Achse der Kammer parallelen
rotierenden Luftschicht gespeist werden. 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 Zwischenbetriebszustand, d. h. bei gemischter Zerstäubung.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (8)
1. Brennkammer mit einer Einrichtung zum Einleiten und Zerstäuben von unter Druck zugeführtem
flüssigen Brennstoff, die wenigstens eine in die Brennkammer mündende Einspritzöffnung
enthält, und mit einer Einrichtung zum Einleiten von den Sauerstoffträger bildendem Gas, für ein
System zum Speisen von Brennkraftmaschinen, insbesondere aufgeladenen Dieselmotoren, die
einen Turbolader und eine den Laderauslaß mit dem Turbineneinlaß verbindende Abzweigleitung
enthalten, die eine abgezweigte Luftmenge zu der Turbine durchläßt, wobei die Brennkammer
stromaufwärts von der Turbine angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die unter
Druck der Einspritzöffnung zugelieferte Brennstoffmenge zwischen einem größten und einem
kleinsten IVsrt schwankt, daß der Querschnitt der Einspritzöisnung (13) derart ausgebildet ist, daß
die größte Brennstoffmenge bei voller Leistung der Brennkammer (5) zerstäubt wird, während bei
der kleinsten Brennstoffmenge die mechanische Zerstäubung ausbleibt, und wenigstens eine Blasdüse
(15) vorgesehen ist, die in die Brennkammer (5) in der Nähe der Einspritzöffnung (13) mündet
und von einer Einrichtung zum Einleiten von Luft unter Druck gespeist wird, wobei durch die Geschwindigkeit
und die Strömungsmenge der durch die Blasdüse (15) ausgelassenen Luft der Brennstoff
pneumatisch zerstäubt wird, wenn die Strömungsmenge des Br^nnstot.i so gering ist, daß
diese von der Einspritiöffnune (13) nicht mehr
aasreichend mechanisch zerstLubt wird.
2. Brennkammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einführung- und Zerstäubungseinrichtung
mehrere etwa senkrecht zu der Achse der Einspritzöffnung (13) liegende
Luftblasdüsen (15) aufweist.
3. Brennkammer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Blasdüse oder die
Blasdüsen (15) tangential zu dem Umfang der Einspritzöffnung (13) gerichtet sind.
4. Brennkammer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch Mittel zur Entnahme
der die Blasdüsen speisenden Luft an dem Einlaß der Brennkraftmaschine.
5. Brennkammer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Speisung der
Blasdüsen (15) die Luft an dem Ausgang eines Kühlers (4) entnehmen, welcher von der Ladeluft
vor ihrem Einlaß in die Brennkraftmaschine durchströmt wird.
6. Brennkammer nach einem der Ansprüche 1
bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Einleiten von Brennstoff (12) einen
mittleren Einspritzer (24), in welchem die Einspritzöffnung (13) ausgebildet ist, ein kreisförmiges
Teil (25), welches in seinem mittleren Abschnitt eine öffnung (26) aufweist, deren
Durchmesser erheblich größer als der Durchmesser der Einspritzöffnung (13) ist, wobei dieses
kreisförmige Teil senkrecht zu dem mittleren Einsprit/cr (24) angeordnet ist und sich an der Vor
derseite desselben abstützt, wobei die Blasclüscn (15) in diesem kreisförmigen Teil (25) in Form
von in seiner dem mittleren f;insprit/er (24) zugc-
wandten Seite ausgearbeiteten Nuten gebildet sind, und eine den mittleren Einspritzer (24) und
das kreisförmige Teil (25) umgebende Kammer (27), welche mit Luft unter Druck gespeist wird
und mit den Nuten in Verbindung steht, aufweist.
7. Brennkammer nach einen* 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 Sauerstoffträger bildenden Gases in die Kammer durch diese Offnungen.
8. Brennkammer nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abzweigleitung (6)
eine automatisch betätigbare Drosseleinrichtung enthält, die in der die Abzweigleitung durchströmenden
Luft einen Druckabfall erzeugt, und daß die Luft in die Brennkammer (5) unter einem um
5 bis 9% höheren Druck als der statisch·; Druck eingespeist wird, der in der Brennkammer während
des Betriebs mit einer geringen Brennstoffmenge herrscht.
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