DE2317128A1 - Brennkammer fuer mit einem turbokompressoraggregat ausgeruestete verbrennungsmotoren mit vorwaermung vor der turbine - Google Patents

Brennkammer fuer mit einem turbokompressoraggregat ausgeruestete verbrennungsmotoren mit vorwaermung vor der turbine

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Description

Dr. F. Zumstein bon. - Dr. E. Assmann Dr. R. Koenfgsbergfcr - Dlph-F'hys. R. Holzbauer - Dr. F. Zumstein Jun.
PATENTANWÄLTE
TELEFON: SAMMEL-NR. 225341 . ß MÜNCHEN 2. TELEX B29979 ' BRÄUHAUSSTRASSE 4/111
TELEGRAMME: ZUMPAT POSTSCHECKKONTO: MÜNCHEN 81139
BANKKONTO: BANKHAUS H. AUFHÄUSER
ETAT PRANCAIS ' . 3203.73
Brennkammer für mit einem Turbokompressoraggregat ausgerüstete .Verbrennungsmotoren mit Vorwärmung vor der Turbine.
Die Erfindung betrifft die Brennkammern für
Verbrennungsmotoren, insbesondere für Dieselmotoren, welche mit einem Turbokompressoraggregat mit Vorwärmung vor der Turbine dieses Aggregats versehen sind.
Ein derartiger Kotor wird also mit Vorverdichtung durch ein iDurbokompressoraggregat gespeist, welches wenigstens- einen dem Kotor Frischluft liefernden Kompressor und wenigstens eine Turbine umfasst, welche den Kompressor antreibt und mit den Auspuffgasen betrieben wird·
Vor dieser Turbine befindet sich eine Brennkammer, v/elche einerseits mit Brennstoff und andererseits gleichzeitig mit den aus dem Kotor kommenden Auspuffgasen und mit durch eine Abzweigleitung am Ausgang des Kompressors entnommener Frischluft gespeist wird.
Die Brennkammer empfangt also ein sauerstoffarmes G-as (Auspuffgas des Motors) und ein sauerstoffreiches Gas
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(von dem Verdichter gelieferte Prischluft), wobei die gegenseitigen Mengen dieser beiden Gase in Punktion der Motordrehzahl, d.h. seines Betriebszustands, veränderlich sind« Bei hoher Belastung nimmt der Motor viel Frischluft auf und wirft viel Auspuffgase aus (die Brennkammer wird dann mit einer grossen Menge • von Auspuffgas und einer geringen Menge von Frischluft gespeist), während der Motor bei geringer Belastung oder sogar im Langsamlauf wenig Frischluft aufnimmt und wenig Auspuffgase auswirft '-(die Brenkananer wird dann mit einer geringen Menge von Auspuffgas und einer grossen Frischluftmenge gespeist).
• Diese gegenseitige -Veränderung kann Werte von 1 zu 10 zwischen dem Arbeiten des Motors bei Vollast und im Langsamlauf erreichen.
Diese gegenseitige Veränderung der Kengen von Auspuffgas und Frischluft "wirft dann offenbar Probleme der Stabilität der Verbrennung auf, insbesondere bei Beschleunigungen und Verlangsamungen der Hotordrehzahl. ■
In diesen beiden Fällen können nämlich die
Auspuffgase Brennstoff enthalten, welcher nicht in dem Motor verbrannt wurde, und es besteht die Gefahr, dass das so gebildete vergaste Gemisch während seines Übergangs in die Brennkammer explodiert, und diese Explosion kann die Flamme ausblasen und das Erlöschen der Kammer erzeugen.
Die Erfindung bezweckt insbesondere, das Auftreten derartiger Störungen zu verhindern»
Ferner bildet die Brennkammer ein Hindernis für das Strömen der Auspuffgase zu der Turbine, so dass es wichtig ist, diese Kammer so auszubilden, dass sie einen möglichst geringen Druckabfall verursacht.
Die Erfindung bezweckt daher ferner, zu verhindern, dass die Auspuffgase durch die öffnungen des Flammrohrs der Brennkammer strömen, und unmittelbar die kinetische Energie dieser Auspuffgase auszunutzen, um die Verdünnung in der Brennkammer vorzunehmen. -. ·
Die erfindungsgemässe Brennkammer enthält
ein rohrformiges Element mit einem geschlossenen Ende und einem 1 offenen Ende, wenigstens«einen in der Nahe des geschlossenen Endes des rohrförmigen Elements liegenden Brennstoffeinspritzers.
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und eine Frischluftzufuhr, welche in das rohrförnige Element Frischluft an der Stelle einer in der Hahe seines geschlossenen Endes liegenden Verbrennungszone einführt, und ist dadurch gekennzeichnet, d-ass sie ausserdem eine Zufuhr von Auspuffgasen, welche diese Gase in das rohrfÖrmige Element an der Stelle einer in der ITähe seines offenen Endes liegenden Kischzone einführt, wobei diese Einführung mit einem geringsten Druckabfall und in einer Richtung erfolgt, welche in Bezug auf die Achse des rohrförmigen Elements etwas schräg liegt und zu seinem offenen Ende gerichtet ist, sowie eine Zufuhr von Sekundärluft, welche in das rohrförmige Element Frischluft an" der Stelle dieser Mischzone einführt, wobei diese Einführung in einer Richtung erfolgt, welche (wenigstens angenähert) zu der Strömung der so eingeführten Auspuffgase senkrecht liegt, und zwar derart, dass die Sekundärluft strömung durch die Strömung der Auspuffgase durch die Wechselwirkung der Strahlen gestört wird, aufweist.
Dank dieser Anordnung wird offenbar eine Verdünnungswirkung durch die Auspuffgase und die Frischluft, welche/die Mischzone eingeführt werden, erzielt, wobei die Vereinigung der beiden so in diese Mischzone eingeführten Strömungen eine Strahlpumpenwirkung ergibt, welche eine TJnterdruckzone zwischen der Mischzone und der Verbrennungszone erzeugt.
Diese Unterdruckzone erzeugt eine standige Ansaugung von Frischluft um die Verbrennungszone herum, was die Verbrennung stabilisiert und ein Ausblasen der Flamme verhindert, selbst wenn Explosionen infolge des Vorhandenseins von unverbrannten Bestandteilen in den Auspuffgasen auftreten.
Zur Herstellung einer derartigen Brennkammer
kann .zweckmässig eine Ausführungsform benutzt werden, bei welcher/Primärluftzufuhr durch eine Primärkammer gebildet wird, welche das geschlossene Ende des rohrförmigen Elements umgibt, welches dann mit öffnungen versehen ist, während die Auspuffgaszufuhr durch eine ringförmige Zwischenkammer, deren strömungsabwärts liegender Teil sich an das rohrförmige Element strömung s abwärts von der .Primärkammer anschliesst, und die Sekundärluft zufuhr durch eine Sekundärkammer gebildet wird, welche die Zwischenkammer uagibt und- durch öffnungen mündet, welche in dem strömungsabwärts liegenden Teil der Zwischenkammer ausgebildet
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und so angeordnet sind, dass sieh die Auspuffgase der radialen Einführung von sekundärer Frischluft durch eine Wechselwirkung der Strahlen widersetzen. ...
Die Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung be'ispielshalber erläutert, deren einzige Abbildung eine schematische Schnittansicht einer erfindungsgemässen Brennkammer ist. / ,
• Diese Brennkammer 1 gehört einer Anlage mit
einem Verbrennungsmotor 2 (z.B. einem Dieselmotor) an, welcher mit Vorverdichtung von einem Turbokömpressoraggregat 3 gespeist wird und mit einem Vorwärmer strömungsaufwarts von der Turbine versehen ist. Das Turbokompressoraggregat 3 enthält wenigstens einen Kompressor 4, welcher verdichtete Frischluft dem Motor 2 liefert, und wenigstens eine Turbine 5, w eiche de,n Kompressor 4 antreibt und mit den Auspuffgasen des Motors 2 betrieben wird.
Die die Vorwärmung bewirkende Brennkammer 1 ist strömungsaufwärts von der Turbine 5 angeordnet und wird einerseits mit Brennstoff durch eine Leitung 6 und andererseits gleichzeitig mit den aus dem Motor 2 kommenden Auspuffgasen über eine Auspuffleitung 7 und mit am Ausgang des Kompressors 4 durch eine Abzweigleitung 8 entnommener Frischluft gespeist·
Die Brennkammer 1 enthält ein rohrförmiges
Element 9 mit einem geschlossenen Ende 10 und einem offenen Ende 11, wenigstens einen Brennstoffeinspritzer 12, welcher in der Ifähe des geschlossenen Endes 10 des rohrförmigen Elements 9 liegt und den für die Vorwärmung bestimmten Brennstoff durch die Leitung 6 empfängt, und eine Primärluftzufuhr 13, welche in das rohrförmige Element 9 Frischluft an der Stelle einer in der llähe seines geschlossenen Endes 10 liegenden Verbrennungszone 14 einführt.
Erfindungsgemäss ist nun eine Zufuhr 15 für
die Auspuffgase, welche diese in das rohrförmige Element 9 an der Stelle einer in der Iiähe seines offenen Endes 11 liegenden Kischzone 16 einführt, wobei diese Einführung mit einem geringsten Druckabfall und in einer-Richtung erfolgt, welche in Bezug auf die Achse X-X des rohrförmigen Elements 9 etwas schräg liegt und in Pachtung aufsein offenes Ende 11 verläuft, und eine Sekundärluftzufuhr 17 vorgesehen, welche in das rohrförmige Element
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9 Frischluft an der Stelle dieser Kischsone 16 einführt, wobei diese Einführung in einer (wenigstens angenähert) senkrechten lage zu der Strömung der so eingeführten Auspuffgase und derart erfolgt, dass die Sekundärluftströmung durch die Strömung der Auspuffgase durch Wechselwirkung der Strahlen gestört wird.
Die Vereinigung der beiden so in die Kisch-
zone 16 eingeführten Strömungen erzeugt eine Strahlpumpenwirkung, welche eine Unterdruckzone 18 zwischen der Kischzone 16 und der Verbrennungszone 14 erzeugt.
Die Primärluftzufuhr 13 kann zweekmässig durch eine Primärkammer 19 gebildet werden, welche das geschlossene Ende 10 des rohrförmigen Elements 9 umgibt, v/elches dann mit einer gewissen Zahl von öffnungen 20 versehen ist, welche gleichmassig auf seinen Umfang verteilt und gegebenenfalls in mehreren axial gegeneinander versetzten Reihen angeordnet sind.
Die Auspuffgaszufuhr 15 kann zweckmassig durch
eine ringförmige Zwischenkammer 21 gebildet werden, deren strö- " inungsabwärts gelegener Seil sich an das rohrförmige Element 9 hinter der Primärkammer 13 anschliesst, wobei dieser Anschluss durch eine ringförmige öffnung 22 erfolgt.
Die Sekundärluftzufuhr 17 kann zweekmässig
durch eine Sekundärkammer 23 gebildet v/erden, welche die Zwischenkammer 21 umgibt und durch öffnungen 24 mündet, welche in dem strömungsabwärts liegenden Teil der Zwischenkammer 21 ausgebildet und so angeordnet sind, dass sich die Auspuffgase dem radialen Eintritt von Sekundärfrischluft durch eine Wechselwirkung der Strahlen widersetzen.
Die Zwischenkäufer 21 schliesst sich unmittelbar an die Auspuffleitung 7 an, während sich die Sekundärkammer 23 unmittelbar an die Abzweigleitung 8 anschliesst.
Zur Speisung der Primärkammer 19 mit Frischluft sind Durchlässe 25 vorgesehen, welche durch die Zwischenkäufer 21-treten und die Sekundärkammer 23 mit der Primärkammer 19 verbinden.
Auf der Abbildung ist durch dicke Pfeile die Strömung der Auspuffgase und durch dünne Pfeile die Strömung der Frischluft dargestellt.
Die Primärkammer 19 besitzt vorzugsweise
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eine profilierte Fora, um welche herum der strömungsaufwärts liegende Teil der Zwischenkammer 21 und der strömungsaufwärts liegende 'feil der Sekundärkammer 23 angeordnet sind, so dass diese strömungsaufwärts liegenden Teile eine kontinuierliche Form haben, welche ihren Anschluss an die Auspuffleitung 7 bzw. die Abzweigleitung 8 gewährleistet. .
Der strömungsabwärts liegende Teil .der Zwischenkäufer 21 schliesst sich an das rohrförciige Element 9 so an, dass die Einführung der Auspuffgase in Richtung auf das offene Ende 11' des rohrförmigen Elements 9 begünstigt wird. Dieser strömung ε abwärt s liegende Teil hat als'o eine kegelstumpfformige Form, welche zu diesem offenen Ende 11 konvergiert·
Der strömungsabwärts liegende Teil der Se- -
kundärkammer 23 schliesst sich an das rohrförmige Element 9 so an, dass die radiale Einführung von Frischluft senkrecht zu der Achse X-X des rohrförmigen Teils 9 begünstigt wird. Dieser strömungsabwärts liegende Abschnitt hat daher eine ablenkende Form in Richtung der Achse X-X.
Die erfindungsgemasse Ausbildung bietet zahlreiche Vorteile, insbesondere folgende ί
- die Gefahr eines Ausblasens der Flamme ist praktisch infolge einer ständigen Ansaugung von Frischluft um die Verbrenriungszone herum ausgeschlossen}
- die kinetische Energie der Auspuffgase bewirkt die Verdünnung und die Kühlung der durc;h die Verbrennung entstandenen heissen Gase j .
- die Auspuffgase erleiden nur einen sehr" kleinen Druckabfall ;
. - die Ausbildung der Brennkammer ist einfach und ermöglicht eine einfache billige Herstellung.
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Claims (3)

  1. Patentansprüche
    (H .ρ Brennkammer für mit einem Glürbokoinpres-
    soraggregat mit Vorwärmung'vor der Turbine desselben ausgerüstete Verbrennungsmotoren, insbesondere Dieselmotoren, welche einerseits mit Brennstoff und andererseits gleichzeitig mit den von dem Motor kommenden Auspuffgasen und mit durch eine Abzweigleitung am Ausgang des Kompressors des Turbokompressoraggregats entnommener Frischluft gespeist wird, v/obei die Brennkammer ein rohrförmiges Clement mit einem geschlossenen Ende und einem offenen Ende, wenigstens einen in der Nahe des geschlossenen Endes des rohrförmigen Elements angeordneten Brennstoffeinspritzer, and eine Primärluftzufuhr aufweist, welche in das rohrförmige Element Frischluft an der Stelle einer in der Nähe seines geschlossenen Endes liegenden Verbrennungszone einfuhrt, gekennzeichnet durch eine Auspuffgaszufuhr (15), welche die Auspuffgase in das rohrförmige Element (9) an der Stelle einer in der Nahe seines offenen Endes (11) liegenden Kischzone (16) einführt, v/obei diese Einführung mit einem geringsten Druckabfall und in einer Richtung erfolgt, welche in Bezug auf die Achse (X-X) des rohrförmigen Elements (9) etwas schräg liegt und in Richtung seines offenen Endes (11) verläuft, sowie durch eine Sekundärluftzufuhr (17), welche in das rohrförmige Element (9) Frischluft an der Stelle dieser Mischzone (16) einführt, wobei diese Einführung in einer zu der Strömung der so eingeführten Auspuffgase (wenigstens angenähert) senkrechten Richtung und derart erfolgt, dass die Sekundärluftströmung durch die Strömung der Auspuffgase durch Viechseiwirkung der Strahlen gestört wird.
  2. 2.) Brennkammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Primärluftaufuhr(13) durch eine Primärkammer (19) gebildet wird, welche das geschlossene Ende (10) des rohrförmigen Elements (9) umgibt, welches dann mit einer gewissen Zahl von öffnungen (20) versehen ist, welche gleichmässig auf seinen Umfang verteilt und gegebenenfalls in mehreren axial gegeneinander versetzten Reihen angeordnet sind.
    3·') Brennkammer nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Auspuffgaszufuhr (15) durch eine ringförmige Zwischenkammer ("21) gebildet wird, deren strömungsabwärts liegender Teil sich an das rohrförmige Element (9) hinter der
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    Primärkammer (19) anschliesst.
    4.) Brennkammer naeh Anspruch 3, dadurch ge~
    kennzeichnet, dass der Anschluss der Zwischenkäufer (29) an da3 r'ohrförmige Element (9) durch eine ringförmige Öffnung (22) erfolgt. "
    5.) Brennkammer "nach Anspruch 1 Ms 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärluftzufuhr (17) durch eine Sekundärkammer (23) gebildet wird, welche eine Zwisehenkaininer (-21) umgibt und durch öffnungen (24) mündet, welche in dein strömung^- abwärts liegenden Teil der Zwischenkäufer (21) ausgebildet und so angeordnet sind, dass die Auspuffgase sich der radialen Einführung von Sekundarfrischluft durch eine Wechselwirkung der Strahlen widersetzen.■ .
    6.) Brennkammer nach Anspruch 2, 3 und 5» dadurch gekennzeichnet, dass sich die Zwisehenkammer (21) unmit~ telbar an die Auspuffleitung (7) und die Sekundärkammer (23) unmittelbar an die Abzweigleitung (8) anschliesst, wobei' Durchlässe (25)vorgesehen 'sind, welche durch die Zv/ischenkammer (21) treten und die Sekundärkammer (23) mit der Primärkammer (19) verbinden. ' -
    7.) Brennkammer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Primärkammer (19) eine profilierte Form hat, um welche herum der strömungsaufwärts liegende Teil der Zwisehenkammer" (21 ) und der ströinungsaufwärts liegende Teil der Sekundärkammer (23) angeordnet sind, wobei diese strömungsaufwärts liegenden Teile .eine kontinuierliche Form haben., welche ihren Anschluss an die Auspuffleitungen (7) bzw. die Abzweigleitungen (8) bewirkt.
    8.) Brennkammer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der strömung3abwärts liegende Teil der Zwisehenkammer (21) sich an das rohrförmige Element (9)in einer ke- gelstumpfförmigen Form anschliesst, Vielehe in Richtung auf -das offene Ende (11) des rohrförmigen Elements (9) konvergiert.
    9.) Brennkammer nach Anspruch' 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich der strömungsabwärts liegende Teil der Sekundärkammer (23) an das rohrförmige Element (9) so anschliesst, dass er in Richtung der Achse (X-X) des rohrförmigen Elements (9) eine ablenkende Form fiat· " -
  3. 3 0 984 1 /09 7 4
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