DE3939471A1

DE3939471A1 - Pulsierendes verbrennungssystem mit variabler verbrennungsleistung

Info

Publication number: DE3939471A1
Application number: DE3939471A
Authority: DE
Inventors: Kazuo Saito; Ichiro Hongo; Akio Mitani; Hiroshi Ito
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1988-11-30
Filing date: 1989-11-29
Publication date: 1990-05-31
Also published as: DE3939471C2; US4946381A

Description

Die Erfindung betrifft ein pulsierendes Verbrennungs system (d.h. ein mit pulsierender Verbrennung arbeiten des System) mit einer pulsierenden Verbrennungseinheit (combustor) sowie ein pulsierendes Verbrennungssystem mit zwei parallelgeschalteten pulsierenden Verbrennungs einheiten.

Normalerweise umfaßt ein pulsierendes Verbrennungs system mit einer pulsierenden Verbrennungseinheit neben einer Brennkammer der pulsierenden Verbrennungseinheit zum intermittierenden oder pulsierenden Verbrennen eines Gasgemisches, d.h. eines Luft-Brennstoffgemisches, ein mit einer Abgas(auslaß)öffnung der Brennkammer ver bundenes Abgasrohr zum Abführen des Abgases, ein in einer Luftleitung für die Luftzuspeisung zur Brenn kammer vorgesehenes aerodynamisches Ventil bzw. Strö mungsventil, dessen Vorwärtsstromwirkungsgrad bzw. -koeffizient größer ist als sein Rückstromwirkungsgrad bzw. -koeffizient, eine dem aerodynamischen Ventil vor geschaltete Luftansaugkammer für Geräuschminderung, ein Brennstoffspeiseventil zum Begrenzen der in die Brennkammer strömenden Brennstoffmenge, ein Zündelement zum Zünden des in die Brennkammer eingespeisten Gasge misches beim Anfahren, eine dem Abgasrohr nachgeschal tete Abgaskammer und ein der Luftansaugkammer vorge schaltetes Luftförder-Gebläse einer kleinen Kapazität oder Förderleistung.

Beim beschriebenen Verbrennungssystem wird Luft durch das Luftförder-Gebläse zur Vermischung mit dem Brenn stoff in die Brennkammer eingespeist. Das Gasgemisch verbrennt explosionsartig, wenn es durch das Zündele ment gezündet wird. Infolgedessen steigt der Druck in der Brennkammer an, und das Verbrennungsgas wird mit hoher Geschwindigkeit über die Abgasöffnung der Brenn kammer ausgetrieben. Als Folge dieser Gasaustreibung entsteht in der Brennkammer ein negativer Druck bzw. Unterdruck, durch den Luft und Brennstoff selbsttätig angesaugt werden. Wenn Luft und Brennstoff jeweils in vorbestimmter Menge in die Brennkammer einströmen und dabei miteinander vermischt werden, wird das entstehen de Gemisch durch die in der Brennkammer noch vorhandene Flamme gezündet, wobei wiederum die explosionsartige Verbrennung stattfindet. Beim pulsierenden Verbrennungs system kann daher normalerweise das Luftförder-Gebläse während der normalen Verbrennung abgestellt werden, was einen der Vorteile dieses Systems darstellt.

In neuerer Zeit erwies es sich jedoch als wünschenswert das beschriebene pulsierende Verbrennungssystem mit pulsierender Verbrennungseinheit in verschiedene Ge räte, wie Haushalts-Warmwasserversorgungsanlagen, ein zubeziehen. Um diesem Bedarf zu entsprechen, wird ein pulsierendes Verbrennungssystem benötigt, bei dem die Verbrennungsleistung in einem beträchtlichen Bereich variierbar ist. Die Variationsbreite der Leistung des pulsierenden Verbrennungssystems kann jedoch nicht frei geregelt (oder gesteuert) werden, weil es mit Selbstan saugung von Luft arbeitet. Wenn nämlich die (der) Ver brennungsmenge oder -grad vergrößert oder verkleinert wird, ergibt sich ein Luftmangel oder -überschuß; die (der) Verbrennungsmenge oder -grad (combustion amount) kann daher nur in einem äußerst schmalen Bereich variiert werden.

Das bei einem solchen pulsierenden Verbrennungssystem verwendete aerodynamische Ventil bzw. Strömungsventil vermag einen Rückstrom nicht vollständig zu verhindern. Demzufolge strömt ein Teil des Verbrennungsgases in die Luftansaugkammer zurück, und das rückgeströmte Ver brennungsgas wird erneut in die Brennkammer angesaugt. Folglich wird es schwierig, die für die Verbrennung nötige Luft mit Selbstansaugung einzuführen, so daß häufig eine stabilisierte pulsierende Verbrennung nicht erzielbar ist. Außerdem entspricht die Temperatur des in die Brennkammer einströmenden Gasgemisches aus Luft und Brennstoff zu Betriebsbeginn (beim Anfahren) der Atmosphärentemperatur; sobald jedoch das Gasgemisch gezündet wird, steigt seine Temperatur schnell an. Die Temperatur des Gases innerhalb der Brennkammer vor und nach dem Zünden zum Anfahrzeitpunkt erhöht sich von einer Temperatur T ₁ (=293K) auf eine Temperatur T ₂ (=1573K). Wenn somit das vor dem Anfahren in die Brennkammer einströmende Gasvolumen zu V ₁ vorausgesetzt wird, bestimmt sich das Volumen V ₂ bei der Temperatur T ₂ nach folgender Gleichung:

V₂/V₁ = T₁/T₂

Das Volumenverhältnis V ₂/V ₁ vor und nach dem Zünden beim Anfahren (bei Betriebsbeginn) beträgt etwa 5,7. Da der Durchmesser des Abgasrohres konstant ist, ist die Strömungsgeschwindigkeit v des in das Abgasrohr einströmenden Verbrennungsgases der Volumenzunahme Δ V proportional (v∞ Δ V). Der Druckverlust oder -abfall Δ P in der Brennkammer zu diesem Zeitpunkt ist dem Quadrat der Strömungsgeschwindigkeit v des Verbrennungs gases proportional (Δ P ∞v ²). Wenn sich mithin die Temperatur (in) der Brennkammer vor und nach dem Zünden beim Anfahren von 20°C (293K) auf 1300°C (1573K) än dert, beträgt der Druckverlust etwa das 29fache des jenigen vor dem Zünden.

Der Druckverlust ist insbesondere dann groß, wenn das aerodynamische Ventil bzw. Strömungsventil oder das (im) Abgasrohr vorgesehen ist; der Druckverlust nimmt also insgesamt zu. Als der pulsierenden Verbrennungsein heit zuzuspeisender Brennstoff wird normalerweise Erd gas verwendet. Als Beispiel für den Fall der Verwendung von Methangas kann gesagt werden, daß eine gute (ein wandfreie) Verbrennung erzielt wird, wenn seine Konzen tration im Gasgemisch 5-15% beträgt. Wenn sich jedoch der Druckverlust nach dem Zünden vergrößert, kann Luft in der für die Verbrennung nötigen Menge nicht zur Ver fügung gestellt werden, so daß die Brennstoffkonzentra tion im Gasgemisch auf über 15% ansteigt; dies führt zu dem Problem, daß das Gasgemisch nicht mehr einwand frei bzw. sauber (smoothly) gezündet bzw. verbrannt werden kann.

In neuerer Zeit ist zur Bekämpfung des Problems der Ge räuschentwicklung ein pulsierendes Verbrennungssystem mit zwei parallelgeschalteten Verbrennungseinheiten (combustors) entwickelt worden. Bei diesem System können Gasansaugung, explosionsartige Verbrennung und Gasaus stoß in der ersten pulsierenden Verbrennungseinheit mit einer Phasenverschiebung von 180° zu den entspre chenden Vorgängen in der zweiten pulsierenden Ver brennungseinheit stattfinden. Dieses Verbrennungssystem ist jedoch mit einem ähnlichen Problem wie das vorher beschriebene pulsierende Verbrennungssystem unter Ver wendung einer einzigen pulsierenden Verbrennungsein heit behaftet.

Aufgabe der Erfindung ist damit die Schaffung eines pulsierenden Verbrennungssystems, bei dem eine Ver brennungsleistung (combustion power) unter Aufrechter haltung eines hohen Verbrennungswirkungsgrads in einem weiten Bereich variierbar bzw. änderbar ist.

Die Erfindung bezweckt auch die Schaffung eines pulsie renden Verbrennungssystems, bei dem ein aerodynamisches Ventil bzw. Strömungsventil in einer Luftleitung ange ordnet ist, wodurch nach dem Zünden stets eine stabile Verbrennung gewährleistet werden kann.

Die obige Aufgabe wird bei einem pulsierenden Ver brennungssystem, umfassend eine pulsierende Verbrennungs einheit (combustor) mit einer Brennkammer, die einen Lufteinlaß und eine Abgas(auslaß)öffnung aufweist, einem Luftansaugrohr, dessen eines Ende an den Luftein laß angeschlossen ist, und einem am einen Ende mit der Abgasöffnung verbundenen Abgasrohr, eine Brennstoff versorgung zum Zuspeisen von Brennstoff in die Brenn kammer, eine zum Einspeisen von Verbrennungsluft in die Brennkammer über das Luftansaugrohr und den Luft einlaß dienende Lufteinlaß- oder -ansaugeinheit mit einer Luftversorgung zum Zuführen der Verbrennungsluft und einer im Luftansaugrohr vorgesehenen Rückstrombe grenzungseinheit zur Begrenzung eines Rückstroms von Luft aus dem Inneren der Brennkammer zur Luftversor gung sowie eine mit der Brennstoffversorgung verbundene Brennstoffmengen-Variier- oder -Regeleinheit zur Ände rung der der Brennkammer zugespeisten Brennstoff menge, erfindungsgemäß gelöst durch eine Druckregel einrichtung zum Regeln der in die Brennkammer strömen den Luftmenge durch variable Regelung einer Differenz (differential) zwischen dem in der Brennkammer herr schenden Druck und dem Druck zwischen der Luftversorgung und der Rückstrombegrenzungseinheit entsprechend (nach Maßgabe) der durch die Brennstoffmengen-Regeleinheit variierten bzw. geänderten Brennstoffmenge.

Gegenstand der Erfindung ist auch ein pulsierendes Ver brennungssystem, umfassend zwei jeweils den gleichen Aufbau aufweisende pulsierende Verbrennungseinheiten mit jeweils einer Brennkammer, die einen Lufteinlaß und eine Abgas(auslaß)öffnung aufweist, einem mit dem einen Ende an den Lufteinlaß angeschlossenen Luftansaug rohr und einem mit dem einen Ende an die Abgasöffnung angeschlossenen Abgasrohr, eine Brennstoffversorgung zum Zuspeisen von Brennstoff in die Brennkammern, eine zur Zuspeisung von Verbrennungsluft in die Brennkammern über das Luftansaugrohr und den Lufteinlaß dienende Lufteinlaß- oder -ansaugeinheit mit einer Luftversor gung zum Zuspeisen der Verbrennungsluft und (je) einer in den Luftansaugrohren angeordneten Rückstrombegren zungseinheit zum Begrenzen des Rückstroms von Luft aus dem Inneren der Brennkammern zur Luftversorgung sowie eine mit der Brennstoffversorgung verbundene Brennstoffmengen-Variier- oder -Regeleinheit zur Ände rung der den Brennkammern zugespeisten Brennstoff menge, das gekennzeichnet ist durch eine Druckregelein richtung zum Regeln der in die Brennkammern strömenden Luftmenge durch variable Regelung einer Differenz zwi schen dem in den Brennkammern herrschenden Druck und dem Druck zwischen der Luftversorgung und der (den) Rückstrombegrenzungseinheit(en) entsprechend (nach Maß gabe) der durch die Brennstoffmengen-Regeleinheit ge änderten Brennstoffmenge.

Gegenstand der Erfindung ist ferner ein pulsierendes Verbrennungssystem, umfassend eine Verbrennungseinheit mit einer Brennkammer, die einen Lufteinlaß und eine Abgas(auslaß)öffnung aufweist, einem mit dem einen Ende an den Lufteinlaß angeschlossenen Luftansaugrohr, einem mit dem einen Ende an die Abgasöffnung angeschlossenen Abgasrohr und einer in der Brennkammer vorgesehenen Zündeinheit zum Zünden eines Gasgemisches aus Luft und Brennstoff innerhalb der Brennkammer zum Anfahrzeit punkt, eine Brennstoffversorgung zum Zuspeisen von Brennstoff in die Brennkammer und eine zur Zuspeisung von Verbrennungsluft in die Brennkammer über das Luft ansaugrohr und den Lufteinlaß dienende Lufteinlaß- oder -ansaugeinheit mit einer an das Luftansaugrohr ange schlossenen Luftversorgung zum Zuspeisen der Verbren nungsluft und einem im Luftansaugrohr vorgesehenen aerodynamischen Ventil oder Strömungsventil, dessen Vorwärtsstromkoeffizient größer ist als sein (Rück)- Stromkoeffizient in Gegenrichtung und das einen Rück strom von Luft aus dem Inneren der Brennkammer zur Luftversorgung begrenzt, das gekennzeichnet ist durch eine Druckregeleinrichtung zum Aufrechterhalten einer Druckdifferenz (eines Wirkdrucks) zwischen dem strom auf des Strömungsventils herrschenden Druck und dem in der Brennkammer herrschenden Druck auf einer vorbe stimmten Größe oder einer höheren Größe zumindest ab dem Zeitpunkt, zu dem das Gasgemisch zum Zeitpunkt des Betriebsbeginns bzw. Anfahrens der pulsierenden Ver brennungseinheit durch die Zündeinheit gezündet wird.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Er findung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine teilweise im Schnitt gehaltene Vorderan sicht eines pulsierenden Verbrennungssystems mit einer einzigen pulsierenden Verbrennungs einheit (combustor) gemäß einer Ausführungs form der Erfindung,

Fig. 2 eine teilweise im Schnitt längs der Linie X-X in Fig. 1 gehaltene Seitenansicht des Ver brennungssystems,

Fig. 3 ein Ablaufdiagramm zur Erläuterung des Betriebs des pulsierenden Verbrennungssystems nach Fig. 1 zum Zündzeitpunkt,

Fig. 4 eine graphische Darstellung einer Änderung der Drehfrequenz eines Luftfördergebläses zum Zünd zeitpunkt im Verbrennungssystem nach Fig. 1,

Fig. 5 eine graphische Darstellung der Beziehung zwi schen dem Druck (in) der Brennkammer und dem Druck stromauf eines aerodynamischen Ventils bzw. Strömungsventils,

Fig. 6 eine graphische Darstellung der Beziehung zwi schen dem Verhältnis der Ist-Brennstoffein speisemenge zur Standard-Brennstoffeinspeise menge und dem Druck (P _u) stromauf des Strö mungsventils,

Fig. 7 eine graphische Darstellung der (CO/CO₂)-Kenn linie bezüglich des Verhältnisses zwischen der Standard-Brennstoffeinspeisemenge und der Ist-Brennstoffeinspeisemenge beim pulsierenden Verbrennungssystem nach Fig. 1,

Fig. 8 eine teilweise im Schnitt gehaltene Vorderan sicht eines zwei pulsierende Verbrennungsein heiten verwendenden pulsierenden Verbrennungs systems gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 9 eine teilweise im Schnitt längs der Linie X-X in Fig. 8 gehaltene Seitenansicht des Ver brennungssystems,

Fig. 10 eine teilweise im Schnitt gehaltene Vorderan sicht eines zwei pulsierende Verbrennungsein heiten verwendenden pulsierenden Verbrennungs systemsgemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 11 eine graphische Darstellung einer Änderung im Öffnungsgrad eines Luftförder-Gebläses zum Zeitpunkt des Zündens des Verbrennungssystems nach Fig. 10,

Fig. 12 eine teilweise im Schnitt gehaltene Vorderan sicht eines zwei pulsierende Verbrennungsein heiten verwendenden pulsierenden Verbrennungs systems gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung und

Fig. 13A und 13B jeweils teilweise im Schnitt gehaltene Vorderansichten von eine einzige pulsierende Verbrennungseinheit bzw. zwei derartige Ver brennungseinheiten verwendenden pulsierenden Verbrennungssystemen gemäß einer fünften Aus führungsform der Erfindung.

Die Fig. 1 und 2 veranschaulichen ein pulsierendes Verbrennungssystem 1 mit einer einzigen pulsierenden Verbrennungseinheit 10. Das Verbrennungssystem 1 umfaßt eine zylindrische Luftansaugkammer 12, eine Abgaskammer 14 und die zwischen die beiden Kammern 12 und 14 einge schaltete Verbrennungseinheit 10. Letztere weist eine Brennkammer 16 und ein Brennstoffspeisesystem 18 für die Lieferung eines Brenngases zur Brennkammer 16 auf.

Die Brennkammer 16 besitzt eine zylindrische Form, und ihr eines Ende ist durch einen geschlossenen Boden 20 verschlossen, während an ihrem anderen Ende eine Ab gasöffnung 22 vorgesehen ist. Letztere ist über ein Abgasrohr (tail pipe) 24 mit der Abgaskammer 14 ver bunden.

Gemäß Fig. 2 ist in der Umfangswand der Brennkammer 16 in der Nähe des geschlossenen Bodens 20 eine Luftansaug öffnung bzw. ein Lufteinlaß 26 vorgesehen. Eine gemäß Fig. 2 in der Brennkammer 16 angeordnete Zündeinheit 28 mit einem Entladungsstreckenabschnitt ist in die Um fangswand der Brennkammer 16 in der Nähe des Luftein lasses 26 eingebaut. Ein Flammensensor 30 zum Feststellen, ob das Gasgemisch in der Brennkammer 16 verbrannt wird oder nicht, ist in Gegenüberstellung zur Zündeinheit 28 in die Umfangswand der Brennkammer 16 eingebaut.

Das eine Ende eines Luftansaugrohrs 32 ist mit dem Luft einlaß 26 verbunden, während sein anderes Ende an die Luftansaugkammer 12 angeschlossen ist. Das Luftansaug rohr 32 ist mit der Brennkammer 16 so verbunden, daß seine Achse unter einem rechten Winkel zur Achse der Brennkammer 16 verläuft, die letztere Achse aber nicht schneidet.

Ein aerodynamisches Ventil bzw. Strömungsventil 34, dessen Vorwärtsstromwirkungsgrad größer ist als sein Rückstromwirkungsgrad, ist auf halber Länge des Luftan saugrohrs 32 in dieses eingesetzt. Das Strömungsventil 34 besitzt die Form einer Düse, deren Öffnungsfläche von der Luftansaugkammer 12 zur Brennkammer 16 hin all mählich abnimmt. Dies bedeutet, daß das Strömungsventil 34 so ausgelegt ist, daß es einen kleinen Strömungs widerstand für eine Strömung von der Luftansaugkammer 12 zur Brennkammer 16 und einen großen Strömungswider stand für eine Strömung in Gegenrichtung aufweist.

Eine nicht dargestellte Brennstoffeinlaßöffnung ist in einem Bereich zwischen einem Abschnitt, in welchem das Strömungsventil 34 angeordnet ist, und einer An schlußstelle an den Lufteinlaß 26 vorgesehen. An die Brennstoffeinlaßöffnung ist das eine Ende eines Brennstoff-Speiserohrs 36 angeschlossen, das mit einem nicht dargestellten Brenngasvorrat über ein Brennstoff- Speiseventil 38 in Form eines elektromagnetischen Ven tils (vgl. Fig. 1) verbunden ist. Im vorliegenden Fall ist beispielsweise ein von Hand regelbares Brennstoff regelventil 40 zwischen dem Brennstoff-Speiseventil 38 und der Brenngasversorgung vorgesehen, um die Verbren nungsleistung der pulsierenden Verbrennungseinheit 10 zu regeln.

Gemäß Fig. 2 ist am einen axialen Ende des Luftansaug rohrs 12 ein Lufteinlaß 42 ausgebildet, an den ein Luft speise- oder -fördergebläse 44 zum Einspeisen von Luft in die Brennkammer 12 angeschlossen ist.

Die Zündeinheit 28, das Brennstoff-Speiseventil 38 und das Luftfördergebläse 44 werden durch eine Verbrennungs regeleinheit 46 in der noch zu beschreibenden Beziehung nach Maßgabe des Meßergebnisses des Flammensensors 30 und eines Öffnungsgrads des Brennstoffregelventils 40 angesteuert.

Im folgenden ist die Arbeitsweise des vorstehend be schriebenen pulsierenden Verbrennungssystems zum Zünd zeitpunkt anhand des Ablaufdiagramms gemäß Fig. 3 und der graphischen Darstellung der Drehfrequenz des Luft förder-Gebläses gemäß Fig. 4 beschrieben.

Wenn zu einem Zeitpunkt T ₀ gemäß Fig. 4 ein Betriebs start- bzw. Anfahrbefehl S 1 geliefert wird, gibt die Verbrennungsregeleinheit 46 einen Ansteuerbefehl S 2 zum Luftförder-Gebläse 44 aus, um dieses mit niedriger Drehzahl in Drehung zu versetzen (Schritt ST 1). Das Gebläse 44 fördert dabei Luft durch die Luftansaug kammer 12, das Luftansaugrohr 32, das Strömungsventil 34, den Lufteinlaß 26 und die Brennkammer 16. Durch diesen Luftstrom wird das in der Brennkammer 16 zurück gebliebene Gas ausgespült.

Zu einem Zeitpunkt T ₁ nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitspanne t ₁ ab dem Zeitpunkt T ₀ liefert die Verbren nungsregeleinheit 46 einen Anfahrbefehl S 3 zur Zündein heit 28, um deren Betrieb oder Betätigung einzuleiten (Schritt ST 2). Zu einem Zeitpunkt T ₂ nach einer Zeit spanne t ₂ ab dem Zeitpunkt T ₁ liefert sodann die Ver brennungsregeleinheit 46 einen Öffnungsbefehl S 4 für das Brennstoff-Speiseventil 38 zum Öffnen desselben (Schritt ST 3). Wenn das Speiseventil 38 zum Öffnen an gesteuert ist, wird gasförmiger Brennstoff über das Speiserohr 36 und den Brennstoff-Einlaß in die Brenn kammer 16 eingeführt. Letztere wird dabei mit dem Gas gemisch aus gasförmigem Brennstoff und Luft gefüllt. Die bereits betriebsbereite Zündeinheit 28 zündet sodann das Gasgemisch, so daß die pulsierende Verbrennung in der Brennkammer 16 eingeleitet wird.

Zu diesem Zeitpunkt detektiert die Verbrennungsregel einheit 46 mittels eines Detektions- bzw. Meßsignals S 5 vom Flammensensor 30, ob das Gasgemisch in der Brenn kammer 16 verbrannt wird (gezündet ist) oder nicht (Schritt ST 4). Im negativen Fall bestimmt die Verbren nungsregeleinheit 46, ob eine Zeit von 10 s ab dem Zeitpunkt des Öffnens des Speiseventils 38, d.h. ab dem Zeitpunkt T ₂ verstrichen ist oder nicht (Schritt ST 5). Wenn die Zeitspanne von 10 s nicht verstrichen ist, kehrt das Programm zum Schritt ST 4 zurück, in welchem wiederum festgestellt wird, ob das Gasgemisch in der Brennkammer 16 verbrannt bzw. gezündet ist oder nicht. Im negativen Fall wird diese Detektion bzw. Bestimmung fortgesetzt, bis 10 s ab dem Zeitpunkt T ₂ verstrichen sind. Falls das Gasgemisch innerhalb der Brennkammer 16 auch nach Ablauf von 10 s ab dem Zeitpunkt T ₂, zu dem das Speiseventil 38 geöffnet wurde, nicht verbrannt oder gezündet ist, erfolgt eine Rückkehr zum Schritt ST 2, um wiederum einen Anfahrbefehl S 3 für die Zündeinheit 28 zu liefern und diese für eine vorbestimmte Zeit spanne zu betätigen. Die Schritte ST 2-ST 5 werden wie derholt, bis das Gasgemisch in der Brennkammer 16 brennt.

Wenn die Verbrennungsregeleinheit 46 anhand eines Meß signals S 5 vom Flammensensor 30 die Verbrennung (bzw. Zündung) des Gasgemisches in der Brennkammer 16 fest stellt, liefert sie zum Zeitpunkt T ₃ einen Ansteuerbe fehl S 2 für das Luftförder-Gebläse 44, um dieses mit hoher Drehzahl rotieren zu lassen (Schritt ST 6). Das Gebläse 44 liefert daraufhin über das Speiserohr 32, das Strömungsventil 34 und den Einlaß 26 eine große Luftmenge in die Brennkammer 16. Dadurch wird die Brenn kammer 16 mit einer größeren Luftmenge als zum Zeit punkt der Zündung, d.h. vor Beginn der Verbrennung, beschickt, so daß ein Übergang auf eine stabilisierte pulsierende Verbrennung erfolgt (Schritt ST 7). Beim Übergang auf die stabilisierte pulsierende Verbrennung, d.h. zum Zeitpunkt T ₄, liefert die Verbrennungsregel einheit 46 einen Ansteuerbefehl S 2 zum Luftförder-Ge bläse 44, um dieses abzuschalten (Schritt ST 8).

Die Temperatur innerhalb der Brennkammer 16 ist dabei niedrig, bis das Gasgemisch in der Brennkammer 16 ge zündet wird. Da hierbei der Druckverlust (oder -abfall) in der Brennkammer 16 niedrig ist, wird das Gebläse 44 mit niedriger Drehzahl in Drehung versetzt, um eine kleine Luftmenge in die Brennkammer 16 zu fördern. Nach dem Zünden des Gasgemisches (in der Brennkammer 16) steigt die Temperatur in der Brennkammer 16 schnell an, wobei auch der Druckverlust in der Brennkammer 16 an steigt. Bei der beschriebenen Ausführungsform wird je doch nach der Zündung eine große Luftmenge zwangsweise durch das Gebläse 44 eingespeist, so daß in der Brenn kammer 16 die stabilisierte Verbrennung fortlaufend stattfinden kann.

Das Gasgemisch in der Brennkammer 16 wird intermittie rend und explosionsartig (explosively) verbrannt. Bei dieser Verbrennung des Gasgemisches in der Brennkammer 16 steigt in letzterer der Druck an, wobei auch der Frontdruck am Brennstoffeinlaß ansteigt. Die Brenn stoffeinblasung in die Brennkammer 16 wird daher auto matisch angehalten. Wenn der Druck in der Brennkammer 16 schlagartig ansteigt, strömt der größte Teil des Verbrennungsgases im Abgasrohr 24 mit hoher Geschwin digkeit zur Abgaskammer 14. Der restliche Teil des Ver brennungsgases ist bestrebt, über das Strömungsventil 34 zur Luftansaugkammer 12 zu strömen. Da das Strö mungsventil 34 jedoch einer Strömung von der Brenn kammer 16 zur Luftansaugkammer 12 einen großen Strö mungswiderstand entgegensetzt, wird die zur Luftan saugkammer 12 (zurück)strömende Menge an Verbrennungs gas auf einen geringen Anteil unterdrückt oder begrenzt.

Die von der explosionsartigen Verbrennung des Gasge misches herrührende Druckänderung in der Brennkammer 16 setzt sich über das Strömungsventil 34 in die Luft ansaugkammer 12 fort. Durch diese Druckausbreitung wird die über das Strömungsventil 34 in die Brenn kammer 16 einströmende Luftmenge vergrößert. Wenn das Verbrennungsgas aus der Brennkammer 16 mit hoher Ge schwindigkeit zum Abgasrohr 24 strömt, fällt der in der Brennkammer 16 herrschende Druck aufgrund der Trägheit des Verbrennungsgases im Abgasrohr 24 schnell auf einen negativen Druck bzw. Unterdruck (unterhalb des Atmospharen drucks) ab.

Wenn der in der Brennkammer 16 herrschende Druck auf den negativen Wert abfällt, wird die Brennstoffein blasung oder -einleitung über den Brennstoffeinlaß wie der eingeleitet. Dabei strömt die Luft über das Strö mungsventil 34 mit hoher Geschwindigkeit in die Brenn kammer 16 ein. Die über das Strömungsventil 34 in die Brennkammer 16 einströmende Luft beaufschlagt dabei den über den Brennstoffeinlaß eingeführten gasförmigen Brennstoff unter Erzeugung einer Wirbelströmung, die längs der Innenfläche der Umfangswand der Brennkammer 16 wirbelt, so daß damit Brennstoff und Luft gut mit einander vermischt werden. Hierdurch wird die Brenn kammer 16 wiederum mit dem Gasgemisch aus Brennstoff und Luft gefüllt. Zu diesem Zeitpunkt ist noch eine Restflamme in der Brennkammer 16 vorhanden, wodurch das Gasgemisch zur erneuten Einleitung der explosions artigen Verbrennung gezündet wird.

Auf die beschriebene Weise kann bei der vorstehenden Ausführungsform die für die Verbrennung nötige Luft nach der Zündung zwangsweise zugeführt werden, so daß die durch den Einbau des Strömungsventils in das Brenn stoff-Speiserohr hervorgerufene Instabilität der Ver brennung ausgeschaltet oder vermieden werden kann.

Die Änderung oder Variation der Verbrennungsmenge oder -größe im Zustand der stabilisierten pulsierenden Ver brennung ist nachstehend anhand der Fig. 5 und 6 er läutert. Fig. 5 veranschaulicht in graphischer Darstel lung die Beziehung zwischen dem Druck in der Brenn kammer 16 und dem Druck stromauf des Strömungsventils 34. Fig. 6 zeigt in graphischer Darstellung die Be ziehung zwischen dem Verhältnis des tatsächlichen oder Ist-Öffnungsgrads zum Bezugs-Öffnungsgrad des Brenn stoffregelventils 40, d.h. des Verhältnisses der Ist- Brennstoffeinspeisemenge zur Standard-Brennstoffein speisemenge, und dem Druck P _u stromauf des Strömungs ventils 34.

Die Verbrennungsregeleinheit 46 detektiert oder erfaßt dabei den Öffnungsgrad des Brennstoffregelventils 40 anhand eines von diesem gelieferten Öffnungsgradsignals S 6.

Der Zeitpunkt, zu dem das Brennstoffregelventil 40 den Standard-Öffnungsgrad aufweist, wird als Bezugswert be nutzt, und zwar zum Zeitpunkt der Bezugszeit, zu der das Luftförder-Gebläse 44 abgeschaltet ist, und wenn sich der Öffnungsgrad vom Bezugsöffnungsgrad aus ver größert, wird das Gebläse 44 mit einer Drehfrequenz entsprechend dem vergrößerten Öffnungsgrad in Normal richtung in Drehung versetzt. Wenn sich der Öffnungs grad vom Bezugsöffnungsgrad aus verkleinert, wird das Gebläse 44 mit der Drehfrequenz entsprechend dem ver kleinerten Öffnungsgrad in Gegenrichtung in Drehung versetzt. Diese Steuerung erfolgt durch Zuspeisung eines Ansteuerbefehls S 2 zum Luftförder-Gebläse 44.

Wenn der Öffnungsgrad des Brennstoffregelventils 40 dem Bezugs-Öffnungsgrad entspricht, d.h. bei normaler Verbrennung, bleibt das Luftförder-Gebläse 44 abge schaltet. Zu diesem Zeitpunkt entspricht der Druck P _u stromauf des Strömungsventils 34 dem Druck P ₀ auf der Ordinate gemäß Fig. 5. Der in der Brennkammer 16 herr schende Druck P variiert im Zeitablauf. Während der Zeitspanne zwischen den Zeitpunkten T ₁₁-T ₁₄ (Fig. 5) ist daher der in der Brennkammer 16 herrschende Druck P niedriger als der Druck P ₀ stromauf des Strömungsven tils, so daß Verbrennungsluft über das Strömungsventil 34 in die Brennkammer 16 einströmt.

Wenn der Öffnungsgrad des Brennstoffregelventils 40 vergrößert wird, um die Verbrennungsleistung oder -energie des pulsierenden Verbrennungssystems 1 zu er höhen, wird das Öffnungsgradsignal S 6 der Verbrennungs regeleinheit 46 zugespeist. Letztere erfaßt anhand des Öffnungsgradsignals S 6 die in die Brennkammer 16 ein strömende Brennstoffmenge. Der Ansteuerbefehl S 2 wird zum Luftförder-Gebläse 44 geliefert, um dieses in Nor malrichtung in Drehung zu versetzen, und zwar unter Einstellung der Drehfrequenz auf eine Größe entspre chend dem Öffnungsgrad, d.h. auf eine Größe entspre chend der in die Brennkammer 16 einströmenden Brenn stoffmenge. Dies bedeutet, daß der Druck P _u stromauf des Strömungsventils 34 in Abhängigkeit von der Brenn stoffmenge variiert wird. Die Verbrennungsregeleinheit 46 regelt dabei Drehrichtung und Drehfrequenz des Ge bläses 44 entsprechend der Beziehung gemäß Fig. 6.

Infolgedessen geht der stromauf des Strömungsventils 34 herrschende Druck P _u von dem Druck P ₀ auf den Druck P ₁ über. Demzufolge strömt Verbrennungsluft in die Brennkammer 16 über das Strömungsventil 34 während der Zeitspanne T ₁₀-T ₁₄, in der der in der Brennkammer 16 herrschende Druck P niedriger ist als der Druck P _u (=P ₁) stromauf des Strömungsventils 34. Dabei strömt Verbrennungsluft in einer Menge entsprechend der in die Brennkammer 16 einströmenden Brennstoffmenge in die Brennkammer 16 ein. Infolgedessen ist das Verhält nis von Brennstoff zu Luft praktisch das gleiche wie bei der normalen Verbrennung, wobei eine Verbrennung mit hoher Verbrennungsleistung (combustion amount) ohne das Auftreten einer unvollständigen Verbrennung stattfindet.

Wenn der Öffnungsgrad des Brennstoffregelventils 40 vom Bezugswert aus verkleinert wird, um die Verbrennungs leistung oder -energie (combustion power) des pulsieren den Verbrennungssystems 1 herabzusetzen, wird das Öff nungsgradsignal S 6 zur Verbrennungsregeleinheit 46 ge liefert. Letztere detektiert oder mißt die in die Brenn kammer 16 einströmende Brennstoffmenge nach Maßgabe des Öffnungsgradsignals S 6. Dabei wird der Ansteuerbefehl S 2 zum Luftförder-Gebläse 44 geliefert, um dieses in Gegenrichtung in Drehung zu versetzen und seine Dreh frequenz auf eine Größe entsprechend der verringerten Menge einzustellen, nämlich auf die Größe entsprechend der in die Brennkammer 16 einströmenden Brennstoffmenge. Dies bedeutet, daß der stromauf des Strömungsventils 34 herrschende Druck P _u in Abhängigkeit von der Brenn stoffmenge variiert wird. Infolgedessen geht dieser Druck P _u vom Druck P ₀ auf den Druck P ₂ über. Die Ver brennungsluft strömt daher über das Strömungsventil 34 in die Brennkammer 16 während der Zeit T ₁₂-T ₁₃ ein, zu welcher der in der Brennkammer 16 herrschende Druck P niedriger ist als der Druck P _u (=P ₂) stromauf des Strömungsventils 34. Die in die Brennkammer 16 ein strömende Verbrennungsluftmenge ist daher kleiner als die Luftmenge bei normaler Verbrennung, und sie ent spricht der in die Brennkammer 16 einströmenden Brenn stoffmenge. In diesem Fall ist demzufolge das Brenn stoff-Luftverhältnis im wesentlichen das gleiche wie während der normalen Verbrennung, wobei eine Verbren nung entsprechend der Brennstoffmenge stattfindet, ohne daß eine unvollständige Verbrennung erfolgt.

Fig. 7 veranschaulicht (CO/CO₂)-Kennlinien für das Ver hältnis zwischen der Standard-Brennstoffeinspeisemenge und der Ist-Brennstoffeinspeisemenge beim pulsierenden Verbrennungssystem 1. In Fig. 7 steht die gestrichelte Kurve A für die Kennlinie des herkömmlichen pulsieren den Verbrennungssystems, während die ausgezogene Kurve B die Kennlinie für das erfindungsgemäße pulsierende Verbrennungssystem 1 darstellt. Hierbei findet eine zufriedenstellende Verbrennung statt, wenn der (CO/CO₂)-Wert niedrig ist, und beim erfindungsgemäßen Verbren nungssystem 1 findet daher die zufriedenstellende Ver brennung dann statt, wenn das Verhältnis zwischen Stan dard- und Ist-Brennstoffeinspeisemenge im Bereich von 0,5-2,2 liegt. Das erfindungsgemäße Verbrennungs system 1 besitzt somit eine Verbrennungsleistung-Varia tionsbreite H im Bereich des Verhältnisses zwischen Standard- und Ist-Brennstoffeinspeisemenge von etwa 0,5-2,2. Dies bedeutet, daß beim erfindungsgemäßen Verbrennungssystem 1 die Verbrennungsleistung (combustion performance) bei konstantem Brennstoff-Luftverhältnis im Vergleich zum herkömmlichen pulsierenden Verbrennungs system innerhalb eines beträchtlichen Bereichs variier bar ist.

Auf die beschriebene Weise wird die Differenz zwischen dem Druck P _u stromauf des Strömungsventils 34 und dem Druck P in der Brennkammer 16 in Abhängigkeit von der in letzterer einströmenden Brennstoffmenge geregelt, so daß die Luftspeisemenge entsprechend der Vergröße rung oder Verkleinerung der Brennstoffmenge variiert werden kann und die Variations- bzw. Regelbreite der Verbrennungsmenge oder -größe in dem Zustand, in wel chem das Brennstoff-Luftverhältnis für die Verbrennung im wesentlichen konstantgehalten wird, beträchtlich er weitert sein kann.

Im folgenden ist ein zwei parallelgeschaltete pulsierende Verbrennungseinheiten aufweisendes pulsierendes Ver brennungssystem gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung beschrieben.

Das in den Fig. 8 und 9 dargestellte pulsierende Ver brennungssystem 50 besteht aus einer zylindrischen Luft ansaugkammer 52, einer Ausstoß- oder Abgaskammer 54, pulsierenden Verbrennungseinheiten (combustors) 10 a und 10 b jeweils gleicher Ausgestaltung und gleicher Ab messungen, die zwischen Luftansaugkammer 52 und Ab gaskammer 54 eingeschaltet sind, und einem Brennstoff speisesystem 56 für die Zuspeisung von gasförmigem Brennstoff zu den pulsierenden Verbrennungseinheiten 10 a und 10 b.

Die eine Verbrennungseinheit 10 a weist eine zylin drische Brennkammer 16 a auf, die unterseitig durch einen geschlossenen Boden 20 a verschlossen ist, während im anderen Ende eine Abgasöffnung 22 a ausgebildet ist, die ihrerseits über ein Abgasrohr 24 a mit einer Abgas kammer 54 verbunden ist.

Gemäß Fig. 9 ist ein Lufteinlaß 26 a in der Umfangswand der Brennkammer 16 a an einer Stelle in der Nähe des ge schlossenen Bodens 20 a vorgesehen. Eine Zündeinheit 28 a mit einem in der Brennkammer 16 a angeordneten Entla dungsstreckenabschnitt ist gemäß Fig. 9 in die Umfangs wand der Brennkammer 16 a an einer Stelle in der Nähe des Lufteinlasses 26 a eingebaut. Ein Flammensensor 30 a zur Feststellung, ob das Gasgemisch innerhalb der Brennkammer 16 a verbrennt oder nicht, ist an einer der Zündeinheit 28 a gegenüberstehenden Stelle in die Um fangswand der Brennkammer 16 a eingebaut.

An den Lufteinlaß 26 a ist das eine Ende eines Luftan saugrohrs 32 a angeschlossen, dessen anderes Ende mit einer Luftansaugkammer 52 verbunden ist. Das Luftan saugrohr 32 a ist an die Brennkammer 16 a so angeschlossen, daß seine Achse unter einem rechten Winkel zur Achse der Brennkammer 16 a verläuft, die letztere Achse jedoch nicht schneidet.

Etwa auf halber Länge des Luftansaugrohrs 32 a ist in dieses ein aerodynamisches Ventil bzw. Strömungsventil 34 a eingesetzt, dessen Vorwärtsstromwirkungsgrad größer ist als sein Rückstromwirkungsgrad. Das Strömungsven til 34 a liegt in Form einer Düse vor, deren Öffnungs fläche bzw. -querschnitt sich von der Luftansaugkammer 52 zur Brennkammer 16 a hin fortlaufend verkleinert. Das Strömungsventil 34 a bietet somit einen kleinen Strömungswiderstand für eine Strömung von der Luftan saugkammer 52 zur Brennkammer 16 a und einen großen Strömungswiderstand für einen Strom in Gegenrichtung.

Die andere pulsierende Verbrennungseinheit 10 b umfaßt ebenfalls eine Brennkammer 16 b, einen geschlossenen Boden 20 b, eine Abgasöffnung 22 b, ein Abgasrohr 24 b, einen Lufteinlaß 26 b, eine Zündeinheit 28 b, einen Flammensensor 30 b, ein Luftansaugrohr 32 b und ein aero dynamisches bzw. Strömungsventil 34 b; diese Verbrennungs einheit besitzt denselben Aufbau und die gleichen Ab messungen wie die Verbrennungseinheit 10 a.

Brennstoffeinlässe 58 a und 58 b sind in jeweiligen Ab schnitten zwischen den Einbaustellen der Strömungs ventile 34 a bzw. 34 b und den Anschlußstellen an den Lufteinlässen 26 a bzw. 26 b in der Umfangswand der Luft ansaugrohre 32 a bzw. 32 b vorgesehen. Eine Rohrleitung 60 a am einen Ende des sich in zwei Abschnitte verzwei genden Luftspeiserohrs 36 ist an den einen Brennstoff einlaß 58 a angeschlossen. Die andere Rohrleitung 60 b am anderen Ende des Brennstoffspeiserohrs 36 ist an den anderen Brennstoffeinlaß 58 b angeschlossen. Das Brenn stoffspeiserohr 36 ist mit einer nicht dargestellten Brenngasversorgung über ein Brennstoffspeiseventil 38 in Form eines elektromagnetischen Ventils (vgl. Fig. 8) verbunden. Im vorliegenden Fall ist beispielsweise ein von Hand regelbares Brennstoffregelventil 40 zwi schen dem Brennstoffspeiseventil 38 und der Brenngas versorgung angeordnet, um damit die Verbrennungslei stung oder -energie des pulsierenden Verbrennungs systems 50 regeln zu können.

Gemäß Fig. 9 ist am einen axialen Ende der Luftansaug kammer 52 ein Lufteinlaß 42 vorgesehen. Mit letzterem ist ein Luftförder-Gebläse 44 zum Einspeisen von Luft in die Luftansaugkammer 52 verbunden.

Die genannten Zündeinheiten 28 a und 28 b, das Brenn stoffspeiseventil 38 und das Luftförder-Gebläse 44 wer den auf ähnliche Weise wie bei der vorher beschriebenen pulsierenden Verbrennungseinheit 10 durch die Verbren nungsregeleinheit 52 in Abhängigkeit von den Detek tions- oder Meßergebnissen der Flammensensoren 30 a und 30 b und dem Öffnungsgrad des Brennstoffregelventils 40 geregelt bzw. angesteuert. Die Verbrennungsregeleinheit 62 regelt auf vorher beschriebene Weise die Drehfrequenz des Gebläses 44 durch Lieferung des Ansteuerbefehls S 2 zum Gebläse 44 in Abhängigkeit vom Anfahrbefehl S 1 und den Meßsignalen S _5A und S _5B von den Flammensensoren 30 a bzw. 30 b. Die Verbrennungsregeleinheit 62 regelt wei terhin die Drehfrequenz des Luftförder-Gebläses 44 durch Zuspeisung des Ansteuerbefehls S 2 zum Gebläse 44 nach Maßgabe des Öffnungsgradsignals S 6 vom Brennstoff regelventil 40. Die Verbrennungsregeleinheit 62 liefert weiterhin in Abhängigkeit vom Anfahrbefehl S 1 die Be triebsstart- bzw. Anfahrbefehle S _3A und S _3B zu den Zünd einheiten 28 a bzw. 28 b zur Betätigung derselben, und sie liefert ferner den Öffnungsbefehl S 4 zum Brennstoff speiseventil 38 für das Öffnen desselben.

Bei diesem Verbrennungssystem 50 kann somit die für die Verbrennung nötige Luft auch nach erfolgter Zündung zwangsweise in die Brennkammern 16 a und 16 b eingespeist werden, so daß damit eine Instabilität der Verbrennung vermieden wird, die dann auftritt oder auftreten kann, wenn die Strömungsventile 34 a und 34 b in die Brenn stoffspeiserohre 32 a bzw. 32 b eingesetzt sind. Weiter hin kann eine Differenz zwischen dem Druck P _u stromauf der Strömungsventile 34 a und 34 b und dem Druck P in den Brennkammern 16 a und 16 b in Abhängigkeit von der in diese Brennkammern einströmenden Brennstoffmenge geregelt werden, um damit die Lufteinspeisemenge ent sprechend der Zunahme oder Verkleinerung der Brenn stoffmenge zu variieren. Die Variations- oder Regel breite (variable width) der Verbrennungsgröße kann in dem Zustand, in welchem das Verhältnis zwischen Brenn stoff und Luft für Verbrennung praktisch konstant bleibt, erheblich erweitert werden.

Fig. 10 veranschaulicht ein pulsierendes Verbrennungs system 70 gemäß einer dritten Ausführungsform der Er findung. In Fig. 10 sind den Teilen von Fig. 8 entspre chende Teile mit denselben Bezugsziffern wie vorher be zeichnet und daher nicht mehr im einzelnen erläutert.

Das pulsierende Verbrennungssystem 70 unterscheidet sich vom pulsierenden Verbrennungssystem 50 nach Fig. 8 in der Ausgestaltung der Druckregeleinrichtung zur Re gelung einer Differenz zwischen dem Druck P in den Brennkammern 16 a und 16 b und dem Druck P _u stromauf der Strömungsventile 34 a und 34 b. Beim Verbrennungssystem 50 gemäß der zweiten Ausführungsform (Fig. 8) werden nämlich Drehrichtung und Drehfrequenz des Luftförder- Gebläses 44 geregelt bzw. eingestellt, um damit die genannte Druckdifferenz zu regeln. Beim Verbrennungs system 70 gemäß Fig. 10 wird andererseits die Dreh frequenz des Luftförder-Gebläses 72 konstantgehalten, während stattdessen die an einem Einlaß 74 des Gebläses 72 angesaugte Luftmenge geregelt wird.

Am Einlaß 74 des Gebläses 72 ist dabei ein Schieber 76 vorgesehen, der mittels einer Stelleinheit 78 ver schiebbar am Gebläse 72 montiert ist. Die Stelleinheit 78 wird durch ein Öffnungsgrad-Regelventil S 8 von einer Verbrennungsregeleinheit 80 angesteuert, um den Schie ber zum Ändern des Öffnungsgrads des Einlasses 74 zu verschieben. Abgesehen von der Ansteuerung der Stell einheit 78 arbeitet die Verbrennungsregeleinheit 80 im wesentlichen auf die gleiche Weise wie die vorher be schriebene Verbrennungsregeleinheit 62.

Beim Verbrennungssystem 70 nach Fig. 10 wird der Öff nungsgrad (opening rate) zum Zeitpunkt der Zündung auf die in Fig. 11 gezeigte Weise geregelt. In Fig. 11 ent spricht die Zeitachse derjenigen nach Fig. 4. Der Öff nungsgrad des Lufteinlasses 74 des Gebläses 72 wird nämlich während der Zeit bis zur Zündung, d.h. bis zum Zeitpunkt T ₃ verringert, und der Öffnungsgrad des Luft einlasses 74 des Gebläses 72 wird mittels des Schiebers 76 ab dem Zündzeitpunkt T ₃ vergrößert. Infolgedessen kann die für die Verbrennung nötige Luft nach der Zün dung zwangsweise in die Brennkammern 16 a und 16 b - auf ähnliche Weise wie bei der vorher beschriebenen zweiten Ausführungsform - eingespeist werden, so daß eine sta bilisierte Verbrennung gewährleistet werden kann.

Bei Änderung des Verbrennungsgrads (combustion amount) wird der Öffnungsgrad des Lufteinlasses 74 des Luft förder-Gebläses 72 mittels des Schiebers 76 vergrößert oder verkleinert, so daß damit, ähnlich wie bei der zweiten Ausführungsform, eine weite Variations- oder Regelbreite gewährleistet wird.

Ersichtlicherweise kann die Druckregelung durch Regeln des Öffnungsgrads des Lufteinlasses 74 am Gebläse 72 auch beim pulsierenden Verbrennungssystem 1 gemäß Fig. 1 mit der einzigen pulsierenden Verbrennungsein heit angewandt werden.

Fig. 12 zeigt ein pulsierendes Verbrennungssystem 90 gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung. In Fig. 12 sind die den Teilen von Fig. 10 entsprechenden Teile mit den gleichen Bezugsziffern wie vorher be zeichnet und daher nicht mehr im einzelnen erläutert.

Das pulsierende Verbrennungssystem 90 gemäß Fig. 12 un terscheidet sich vom Verbrennungssystem 70 nach Fig. 10 bezüglich der Ausgestaltung der Druckregeleinrichtung zum Regeln einer Differenz zwischen dem Druck P in den Brennkammern 16 a und 16 b und dem Druck P _u stromauf der Strömungsventile 34 a und 34 b. Beim Verbrennungssystem 70 gemäß Fig. 10 ist der Schieber 76 zur Änderung des Öffnungsgrads des Lufteinlasses 74 des Luftförder-Ge bläses 72 vorgesehen, während bei der Ausführungsform nach Fig. 12 anstelle des Schiebers 76 eine Klappe bzw. ein Schieber 92 vorgesehen ist, die bzw. der eine zwi schen dem Luftförder-Gebläse 44 und der Luftansaug kammer 52 vorgesehene Ablaßbohrung 94 verschließt, über welche ein Teil des vom Gebläse 44 geförderten Luft stroms aus der Luftansaugkammer 52 entweichen kann. Diese Klappe 92 ist durch einen Klappenantrieb 96 ge haltert und bewegbar. Dieser Klappenantrieb 96 wird durch ein Klappenansteuersignal S 9 von einer Verbren nungsregeleinheit 98 angesteuert, um die Klappe 92 zum Öffnen und Schließen der Ablaßbohrung 94 zu bewegen.

Beim pulsierenden Verbrennungssystem 90 wird bei der Zündung oder bei der Änderung des Verbrennungsgrads die Klappe 92 zur Regelung der in die Luftansaugkammer 52 einströmenden Luftmenge verstellt, und zwar auf ähnliche Weise wie bei der dritten Ausführungsform. Infolgedessen kann die für die Verbrennung nötige Luft nach der Zündung auf ähnliche Weise wie bei der dritten Ausführungsform zwangsweise in die Brenn kammern 16 a und 16 b eingespeist werden. Damit kann eine stabilisierte Verbrennung erzielt werden, und der Verbrennungsgrad ist innerhalb eines weiten Variations- bzw. Regelbereichs regelbar.

Die Druckregelung durch Öffnen und Schließen der Ablaß bohrung 94 ist ersichtlicherweise auch auf das eine einzige pulsierende Verbrennungseinheit verwendende pulsierende Verbrennungssystem 1 gemäß Fig. 1 anwendbar.

Ähnliche Wirkungen wie bei den beschriebenen ersten und zweiten Ausführungsformen lassen sich auch dann er zielen, wenn das Luftförder-Gebläse 44 als Luftansaug gebläse auf die in den Fig. 13A und 13B gezeigte Weise den Abgaskammern 14 bzw. 54 nachgeschaltet wird, um die Absaugmenge des Abgases variabel zu regeln, anstatt das Gebläse 44 den Luftansaugkammern 12 bzw. 52 vorzu schalten. Eine entsprechende Anschlußanordnung ist auch bei den vorstehend beschriebenen dritten und vierten Ausführungsformen anwendbar.

Die Erfindung ist verschiedenen Abwandlungen zugänglich. Beispielsweise kann ein Luftförder-Gebläse in einer Luftansaugkammer angeordnet sein. Außerdem kann ein Schieber oder eine Klappe an einer beliebigen Stelle vorgesehen sein, solange damit der durch das Gebläse geförderte Luftstrom begrenzt bzw. gedrosselt werden kann.

Claims

1. Pulsierendes Verbrennungssystem, umfassend
eine pulsierende Verbrennungseinheit (combustor) (10) mit einer Brennkammer (16), die einen Lufteinlaß (26) und eine Abgas(auslaß)öffnung (22) aufweist,
einem Luftansaugrohr (32), dessen eines Ende an den Lufteinlaß (26) angeschlossen ist, und einem am einen Ende mit der Abgasöffnung (22) verbundenen Abgasrohr (24),
eine Brennstoffversorgung (18) zum Zuspeisen von Brennstoff in die Brennkammer (16),
eine zum Einspeisen von Verbrennungsluft in die Brennkammer (16) über das Luftansaugrohr (32) und den Lufteinlaß (26) dienende Lufteinlaß- oder -an saugeinheit mit einer Luftversorgung (12) zum Zu führen der Verbrennungsluft und einer im Luftansaug rohr (32) vorgesehenen Rückstrombegrenzungseinheit (34) zur Begrenzung eines Rückstroms von Luft aus dem Inneren der Brennkammer (16) zur Luftversorgung (12) sowie
eine mit der Brennstoffversorgung (18) verbundene Brennstoffmengen-Variier- oder -Regeleinheit (40) zur Änderung der der Brennkammer (16) zugespeisten Brennstoffmenge,
gekennzeichnet durch eine Druckregeleinrichtung zum Regeln der in die Brennkammer (16) strömenden Luftmenge durch variable Regelung einer Differenz (differential) zwischen dem in der Brennkammer herrschenden Druck und dem Druck zwischen der Luftversorgung (12) und der Rückstrom begrenzungseinheit (34) entsprechend (nach Maßgabe) der durch die Brennstoffmengen-Regeleinheit (40) variierten bzw. geänderten Brennstoffmenge.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckregeleinrichtung eine Einlaß- oder Ansaug system-Druckregeleinheit zum Regeln der Druckdiffe renz durch Regelung des Drucks zwischen der Luftver sorgung (12) und der Rückstrombegrenzungseinheit (34) entsprechend (nach Maßgabe) der durch die Brenn stoffmengen-Regeleinheit (40) geänderten Brenn stoffmenge aufweist.

3. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansaugsystem-Druckregeleinheit eine Luftmengen regeleinheit zum Zuspeisen von Luft in der Menge entsprechend der durch die Brennstoffmengen-Regel einheit (40) geänderten Brennstoffmenge von der Luft versorgung (12) her aufweist.

4. System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftmengenregeleinheit ein an die Luftversorgung (12) angeschlossenes Luftförder-Gebläse (44) zur Zufuhr von Luft in die Luftversorgung (12) und eine Regeleinheit (46) zum Regeln der vom Gebläse (44) der Luftversorgung (12) zugeführten Luftmenge entsprechend (nach Maßgabe) der durch die Brenn stoffmengen-Regeleinheit (40) geänderten Brennstoff menge aufweist.

5. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckregeleinrichtung eine Brennkammerdruck- Regeleinheit zum Regeln der Druckdifferenz durch Regeln des in der Brennkammer (16) herrschenden Drucks entsprechend (nach Maßgabe) der durch die Brennstoffmengen-Regeleinheit (40) geänderten Brenn stoffmenge aufweist.

6. System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammerdruck-Regeleinheit eine Strömungs regeleinheit zum Regeln einer Strömungsmenge des aus dem Abgasrohr (24) ausströmenden Abgases ent sprechend (nach Maßgabe) der durch die Brennstoff mengen-Regeleinheit (40) geänderten Brennstoffmenge aufweist.

7. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsregeleinheit ein an das Abgasrohr (24) angeschlossenes Luftabsaug-Gebläse (44) zum Ab saugen von Abgas aus dem Abgasrohr (24) und eine Regeleinheit (46) zum Regeln oder Ansteuern des Ge bläses (44) entsprechend (nach Maßgabe) der durch die Brennstoffmengen-Regeleinheit (40) geänderten Brennstoffmenge zwecks Regelung der Absaugmenge an Abgas aus dem Abgasrohr (24) aufweist.

8. Pulsierendes Verbrennungssystem, umfassend zwei jeweils den gleichen Aufbau aufweisende pul sierende Verbrennungseinheiten (10 a, 10 b) mit je weils einer Brennkammer (16 a, 16 b), die einen Luft einlaß (26 a, 26 b) und eine Abgas(auslaß)öffnung (22 a, 22 b) aufweist, einem mit dem einen Ende an den Lufteinlaß (26 a, 26 b) angeschlossenen Luftan saugrohr (32 a, 32 b) und einem mit dem einen Ende an die Abgasöffnung (22 a, 22 b) angeschlossenen Ab gasrohr (24 a, 24 b),
eine Brennstoffversorgung (56) zum Zuspeisen von Brennstoff in die Brennkammern (16 a, 16 b),
eine zur Zuspeisung von Verbrennungsluft in die Brennkammern (16 a, 16 b) über das Luftansaugrohr (32 a, 32 b) und den Lufteinlaß (26 a, 26 b) dienende Lufteinlaß- oder -ansaugeinheit mit einer Luftver sorgung (52) zum Zuspeisen der Verbrennungsluft und (je) einer in den Luftansaugrohren (32 a, 32 b) ange ordneten Rückstrombegrenzungseinheit (34 a, 34 b) zum Begrenzen des Rückstroms von Luft aus dem Inneren der Brennkammern (16 a, 16 b) zur Luftversorgung (52) sowie
eine mit der Brennstoffversorgung (56) verbundene Brennstoffmengen-Variier- oder -Regeleinheit (40) zur Änderung der den Brennkammern (16 a, 16 b) zuge speisten Brennstoffmenge,
gekennzeichnet durch eine Druckregeleinrichtung zum Regeln der in die Brennkammern (16 a, 16 b) strömenden Luftmenge durch variable Regelung einer Differenz zwischen dem in den Brennkammern (16 a, 16 b) herrschenden Druck und dem Druck zwischen der Luftversorgung (52) und der (den) Rückstrombegrenzungseinheit(en) entsprechend (nach Maßgabe) der durch die Brennstoffmengen-Regel einheit (40) geänderten Brennstoffmenge.

9. System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckregeleinrichtung eine Einlaß- oder Ansaug system-Druckregeleinheit zum Regeln der Druckdiffe renz durch Regelung des Drucks zwischen der Luftver sorgung (52) und den Rückstrombegrenzungseinheiten (34 a, 34 b) entsprechend (nach Maßgabe) der durch die Brennstoffmengen-Regeleinheit (40) geänderten Brennstoffmenge, um damit die Differenz zu regeln, aufweist.

10. System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansaugsystem-Druckregeleinheit eine Luftmengen regeleinheit zum Zuspeisen von Luft in der Menge entsprechend der durch die Brennstoffmengen-Regel einheit (40) geänderten Brennstoffmenge von der Luftversorgung (52) her aufweist.

11. System nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftmengenregeleinheit ein an die Luftver sorgung (52) angeschlossenes Luftförder-Gebläse (44; 72) zur Zufuhr von Luft in die Luftversorgung (52) und eine Regeleinheit (62; 80; 98) zum Regeln der vom Gebläse (44; 72) der Luftversorgung (52) zugeführten Luftmenge entsprechend (nach Maßgabe) der durch die Brennstoffmengen-Regeleinheit (40) geänderten Brennstoffmenge aufweist.

12. System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckregeleinrichtung eine Brennkammer druck-Regeleinheit zum Regeln der Druckdifferenz durch Regeln des in den Brennkammern (16 a, 16 b) herrschenden Drucks entsprechend (nach Maßgabe) der durch die Brennstoffmengen-Regeleinheit (40) geänderten Brennstoffmenge aufweist, um damit die Differenz zu regeln.

13. System nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammerdruck-Regeleinheit eine Strö mungsregeleinheit zum Regeln einer Strömungsmenge des aus den Abgasrohren (24 a, 24 b) ausströmenden Abgases entsprechend (nach Maßgabe) der durch die Brennstoffmengen-Regeleinheit (40) geänderten Brennstoffmenge aufweist.

14. System nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsregeleinheit ein an die Abgas rohre (24 a, 24 b) angeschlossenes Luftabsaug-Gebläse (44; 72) zum Absaugen von Abgas aus den Abgasrohren (24 a, 24 b) und eine Regeleinheit (62; 80; 98) zum Regeln oder Ansteuern des Gebläses (44; 72) entspre chend (nach Maßgabe) der durch die Brennstoffmengen- Regeleinheit (40) geänderten Brennstoffmenge zwecks Regelung der Absaugmenge an Abgas aus den Abgas rohren (24 a, 24 b) aufweist.

15. Pulsierendes Verbrennungssystem, umfassend
eine Verbrennungseinheit (10; 10 a) mit einer Brenn kammer (16; 16 a), die einen Lufteinlaß (26; 26 a) und eine Abgas(auslaß)öffnung (22; 22 a) aufweist,
einem mit dem einen Ende an den Lufteinlaß (26; 26 a) angeschlossenen Luftansaugrohr (32; 32 a), einem mit dem einen Ende an die Abgasöffnung (22; 22 a) ange schlossenen Abgasrohr (24; 24 a) und einer in der Brennkammer (16; 16 a) vorgesehenen Zündeinheit (30; 30 a) zum Zünden eines Gasgemisches aus Luft und Brennstoff innerhalb der Brennkammer (16; 16 a) zum Anfahrzeitpunkt,
eine Brennstoffversorgung (18; 56) zum Zuspeisen von Brennstoff in die Brennkammer (16; 16 a) und
eine zur Zuspeisung von Verbrennungsluft in die Brennkammer (16; 16 a) über das Luftansaugrohr (32; 32 a) und den Lufteinlaß (26; 26 a) dienende Luftein laß- oder -ansaugeinheit mit einer an das Luftan saugrohr (32; 32 a) angeschlossenen Luftversorgung (12; 52) zum Zuspeisen der Verbrennungsluft und einem im Luftansaugrohr (32; 32 a) vorgesehenen aerodynamischen Ventil oder Strömungsventil (34; 34 a), dessen Vorwärtsstromkoeffizient größer ist als sein (Rück-)Stromkoeffizient in Gegenrichtung und das einen Rückstrom von Luft aus dem Inneren der Brennkammer (16; 16 a) zur Luftversorgung (12; 52) begrenzt,
gekennzeichnet durch eine Druckregeleinrichtung zum Aufrechterhalten einer Druckdifferenz (eines Wirkdrucks) zwischen dem stromauf des Strömungsventils (34; 34 a) herrschenden Druck und dem in der Brennkammer (16; 16 a) herrschenden Druck auf einer vorbestimmten Größe oder einer höheren Größe zumindest ab dem Zeitpunkt, zu dem das Gasgemisch zum Zeitpunkt des Betriebsbeginns bzw. Anfahrens der pulsieren den Verbrennungseinheit (10; 10 a) durch die Zünd einheit (30; 30 a) gezündet wird.

16. System nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckregeleinrichtung eine Druckerhöhungs einheit (pressurizing means) zum Erhöhen des strom auf des Strömungsventils (34; 34 a) herrschenden Drucks auf mindestens einen vorbestimmten Druck ab dem Zündzeitpunkt aufweist.

17. System nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckerhöhungseinheit ein mit der Luftver sorgung (12; 52) verbundenes Luftförder-Gebläse (44; 72) zum Zuführen von Luft zur Luftversorgung (12; 52) zum Zeitpunkt des Betriebsbeginns bzw. Anfahrens und eine Druckerhöhungs- oder Druckbe lüftungsregeleinheit (46; 62; 80; 98) zum Regeln der vom Gebläse (44; 72) zur Luftversorgung (12; 52) gelieferten Luftmenge ab dem Zündzeitpunkt, um damit den stromauf des Strömungsventils (34; 34 a) herrschenden Druck auf mindestens den vorbe stimmten Druck zu erhöhen, aufweist.

18. System nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckregeleinrichtung eine Druckminderein heit zum Regeln einer Strömungsmenge des aus dem Abgasrohr (24; 24 a) ausströmenden (exhausted) Ab gases ab dem Zündzeitpunkt zwecks Senkung des in der Brennkammer (16; 16 a) herrschenden Drucks auf einen vorbestimmten Druck oder darunter aufweist.

19. System nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckmindereinheit ein mit dem Abgasrohr (24; 24 a) verbundenes Luftabsaug-Gebläse (44; 72) zum Absaugen von Abgas aus dem Abgasrohr (24; 24 a) zum Anfahrzeitpunkt und eine Druckmindereinheit (46; 62; 80; 98) zum Regeln der Absaugmenge des Gebläses (44; 72), um damit den in der Brennkammer (16; 16 a) herrschenden Druck auf den vorbestimmten Druck oder darunter zu senken, aufweist.

20. System nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet,
daß eine zweite, der pulsierenden Verbrennungsein heit (10 a) paarig zugeordnete und denselben Aufbau sowie die gleichen Abmessungen wie die (erste) pulsierende Verbrennungseinheit (10 a) aufweisende pulsierende Verbrennungseinheit (10 b) vorgesehen ist,
daß die Brennstoffversorgung (56) eine Einheit zum Zuspeisen von Brennstoff in die Brennkammern (16 a, 16 b) aufweist,
daß die Luftversorgung (52) an die Luftansaugrohre (32 a, 32 b) der pulsierenden Verbrennungseinheiten (10 a, 10 b) angeschlossen ist,
daß die Luftansaugrohre (32 a, 32 b) jeweils mit aerodynamischen Ventilen bzw. Strömungsventilen (34 a, 34 b) versehen sind, deren Vorwärtsstrom koeffizient jeweils größer ist als ihr (Rück-)Strom koeffizient in Gegenrichtung und welche einen Rück strom von Luft aus dem Inneren der betreffenden Brennkammern (16 a, 16 b) zur Luftversorgung (52) be grenzen, und
daß die Druckregeleinrichtung eine Einheit zum Auf rechterhalten einer Differenz zwischen dem strom auf der Strömungsventile (34 a, 34 b) herrschenden Druck und dem in den Brennkammern (16 a, 16 b) herr schenden Druck auf einer vorbestimmten Größe oder einer höheren Größe ab dem Zeitpunkt, zu dem das Gasgemisch zumindest durch die Zündeinheiten (30 a, 30 b) gezündet wird, aufweist.