JPH0715266B2 - Fuel injection device for vehicle gas turbine - Google Patents
Fuel injection device for vehicle gas turbineInfo
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- JPH0715266B2 JPH0715266B2 JP26024589A JP26024589A JPH0715266B2 JP H0715266 B2 JPH0715266 B2 JP H0715266B2 JP 26024589 A JP26024589 A JP 26024589A JP 26024589 A JP26024589 A JP 26024589A JP H0715266 B2 JPH0715266 B2 JP H0715266B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は車両用ガスタービン用の燃料噴射ノズルに関す
る。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a fuel injection nozzle for a gas turbine for a vehicle.
車両駆動用のガスタービンエンジンは、その運転条件
が、アイドリング時等の軽負荷運転から最大出力を発生
する全負荷運転まで広範囲にわたり変動するため、燃焼
室へ噴射する燃料の量も負荷変動に応じて広い範囲で変
動する。そのため、単一の燃料噴射口を有する燃料噴射
ノズルでは燃料の全流量範囲にわたって燃料を良好な霧
化状態を保って噴射することが困難である。即ち、燃料
噴射口径を大流量側に合わせて大きくした場合軽負荷時
で、燃料流量が小さいときには噴射口での流速が下がる
ため燃料の霧化が確保できず、また、逆に小流量側に合
わせて口径を小さくした場合大流量側で燃料噴射量が不
足してしまう。そのため、通常、車両用ガスタービンエ
ンジンにおいては、特開昭62−70628号公報に記載され
ているように、1つの本体に大小の口径の独立した2つ
の噴射口を有する燃料噴射ノズルが使用されている。こ
の燃料噴射ノズルはエンジンのアイドリング時等の軽負
荷運転で燃料噴射量が少ないときには上記のうち小口径
の噴射口(第1噴射口)のみから燃料を噴射し、ある程
度エンジンに負荷がかかり、燃料噴射量が所定の値を越
えた場合にもう1つの大口径の噴射口(第2噴射口)か
らも燃料を噴射し、上記第1噴射口からの燃料噴射量と
併せて所要の燃料噴射量を達成するように設計されてお
り、上記の大小2つの噴射口を設けることにより軽負荷
時の燃料霧化を適正にすると共に高負荷時にも確実に燃
料の所要量を供給できるようになっている。The operating conditions of a gas turbine engine for driving a vehicle fluctuate over a wide range from light load operation such as idling to full load operation that produces the maximum output, so the amount of fuel injected into the combustion chamber also depends on the load fluctuation. Fluctuates over a wide range. Therefore, it is difficult for the fuel injection nozzle having a single fuel injection port to inject the fuel in a good atomization state over the entire flow rate range of the fuel. That is, when the fuel injection port diameter is increased to match the large flow rate side, at light load, when the fuel flow rate is small, the flow velocity at the injection port decreases and fuel atomization cannot be secured. In addition, if the diameter is reduced, the fuel injection amount becomes insufficient on the large flow rate side. Therefore, in a gas turbine engine for a vehicle, a fuel injection nozzle having two independent injection ports of a large size and a small size is used in one main body, as described in JP-A-62-70628. ing. This fuel injection nozzle injects fuel only from the small-diameter injection port (first injection port) out of the above when the fuel injection amount is small in light load operation such as when the engine is idling, and the load is applied to the engine to some extent, When the injection amount exceeds a predetermined value, fuel is also injected from another large-diameter injection port (second injection port), and the required fuel injection amount together with the fuel injection amount from the first injection port. It is designed to achieve the above, and by providing the above-mentioned two large and small injection ports, it is possible to properly atomize the fuel at light load and to reliably supply the required amount of fuel at high load. There is.
上述のように車両用ガスタービンエンジンの燃料噴射ノ
ズルの2つの噴射口のうち、第2噴射口はアイドリング
等の軽負荷時には燃料を噴射せず、負荷が上昇し、燃料
流量がある一定値を越えた場合に初めて燃料を噴射する
ようになっている。しかし、燃料噴射ノズルは燃焼器に
取着され運転中は常に輻射熱に曝されており、アイドリ
ング等の軽負荷運転が続いた場合、前記第2噴射口から
は燃料が噴射されないため、噴射口内に残留した燃料油
が高温になり炭化し、上記第2噴射口内に固着し、噴出
口の一部若しくは全部を閉塞する問題が生じている。As described above, of the two injection ports of the fuel injection nozzle of the gas turbine engine for a vehicle, the second injection port does not inject fuel during light load such as idling, the load increases, and the fuel flow rate becomes a certain value. When it exceeds the limit, fuel is only injected. However, the fuel injection nozzle is attached to the combustor and is constantly exposed to radiant heat during operation, and when light load operation such as idling continues, fuel is not injected from the second injection port, so the fuel is injected into the injection port. There is a problem that the residual fuel oil is heated to a high temperature and carbonized, and is fixed in the second injection port to block a part or all of the injection port.
上記の閉塞の問題は特に低質油等の粘度の高い燃料を使
用した場合に発生し易く、噴射口が閉塞した場合、高負
荷運転時に燃料供給が不足するばかりでなく、燃料供給
が第1噴射口に集中するため第1噴射口の燃料流量が増
大し、燃料噴射速度が過大になる傾向がある。そのため
燃料が液状のまま燃焼器壁に到達し、壁面に付着して燃
焼して燃焼器を損傷する、いわゆる燃料の片吹きによる
燃焼器の溶損が発生しやすくなる。The above-mentioned problem of blockage tends to occur particularly when a high-viscosity fuel such as low-quality oil is used, and when the injection port is blocked, not only the fuel supply becomes insufficient during high load operation, but also the fuel supply is the first injection. Since it concentrates on the mouth, the fuel flow rate of the first injection port increases, and the fuel injection speed tends to become excessive. Therefore, the fuel reaches the combustor wall in a liquid state, adheres to the wall surface, burns, and damages the combustor, so that so-called one-sided blowing of fuel is apt to cause meltdown of the combustor.
本発明は上記の点に鑑み、エンジンの軽負荷運転時に燃
料の良好な霧化状態を確保しつつ、前記第2噴射口の閉
塞を防止する燃料噴射装置を提供することを目的とす
る。In view of the above points, an object of the present invention is to provide a fuel injection device that prevents the second injection port from being blocked while ensuring a good atomization state of fuel during light load operation of an engine.
上記目的を達成するため、本発明によれば、アイドリン
グ運転等のエンジン軽負荷時に上記第2噴射口から空気
或いは燃料等の流体を噴出する燃料噴射ノズルが提供さ
れる。To achieve the above object, according to the present invention, there is provided a fuel injection nozzle for ejecting a fluid such as air or fuel from the second injection port at the time of light engine load such as idling operation.
すなわち、本発明の第1の実施例では、アイドリング運
転等の軽負荷時に第2噴射口から少量の燃料が連続的に
噴射される構造の燃料噴射ノズルが提供され、第2の実
施例ではアイドリング運転等の軽負荷時に第2噴射口か
らパルス状に燃料が間歇噴射される。また、本発明の第
3の実施例では、アイドリング運転等の軽負荷時には第
2噴射口からは燃料を噴射せず、その代わりに加圧空気
を噴射する燃料噴射装置が提供される。That is, in the first embodiment of the present invention, a fuel injection nozzle having a structure in which a small amount of fuel is continuously injected from the second injection port at the time of light load such as idling operation is provided. The fuel is intermittently injected in a pulse form from the second injection port during light load such as operation. Further, in the third embodiment of the present invention, there is provided a fuel injection device which does not inject fuel from the second injection port at the time of light load such as idling operation, but instead injects pressurized air.
上述のようにエンジン軽負荷時に第2燃料噴射口から空
気或いは燃料等を噴射するようにしたことにより噴射口
内に燃料が滞留することが防止され、燃料の炭化、固着
による噴射口の閉塞が生じない。As described above, by injecting air, fuel, or the like from the second fuel injection port at the time of light load of the engine, the fuel is prevented from staying in the injection port, and the injection port is blocked due to carbonization and sticking of the fuel. Absent.
第10図に車両用2軸ガスタービンエンジンの概略構成を
示す。本ガスタービンエンジンはコンプレッサタービン
4とパワータービン6とが独立して回転する2軸式であ
り熱効率改善のための熱交換器2を備えている。図にお
いて、空気入口から吸入された空気はコンプレッサ1で
圧縮され、熱交換器2で排気によって加熱されたのち燃
焼器3に入り、燃料噴射ノズル8から噴射される霧化燃
料と混合して燃焼する。高温高圧の燃焼ガスは、まずコ
ンプレッサタービン4を駆動してコンプレッサ1に動力
を与え、次に可変ノズル5を通った後パワータービン6
を駆動して動力を発生する。ここで可変ノズル5はコン
プレッサタービン4とパワータービン6との間の燃焼ガ
スエネルギーの配分を変えるためのもので、負荷条件に
即してそれぞれのタービンが最適な運転状態を保つよう
に自動的に調整される。排気は前述のように熱交換器2
で排熱を吸気に与えたのち、排気出口から外部へ排出さ
れる。パワータービン6において発生した動力は減速機
構により減速されて出力軸7にとり出される。Fig. 10 shows a schematic configuration of a two-shaft gas turbine engine for vehicles. This gas turbine engine is a two-shaft type in which a compressor turbine 4 and a power turbine 6 rotate independently, and includes a heat exchanger 2 for improving thermal efficiency. In the figure, the air sucked from the air inlet is compressed by the compressor 1, heated by the exhaust gas in the heat exchanger 2 and then enters the combustor 3, and is mixed with atomized fuel injected from the fuel injection nozzle 8 and burned. To do. The high-temperature and high-pressure combustion gas first drives the compressor turbine 4 to power the compressor 1, and then passes through the variable nozzle 5 and then the power turbine 6
To generate power. Here, the variable nozzle 5 is for changing the distribution of the combustion gas energy between the compressor turbine 4 and the power turbine 6, and automatically adjusts each turbine so as to maintain an optimum operating state according to the load condition. Adjusted. Exhaust gas is from the heat exchanger 2 as described above.
After exhaust heat is applied to the intake air, it is exhausted to the outside from the exhaust outlet. The power generated in the power turbine 6 is decelerated by the reduction mechanism and taken out to the output shaft 7.
以下に本発明の燃料噴射ノズルの実施例について説明す
る。第1図は本発明の燃料噴射ノズルの第1の実施例の
構造を示しており、燃料噴射ノズル8は、燃焼器3の壁
9に取付けられる取付ケース10、その中に挿入される内
側ケース11、その下側にある第2の噴射口を有する外側
ノズルチップ12、その上に順に、第1の噴射口を有する
内側ノズルチップ13、分岐チップ14、分配バルブケース
15、チェックバルブケース16を積み重ねて、ユニオンナ
ット17で締付けることにより構成されている。そして分
配バルブケース15の中にあるスプリング18によって下方
に付勢されたバルブ19が、外側ノズルチップ12への燃料
流路を一定の燃料圧力P1以下において遮断するように挿
入されており、他方、内側ノズルチップ13への分配バル
ブケース15以下の燃料流路には何らのバルブも設けられ
ておらず常開となっているが、これらの燃料通路の共通
の入口流路には、スプリング20によって上方へ付勢され
たチェックバルブ21と、フィルタケース22に納められた
フィルタ23が挿入されており、上端に螺着された燃料ノ
ズルアダプタ24を介して加圧された液体燃料を供給され
るようになっている。Examples of the fuel injection nozzle of the present invention will be described below. FIG. 1 shows the structure of the first embodiment of the fuel injection nozzle of the present invention. The fuel injection nozzle 8 is a mounting case 10 mounted on the wall 9 of the combustor 3, and an inner case inserted therein. 11, an outer nozzle tip 12 having a second ejection port on the lower side thereof, an inner nozzle tip 13 having a first ejection port 13, a branching tip 14, and a distribution valve case in order on the outer nozzle tip 12.
The check valve case 16 is stacked and the union nut 17 is tightened. Then, a valve 19 biased downward by a spring 18 in the distribution valve case 15 is inserted so as to shut off the fuel flow path to the outer nozzle tip 12 at a constant fuel pressure P 1 or less, while , The fuel flow path to the inner nozzle tip 13 below the distribution valve case 15 is not provided with any valve and is normally open, but the common inlet flow path of these fuel paths has a spring 20 A check valve 21 biased upward by a filter 23 and a filter 23 housed in a filter case 22 are inserted, and pressurized liquid fuel is supplied through a fuel nozzle adapter 24 screwed to the upper end. It is like this.
燃焼は、延焼器内筒25の壁に設けられた空気孔26から、
コンプレッサ1によって圧縮され熱交換器2によって加
熱された高温の圧縮空気が燃焼器内筒25内で燃料ノズル
8から旋回しながら噴射された燃料噴霧27と混合し、図
示されない点火装置によって点火されることによって、
燃焼ゾーン28において連続的に発生する。この際、液体
燃料は図示されない燃料ポンプによって加圧され、燃料
ホースを通じてノズルアダプタ24から燃料噴射ノズル8
内に供給される。そしてフィルタ23を通過し、チェック
バルブ21を押し開いて流下し、常開の内側ノズルチップ
13の第1噴射口から燃焼器内筒25内へ噴射される。ガス
タービンエンジンが高出力を要求されないときは、この
ように内側ノズルチップ13の第1噴射口のみから燃料が
旋回を与えられて噴射されるが、高出力の要求がある
と、運転者のアクセル操作等により、それに応じて液体
燃料の供給圧力が増大し、内側ノズルチップ13からの燃
料噴射量が増大すると共に、その圧力が一定の値P1を越
えるとバルブ19が開いて外側ノズルチップ12にも燃料が
供給され、その第2噴射口からも旋回を与えた燃料噴射
が行なわれて燃焼量が増加する。Combustion, from the air holes 26 provided in the wall of the flame spreader inner cylinder 25,
The high-temperature compressed air compressed by the compressor 1 and heated by the heat exchanger 2 mixes with the fuel spray 27 injected while swirling from the fuel nozzle 8 in the combustor inner cylinder 25, and is ignited by an ignition device (not shown). By
It occurs continuously in the combustion zone 28. At this time, the liquid fuel is pressurized by a fuel pump (not shown), and is supplied from the nozzle adapter 24 to the fuel injection nozzle 8 through the fuel hose.
Supplied within. Then, after passing through the filter 23, the check valve 21 is pushed open to flow down, and the normally open inner nozzle tip is opened.
It is injected into the combustor inner cylinder 25 from the 13th first injection port. When the gas turbine engine is not required to have a high output, the fuel is swirled and injected from only the first injection port of the inner nozzle tip 13 as described above. By operation or the like, the supply pressure of the liquid fuel increases accordingly, the fuel injection amount from the inner nozzle tip 13 increases, and when the pressure exceeds a certain value P 1 , the valve 19 opens and the outer nozzle tip 12 Is also supplied with fuel, and the fuel injection with a swirl is also performed from the second injection port to increase the combustion amount.
第2図実線は燃料噴射ノズル8の流量特性を示したもの
で、Pは液体燃料の圧力、Gは流量(すなわち、噴射量
又は燃焼量)であって、圧力がP1以下の低負荷運転のと
きは流量がG1以下であり、このとき内側ノズルチップ13
の第1噴射口のみから燃料を噴射するが、圧力がP1を越
える高負荷運転では流量がG1以上となり、外側ノズルチ
ップ12の第2噴射口から噴射される燃料も噴霧27に加わ
って燃焼する。The solid line in FIG. 2 shows the flow rate characteristics of the fuel injection nozzle 8, where P is the pressure of the liquid fuel, G is the flow rate (that is, the injection amount or the combustion amount), and the pressure is P 1 or less under low load operation. Flow rate is less than or equal to G 1 , then the inner nozzle tip 13
Although the fuel is injected only from the first injection port of No. 2, the flow rate becomes G 1 or more in the high load operation where the pressure exceeds P 1, and the fuel injected from the second injection port of the outer nozzle tip 12 also joins the spray 27. To burn.
上記外側ノズルチップ12の第2噴射口からの燃料噴射が
開始される圧力P1は前記バルブ19を付勢するスプリング
18により決められ、その時の流量G1は内側ノズルチップ
13の第1噴射口の口径により決められる。ここで図のG1
はアイドリング時に必要とされる燃料噴射量を示してい
る。又、図中破線で示したのは従来の燃料噴射ノズルの
流量特性である。The pressure P 1 at which the fuel injection from the second injection port of the outer nozzle tip 12 is started is the spring for urging the valve 19.
Determined by 18, the flow rate G 1 at that time is the inner nozzle tip
It is determined by the diameter of the 13th injection ports. Here G 1
Indicates the fuel injection amount required at idling. Also, the broken line in the figure shows the flow rate characteristic of the conventional fuel injection nozzle.
図からわかるように従来の燃料噴射ノズルはアイドリン
グ時には第2噴射口が開いておらずG2>Giなる流量で第
2噴射口が開き始めるのに対し、本実施例においてはア
イドリング時(G=Gi)にも第2噴射口から燃料が噴射
されるように第1噴射口の口径が決められている。また
車両用2軸ガスタービンにおいてはP1は大体10〜30kg/c
m2の範囲に設定されている。As can be seen from the figure, in the conventional fuel injection nozzle, the second injection port does not open at the time of idling and the second injection port starts to open at a flow rate of G 2 > G i , while in the present embodiment, at the time of idling (G = G i ), the diameter of the first injection port is determined so that the fuel is injected from the second injection port. In a two-shaft gas turbine for vehicles, P 1 is about 10 to 30 kg / c
It is set in the range of m 2 .
第1噴射口の口径を上記のように設定した結果車両のア
イドリング運転時においても第2噴射口からは少量の燃
料を噴射することができ常に外側ノズルチップ内を燃料
が流れ、流路内で燃料が炭化、固着することが防止され
る。As a result of setting the diameter of the first injection port as described above, a small amount of fuel can be injected from the second injection port even during idling operation of the vehicle, and the fuel always flows in the outer nozzle tip, and in the flow path. The fuel is prevented from carbonizing and sticking.
なお、運転中減速時には燃料噴射量がG1を下まわること
があり、この場合には第2噴射口からの燃料噴射は一時
的に休止するが2軸式ガスタービンエンジンでは、コン
プレッサタービンは大きなコンプレッサ負荷を担持して
いるため燃料噴射量がG1以下になった場合短時間で回転
数がアイドリング回転数まで降下する。そのため、上記
の噴射休止期間は数秒と短く、すぐに噴射が再開される
ため燃料炭化等の問題は生じない。更に、Gi以下では第
2噴射口からの燃料噴射量はわずかであり、ほとんどの
燃料は従来より小口径に設定した第1噴射口から噴射さ
れるため流量が少ないアイドリング時でも噴射速度が従
来のものより大きくなり、良好な霧化を確保することが
できる。Note that the fuel injection amount may fall below G 1 during deceleration during operation, in which case the fuel injection from the second injection port is temporarily stopped, but in the two-shaft gas turbine engine, the compressor turbine is large. Since the compressor load is carried, when the fuel injection amount becomes G 1 or less, the rotation speed drops to the idling rotation speed in a short time. Therefore, the above-mentioned injection suspension period is as short as several seconds, and the injection is restarted immediately, so that problems such as fuel carbonization do not occur. Furthermore, at G i or less, the fuel injection amount from the second injection port is small, and most of the fuel is injected from the first injection port that has been set to a smaller diameter than before, so the injection speed is low even when idling with a small flow rate. It is larger than that of the above and can secure good atomization.
上記実施例では第2噴射口内に滞留した燃料が高温のた
めに炭化、固着して噴射口を閉塞することを防止するた
めにアイドリング時にも第2噴射口から少量の燃料を噴
射するようにしているが、エンジンの冷間始動時や暖機
運転中は第2噴射口内に燃料が滞留していても燃料噴射
ノズルが高温になっていないため燃料の炭化が生じるお
それはない。このような場合は、むしろ第2噴射口から
の燃料噴射を止め、第1噴射口から全燃料を噴射するよ
うにした方が燃料噴射速度を増大して燃料微粒化を促進
できるため、冷間時のエンジン始動性やエンジン低温時
の排気白煙や排気臭防止の上で好ましい。第3図から第
5図は上記の目的による第1の実施例の改良例を示して
いる。この改良例では、冷間始動時や暖機運転中で燃料
噴射ノズル温度が低い間は第2噴射ノズルからの燃料噴
射を止め、エンジン暖機が完了し排気ガスの白煙や異臭
が生じる心配がなくなった時点で第2噴射口からの燃料
噴射を開始する。暖機完了後の燃料噴射特性は第1の実
施例と同一である。第3図、第4図は本改良例の燃料噴
射ノズルの部分断面図であり、図示していない部分は第
1図と全く同じ構造である。第3図に示すように本改良
では燃料噴射ノズル内の第2噴射口への燃料供給路を開
閉するバルブ19は第1図と同様なスプリング18により付
勢されているだけでなく温度によって変形する感温部材
30(本改良例ではバイメタルを使用した皿ばね)により
付勢されている。皿ばね30はエンジンの暖機が不充分で
燃料噴射ノズルの温度が低い場合(本改良例ではノズル
温度約80℃以下のとき)には第3図に示すように下側に
凸の形状になっておりバルブ19を押圧して第2噴射口へ
の燃料供給路を閉止している。このため燃料はその全量
が第1噴射口から供給され噴射速度が増大し、霧化が促
進される。しかし、エンジンの暖機が進み、燃料噴射ノ
ズルの温度が上昇して設定値(本改良例では約80℃)を
超えると、第4図に示すように皿ばね30は反転し上側に
凸の状態になりバルブ19から離反するため、バルブ19は
第1の実施例と同様に燃料圧力とスプリング18の反力と
により開閉するようになる。従って本改良例では第5図
に示すように燃料噴射ノズルの特性は冷間時と暖機完了
後とで異なってくる。第5図の点線はエンジンが低温時
の噴射特性を、又実線は暖機完了後の噴射特性を示す。
暖機後の噴射特性は第2図に示したものと同一である。
図中Gfiはアイドリング時の燃料噴射量を、又Gfsはエン
ジン始動時の燃料噴射量を示す。また、Pfi,Pfi′はG
fiの流量を噴射するときのそれぞれ暖機後と低温時の燃
料圧力、Pfs,Pfs′はGfsの流量時の暖機後と低温時の
燃料圧力とを示す。図から明らかなように低温始動時の
エンジン始動時燃料圧力Pfs′は暖機後の圧力Pfsよりは
るかに高く燃料の霧化が良好になりエンジン始動特性が
向上する。また、同様にアイドリング運転時の燃料圧力
Pfi′もPfiより高く、エンジン低温時の排気臭を減少す
る効果がある。図中A点はエンジン低温時にバルブ19が
皿ばね30とスプリング18の付勢力に打ち勝って開く点で
あり、このときの燃料圧力P2′は第1噴射口からの噴射
燃料が液状のまま燃焼器壁に到達し、燃焼器を溶損する
ことのない圧力に設定されている。In the above embodiment, a small amount of fuel is injected from the second injection port even during idling in order to prevent the fuel accumulated in the second injection port from being carbonized and stuck due to the high temperature to block the injection port. However, during cold start of the engine or during warm-up operation, even if fuel remains in the second injection port, there is no risk of carbonization of the fuel because the temperature of the fuel injection nozzle is not high. In such a case, rather than stopping the fuel injection from the second injection port and injecting all the fuel from the first injection port, the fuel injection speed can be increased and fuel atomization can be promoted. It is preferable in terms of engine startability when the engine is running and white smoke and exhaust odor when the engine temperature is low. FIGS. 3 to 5 show an improved example of the first embodiment for the above purpose. In this modified example, during cold start or during warm-up operation, the fuel injection from the second injection nozzle is stopped while the temperature of the fuel injection nozzle is low, engine warm-up is completed, and there is a possibility that white smoke or strange odor of exhaust gas will be generated. When there is no fuel, fuel injection from the second injection port is started. The fuel injection characteristics after completion of warm-up are the same as in the first embodiment. FIGS. 3 and 4 are partial cross-sectional views of the fuel injection nozzle of this improved example, and the parts not shown have exactly the same structure as in FIG. As shown in FIG. 3, in this improvement, the valve 19 for opening and closing the fuel supply passage to the second injection port in the fuel injection nozzle is not only biased by the spring 18 similar to that in FIG. Temperature sensitive member
It is urged by 30 (a disc spring made of bimetal in this modified example). When the temperature of the fuel injection nozzle is low due to insufficient warming up of the engine (when the nozzle temperature is about 80 ° C or less in this modified example), the disc spring 30 has a downward convex shape as shown in FIG. Therefore, the valve 19 is pressed to close the fuel supply path to the second injection port. Therefore, the entire amount of fuel is supplied from the first injection port, the injection speed is increased, and atomization is promoted. However, when the engine warms up and the temperature of the fuel injection nozzle rises and exceeds the set value (about 80 ° C. in this improved example), the disc spring 30 reverses and projects upward as shown in FIG. Since the state is set and the valve 19 is separated from the valve 19, the valve 19 is opened and closed by the fuel pressure and the reaction force of the spring 18 as in the first embodiment. Therefore, in this modified example, as shown in FIG. 5, the characteristics of the fuel injection nozzle are different between when the engine is cold and after warming up. The dotted line in FIG. 5 shows the injection characteristic when the engine is at a low temperature, and the solid line shows the injection characteristic after completion of warm-up.
The injection characteristics after warming up are the same as those shown in FIG.
In the figure, G fi indicates the fuel injection amount at idling, and G fs indicates the fuel injection amount at engine start. Also, P fi and P fi ′ are G
Fuel pressure after warming up and at low temperature when injecting the flow rate of fi , and P fs and P fs ′ indicate fuel pressure after warming up and at low temperature at the flow rate of G fs , respectively. As is apparent from the figure, the engine starting fuel pressure P fs ′ during cold starting is much higher than the pressure P fs after warming up, and atomization of the fuel is improved, improving engine starting characteristics. Similarly, fuel pressure during idling
P fi ′ is also higher than P fi and has the effect of reducing exhaust odor at low engine temperatures. Figure A point is a point that opens the valve 19 when the engine low temperature overcomes the biasing force of the disc spring 30 and the spring 18, the combustion remains fuel injected from the fuel pressure P 2 'is first injection port at this time of the liquid The pressure is set so as not to melt the burner and reach the wall of the furnace.
次に第6図を参照して本発明の第2の実施例について説
明する。本発明では第1の実施例が第2噴射口からアイ
ドリング時にも少量の燃料を連続的に噴射していたのに
対し、燃料をパルス状に噴射することにより、小流量時
においても燃料噴射速度を上げて燃料の霧化を一層向上
させるようにしたものである。本実施例では第1噴射口
45と第2噴射口46とはそれぞれ独立の燃料通路43と44と
を介して燃料を供給されている。更に燃料通路43と45は
それぞれノズルアダプタ41と42とを介して外部から独立
に燃料を供給されている。第7図は燃料噴射ノズルへの
燃料供給系統を示す線図である。図において燃料タンク
31内の燃料は燃料ポンプ32により加圧され、第1噴射口
用燃料アクチュエータ33及び第2噴射口用燃料アクチュ
エータ34に供給される。燃料アクチュエータ33,34はエ
ンジン電子制御ユニット35(ECUと称する)により制御
され、それぞれノズルアダプタ41と42を介して燃料噴射
ノズル8の第1と第2の噴射口45,46からの燃料噴射を
制御している。このように第1と第2の噴射口からの燃
料噴射を個別に制御しているため、それぞれの噴射口か
らの噴射特性を任意に設定することができる。本実施例
においては、燃料流量が低下してエンジンがアイドリン
グ等の軽負荷状態にあることをECU35が検知すると燃料
アクチュエータ33,34を制御して、アイドリング運転に
必要な流量を第1と第2の噴射口に分配する。各噴射口
からの燃料噴射はパルス状に行なわれるため、全体の燃
料流量が少ない場合でも噴射口での瞬間流量は非常に大
きくなり噴射速度が増大して燃料霧化が向上する。第8
図は燃料の各噴射口への分配の一例を示し、第8A図は第
1噴射口からの噴射量の時間変化を、第8B図は第2噴射
口からの噴射量の時間変化を表わし、第8C図は両噴射口
からの噴射量合計、即ち燃焼室に供給される燃料の量を
表わしている。この例では第1噴射口と第2噴射口とか
らパルス状に交互に燃料噴射を行ない合計流量GNを得て
いる。この時、第1噴射口からは流量GN1(g/sec)噴射
時間tN1(sec)の噴射が行なわれ、第2噴射口からは流
量GN2(g/sec)、噴射時間tN2(sec)の噴射が行なわ
れ、合計(平均)流量はGN=(GN1×tN1+GN2×tN2)/
(tN1+tN2)で表わされる。従って噴射時間tN1totN2と
を適当に選ぶことにより、GN1とGN2とはそれぞれの噴射
口からの噴射速度(燃料霧化)を良好な状態に保つよう
に設定できる。また、本実施例では噴射量のそれぞれの
噴射口への配分は自由に設定でき、第8図以外にも第1
噴射口からは連続噴射を行ない、第2噴射口からのみパ
ルス状に噴射するようにしても良く、その逆に第2噴射
口から連続噴射を行ない第1噴射口からのみパルス状に
噴射するようにしても良い。又、第8図では両噴射口か
らの噴射はオーバーラップしていないが、両方の噴射開
始時と終了時とがオーバーラップするようにしても良
い。上述のようにパルス状に燃料噴射を行なった場合、
現実には合計流量は第8C図のように一定値にはならず変
動するが、噴射時間tN1,tN2とを短かい時間に設定する
ようにすればエンジン回転数の変動は発生しない。ま
た、軽負荷時における負荷の変動に対してはそれぞれの
噴射口からの燃料噴射流量GN1とGN2、若しくは噴射時間
tN1,tN2又はこの両方を変えることにより燃料の全体流
量を変化させて対応することができる。また、エンジン
負荷が上昇して所定値を越えた場合には両方のノズルか
ら連続的に燃料噴射が行なわれるのは従来と同様であ
る。上述のように本実施例によれば第2噴射口に燃料の
流れを保持して燃料の炭化を防止しながら一層の燃料霧
化の向上を図ることができる。なお、本実施例では、1
つの燃料噴射ノズルに2つの噴射口を備えているが、そ
れぞれの噴射口は独立した燃料噴射ノズルに設けるよう
にすることも当然に可能である。Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the present invention, the first embodiment continuously injects a small amount of fuel from the second injection port even when idling, whereas by injecting the fuel in a pulsed manner, the fuel injection speed is achieved even at a small flow rate. To improve the atomization of fuel. In this embodiment, the first injection port
Fuel is supplied to the 45 and the second injection port 46 through independent fuel passages 43 and 44, respectively. Further, the fuel passages 43 and 45 are independently supplied with fuel from the outside via the nozzle adapters 41 and 42, respectively. FIG. 7 is a diagram showing a fuel supply system to the fuel injection nozzle. Fuel tank in figure
The fuel in 31 is pressurized by the fuel pump 32 and supplied to the fuel actuator 33 for the first injection port and the fuel actuator 34 for the second injection port. The fuel actuators 33 and 34 are controlled by the engine electronic control unit 35 (referred to as ECU), and inject fuel from the first and second injection ports 45 and 46 of the fuel injection nozzle 8 via the nozzle adapters 41 and 42, respectively. Have control. Since the fuel injection from the first and second injection ports is individually controlled in this way, the injection characteristics from each injection port can be set arbitrarily. In the present embodiment, when the ECU 35 detects that the fuel flow rate has decreased and the engine is in a light load state such as idling, the fuel actuators 33 and 34 are controlled to set the flow rates required for idling operation to the first and second values. Dispense to the injection port of. Since the fuel injection from each injection port is performed in a pulsed manner, even if the total fuel flow rate is small, the instantaneous flow rate at the injection port becomes very large, the injection speed increases, and fuel atomization improves. 8th
The figure shows an example of distribution of fuel to each injection port, FIG. 8A shows the time change of the injection amount from the first injection port, FIG. 8B shows the time change of the injection amount from the second injection port, FIG. 8C shows the total injection amount from both injection ports, that is, the amount of fuel supplied to the combustion chamber. In this example, the fuel is injected alternately from the first injection port and the second injection port in a pulsed manner to obtain the total flow rate G N. At this time, the injection of the flow rate G N1 (g / sec) and the injection time t N1 (sec) is performed from the first injection port, and the flow rate G N2 (g / sec) and the injection time t N2 (of the second injection port). sec) injection is performed, and the total (average) flow rate is G N = (G N1 × t N1 + G N2 × t N2 ) /
It is represented by (t N1 + t N2 ). Therefore, by appropriately selecting the injection time t N1 tot N2 , G N1 and G N2 can be set so that the injection speed (fuel atomization) from each injection port is maintained in a good state. Further, in the present embodiment, the distribution of the injection amount to each injection port can be set freely, and in addition to FIG.
Continuous injection may be performed from the injection port, and pulse injection may be performed only from the second injection port. Conversely, continuous injection may be performed from the second injection port and pulse injection may be performed only from the first injection port. You can Further, although the injections from both injection ports do not overlap in FIG. 8, they may be made to overlap at the start and end of both injections. When the fuel injection is performed in pulses as described above,
Actually, the total flow rate does not become a constant value and fluctuates as shown in FIG. 8C, but if the injection times t N1 and t N2 are set to short times, the fluctuation of the engine speed does not occur. The fuel injection flow rate G N1 and G N2 from each injection port or the injection time
By changing t N1 , t N2, or both, it is possible to respond by changing the total fuel flow rate. Further, when the engine load rises and exceeds a predetermined value, fuel is continuously injected from both nozzles as in the conventional case. As described above, according to this embodiment, it is possible to further improve the atomization of the fuel while maintaining the flow of the fuel at the second injection port to prevent the carbonization of the fuel. In this embodiment, 1
Although one fuel injection nozzle is provided with two injection ports, it is naturally possible to provide each injection port on an independent fuel injection nozzle.
次に本発明の第3の実施例について説明する。上記第1
と第2の実施例ではアイドリング時に第2噴射口を通じ
て燃料を噴射することにより噴射口内での燃料炭化を防
止していたが本実施例ではアイドリング時には第2噴射
口からの燃料噴射を停止し、第2噴射口から空気を噴出
する。従って第2噴射口内に滞留していた燃料は空気流
によりパージされ噴射口内には燃料が残留しない。また
これにより第1噴射口から全燃料を噴射することができ
るため軽負荷時の燃料霧化向上が図れる。第9図は第3
の実施例を示す燃料系統線図である。Next, a third embodiment of the present invention will be described. First above
In the second embodiment, fuel carbonization in the injection port is prevented by injecting fuel through the second injection port during idling, but in the present embodiment, fuel injection from the second injection port is stopped during idling. Air is ejected from the second ejection port. Therefore, the fuel retained in the second injection port is purged by the air flow, and the fuel does not remain in the injection port. Further, as a result, since all the fuel can be injected from the first injection port, the atomization of the fuel at a light load can be improved. Figure 9 is the third
2 is a fuel system diagram showing the embodiment of FIG.
本実施例においては第2の実施例と同様に第1と第2噴
射口とはそれぞれ独立した燃料系統を有しており、燃料
噴射ノズルの構造も第6図のものと同様であるが、第2
噴射口への燃料供給系統のノズルアダプタ46の上流側に
は加圧空気供給源50からの空気配管が遮断弁51を介して
接続されている。遮断弁51はECU35により開閉される。
エンジン負荷が所定値以下になるとECU35は第2噴射口
用の燃料アクチュエータ34を停止して第2噴射口への燃
料供給を停めると共に遮断弁51を開弁して加圧空気供給
源50からの加圧空気を第2噴射口ヘ供給する。ノズルア
ダプタ46上流側から燃料通路に加圧空気を供給して第2
噴射口から噴射することによりノズルアダプタ46下流の
燃料通路内に残留していた燃料は加圧空気により第2噴
射口から噴出して通路内がパージされるため燃料が通路
内に残留せず炭化が生じることはない。加圧空気はエン
ジン軽負荷時に連続的に噴射するようにしても良く、遮
断弁を開閉することにより間歇的に噴射しても良い。ま
たエンジンの軽負荷運転が長時間継続する場合には最初
の一定時間だけ空気噴射を行ない、パージが完了した後
は空気噴射を停止することも可能である。In this embodiment, as in the second embodiment, the first and second injection ports each have an independent fuel system, and the structure of the fuel injection nozzle is the same as that shown in FIG. Second
An air pipe from a pressurized air supply source 50 is connected via a shutoff valve 51 to the upstream side of a nozzle adapter 46 of a fuel supply system to the injection port. The shutoff valve 51 is opened and closed by the ECU 35.
When the engine load becomes equal to or less than a predetermined value, the ECU 35 stops the fuel actuator 34 for the second injection port to stop the fuel supply to the second injection port and opens the shutoff valve 51 to release the pressurized air supply source 50. Pressurized air is supplied to the second injection port. Nozzle adapter 46 The pressurized air is supplied from the upstream side to the fuel passage to
The fuel remaining in the fuel passage downstream of the nozzle adapter 46 due to the injection from the injection port is jetted from the second injection port by the pressurized air and the inside of the passage is purged, so that the fuel does not remain in the passage and is carbonized. Does not occur. The pressurized air may be continuously injected when the engine load is light, or may be intermittently injected by opening and closing the shutoff valve. It is also possible to perform the air injection for the first fixed time when the light load operation of the engine continues for a long time, and to stop the air injection after the purge is completed.
本考案は上述のようにアイドリング等の軽負荷運転時に
第2噴射口内から流体を噴射するようにしたことにより
噴射口内で燃料が炭化、固着して噴射口を閉塞すること
を防止すると共に、アイドリング運転時の燃料の霧化を
向上させ、排気白煙や排気臭の発生を防止する効果を奏
する。The present invention prevents the fuel from being carbonized and stuck in the injection port to block the injection port by injecting the fluid from the second injection port during the light load operation such as idling as described above. It has the effect of improving atomization of fuel during operation and preventing the generation of exhaust white smoke and exhaust odor.
第1図は本発明により燃料噴射ノズルの第1の実施例の
断面図、第2図は同上実施例の燃料噴射特性図、第3図
及び第4図は同上実施例の改良例を示す図、第5図は同
上改良例の燃料噴射特性図、第6図は本発明の第2の実
施例を表わす断面図、第7図は同上実施例の燃料系統
図、第8図は同上実施例の燃料噴射特性の1例を示す
図、第9図は本発明の第3の実施例を示す燃料系統図、
第10図は車両用2軸ガスタービンの概略構成を示す線図
である。 8…燃料噴射ノズル、12,46…外側ノズルチップ(第2
噴射口)、13,45…内側ノズルチップ(第1噴射口)、1
8…スプリング、19…バルブ、30…バイメタル皿ばね、3
1…燃料タンク、32…燃料ポンプ、33,34…燃料アクチュ
エータ、35…エンジン電子制御ユニット、24,41,42…ノ
ズルアダプタ、43,44…燃料通路、50…加圧空気源、51
…遮断弁。FIG. 1 is a sectional view of a first embodiment of a fuel injection nozzle according to the present invention, FIG. 2 is a fuel injection characteristic diagram of the same embodiment, and FIGS. 3 and 4 are diagrams showing an improved example of the same embodiment. FIG. 5 is a fuel injection characteristic diagram of an improved example of the above, FIG. 6 is a sectional view showing a second embodiment of the present invention, FIG. 7 is a fuel system diagram of the above embodiment, and FIG. 8 is an embodiment of the above. Showing an example of the fuel injection characteristics of FIG. 9, FIG. 9 is a fuel system diagram showing the third embodiment of the present invention,
FIG. 10 is a diagram showing a schematic configuration of a two-shaft gas turbine for a vehicle. 8 ... Fuel injection nozzle, 12, 46 ... Outer nozzle tip (second
Injection port), 13,45 ... Inner nozzle tip (first injection port), 1
8 ... Spring, 19 ... Valve, 30 ... Bimetal disc spring, 3
1 ... Fuel tank, 32 ... Fuel pump, 33, 34 ... Fuel actuator, 35 ... Engine electronic control unit, 24, 41, 42 ... Nozzle adapter, 43, 44 ... Fuel passage, 50 ... Pressurized air source, 51
… Shut-off valve.
Claims (1)
射口と、燃料噴射量が所定値以上の場合に連続的に燃料
を噴射する大口径の第2噴射口とを持つ燃料噴射ノズル
と、 エンジンのアイドリング等の軽負荷運転状態を検出する
手段と、 前記軽負荷運転時に前記第2噴射口から流体を噴射する
手段とを備えた車両用ガスタービンの燃料噴射装置。1. A fuel injection having a small-diameter first injection port that always injects fuel during operation and a large-diameter second injection port that continuously injects fuel when the fuel injection amount is a predetermined value or more. A fuel injection device for a gas turbine for a vehicle, comprising a nozzle, means for detecting a light load operation state such as idling of an engine, and means for injecting a fluid from the second injection port during the light load operation.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP26024589A JPH0715266B2 (en) | 1989-03-16 | 1989-10-06 | Fuel injection device for vehicle gas turbine |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP1-29087 | 1989-03-16 | ||
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Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0315630A JPH0315630A (en) | 1991-01-24 |
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JP (1) | JPH0715266B2 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2011041049A3 (en) * | 2009-09-30 | 2011-07-14 | Woodward, Inc. | Internally nested variable-area fuel nozzle |
US9683739B2 (en) | 2009-11-09 | 2017-06-20 | Woodward, Inc. | Variable-area fuel injector with improved circumferential spray uniformity |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100745504B1 (en) * | 2001-04-03 | 2007-08-02 | 삼성테크윈 주식회사 | Fuel nozzle with exchangeable filter and preventing from being obstructed |
US9856836B2 (en) * | 2015-06-25 | 2018-01-02 | Woodward, Inc. | Variable fluid flow apparatus with integrated filter |
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1989
- 1989-10-06 JP JP26024589A patent/JPH0715266B2/en not_active Expired - Fee Related
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2011041049A3 (en) * | 2009-09-30 | 2011-07-14 | Woodward, Inc. | Internally nested variable-area fuel nozzle |
US9683739B2 (en) | 2009-11-09 | 2017-06-20 | Woodward, Inc. | Variable-area fuel injector with improved circumferential spray uniformity |
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JPH0315630A (en) | 1991-01-24 |
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