SE447151B - Brennaranordning for turbokompressorer - Google Patents

Description

2 447 151 hålls en reducering av rök och utsläpp. Man har vid kända anordningar emel- lertid funnit att tändning och upprätthållande av en låga i brännaren är spe- ciellt svårt i den väsentligen förorenade avgasatxrosfären. Därför har tidigare kända brännaranordningar av serietyp även utnyttjat finfördelningstelmik i brännaren för finfördelning av bränsle med frisk laddningsluft före blandning med avgaser, detta för att åstadkomma flaxnutbredning. Se t.ex. amerikanskapat. nr 2 608 051,2 620 621, 2 633 698, 3 736 752, 3 849 980, 3 949 555, 3 980 894, 3 988 694, 3 996 748, 4 004 414, 4 009 574 och 4 026 115.

Dessa anordningar är emellertid ofördelaktiga, eftersom de kräver en överdirensionerad turbokmpressor för ständig leverans av frisk luft till brännaren för upprätthållande av brännarflamnan. Denna kontinuerliga tillför- sel av laddningsluft till brännaren resulterar i bränsleineffektiv brännarfurk- tion, men har tidigare nödvändiggjorts på grund av oförmågan hos kända anord- ningar att fungera utan frisk luft.

Uppfinningen syftar till att elirninera problemen och nackdelarna hos känd teknik.

Med utgångspunkt från ett sätt att vid en förbränningsxrotor, som lad- das med komprimerad luft medelst en avgasdriven turbokompressor, höja energi- nivån i :motorns avgaser vid speciella driftstillstând, varvid motorns avgaser samt laddningsluft som shxmtas förbi motorn från turbokompressorn ledes igenom en mellan motorn och turbokornpressorn belägen brännare, i vilken bränsle medelst en bränsleinsprutmingsanordning insprutas och finfördelas, så att kontinuerlig förbränning Llppnâs, föreslås enligt uppfinningen att tillförsel av laddnings- luft till brännaren avbryts då motorn arbetar högt varvtal-soch/eller högt laddningstryck, varvid förbränningen i brännaren sker enbart med hjälp av sy- re i rrotorns avgaser. ' En av fördelarna med denna lösning är att vid hög :notorbelastning kan hela flödet av laddningsluft från turbokonpressorn tillföras motorn, utan att någon avtappning behöver ske till brännaren för att upprätthålla en låga i denna. Härigenom kan turbokompressorn göras mindre än tidigare, utan att den effekt scm kan uttagas från motorn försämras.

Det har hittills inte ansetts vara möjligt att upprätthålla en lå- ga i brännaren utan sådan tillförsel av shuntad laddningsluft, och vår uppfin- ning erbjuder därför en oväntad och överraskande lösning av problemet att åstad- konma en effektiv brännare. Vår uppfinning bygger på insikten att det faktiskt är nöjligt att vid höga motorvarvtal och/eller höga laddningstryck åstadkomma önskvärd förbränning i brännaren enbart med hjälp av syreinnehållet i avgaser- na utan att behöva tillföra någon shuntad laddningsluft.

Den shuntade laddningsluften kan sanmanföras med motorns avgaser upp- ströms om brännaren, och kan lämpligen blandas med avgaser inuti brännaren in- 447 151 nan finfördelning av bränsle sker. Speciellt kan bränslet finför~ delas med hjälp av avgaserna och den shuntade laddningsluften.

Vidare kan vid insprutning och finfördelning av bränslet en bränslestrâle riktas väsentligen längs längdaxeln till ett vä- sentligen cylindriskt bränsleinsprutningsmunstycke, varvid ett antal snett riktade avgasstrålar, vilkas riktningar skär var- andra nedströms, via strålöppningar i munstycket riktas för att slå sönder och finfördela bränslestrålen, och att ett antal tan- gentiella virvelgasstrålar riktas igenom virvelöppningar belägna nedströms om strålöppningarna, varigenom den kombinerade effek- ten av gasstrâlarna och virvelstrålarna åstadkommer en väsentli- gen finfördelad gas-bränsle-blandning för förbränning i brännaren.

Ett brännarsystem vid en förbränningsmotor som laddas med komprimeraàluft medelst en avgasdriven turbokompressor, med dels en för placering mellan motorn och turbokompressorn avsedd brän- nare, igenom vilken motorns avgaser och från turbokompressorn shuntad laddningsluft är avsedda att passera, dels organ för reg- lerbar tillförsel av bränsle till brännaren, dels en bränslein- sprutningsanordning för insprutning och finfördelning av det till brännaren tillförda bränslet, avsedd att möjliggöra kontinuerlig förbränning i brännaren för höjning av energinivån hos de avgaser som passerar igenom brännaren, och dels ett flödesreglerorgan för att såsom funktion av motorns arbetsförhållanden reglera till- försel av shuntad laddningsluft till brännaren, utformas enligt uppfinningen så att flödesreglerorganet är anordnat att då motorn arbetar med högt varvtal och/eller högt laddningstryck blockera tillförsel av laddningsluft till brännaren, och att brännaren är anordnad att därvid upprätthålla förbränning enbart med hjälp av syre i motorns avgaser.

Uppfinningen förklaras i det följande närmare med hjälp av ett på bifogade ritning visat utföringsexempel, där fig. 1 visar schematiskt ett för en turbokompressor av- sett brännarsystem enligt uppfinningen, fig. 2 visar i förstorad skala ett längdsnitt igenom brän- naren till systemet i fig. 1, fig. 3 visar ett förstorat vertikalt snitt längs linjen 3-3 i fig. 2, fig. 4 visar ett förstorat vertikalt snitt igenom bräns- - ~ leregulatorn för brännaren, fig. 5 visar ett förstorat vertikalt snitt längs linjen -5 i fig. 4, 447 151 4 fig. 6 visar ett förstorat vertikalt snitt längs linjen 6 - 6 i fig. 4, och fig. 7 visar grafiskt bränsleflödet igenom bränsle- regulatorn i fig. 4 - 6.

Ett för en turbokompressor avsett brännarsystem 10 enligt uppfinningen visas i fig. l i kombination med en turbo- laddad förbränningsmotor 12, såsom t.ex. en turboladdad diesel- motor. Såsom framgår är motorn 12 försedd med ett bränslein- lopp 13 och ett insugsrör 14 för laddningsluft. Bränsle och luft som tillförs via inloppet 13 och insugsgrenröret 14 blan- das lämpligen för att erhålla önskad luft-bränsle-blandning för förbränning i motorn 12. Den laddningsluft som tillförs insugsgrenröret utgörs av luft som sugs in via ett luftfilter 18 och komprimeras till ett tryck överstigande atmosfärstryc- ket med hjälp av en kompressor 20 i en turbokompressor 22.

Den komprimerade laddningsluften tillförs insugsgrenröret 14 via en lämplig ledning 24,som lämpligen kan vara försedd med en efterkylare 26 för att sänka temperaturen hos laddningsluf- ten.

Förbränning av luft-bränsle-blandningen i motorn 12 resulterar i bildandet av avgaser med relativt hög temperatur.

Dessa avgaser samlas upp i ett avgasgrenrör 16 och leds via en ledning 28 till en turbin 30 i turbokompressorn 22. Avga- serna försätter turbinen 30 i rotation innan de kommer ut i atmosfären via en avgasledning 32,1 vilken det på känt sätt kan finnas en eller flera föroreningsavskiljande och/eller ljuddämpande anordningar 34. Turbinen 30 är kopplad till turbo- kompressorns kompressor 20 via en axel 36, varigenom turbinen driver kompressorn 20 för erhållande av komprimerad ladd- ningsluft till motorn.

Turbokompressorn 22 är lämpligen dimensionerad för att tillgodose motorns luftbehov vid maximal belastning, utan att åstadkomma väsentligt överskott i luftflöde eller ladd- ningstryck. Detta innebär att då motorn arbetar med relativt högt varvtal och vid hög belastning är motorns volymbehov av luft och behov av laddningstryck vid ett maximum för bibehål- lande av varvtal och belastning. Vid sådana driftsförhållanden "I 447 151 är energinivân hos de från motorn utströmmande avgaserna till- räcklig för att driva turbokompressorn 22, varigenom turbo- kompressorns kompressor 20 åstadkommer erforderligt luftflöde och laddningstryck. Då emellertid motorns varvtal faller till en relativt låg nivå faller även energinivân i motorns avgaser i motsvarande grad. Avgasenerginivån vid sådana låga varvtal är otillräcklig för att driva turbokompressorn och åstadkomma erforderligt laddningstryck för att bibehålla motorns vridmo- ment. Brännarsystemet 10 enligt uppfinningen är därför för- sett med en gasturbin för väsentlig ökning av energinivån hos gaser som driver turbokompressorn 22 vid låga motorvarvtal, varigenom kompressorns laddningstryck bibehålls vid en i för- väg bestämd nivå vid låga motorvarvtal för att upprätthålla motorns förmåga att tåla belastning.

Med brännarsystemet 10 enligt uppfinningen översti- ger det volymetriska luftutflödet från turbokompressorn luft- genomströmningskapaciteten i motorn då motorn arbetar med re- lativt lågt varvtal och/eller belastning. Detta innebär att speciellt vid höga motorvarvtal är ökning av avgasernas energi- nivå onödig eftersom turbokompressorn 22 tillför motorn luft i en takt väsentligen motsvarande motorns behov. Då emellertid varvtalet sjunker arbetar brännarsystemet för att bibehålla turbokompressorns laddningstryck, varigenom laddningsluft till- förs motorn i en mängd som är större än motorns konsumtigoønskapa- citet. Såsom framgår av fig. l är brännarsystemet enligt upp- finningen försett med en shuntledning 38, vilken förbinder lufttillförselledningen 24 med avgasledningen 28 för att reg- lerbart shunta överskottet av laddningsluft förbi motorn 12 till avgasledningen för användning vid ökning av avgasernas energinivå, såsom kommer att beskrivas längre fram. Med hjälp av en shuntventil 40 kan shuntledningen 38 blockeras eller öpp- nas för anpassning av gasflödet till motorns arbetsförhållan- den. I ett utförande utgörs shuntventilen 40 av en magnetven- til som öppnas och stängs såsom funktion av läget av en av fö- raren manövrerad omkopplare 42, samt är försedd med en back- ventil 44 som förhindrar avgaser i avgasledningen 28 att via shuntledningen 38 strömma in i lufttillförselledningen 24. Al- ternativt kan, om så önskas, ventilen 40 automatiskt avkänna 447 151 6 'l motorparametrar, såsom t.ex. motorvarvtal. Vidare kan, i ett annat utförande, magnetventilen i shuntventilen utgå då syste- met är så utfört att överskottsluft avsedd att shuntas via shuntledningen 38 inte är tillgänglig vid höga motorvarvtal till följd av motorns luftkonsumtion.

Brännarsystemet enligt uppfinningen är försett med en hjälpbrännare 46 ansluten i serie med avgasledningen 28 ned- ströms om shuntledningen 38. Brännaren 46 tillförs ett lämp- ligt bränsle, såsom t.ex. dieselbränsle, via en bränsleled- ning 48. Detta bränsle blandas i brännaren 46 med genomström- mande gaser, i vilka ingår avgaserna samt eventuell laddnings- luft som shuntats via shuntledningen 38. Den resulterande ång- liknande blandningen innehåller tillräckliga kvantiteter syre, varigenom blandningen kan tändas i brännaren 48 för att höja temperaturen hos de gaser som passerar igenom densamma, vari- genom energinivån ökas hos gaserna för drivning av turbokomp- ressorns turbin 30 vid låga motorvarvtal. Härigenom ökas ladd- ningstrycket från turbokompressorns kompressor för att bibehål- la motorns förmåga att tåla last på en relativt hög nivå.

Brännaren 46 visas i detalj i fig. 2. Såsom framgår utgörs brännaren 46 av en väsentligen cylindrisk behållare 50 som är kopplad i serie till avgasledningen 2°. Den uppströms belägna änden på behållaren 50 är tillsluten av en konisk ga- vel 52 som är fästad vid behållaren t.ex. genom svetsning, och som sträcker sig inåt längs behållarens längdaxel. Den ko- niska gaveln 52 är belägen i en gasinlopps- och blandningszon 53 och definierar en gasblandningskammare för avgaser och frisk laddningsluft som kommer in i brännaren via en öppning 54 i väggen på behållaren, nära gaveln 52. Speciellt är avgasled- ningen 28 försedd med en fläns 56 avsedd att med hjälp av bul- tar Sl anslutas till behållaren 50 vid öppningen 54. Avgaser från motorn och eventuellt tillgänglig shuntad laddningsluft strömmar tillsammans igenom ledningen 28 och kommer in i brän- naren 46 via öppningen 54. Den koniska gaveln 52 sprider de inkommande gaserna för att åstadkomma ett relativt likformigt, blandat gasflöde över behållarens tvärsnitt. 7 447 151 Huvuddelen av den i behållaren 50 inströmmande gasen strömar axiellt längs behållaren och in i ett väsentligen cy- lindriskt skal 58, som definierar en brännkammare 57. Såsom framgår stöds skalet 58 koncentriskt inuti behållaren 50 med hjälp av ett antal stöd 59 fördelade runt skalets periferi, samt av ett ringformigt, tätande stöd 60 vid skalets nedströms belägna ände. Avgaserna strömmar axiellt längs den yttre behål- laren 50, mellan behållaren och skalet, och strömmar därefter in i skalet 58 till brännkammaren 57 via ett antal strömnings- hål 62 fördelade längs skalets periferi och längd. Det ring- formiga, tätande stödet 60 är avsett att förhindra att gaser strömmar förbi skalet 58 utan att passera in i brännkammaren.

Den nedströms belägna änden av skalet 58 är öppen och står i förbindelse med en trattliknande vägg 64 mellan avgasledningen 28 och den nedströms belägna änden av behållaren.

Den uppströms belägna änden av skalet 58 är väsent- ligen sluten för att underlätta montering och funktion för ett bränsleinsprutningsmunstycke 66. Speciellt smalnar den upp- ströms belägna änden av skalet 58 radiellt inåt och bildar en vägg 68, som har ett säte 70 och en central öppning 72 för montering av ett insprutningsmunstycke 66. Såsom framgår av fig. 2 och 3 har munstycket 66 en cylindrisk eller koppformad hylsa 74, vars ena ände passar i den centrala öppningen 72, och vars längdaxel är belägen i linje med längdaxeln till be- hållaren SC och skalet 58. Hylsan 74 har runt periferin en fläns 75 som är fästad vid väggen 68 t.ex. med hjälp av lämp- liga svetsar.

Bränsle till brännaren 46 tillförs insprutningsmun- stycket 66 via en bränsleledning 48. Såsom framgår är den upp- ströms belägna änden av munstycket försedd med en vägg 80, som har en öppning 82 för ett mätrör 83 i änden på bränsleledning- en 48. I det föredragna utförandet sticker mätröret 83 igenom öppningen 82 och ett kort stycke in i munstyckets inre, längs axeln till skalet 58. Innerdiametern i mätröret 83 bildar ett bränslemätmunstycke igenom vilket en tunn bränslestråle riktas.

I praktiken är munstyckets diameter av storleksordningen cirka 0,75 mm, och tryckfallet över munstycket är relativt lågt, av storleksordningen cirka 0,2 - 0,35 MPa. 447 151 a Såsom framgår av fig. 2 och 3 är den uppströms be- lägna ändväggen 80 på insprutningsmunstycket 66 försedd med ett antal väsentligen axiella, radiellt inåtriktade strålöpp- ningar 85, vilkas riktningar skär varandra. Dessa strålöpp- ningar 85 är ekvidistant placerade runt mätröret 83 och bildar passager för en andel av de gaser som strömmar igenom bränna- ren 46 och bringar dessa gaser i kontakt med bränslestrålen.

Det är önskvärt att gaser som strömmar igenom dessa strålöpp- ningar 85 träffar varandra något bortom det ställe där mätrö- ret 83 slutar. Härigenom utsätter de igenom.strålöppningarna 85 strömmande gaserna bränslestrålen för skjuvning omedelbart efter det att den lämnat mätröret, så att bränslet delas upp i små droppar inuti munstycket för att åstadkomma en väsentli- gen finfördelad dimma av bränsle och gaser. De igenom munstyc- ket strömande gaserna bibringar bränsledimman en axiell has- tighetskomponent som hjälper till att driva luft-bränsle- blandningen i riktning mot brännkammaren 57 i huvudsak oberoen- de av det låga trycket i bränsleledningen.

Ett antal tangentiella virvelöppningar 84 är an- bringade i insprutningsmunstycket 66 omedelbart nedströms om strålöppningarna 85. Dessa virvelöppningar 84 är även de an- ordnade ekvidistant runt munstycket och bildar passager för en annan andel av de igenom brännaren och in i munstycket ström- mande gaserna. Varje virvelöppning 84 är så utformad att gaser som strömar därigenom kommer in i munstycket i en riktning vä- sentligen vinkelrät mot den förhärskande axiella strömnings- riktningen och tangentiellt i förhållande till munstyckets tvärsnitt. Följaktligen släpper virvelöppningarna 84 in gaser i munstyckets inre på ett sådant sätt att turbulensen hos gas och blandning av flytande bränsle ökas och så att flytande bränsle förhindras att fastna på munstyckets väggytor. Den kom- binerade effekten av strålöppningarna 85 och virvelöppningarna 84 åstadkommer därigenom en virvlande, i hög grad finfördelad luft-bränsle-blandning som lämnar insprutningsmunstycket 66 i form av ett divergerande, konformigt moln. Den koniska formen accentueras genom att munstyckets ände är försedd med en ra- diellt utåtriktad fasning 87. -..« _ 9 447 151 Luft-bränsle-blandningen inuti skalet 58 tänds med hjälp av en lämplig tändare 86 för att åstadkomma en varaktig brännarflamma. Vid förbränning i brännaren 46 ökas gasernas temperatur så att en motsvarande ökning sker av energinivân för de gaser som passerar igenom brännaren, varigenom energi- nivån ökas hos de gaser som driver turbokompressorn 22.

Bränsle för motorn 12 och brännaren 46 erhålls från en bränsletank 88 med hjälp av en bränslepump 90, såsom fram- går av fig. 1. Pumpen 90 levererar bränsle via ett filter 89 till motorn i en takt som bestäms av en bränsleregulator 92 för motorn, t.ex. i form av ett bränsleinsprutningssystem och ett förarmanövrerat gasregleringsspjäll 94. Pumpen 90 levererar även via filtret 89 bränsle till brännaren 46 i en takt som be- stäms av en brännarbränsleregulator 96, vilken är försedd med en uppströms belägen hjälppump 91, en flödesregulator 93 samt en avstängningsventil 98. I ett föredraget utförande känner brännarbränsleregulatorn 96 av arbetsparametrar för motorn, såsom t.ex. turbokompressorns laddningstryck, för att öka bränsletillförseln till brännaren då laddningstrycket börjar falla. Brännaren åstadkommer således en avsevärt ökning av energinivån hos motorns avgaser för att bibehålla turbokompres- sorn i drift vid relativt högt varvtal, och förhindrar därige- nom en icke önskvärd sänkning av motorns vridmoment.

Brännarbränsleregulatorn 96 visas mer i detalj i fig. 4 - 6, och har ett ventilhus 100 inkopplat i bränsleled- ningen 48 uppströms om brännaren 46. Ventilhuset 100 har ett längsgående centralt hål 102, som i en ände står i förbindelse med en indragen kammare 104. Kammaren 104 tillsluts av ett flexibelt membran 105 fastspänt mellan ena änden på Ventilhu- set 100 och en gavel 108, vilken dessutom är försedd med en indragen kammare 110. Gaveln 108 är fästad vid Ventilhuset 100 med hjälp av skruvar 112, varvid kamrarna 104 och 110 är be- lägna på motsatta sidor om membranet 106. I drift utsätts kam- maren 110 för turbokompressorns 20 laddningstryck via en port 114 och en ledning 116 utgående från utmatningssidan på kom- pressorn, och i kammaren 104 råder, via porten 118, den omgi- vande luftens tryck. Membranet 106 är således utsatt för, och 447 151 rör sig såsom funktion av skillnaden mellan kompressorns ut- matningstryck och omgivningens tryck.

Membranet 106 är centralt förstärkt med hjälp av ett par motstående hållarplattor 120 och 122, vilka är anslutna till ett ventilstopp 123. Ventilstoppet 123 ligger an mot en längsgående ventilstång 124 som löper igenom kammaren 104 och in i det centrala hålet 102 där den ligger an mot en slidven- til 126. Slidventilen 126 är belägen i det centrala hålet 102 för att reglera bränsleflöde mellan ett bränsleinlopp 128 myn- nande i hålet 102, samt bränsleledningen 48 nedströms om ven- tilhuset 100, såsom anges av pilen 130. Passage av bränsle till kammaren 104 förhindras av en plugg 132 runt ventilstång- en 124. Vidare är en fjäder 134 placerad mellan ventilhuset 100 och hållarplattan 120 för att åstadkomma önskad kraft på ventilstången 124, och ett stopp 136 är anordnat inuti kamma- ren 110 för att begränsa ventilstångens rörelse.

Slidventilen 126 är utformad för att åstadkomma vä- sentligen olika bränsleflöden såsom funktion av olika arbets- förhållanden för motorn 12. Slidventilen 126 har en väsentli- gen cylindrisk axel med tre kolvliknande slidpartier 138, 140 och 142, vilka är förskjutbara i ventilhusets centrala hål 102 och är åtskilda av partier 144 och 145 med reducerad diame- ter. Såsom framgâr av fig. 5 och 6 har slidventilen 126 en axiellt riktad ventilkanal 146, och det första slidpartiet 138 utgör tätning mellan ventilhuset 100 och slidventilen. Det indragna partiet 144 mellan slidpartierna 138 och 140 omfattar en relativt stor, radiellt riktad port 148 avsedd att befinna sig i linje med bränsleinloppet 128, såsom framgår av fig. 5.

Vid relativt lågt varvtal och/eller belastning pâ motorn, så- som indikeras av kompressorns laddningstryck, hålls denna port 148 i linje med bränsleinloppet 128 med hjälp av membranfjä- dern 134 och en sekundärfjäder 135 belägen mellan slidventilen 126 och en backventil 150 i det centrala hålet 102. Detta inne- bär att vid dylika arbetsförhållanden ger turbokompressorn 22 normalt ett relativt lågt laddningstryck. Detta laddningstryck i kammaren 110 övervinner inte fjäderkraften på membranet 106, varigenom ventilstången 124 förflyttas av sekundärfjädern 135 447 151 ll så att den relativt stora bränsleporten 148 bringas i linje med bränsleinloppet 128. Då detta inträffar erhålls ett rela- tivt stort bränsleflöde genom bränsleinloppet 128, porten 148 och ventilkanalen l46. Bränslet passerar vidare igenom det centrala hålet 102, förbi backventilen 150 och till den ned- ströms belägna bränsleledningen 48 som leder till brännaren 46.

Den stora mängd bränsle som tillförs brännaren 46 resulterar i en avsevärd flamma som avsevärt ökar energinivån hos gaserna i brännaren. Härigenom ökas energinivån hos de tillgängliga gaserna för drivning av turbokompressorn 22 tillräckligt för att öka kompressorns laddningstryck och motorns arbetsförmåga.

Det är av betydelse att vid dylika arbetsförhållanden för mo- torn upprätthålls laddningsnivân i tillräcklig grad, varigenom tillräcklig mängd shuntad laddningsluft är tillgänglig för blandning med avgaser uppströms om förbränningszonen i bränn- kammaren 57 för att säkerställa adekvat tillgång på syre i brännaren.

Dâ motorn arbetar med relativt högt varvtal och/el- ler belastning är turbokompressorns matningstryck relativt högt. Härvid åstadkommer trycket i kammaren 110 att membranet 106 och ventilstângen 124 flyttas så att det indragna partiet l45 mellan slidpartierna 140 och 142 bringas i linje med bräns- leinloppet l28. Detta indragna parti 145 är försett med en re- lativt liten, radiellt riktad bränsleport 154 för kommunika- tion mellan bränsleinloppet 128 och ventilkanalen 146. Denna relativt lilla port 154 reducerar således bränsleflödet till brännaren 46 för att sänka temperaturen i brännaren till öns- kad nivå. Härigenom begränsas ökningen av energinivån hos ga- serna i brännaren väsentligt under perioder då motorn arbetar med relativt högt varvtal och/eller belastning. Under dylika perioder är mängden syre i motorns avgaser tillräcklig för att upprätthålla brännarens flamma utan tillsats av frisk, shuntad laddningsluft, varigenom all laddningsluft kan tillföras motorn 12 direkt. I utförandet med shuntventil 40 kan denna ventil va- ra stängd under sådana arbetsförhållanden för motorn för att säkerställa bränslesnål funktion hos brännaren. Under alla omständigheter förhindrar backventilen 44 âterströmning ige- nom shuntledningen 38. 151 447 12 Bränsleflödeskrakteristiken hos brännarbränsleregu- latorn 96 visas grafiskt i fig. 7, där bränsleflöde anges så- som funktion av kompressorns utmatningstryck. Då kompressorns laddningstryck är relativt litet placerar bränsleregulatorn 96 den större bränsleporten 148 i linje med bränsleinloppet 128, vilket resulterar i ett relativt högt bränsleflöde till bränna- ren 46, såsom anges vid A. I detta läge resulterar det rela- tivt stora bränsleflödet i en relativt hög temperatur i brän- naren, varigenom erhålls en avsevärd ökning av energinivån hos de gaser som passerar igenom densamma. Betydelsefullt är att då laddningstrycket är relativt litet är syremängden i avgaser- na relativt liten. Under sådana arbetsförhållanden är emeller- tid turbokompressorns kompressor 20 igång för att leverera överskottsluft till brännaren 46 via shuntledningen 38 för att säkerställa upprätthållande av flamma i brännaren.

Då laddningstrycket ökar börjar det mittre slidpar- tiet 140 i slidventilen 126 att stänga förbindelsen mellan den större bränsleporten 148 och bränsleinloppet 128, samt att öppna förbindelsen mellan den mindre bränsleporten l54 och bränsleinloppet 128. Detta resulterar i ett lägre bränsleflöde, såsom anges av B i fig. 7. Detta minskande bränsleflöde föror- sakar en motsvarande sänkning av temperaturen i brännaren. Den- na sänkning är emellertid önskvärd eftersom en lägre energi- nivåökning erfordras vid högre laddningstryck. Då vidare ladd- ningstrycket ökar kommer motorns konsumtion av luft att öka, varigenom tillgången på shuntad luft till brännaren minskar.

Då kompressorns laddningstryck ökar ytterligare till en relativt hög nivå står den mindre bränsleporten 154 i full- ständig förbindelse med bränsleinloppet 128. Detta resulterar i ett ännu mindre bränsleflöde till brännaren, såsom anges av C i fig. 7. Detta bränsleflöde kan programmeras att reducera brännarens temperatur till en godtycklig, önskad nivå, så att t.ex. en pilotlâga erhålls, och med en temperaturskillnad över brännaren av så litet som cirka 55° C och med en bränsleför- brukning av cirka 2,3 kg/timme. Såsom nämnts ovan kan turbo- kompressorn naturligtvis utföras så att ytterligare ökningar i laddningstryck göres beroende av ökningar i motorvarvtal, 13 447 151 så att slutligen tillgången på shuntad luft reduceras till noll. Alternativt kan omkopplaren 42 (fig. 1) programmeras för att på automatisk eller manuell väg stänga shuntventilen 40 inom hela detta område för bränsleflödet för att förhindra shuntluft från att nå brännaren 46, och för att därigenom sä- kerställa optimal bränsleekonomi för brännaren. Av betydelse vid dessa höga laddningstryck är att syreinnehållet i avgaser- na tillsammans med den goda finfördelningen av bränsle i in- sprutningsmunstycket 66 tillåter fortsatt existens av en brän- narflamma utan förekomst av shuntluft.

I några utföringsformer av uppfinningen kan det vara önskvärt att släcka brännarflamman då motorn arbetar vid eller nära maximalt varvtal. Härigenom slösas inte något bränsle i brännaren, ens för upprätthållande av en pilotlåga. Detta driftstillstånd uppnås genom att utforma brännarbränsleregula- torn 96 (fig. 4) på ett sådant sätt att det tredje slidpartiet 142 i slidventilen 126 blockerar bränsleflöde genom bränslein- loppet 128 då maximalt laddningstryck i kompressorn uppnås. Då slidpartiet 142 blockerar bränsleflödet stryps bränsleflödet till brännaren 46 snabbt till noll, såsom framgår av området D i fig. 7. Vid dylik operation fungerar motorn 12 såsom en nor- _ y mal turboladdad förbränningsmotor däf någon ökning av avgaser- nas energinivå inte sker. Då kompressorns laddningstryck mins- kar för att indikera en minskning i motorvarvtal kan den mind- re.bränsleporten 154 återföras till förbindelse med bränslein- loppet 128 för att återupprätta bränsleflödet till brännaren.

Då detta inträffar används tändaren 86 för att på nytt tända brännarlågan.

Brännarbränsleregulatorn 96 är försedd med ett auto- matiskt eller självverkande bränsleledningsavluftningssystem för avlägsnande av bränsle från bränsleledningen 48 och in- sprutningsmunstycket 66. Härigenom kommer höga temperaturer i närheten av brännaren 46 inte att förorsaka koksning eller gum- mibildning i bränsleledningen eller insprutningsmunstycket, varigenom bränsleflöde till brännaren säkerställs då behov fö- religger. Speciellt är avluftningssystemet försett med en ka- nal 156 i ventilhuset 100 och gaveln 108, varvid kanalen sträcker sig mellan kammaren ll0 och en relativt stor samlings- 447 151 14 kammare 158 i ventilhuset 100. Frisk laddningsluft som matas in i kammaren 110 för styrning av slidventilen 126 används för trycksättning av samlingskammaren 158. En andel av den friska luften passerar igenom kanalen 156 och in i samlingskammaren 158 för att trycksätta denna. En backventil 160 i kanalen 156 tillåter en dylik gaspassage ända till dess att trycket på båda sidor om backventilen blir lika stort. Naturligtvis kom- mer samlingskammaren 158 att förbli trycksatt då kompressorns laddningstryck sjunker.

Samlingskammaren 158 står i förbindelse med det ned- ströms om backventilen 150 belägna avsnittet av centrumhålet 102 i ventilhuset via en tallriksventil 162. Tallriksventilen 162 har en stång 164, som förskjutbart löper i en kanal 166 mellan centrumhålet 102 och bränsleinloppet 128. Tallriksventi- len 162 är även försedd med en ventilkropp 170 för stängning av samlingskammaren 158, och ett parti 172, med reducerat tvärsnitt, mellan ventilkroppen 170 och stången 164 tillåter fri bränslepassage igenom centrumhålet 102 då samlingskammaren 158 är stängd. Då emellertid bränsletrycket i bränsleinloppet 128 sjunker, såsom t.ex. då brännaren stängs av, kommer det på tallriksventilen 162 via kanalen 166 verkande bränsletrycket på tallriksventilen 162 att sjunka, varigenom tallriksventilen 162 öppnas av trycket i samlingskammaren. Speciellt, då bräns- leflödet till brännaren 46 avbryts, t.ex. genom att med hjälp av omkopplaren 42 stänga avstängningsventilen 98 (fig. 1), öpp- nas tallriksventilen 162. Detta tillåter frisk laddningsluft i samlingakammaren 158 att avlägsna sig igenom centrumhålet 102 och bränsleledningen 48 för att driva ut bränsle från bränsleledningen och detta är speciellt viktigt därför att gummibildning och koksning i bränsleledningen och i insprut- ningsmunstycket förhindras trots den relativt höga temperatu- ren i närheten av brännaren; En motor 12, som är försedd med ett turbokompressor- system 10 enligt fig. 1, fungerar enligt följande. Motorn 12 startas på vanligt sätt och kan användas såsom en konventio- nell, turboladdad motor utan att tända brännaren 46. Då man önskar bibehålla kompressorns laddningstryck vid en i förväg 447 151 bestämd nivå för att bibehålla motorns vridmoment vid låga mo- torvarvtal, accelereras motorn vid låg belastning för att ge ett väsentligt laddningstryck lika med eller över den bestäm- da gränsen, samt för att åstadkoma ett väsentligt motorluft- flöde. Därefter påverkas brännarbränsleregulatorn 96 så att brännaren 46 tillförs bränsle såsom funktion av det rådande laddningstrycket, och tändaren 86 används för att tända en lå- ga i brännaren. Vid denna punkt fortsätter brännaren automa- tiskt att fungera sâsom funktion av kompressorns laddnings- tryck för att ge önskad extra drivning av turbokompressorn.

Om så önskas kan i stället brännaren 46 stängas av vid höga laddningstryck, såsom beskrivits ovan.

Ett stort antal modifieringar av brännarsystemet enligt uppfinningen ligger nära till hands för en fackman.

Exempelvis kan brännarbränsleregulatorn ändras för att i huvudsak ge vilken som helst önskad tryckrespons, eller också kan den bringas att reagera för andra driftsparametrar för motorn. Dessa och ytterligare andra modifieringar är tänkbara inom ramen för denna beskrivning och de följande patentkraven.

Claims (15)

447 151 16 Patentkrav

1. Sätt att vid en förbränningsmotor (12), som laddas meä komprimerad luft medelst en avgasdriven turbokompressor (22), höja energinivån i motorns avgaser vid speciella driftstill- stånd, varvid motorns avgaser samt laddningsluft som shuntas förbi motorn från turbokompressorn (22) ledes igenom en mellan motorn och turbokompressorn belägen brännare (10), i vilken bränsle medelst en bränsleinsprutningsanordning insprutas och finfördelas, så att kontinuerlig förbränning uppnås, k ä n - n e t e c k n a t av att tillförsel av laddningsluft till brännaren (10) avbryts då motorn arbetar med högt varvtal och/eller högt laddningstryck, varvid förbränningen i brän- naren sker enbart med hjälp av syre i motorns avgaser.

2. Sätt enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att shuntad laddningsluft sammanföres med motorns avgaser upp- ströms om brännaren (10).

3. Sätt enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a t av att den shuntade laddningsluften blandas med avgaser inuti brännaren (10) innan finfördelning av bränsle sker.

4. Sätt enligt något av kraven 1 - 3, k ä n n e t e c k - n a t av att det till brännaren (10) tillförda bränslet finfördelas med hjälp av avgaserna och den shuntade ladd- ningsluften.

5. Sätt enligt krav 4, k ä n n e t e c k n a t av att vid insprutning och finfördelning av bränslet riktas en bränsle- strâle väsentligen längs längdaxeln till ett väsentligen cylindriskt bränsleinsprutningsmunstycke (66), varvid ett antal snett riktade avgasstrålar, vilkas riktningar skär varandra nedströms, via strâlöppningar (85) i munstycket riktas för att slå sönder och finfördela bränslestrâlen, och att ett antal tangentiella virvelgasstrålar riktas igenom virvelöppningar (84) belägna nedströms om strål- 447 151 17 öppningarna, varigenom den kombinerade effekten av gasstrå- larna och virvelstrâlarna åstadkommer en väsentligen fin- fördelad gas-bränsle-blandning för förbränning i brännaren.

6. Sätt enligt något av kraven 1 - 5, k ä n n e t e c k - n a t av att bränsle tillförs brännaren i omvänd proportion mot trycket hos den laddningsluft som tillförs motorn.

7. Sätt enligt krav 6, k ä n n e t e c k n a t av att bränsleflödet varieras från ett maximalt flöde vid lågt laddningstryck till ett noll-flöde vid relativt högt ladd- ningstryck, varigenom brännaren upphör att fungera vid noll- -flöde av bränsle.

8. Sätt enligt något av kraven 1 - 7, k ä n n e t e c k - n a t av att bränsletillförseln till brännaren selektivt avbryts, och att bränsle därvid avlägsnas från bränslein- sprutningsanordningen och brännaren.

9. Sätt enligt något av kraven 1 - 8, k ä n n e t e c k - n a t av att mängden laddningsluft från turbokompressorn bringas att svara mot motorns luftbehov vid relativt högt varvtal och hög belastning, varigenom det inte finns någon tillgång på shuntad laddningsluft vid nämnda höga varvtal.

10. Brännarsystem för utförande av sättet enligt krav 1 vid en förbränningsmotor (12) som laddas med komprimerad luft medelst en avgasdriven turbokompressor (22), med dels en för placering mellan motorn och turbokompressorn avsedd brännare (10), igenom vilken motorns avgaser och från turbo- kompressorn shuntad laddningsluft är avsedda att passera, dels organ (96) för reglerbar tillförsel av bränsle till brännaren, dels en bränsleinsprutningsanordning (66) för insprutning och finfördelning av det till brännaren till- förda bränslet, avsedd att möjliggöra kontinuerlig förbrän- ning i brännaren för höjning av energinivån hos de avgaser_ som passerar igenom brännaren, och dels ett flödesreglerorgan (40) för att såsom funktion av motorns arbetsförhållanden reglera tillförsel av shuntad laddningsluft till brännaren (10), 447 1ä1 18 k ä n n e t e c k n a t av att flödesreglerorganet (40) är anordnat att då motorn arbetar med högt varvtal och/eller högt laddningstryck blockera tillförsel av laddningsluft till brän- naren (10) , och att brännaren (10) är anordnad att därvid upprätthålla förbränning enbart med hjälp av syre i motorns avgaser.

11. Brännarsystem enligt krav 10, k ä n n e t e c k n a t av att brännaren (10) är direkt inkopplad i avgasledningen (28) mellan motorn (12) och turbokompressorn (22), och att en ledning (38) för shuntad laddningsluft mynnar i avgas- ledningen (28) uppströms om brännaren (10).

12. Brännarsystem enligt krav 10 eller 11, k ä n n e t e c k - n a t av att i brännaren (10) ingår organ (84, 85) för ytter- ligare blandning av shuntad laddningsluft med avgaser.

13. Brännarsystem enligt något av kraven 10 - 12, k ä n n e - t e c k n a t av att bränsleinsprutningsanordningen (66) är anordnad att finfördela till brännaren tillfört bränsle med hjälp av de igenom brännaren strömmande gaserna.

14. Brännarsystem enligt krav 13, k ä n n e t e c k n a t av att i brännaren (10) ingår organ för blandning av shuntad laddningsluft med avgaser uppströms om bränsleinsprutnings- anordningen (66).

15. Brännarsystem enligt något av kraven 10 - 14, k ä n - n e t e c k n a t av att i brännaren ingår dels ett hus (50) inuti vilket det finns ett skal (58) som definierar en bränn- kammare (46), dels ett gasinloppsparti som tar emot avgaser och shuntad laddningsluft och riktar dessa mot brännkammaren (46), och att bränsleinsprutningsanordningen (66) är belägen åtminstone delvis i gasinloppspartiet.