Brennstoffzufuhreinriehtung an Brennkraftmasehinen. Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennstoffzttftilireinrielitung an Brennkraft- maschinen, z. B. Kolbenbrennkraftmaschinen oder Gasturbinenanlagen zum Antrieb von Flugzeugen oder Strassenfahrzeugen.
Bekanntlich ändert die bei der Verbren nun,- eines bestimmten Brennstoffvolumens erzeugte Wärine mit der Dichte des Brenn stoffes, indem ein gegebenes BrennstoffvolLt- uien bei hoher Temperatur und geringer Dichte einen geringeren Betrag an Wärme er gibt als das gleiche Brennstoffvolumen bei niedrigerer Temperatur, da dieses Brennstoff- volunien bei höherer Temperatur ein geringe res Gewicht aufweist-.
Die erfindungsgemässe Brennstoffzufuhr- eiririclitui)o-- besitzt nun Mittel. zum Verändern des Brennstoffstromes zur Maschine und eine auf Änderungen der Brennstofftemperatur ansprechen de Vorrichtung zur Steuerung dieser 31engeniinderttngsinittel derart, dass hei zunehmender Brennstofftemperatur der Brennstoffstrom zunimmt. und bei sinkender Bi-ennstoffteiiipei-atur abnimmt.
Zweekmä-ssig- ist ferner zusätzlich eine auf eine zweite Betriebsgrösse der 3lasehine, z. B. den Atifladedraiek, ansprechende Vorrichtung vorgesehen, welche die 31engenänderungsmit- tel zweeknAssig derart steuert, da.ss eine Zu nahme des Brennstoffstromes beim Zunehmen und eine Abnahme des Brennstoffstromes beine Abnehmen der ;-enannten Grösse eintritt.
Die Erfindung ist sowohl bei Brennkraft- masehinen mit. Einspritzung flüssigen Brenn stoffes anwendbar als auch bei solchen mit Vergaser.
Die beiliegende Zeichnung betrifft Aus führungsbeispiele des Erfindungsgegenstan des. Es zeigt: Fig. 1 eine Brennstoffzufuhreinrichtung an einer Kolbenbrennkraftmaschine, Fig. 2 in grösserem Massstab einen Teil der Einrichtung nach Fig. 1 im Schnitt, Fig. 3 bis 5 je einen Teil einer andern Ein richtung im Schnitt, Fig.6 eine Einrichtun-- an einer Gast.ur- binenanlage.
Fig. 1 zeigt eine Kolbenbrennkraftmaschine 10, die einen Zentrifugalaufladekompressor 7.1 besitzt, dessen Auslassspirale 12 in das Luft zufuhrrohr der Maschine mündet. Am Einlass stutzen 13 des Aufladekompressors ist eine Brennstoffeinspritzvorriehtung 14 vorgese hen. Der Brennstoff wird der Einspritzvor richtung 1-1 auf folgende Weise zugeführt Durch eine Brennstoffpumpe 16 wird Brenn stoff aus einem Tank 15 einer Dosiervorrieh- tung 17, die in nicht. gezeichneter Weise von der Maschine angetrieben wird, zugeführt.
Der Kolbenhub der Dosiervorrichtung 17 wird zweckmässig in Abhängigkeit vom Förder- druck: der Pumpe 16 geändert.. Der Brennstoff gelangt von der Vorrichtung 17 durch eine Steuervorrichtung 18 in eine Leitung 19, die zur Einspritzvorrichtung 1.1 führt. Die Saug seite der Pumpe 16 ist durch eine Leitung 21 mit einem Ventil 20 zum Konstanthalten des Druckes mit der Druckseite der Brennstoff pumpe 16 verbunden.
Die Druckseite der Pumpe 16 ist ferner durch eine Zweiglei- tung 22 direkt mit der Steuervorrichtung 18 verbunden.
In Fig.2 ist die Steuervorrichtung näher dargestellt. Sie weist zwei Kammern 24 und 25 auf, wobei die Kammer 24 dureh den Anschluss 22c mit der Brennstoffzufuhr leitung 22 verbunden ist.
Die Kammer 25 ist durch den Ansehluss 17a. mit dem Auslass der Dosiervorrichtung 17 verbunden und ferner dureh einen Anschluss 19a mit der Brenn stoffleitung 19, so dass der der Einspritzvor richtung zugeführte Brennstoff auf dem Weg zur Maschine die Kammer 25 durchströmt.
In der Kammer-25 ist eine Platte 26 verschieb bar angeordnet, die eine mittlere Öffnung 26a, besitzt, welche die Kammer 25 mit einem Durchflusskanal 27 verbindet, der durch Öff nungen 28 mit der Kammer 24 in Verbindung steht. Die Platte 26 wird dureh eine Dose 29 mit variablem Volumen getragen, die Ring form besitzt und den Kanal 27 begrenzt.
Der Ausdehnung der Dose 29 wirkt eine Feder 30 entgegen. Die wirksame Fläche der Öffnung 26a der Platte 26 wird durch eine Ventil nadel 31 gesteuert, die von einer auf Tem peratur ansprechenden Dose 32 getragen wird, die innerhalb der Kammer 25 angeord net und dureh einen am einen Ende vorhande nen Gewindebolzen 32a. axial verstellbar im Ge häuse gehalten ist. Die Nadel 31 weist eine Verlängerung 31n. auf, die im Gehäuse geführt ist.
Bei Temperaturänderungen bewegt. sich das dem Gewindebolzen 32a abgekehrte Dosen ende und somit. auch die Ventilnadel 37..
Das Innere der Ringdose 29 ist- mittels eines Anschlusses 23a, mit der Leitung 2 3 ver bunden, die zum Lufteinlassrohr der Maschine führt. Aus dem Voran-ehenden geht hervor, dass der Wirkungsquersehnitt der Öffnung 26a. durch die Dose 32 von der Brennstofftempe ratur und dureh die Dose 29 vom Auflade- rIrLtek abhängig- ist.
Die Ventilnadel 31 ist derart ausgebildet, dass bei einer Expansion der Dose 32 bei zunehmender Brennstofftern- peratur der wirksame Quer:sehnitt der Öff nung 26u. zunimmt, um -aus der Kammer 24 einen grösseren Brennstoffstrom durch die Öffnung 26 , in die Kammer 25 einzulassen. Umgekehrt, wenn die Brennstofftemperatur abnimmt, wird der Brennstoffstrom aus der Kammer 24 in die Kammer 25 reduziert.
In ähnlicher Weise bewirkt eine Zunahme des Aufladedruckes ein Versehieben der Platte 26, so da.ss der Querschnitt der Öffnung 26a zu nimmt.
Eine Abnahme des genannten Förder- druckes bewirkt eine Verkleinerung der Wir kungsfläche der Öffnung 26a.. Dureh entspre chende Ausbildung kann erreicht werden, dass das Gewicht des der Maschine zugeführten Brennstoffes (und damit die bei der Brenn stoffverbrennung anfallende Wärmeenergie) durch Änderungen der Brennstoffdiehte, die eine Folge der Änderungen der Brennstoff temperatur sind, unbeeinflusst bleibt.
Nach Fig. 3 umfasst die Brennstoffzufuhr einrichtung ein. Gehäuse 33, das zwecks Bil dung einzelner Kammern zwischen dem Ein- lassa.nschluss 33a und dem. Auslassanschluss 331) in verschiedene Teile unterteilt ist.
Der Einlassanschluss 33a führt zu einer Einlass- kammer 34 einer Zahnradpumpe 35, deren Welle 35b in nicht gezeiehneter Weise von der Masehine ant.reibbar ist, welcher die Brennstoffzufuhreinrichtung zugeordnet ist.
Die Zahnradpumpe 35 fördert durch einen Kanal 36 in eine Kammer 37, in welcher ein Zentrifugalregler 38 angeordnet ist, wobei die Reglergewiehte von einer Verlängerung 35ca des einen Pumpenrotors getragen werden. Der Driiek in der Kammer 3 7 wird mittels des L'berdrucliv entils 37a konstant gehalten.
Der Zentrifugalregler betätigt eine Ventil nadel 39, die zur Steuerung einer Öffnung .l0 dient. Die Öffnung verbindet die Kammer 37 mit einer Kammer 41, deren eine Wand eine biegsame Membran 42 ist, die mit. der Ventil nadel 39 verbunden ist.
Die Membran 42 ist durch eine Feder 44 belastet, die ein einstell bares Widerlager 44a besitzt, sowie dureh die Differenz zwisehen den Brernrstoffdriieken. in den Kammern 41 und 43. Die als Auslasskam- mer dienende Kammer 43 steht mit dem Aus- lassanschluss 33b in Verbindung, der in nicht gezeichneter Weise mit einer Einspritzvorrich- tung verbunden ist.
Die Stellung der Ventil nadel 39 ist von der Differenz der in den Kammern 41 und 43 herrschenden Brennstoff drücke abhängig, welche das Ventil zu schlie ssen sucht, und von der Wirkung des Zentri- fugalreglers 38, welche das Ventil zu öffnen sucht. Die Wirkung der Feder 44 kann bei Normalbetrieb der Maschine vernachlässigt werden, da die Federbelastung nur gering ist und die Feder nur zur Festlegung der Leer laufstellung der Ventilnadel 39 dient.
Wäh rend des Normalbetriebes nimmt die Nadel 39 eine solche Lage ein, dass die Differenz zwi schen den Brennstoffdrücken in den Kam mern 41, 43 proportional dem Quadrat der Maschinendrehzahl ist, wie sie vom Zentrifu- galregler 38 festgelegt ist.
Die Verbindung zwischen den Kammern 41 und 43 wird durch zwei Öffnungen 45 und 46 hergestellt, die in einer Wand 47 vorgese hen sind, welche beiden Kammern gemeinsam ist. Die Öffnung 46 ist durch eine Ventilnadel 48 steuerbar, die durch eine Dose 49 getragen wird, die in einer Kammer 50 angeordnet ist, welche mittels eines Anschlusses 5l. in nicht gezeichneter Weise finit der Druckseite des Aufladekompressors verbunden ist.
Die Dose 49 kann in zwei Abschnitte unterteilt sein, wovon ein Abschnitt zum Beispiel zwei Drit tel der Dose umfasst und evakuiert ist, wäh rend im Innern des restlichen Dosendrittels Atmosphärendruck herrscht., das heisst dieser Abschnitt, steht innen unter dem Gegendruck, gegen den die Maschine arbeitet. Die Ventil nadel 48 ist derart angeordnet, dass eine Zu nahme des Aufladedruekes die wirksame Öff nungsfläche vergrössert und eine Abnahme dieses Druckes die wirksame Fläche der Öff nung 46 verkleinert.. Wenn die Dose innen unter Atmosphärendruck stellt, ist die Quer schnittsfläche dieser Öffnung 46 gleichzeitig vom Gegendruck der Maschine abhängig.
Die Öffnung 45 in der Wand 47 wird durch eine Ventilnadel 52 gesteuert. An das äussere Ende der Ventilnadel 52 ist ein Schwinghebel 53 angelenkt, dessen eines Ende mit. einer Dose 54 verbunden ist. Das Innere der Dose steht mit einem Behälter 55 in Ver bindung, der in dem Lufteinlassrohr 56 an geordnet ist. Der Behälter 55, die Verbin dungsleitung 55a und die Dose 54 sind mit einer nichtflüchtigen Flüssigkeit, z. B. Queck silber, gefüllt, die bei Temperaturänderungen im Lufteinlassrohr ihr Volumen ändert. Eine Zunahme der Temperatur hat eine Ausdeh nung der Dose 54 und damit eine Verkleine rung der Wirkungsfläche der Öffnung 45 zur Folge. Umgekehrt bewirkt eine Abnahme der Temperatur im Rohr 56 ein Zusammenziehen.
der Dose :54 und damit eine Vergrösserung der Wirkungsfläche der Öffnung 45. Das andere Ende des Schwinghebels 53 ist mit einer Dose 57 verbunden, deren Inneres durch eine Lei tung 58 mit einem Behälter 59 verbunden ist, der in der Brennstoffleitung 60 angeordnet. ist. Der Behälter 59, die Leitung 58 und die Dose 57 sind mit einer nichtflüchtigen Flüs sigkeit gefüllt, die auf Temperaturänderungen des durch die Leitung 60 strömenden Brenn stoffes anspricht. Bei einer Zunahme der Brennstofftemperatur dehnt sich die Flüssig keit im Behälter 59, der Leitung 58 und der Dose 57 aus, wodurch die Dose 57 sich aus dehnt und die Ventilnadel 52 sich in der Öff nungsrichtung verschiebt. Umgekehrt bewirkt ein Absinken der Temperatur in der Leitung 60 eine Schliessbewegung der Ventilnadel 52.
Durch geeignete Wahl der Abmessungen der einzelnen Teile kann erreicht werden, dass die sekundlich der Maschine zugeführte Brenn stoffmenge annähernd unabhängig ist von Än derungen der Brennstofftemperatur.
Die Strömung zwischen den Kammern 41 und 43 hängt vom Wirkungsquerschnitt der Öffnungen 45 und 46 ab und ist zuz Quadrat wurzel aus der Druckdifferenz zwischen den beiden Kammern 41 und 43 proportional. Die Brennstofförderung zur Maschine wird also in Abhängigkeit von der Drehzahl, vom Ruflade druck und vom Gegendruck der Maschine so wie von der Temperatur der Ladeluft und von der Brennstofftemperatur gesteuert.
Nach Fig. 4 umfasst die Brennstoffzufuhr- Finriehtung einen Steigstromvergaser. Der Brennstoff wird in der Gegend der engsten Stelle des Lufttrichters 61 :durch eine Düse 6\' in diesen eingeführt. Die Düse 6\? ist mit. einer Mischkammer 63 verbunden, welcher Brennstoff aus einer Brennstoffkammer 64 durch ein Ventil 65 zugeführt wird.
Um die Zerstäubung des Brennstoffes zu verbessern, wird Luft von der Einlassseite des Lufttrich ters 61 durch einen Kanal 66 in ein Rohr 67 geleitet, aus welchem sie durch Öffnungen 68 in die Mischkammer 63 gelangt, um sich dort. mit dem Brennstoff zu mischen.
Das Ventil 65 besitzt eine Platte 65a, die eine Zentralöffnung aufweist, in welcher eine Ventilnadel 65b derart verschiebbar ist, dass der Wirkungsquerschnitt der Öffnung veräli- dert werden kann. Die Ventilnadel 65b ist am obern Ende durch einen Lenker 69 mit einem Hebel 70 verbunden, der drehbar an einem Lenker 71 befestigt ist, welcher im Vergaser gehäuse angeordnet ist.
Das andere Ende des Hebels 70 ist mit einer Stange 7 verbunden, die von einer Dose 73 getragen ist, die in einer Kammer 74 angeordnet ist, welche durch eine Leitung 75 in nicht gezeichneter Weise mit dem Lufteinlassrohr verbunden ist, so dass die Dose 73 auf den Aufladedruck der Maschine anspricht. Die Platte 65a ist mit. einer am untern Ende der Wand 63a der Mischkammer 6.) angeordneten Dose 76 verbunden, die mit einer nichtflüchtigen Flüssigkeit, z. B. Qiieck- sitber, gefüllt ist.
Die Dose 76 ist ringförmig ausgebildet. Wenn die Brennstofftemperatur zunimmt, dehnt sich die Dose 76 aus, wodurch sieh die Platte 65a senkt iind die W irkungs- fläehe der Öffnung in der Platte 65a vergrö ssert wird.
Umgekehrt bewirkt ein Absinken der Brennstofftemperatur ein Zusammenzie hen der Dose 76, wodurch die Platte 65a- rela tiv zur Nadel 65b angehoben wird, was eine Verkleinerung des Wirkungsquerschnittes der Plattenöffnung bewirkt und die BrennstoU- zufuhr zur 63 drosselt.
Durch entsprechende Ausbildung des Ventils 65 und der Dose 76 kann die der Maschine zugeführte sekundliche Brennstoffmenge annähernd un abhängig gehalten werden von Änderungen der Dichte des Brennstoffes, die eine Folge von Temperaturänderungen des Breniistotfes silid.
Nach zig. .) unifasst die BrennstoffznfuAr- einriehtun- einen Fallstronivergaser. In del) Lufttrichter 77, durch welchen die L adelu-t strömt, wird durch eine Hauptdüse 78, welche mit der Sehwimnierlraniniei- 79 verbunden ist, Brennstoff eingeführt.
Dieeli innnerhanimer 79 besitzt, einen Brenlistoffeinlass 80, (ler durch eine Ventilnadel S1 gesteutert wird, die von einem @chwinunei, S,21 getragen wird.
Zur Steuerung des Brennstoffstromes in Abhängigkeit von Änderungen der Brenn stofftemperatur ist, eine llilfsdfi:;e 81 vorgese- hen, die mit der Seliwininierkainmer 79 ver bunden ist..
Die Einlassöi.\fnung 85 in der Lei- turig, die ztir Hilfsdiise 8-1 führt, ist. diireh eine Ventilliadel 86 gesteuert. Die Nadel 86 wird durch eine Dose 87 -etragen, die im In nern der Schwimmerkammer 79 angeordnet und iiiit einer nielitflüehtigen Flüssigkeit, z. B.
Quecksilber, gefüllt ist, so dass sie sieh aus dehnt, wenn die Brennstofftemperatur steigt, brw. zusammenzieht, tvenn die Brennstofftem peratur sinkt, wodurch die Nadel 86 verscho ben und der Wirkulia'squersehnitt der Öff- liting 85 v erändert wird. Bei steigender Brenn stofftemperatur steigt die der Maseliine dtircli die Hilfsdüse 84 zugeführte Brein istoffmenge, bei sinkender Brennstofftemperatur sinkt sie.
Durch entsprechende Dimensionierung des Nadelventils kann die der 1Iasehine zuge- führte Brennstoffmenge unabhängig- von Än derungen der Brennstoffcliehte gehalten wer den, die eine Folge der Änderungen der Brennstofftemperatur sind.
Die Brennstoffzufuhreinriehtung nach Fig. 6 an einer Gasturbinenanlage weist. einen Tank 88 auf, aus Zveleheni durch. eine Leitung 89 mittels einer Zubrin-7erptimpe 90 Brenn stoff durch eine Förderleitung <B>91</B> zum Einlass einer maseliiliengetriebenen Pumpe 9? =geför dert wird.
Die Pumpe 9 _, deren Fördermenge bei konstanter Drehzahl veränderbar ist, för dert den Brennstoff dureli eine Leitung 93 zu den Einspritzvorriehttln-eii 96 der 3lasehine. Die Leitung 93 besitzt ein Drosselventil 94 zur Drosselung der Strömung zur Maschine und ein Abschliessventil 95, mittels welchem die Brennstoffzufuhr zur Maschine vollständig unterbunden werden kann.
Der Hub der Kol ben 92a der Pumpe 92 wird durch eine Schräg scheibe 97 bestimmt, deren Neigungswinkel zur Rotoraehse durch einen Verstellkolben 98 gesteuert wird. Der Zylinder, in dem der Ver- stellkolben 98 arbeitet, ist am einen Ende durch einen Kanal 99 mit der Förderseite der Pumpe 92 verbunden, so dass der Kolben 98 auf einer Seite dem Förderdruck des Brenn stoffes ausgesetzt ist. Auf der andern Seite des Kolbens 98 ist der Zylinder mit dein Kanal 99 durch eine Drosselöffnung 100 verbunden, und der Kolben ist. auf dieser Seite zudem von einer Feder<B>101</B> belastet..
Die Feder 1.01 drückt den Kolben gegen die Vollhublage der Schrägscheibe 97. 3lit dem Zylinder ist auf der federbelasteten Seite des Kolbens eine Lei tung 102 verbunden, die durch einen Kanal 120, mit. dem ein Ventilkörper 104 zusammen wirkt, in eine Kammer 1.03 mündet.
Der Ventilkörper 1.04 ist von einem Hebel 105 getragen, der an einer :Membran '106 be festigt ist, welche die Kammer 103 von einer Kammer 107 trennt. Die Kammer<B>103</B> ist durch eine Leitung<B>108</B> mit der Leitung 91. auf der Saugseite der Pumpe 92 verbunden. Der Hebel 105 ist folgenden Belastungen aus gesetzt: (z) das eine Ende des Hebels ist durch eine Feder 1.09 derart belastet, dass er den Ventil körper 104 gegen seinen Sitz drückt; b) das andere Ende des Hebels ist der Be lastung einer Druckdose 110 ausgesetzt, die in der Kammer 107 angeordnet ist und ein ver stellbares Widerlager 11.1. aufweist.
Die Kam mer 107 steht unter Atmosphärendruck, so dass die Dose 110 auf -Änderungen des Atmo sphärendruckes derart anspricht, dass die auf den Hebel 105 übertragene, der Feder 109 ent gegenwirkende Belastung zunimmt mit abneh mendem Atmosphärendruck; c) der Feder 109 wirkt ferner eine Bela stung entgegen, die proportional dem Brenn- stofförderdruck in der Leitung 93 ist.
Zu die sem Zweck führt von der Leitung 93 eine Zweigleitung 112 zu einem Zylinder 113, der einen Kolben 114 aufweist, dessen oberes Ende zwischen dem Ventilkörper 104 und der 106 mit dem Hebel 105 verbunden ist.
Wie bekannt, ist die Wirkung obiger An ordnung derart, dass, wenn der Atmosphären druck fällt oder der Brennstofförderdruek steigt, der Ventilkörper 104 von seinem .Sitz wegbewegt wird, so dass vermehrt Brennstoff durch. die Leitung 102 von der federbelasteten Seite des Verstellkolbens 98 entweichen kann, wodurch das Kräftegleiehgewieht am Kolben gestört und der Kolben entgegen der Wirkung der Feder 1_O1 verschoben wird, was bewirkt, dass der Hub der Kolben 92a kürzer und der Brennstoffördex-druek geringer *wird.
Umge kehrt wird, wenn der atmosphärische Druck steigt oder der Brennstofförderdrttek sinkt, der Ventilkörper gegen seinen Sitz bewegt. Die Sehrägseheibe wird durch den Kolben 98 unter der Wirkung der Feder<B>101</B> . und des Druckes in der Leitung 102 gegen die Voll- Z, geschwenkt, bis der Brennstofförder- druck einen solchen @,%Tert erreicht, dass die Belastungen:
des Hebels 1.05 durch die Dose <B>11.0,</B> den Kolben 111- und die Feder 109 einan der das Gleichgewicht halten. Um den Brenn stoffstrom in Abhängigkeit. der Diehteände- rungen des Brennstoffes, die eine Folge von Temperaturänderungen des Brennstoffes sind, zit steuern, ist folgende Anordnung getroffen Die Feder 7.09 weist an ihrem Widerlager eine Dose 115 auf, die mit einer nichtflüchti gen Flüssigkeit, z. B. Quecksilber, gefüllt ist, so class sich- die Dose ausdehnt bzw. zusammen zieht, wenn die Brennstofftemperatur steigt bzw. sinkt.
Die Dose 115 bewirkt demzufolge eine Erhöhung der Wirkung der Feder 109 bei steigender Brennstofftemperatur, so dass der Brennstofförderdrueli steigt, wenn die Brennstofftemperatur steigt.
Umgekehrt, wenn die Brennstofftemperatur fällt, zieht sieh die Dose zusammen und vermindert die durch die Feder 109 auf den Hebel 105 ausgeübte Be lastung, so dass durch Schwenken der Schräg scheibe der Hub der Kolben 92a verkürzt, der Brennstofförderdruck gesenkt und das Volu men des zur Maschine strömenden Brennstof- fes herabgesetzt wird. Durch geeignete Aus bildung der Dose 115 kann erreicht werden, dass die der -Maschine sekundlich zugeführte Brennstoffmenge annähernd unabhängig ist. von den Änderungen der Brennstoffdiehte, die eine Folge der Temperaturänderungen des Brennstoffes sind.