DE2945250C2

DE2945250C2 - Brenner für flüssigen Brennstoff

Info

Publication number: DE2945250C2
Application number: DE2945250A
Authority: DE
Inventors: Joseph m. Nashville Ind. Johnson; Joel D. Columbus Smith
Original assignee: Cummins Engine Co Inc
Current assignee: Cummins Inc
Priority date: 1978-11-13
Filing date: 1979-11-09
Publication date: 1982-04-08
Also published as: CA1119061A; JPS5591757A; GB2036297A; ES485886A0; FR2441798B1; MX149043A; ES8100425A1; BR7907373A; GB2036297B; DE2945250A1; SE7909336L; IN152498B; IT1125674B; IT7927221A0; FR2441798A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Brenner für flüssigen Brennstoff, insbesondere zur Vorerhitzung der Verbrennungsluft von Brennkraftmaschinen, bei dem eine mit dem Brennstoff gespeiste Düse an der einen Stirnwand einer von einem Mantel gebildeten, rotationssymmetrischen Brennkammer koaxial angeordnet ist, bei dem die Brennkammer an ihrer der Düse gegenüberliegenden anderen Stirnwand eine koaxiale Verbrennungsgas-Auslaßöffnung aufweist, und bei dem sich außer einer die Auslaßöffnung verlassenden Verbrennungsgas-Teilströmung eine weitere, torroidförmige Verbrennungsgas-Teilströmung innerhalb der Brennkammer vor der abströmseitigen Stirnwand ausbildet, wobei der Brennstoff aus der Düse in Gestalt eines koaxialen Sprühkegels austritt, dessen Scheitel in der Austrittsöffnung der Düse liegt, und die torroidförmige Verbrennungsgas-Teilströmung im Bereich der Auslaßöffnung eine Unterdruckzone erzeugt, in die Umgebungsluft gesaugt wird.

Bei einem bekannten Brenner dieser Art (Zeitschrift »Öl- und Gasfeuerung«, Heft 1, 1972, Seiten 20 bis 26, insb. Abb. 2 und 6) wird die Umgebungsluft durch besondere Luftdüsen in die Brennkammer eingesaugt Durch die Anordnung dieser Düsen wird der Aufbau des Brenners verhältnismäßig kompliziert und kostspielig.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen gattungsgemäße.i

Brenner zu schaffen, der einen einfacheren Aufbau aufweist und bei dem zusätzliche Luftdüsen entfallen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,

ίο daß die Brennkammer in bekannter Weise einen zylindrischen Mantel aufweist und die Basis des Sprühkegels von der Auslaßöffnung und dem zylindrischen Mantel jeweils solche Abstände aufweist, daß die Umgebungsluft über den Randbereich der Auslaßöffnung in die Unterdruckzone einströmt

Hierdurch wird der Vorteil erreicht, daß der Brenner einfacher zu fertigen ist und daß im Betrieb eine Verstopfungsgefahr zusätzlicher Luftdüsen vermieden ist.

Die nachstehende Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der weiteren Erläuterung. Es zeigt
Fig. 1 eine teilweise aufgebrochene Draufsicht einer Verbrennungskraftmaschine mit Brenner zum Vorerhitzen der in die Brennkraftmaschine eintretenden Luft und

Fig. 2 ein:: Schnittansicht des Brenners aus Fig. 1. Fig. 1 zeigt eine Verbrennungskraftmaschine 2 mit Komp.-essionszündung (Dieselmotor). Die Verbrennungskraftmaschine weist einen Einlaßverteiler 4 auf, der so angeordnet ist. daß er Einlaßluft aus einem Turbolader 6 über eine Luftleitung 8 empfängt. Die Luftleitung 8 ist mit der Kompressorstufe 10 des Turboladers 6 verbunden. Der Einlaßverteiler 4 ist seinerseits so konstruiert, daß er die vom Turbolader empfangene Luft zu den einzelnen Einlaßöffnungen 12 hin verteilt, die zu den jeweiligen nicht dargestellten Motorzylindern führen. Abgase werden über einen Abgasverteiler 14 aus dem Motor 2 ausgestoßen. Der Abgasverteiler 14 lenkt die Abgase durch eine Turbinenstufe 16 des Turboladers 6. Die Turbinenstufe 16 ist mechanisch mit der Kompressorstufe 10 verbunden, so daß unter Druck stehende Luft zum Einlaßverteiler 4 hingelenkt werden kann.

Bei der dargestellten Verbrennungskraftmaschine wird die Einlaßluft durch einen mit flüssigem Brennstoff gespeisten Brenner 18 erhitzt, der so gestaltet und angeordnet ist, daß er eine extrem stabile Flamme mit einem vorbestimmbaren Brennstoffverbrauch liefert. Ein Verteilerrohr 44 gewährleistet, daß die erwärmte Luft gleichmäßig über die Einlaßöffnungen 12 hinweg verteilt wird. Wie aus F i g. 1 hervorgeht, wird sowohl Brennstoff als auch Luft dem Brenner 18 zugeleitet, und zwar aus einer Brennstoffquelle 20 und einer Luftquelle 22, die über Leitungen 24 bzw. 26 mit dem Brenner verbunden sind.

In Fig. 2 ist der Brenner 18 aus Fig. 1 vergrößert dargestellt. Der Brenner umfaßt einen Mantel 28, der eine Brennkammer bestimmt. In der Brennkammer ist die Flamme des Brenners enthalten. Der Mantel 28 umfaßt einen ersten Abschnitt, der als eine im wesentlichen zylindrische Wand 30 ausgebildet ist. Ein zweiter Abschnitt des Mantels wird von einer Stirnwand 32 gebildet, welche die eine Stirnseite der zylindrischen Wand 30 abschließt. Wie aus F i g. 2 hervorgeht, umfaßt die zylindrische Wand 30 eine Innenfläche 31, die bezüglich einer Achse X-X a\s Rotationsfläche ausgebil-

det ist. Bei der Ausführungsform der Erfindung ist diese Innenfläche 31 von zylindrischer Gestalt. Die flache Innenfläche, welche von der Stirnwand 32 gebildet ist, verläuft im wesentlichen senkrecht zur Achse X-X und weist eine Auslaßöffnung 33 für Verbrennungsgas auf, die in der Mitte der Stirnwand 32 ausgebildet ist. Auf diese Weise schließt die Stirnwand 3_! eine peripher verlaufende, nach innen umgebogene Lippe 35 ein, welche die zylindrische Wand 30 des Mantels 28 schneidet und nach einwärts in Richtung auf die Aclue X-X verläuft, um dort die Auslaßöffnung 33 zu bilden.

Der Mantel 28 umfaßt auch noch einen dritten Abschnitt, der als Stirnwand 34 ausgebildet ist und dasjenige offene Ende der zylindrischen Wand 30 abschließt, welches der Stirnwand 32 gegenüberliegt. Die flache Innenfläche der Wand 34 verläuft, wie sich ebenfalls aus F i g. 2 ergibt, vorzugsweise senkrecht zur Achse X-X. An der Außenseite der Wand 34 ist eine Armatur 36 befestigt, die einen mit Innengewinde versehenen Hohlraum 38 einschließt, welcher seinerseits mit einer Einlaßöffnung 40 in der Wand 34 ausgefluchtet und so angeordnet ist, daß die Mittelachse des mit Innengewinde versehenen Hohlraums 38 eine Verlängerung der Achse X-X ist. Innerhalb des Hohlraums 38 ist eine Brennstoffzerstäubungs- oder Einspritzdüse 42 angeordnet, deren Außengewinde in das Innengewinde des Hohlraums 38 paßt. Die Anordnung ist so getroffen, daß die Auslaßöffnung 46 der Einspritzdüse 42 innerhalb der Einlaßöffnung auf der Achse X-X liegt. Düsen dieser Art sind durch die Erzeugung eines kegelförmigen Brennstoffsprühstrakis gekennzeichnet, der in Fig.2 schematisch durch die Linien 48 angegeben ist. Dieser kegelförmige Sprühstrahl hat einen Scheitel, der an der Auslaßöffnung 46 der Einspritzdüse liegt. In Fig.2 fällt die Achse des konusförmigen Sprühstrahls mit der Achse X-X zusammen.

Die Basis des kegelförmigen, von der Düse 42 erzeugten Sprühstrahls, die schematisch durch die Linie 50 angedeutet ist, ist so gewählt, daß sie die durch den Mantel 28 bestimmte Gestalt der Verbrennungskammer ergänzt. Insbesondere ist der Durchmesser d\ der Kegelbasis 50 gleich dem Durchmesser cfe der Auslaßöffnung 33 in der Stirnwand 32. Die gesamte axiale Länge <& des Mantels 28 ist ebenfalls gleich d\ und di.

Der ungefähre Abstand a des von der Düse 42 gebildeten Sprühstrahls von der Verbrennungsgas-Auslaßöffnung 33 ist vorzugsweise gleich der Entfernung b, so daß die Höhe cdes kegelförmigen Sprühstrahls etwa gleich ¹Ii von d\ ist. Obwohl die verschiedenen, in F i g. 2 dargestellten Abmessungen etwas variiert werden können, hat es sich doch erwiesen, daß der Betrieb des in Fig.2 dargestellten Mantels dann eine hochstabile Flamme und einen vorhersagbaren Wärmeausgang liefert, wenn die Abmessungen bei den oben angegebenen Werten gehalten werden.

Die Düse arbeitet mit getrennter Brennstoff- und Luftzuführung, wie dies bereits im Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben und im einzelnen in Fig. 2 dargestellt ist. Insbesondere kann aas Brennstoffzuführsysten 20 das Brennstoffzuführsystem der Verbrennungskraftmaschine sein, an deren Einlaßverteiler der Brenner gemäß Fig.2 angeordnet ist Das Luftzuführfystem 22 kann eine von einem Elektromotor angetriebene Luftpumpe umfassen.

Wenn der Brennstoff in die vom Mantel 28 gebildete Verbrennungskammer eingespritzt wird, hat der Brennstoff nach Zündung die Tendenz, ein torroidförmiges Muster zirkulierender Verbrennungsgase zu erzeugen, was durch die Pfeile 60 dargestellt ist. Gleichzeitig wernen Verbrennungsgase durch den mittleren Teil der Auslaßöffnung 33 gedrückt, was durch den Pfeil 62 angegeben ist. Die Kombination der torroidförmig zirkulierenden Teilströmung der Verbrennungsgase, die durch den Pfeil 60 dargestellt ist mit dem Austritt der weiteren Ttilströmung von Verbrennungsgasen, die durch den Pfeil 62 dargestellt ist, verursach: die Ausbildung einer Zone 63 niederen Drucks auf der Innenseite der die Öffnung 33 umgebenden Lippe 35. Dieser niedere Druck hat die Wirkung, daß Luft auf der Außenseite des Mantels 28 veranlaßt wird, in das Innere der Verbrennungskammer hineinzufließen, und zwar in einem zylindrischen Muster, welches durch die Pfeile 64 dargestellt ist. Diese h die Brennkammer einströmende Außenluft umgibt koaxial die nach außen gerichtete, durch den Pfeil 62 dargestellte Teilströmung der Verbrennungsprodukte.

Aufgrund dieser Ausbildung und Anordnung braucht keine besondere Vorkehrung getroffen zu werden, um Hilfsluft der Verbrennungskammer zuzuführen, wie dies bei bekannten Brennern der Fall war, die als Einlaßvorerhitzer für Verbrennungskraftmaschinen eingesetzt wurden. Darüber hinaus ist die Flammenstabiütät, die durch die erfindungsgemäße BrennerkonstruK-tion erreichbar ist, von so hoher Qualität, daß die innerhalb des Mantels 28 stattfindende Verbrennung praktisch immun gegenüber Luftströmung und Druckveränderungen innerhalb des Einlaßverteilers 4 ist, in welchem der Brenner angeordnet ist. Wie aus Fig. 2 hervorgeht, kann die Anordnung des Brenners im Verteiler 4 durch Verbindung der Armatur 36 mit den Wänden 66 des Verteilers 4 erfolgen. Jedoch werden auch andere Befestigungsmöglichkeiten in Betracht gezogen. Die Zündung des im Mantel 28 zerstäubten Brennstoffes erfolgt durch eine Zündkerze 68, die in einer Gewindeöffnung der Armatur 36 derart befestigt ist, daß der den Zündfunken bildende Spalt 70 innerhalb oder in der Nähe des von der Düse 42 gebildelen. kegelförmigen Sprühstrahls liegt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Brenner für flüssigen Brennstoff, insbesondere zur Vorerhitzung der Verbrennungsluft von Brennkraftmaschinen, bei dem eine mit dem Brennstoff gespeiste Düse an der einen Stirnwand einer von einem Mantel gebildeten, rotationssymmetrischen Brennkammer koaxial angeordnet ist, bei dem die Brennkammer an ihrer der Düse gegenüberliegenden anderen Stirnwand eine koaxiale Verbrennungsgas-Auslaßöffnung aufweist, und bei dem sich außer einer die Auslaßöffnung verlassenden Verbrennungsgas-Teüströmung eine weitere, torroiiförmige Verbrennungsgas-Teilströmung innerhalb der Brennkammer vor der abströmseitigen Stirnwand ausbildet, wobei der Brennstoff aus der Düse in Gestalt eines koaxialen Sprühkegels austritt, dessen Scheitel in der Austrittsöffnung der Düse liegt, und die torroidförmige Verbrennungsgas-Teilströmung im Bereich der Auslaßöffnung eine Unterdruckzone erzeugt, in die Umgebungsluft gesaugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammer in bekannter Weise einen zylindrischen Mantel (28) aufweist und die Basis (50) des Sprühkegels (48) von der Auslaßöffnung (33) und dem zylindrischen Mantel jeweils solche Abstände (a; b) aufweist, daß die Umgebungsluft über den Randbcieich der Auslaßöffnung in die Unterdruckzone einströmt.

2. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis (50) des Sprühkegels (48) und die Auslaßöffnung (33) etwa gleiche Durchmesser (d\, d₂) haben.

3. Brenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstände (a, b) der Basis (50) von der abströmseitigen Stirnwand (32) bzw. von dem zylindrischen Mantel (28) einander gleich und etwa gleich V₃ des Durchmessers (d\) der Basis (50) sind.

4. Brenner nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Erstreckung des zylindrischen Mantels (28) zwischen Düse (42) und Auslaßöffnung (33) etwa gleich den Durchmessern (d\, d₂) der Basis (50) ist.