DE2200233C3 - Zweifach-Anordnung einer Rotationskolben-Brennkraftmaschine - Google Patents

Zweifach-Anordnung einer Rotationskolben-Brennkraftmaschine

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Description

4. Zweifach-Anordnung einer Rotationskol- nung eine doppelte Aufgabe, indem er einesteils die ben-BrennkraftmaschiHü; nac:« Anspruch 1, da- Arbeitsmaschine auflädt und andererseits in die Ausdurch gekennzeichnet, daß die Brennkammer (3) 35 puffanlage die zur Nachverbrennung der Abgase beeine in die Kanäle (21) mündende Einspritzein- nötigte Luft fördert. Dabei wird jedoch die bei der richtung (22) für Kraftstoff besitzt. Nachverbrennung gewonnene Wärmeenergie unge-
5. Zweifach-Anordnung einer Rotationskol- nutzt mit den Auspuffgasen abgeführt. Auch wird die ben-Brennkraftmaschine in Reihenschaltung nach in den expandierenden Abgasen innewohnende Rest-Anspruch !, dadurch gekennzeichnet, daß um 40 energie beispielsweise für den Ajtrieb des Aufladers den Verbrennungsraum (20) der als Wärmetau- nicht genutzt. Bei einer anderen Ausführungsform scher ausgebildeten Brennkammer (3) Kanäle dieser Patentschrift ist dies zwar der Fall; es ist dann (21) zum Durchströmen der von der Abgas aber nicht mehr möglich, Zusatzluft in die Nachver-Lade-Kreiskolbenmaschine verdichteten bzw. ge- brennungseinrichtung zu fördern.
förderten Luft angeordnet sind. 45 Durch die USA.-Patent5chrift 3 306 035 ist eine
Abgasreinigungsanlage für Brennkraftmaschinen bekannt, bei der die Abgase zur Nachverbrennung in eine Brennkammer geleitet werden und bei der der Brennkammer ein Wärmetauscher nachgeschaltet ist. 50 In dem Wärmetauscher wird die zur Nachverbren-
Die Erfindung betrifft eine Zweifach-Anordnung nung benötigte Luft durch die heißen Verbrennungseiner Rotationskolben-Brennkraftmaschine in Rei- gase aufgeheizt und auf diese Weise ein Teil der henschaltung, bestehend aus einer parallel-und innen- Wärmeenergie der Abgase zurückgewonnen. Auf achsigen Abgas-Lade-Kreiskolbenmaschine zwec^c diese Weise kann sicherlich der Nachverbrennungs-Ansaugung und Verdichtung oder zwecks Ansau- 55 prozeß wirtschaftlich gestaltet werden; eine Ausnutgung und Förderung der Luft und einer parallel- und zung der Abgaswärme zum Antrieb eines Aufladers innenachsigen Kreiskolben-Arbeitsmaschine, mit erfolgt jedoch nicht.
einer Brennkammer. Demgegenüber wird die zugrunde liegende Auf-
Eine derartige Zweifach-Anordnung einer Rota- gäbe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die tionskolben-Brennkraftmaschine in Reihenschaltung 60 Brennkammer funktionsmäßig der Kreiskolben-Arist aus der deutschen Auslegeschrift 1 301 611 be- beitsmaschine nachgeschaltet ist und als Wärmetaukannt. scher zur Vorwärmung der von der Abgas-Lade-
Die beiden Maschineneinheiten sind durch Über- Kreiskolbenmaschine gelieferten Luft sowie als Strömkanäle im Bereich ihrer benachbarten achsna- Nachbrenner der die Kreiskolben-Arbeitsmaschine hen Gehäusezonen derart miteinander verbunden, 65 verlassenden Gase, welche anschließend in der Abdaß die durch die Abgas-Lade-Kreiskolbenmaschine gas-Lade-Kreiskolbenmaschine nochmalige Expanangesaugte Luft in einer Niederdruckstufe vorver- sionsarbeit leisten, ausgebildet ist.
dichtet und nach Überströmen in die Arbeitsma- Die Anordnung nach der Erfindung gewährleistet
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bei einfachem Aufbau weitgehendste Reinigung der der Luft möglich ist, In die Kanäle 21 mündet eine Abgase bei einem größtmöglichen Maß an Kraft- Einspritzeinrichtung 22 für Kraftstoff. Eine in das Stoffausnutzung, Die Anordnung der Brennkammer Gehäuse 15 der Arbeitsmaschine Z ei zwischen den beiden Mascbineneinheiten ergibt eine kerze 23 sorgt für die Zündung des kompakte Bauweise und damit ein geringes Bauvolu- 5 Gemisches. Die Auslaßöffnung mr men. In Verbindung mit der erreichten guten Kraft- befindet sich im Gehäuse 7 und ist mit 24 t Stoffausnutzung wird dadurch das Leistungsgewicht Die Wirkungsweise der Anordnimg ist gegenüber den bekannten Anordnungen verringert. Die Abgas-Ladeeinbeit 1 saugt bei iu M»i «« Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung be- (F i g. 2) und führt sie nut oder ohne AefladeeEfcW steht darin, daß zwischen der Kreiskolben-Arbeits- io der eigentlichen Arbeitsmaschine 2 zu. uer am» maschine und der Brennkammer eine Lavaldüse zum deeffekt bestimmt sich dabei nach dem Bfeirenver Durchtritt der Abgase vorgesehen ist. Wie beispiels- hältiiis B1: B2 der Abgas-Ladeemheit 1 und der AJ weise durch die britische Patentschrift 1 234 907 ist beitsmaschine 2. Zu diesemZweck wirdId» L^tzu jedoch die Verwendung von derartigen Düsen in den nächst durch den Kanal 13 zur Vorwiuroung, °\"l Auspuffleitungen von Brennkraftmaschinen zur Ver- 15 zur Gemischaufbereitung, und zur *«nwng;aa besserung der Durcfiwirbelung der Auspuffgase mit Brennkammerwand über die Brennkammern geiei an der engsten Stelle der Düse in den Abgasstrom tet » ♦ τ „ft in Hip
zwecks Nachverbrennung eingeleiteten Zusatzluft be- Vor dem Eintritt der vorgewärmten^ Lurt injue
kannt, so daß dem auf dieses Merkmal gerichteten Arbeitsmaschine 2 durch den Kanal 17 KF^) w" Anspruch nur Bedeutung in Verbindung mit dem ac durch die Einrichtung 22 Kraftstoff au, die aeuse Hauptanspruch zukommt. Brennkaminerwand bzw. in Richtung Kanal 17 ge-
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die spritzt. Das so entstehend : &^^ff™"^S? Lavaldüse mit einer Einspritzeinrichtung für Kraft- wird nun in der Arbeitsmaschine^ dem üblichen stoff und/oder Einblasceinrichtung für Zusatzluft Prozeß mit den Takten Ansaugen, VerdichtenZunversehen »5 den, Expandieren und Ausschieben unterworfen und
Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, leistet Arbeit Auf der dem Kanal 17 dei-Luft.bzw. daß die Brennkammer eine in die Kanäle mündende des Kraftstoff-Luft-Gemisches gegenuberhegenden Kraftstoffeinspritzeinrichtung besitzt. Seite des Gehäuses 15 ist zur Zündung ** tompn
Um den Verbrennungsraum der als Wärmetau- mierten Gemisches eine Zündkerze 23 angeordnet scher ausgebildeten Brennkammer sind entsprechend 30 Im Anschluß an den Ar^Prozeß ^™e£ ™ einem weiteren Merkmal der Erfindung Kanäle zum durch die Lavaldüse 18 austretenden Abgase einem Durchströmen der von der Abgas-Lade-Kreiskolben- Nachverbrennungsprozeß unte™°?efK *^^e£ maschine verdichteten bzw. geförderten Luft an- brennung kann, je nachdem, ob die Verbrennung in ceordnet der Arbeitsmaschine unter Lufluberschmß oder Luft
Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstan- 35 mangel erfolßt durch Zugabe ™^£**^? des ist in der Zeichnung dargestellt und wird im fol- oder Zusatzluft in die Abgase yo Emtn^m de eenden näher beschrieben Es zeigt Brennkammer erfolgen. Durch die in der Lava düse
8 FuTdn]ΓΑ* S, Rotationskolben- 18 herrschende hohe Strä™*»«~*™W£ »
"ÄKÄ. d„ch * A^-Lade-K«,, . ^S^^^^^^l^Z,
SSiSiS!!1 dM LiDie "■" '" F'e-' ^' ^^"verhaHnis^g ^H- Te^a-ur und .3 einen Schnitt durch die Kreiskolben-Ar- niedrigem Druck ablaufende isobare
Efg 3einenScTnitt durch die KreiskolbenAr niedrigem
beitsmaschine gemäß der Linie HI-III in F i g. 1 mit nung in der Brennkammer 3 f der Brennkammer 45 verbrennung. Die nachverbrannten üare
öl Rot^kolben-Brennkraftmaschine gemäß durch den Kanal 14 in die Abgas^Ladeemhe.t1 aus-
Ei hb nd leisten hier noch™'s ^™
öl Rot^kolben-Brennkraftmaschine gemäß d
Fi g. 1 besteht aus zwei in Reihe angeordneten Ein- geschoben und leisten hier noch heiten, der Abgas-Lade-Kreiskolbenmeschine 1 und beil, so daß die Gesamtleistung »gf der kreiskolber1-Arbeitsmaschine2. Zwischen den spezifische Kraftstoffverbrauch reduziert wir± Die beiden Maschineneinheiten befindet sich die Brenn- 50 Auspuffgase treten durch die Aus.aßof£«"?*■« kammer3. Der Kolben4 der Abgas-Lade-Kreiskol- dem Gehäuse der Abgas-Ladeemheit in eine met benmaschinel und der Kolben 5 der Kreiskolben- dargestellte Schalldampferanlage Arbeitsmaschine 2 sitzen auf einer gemeinsamen Der Anteil des Leistungsgewmnes durch die dop
Welle 6. Das scheibenförmige Gehäuse 7 der Ab- pelte Expans,on der Brenngase im V.^r^ic» zur Le' gas-Ladeeinheitl (Fig. 2) besitzt eine Lufteintritts- 55 slung der Arbeitsmaschine ist um so großer, ,e groöffnune 10 die über das Saugrohr 11 mit dem Luft- ßer das Flächenverhältn.s der E.ntnttsoffnung in die ST2 in Verbindung steht Ferner ist die Abgas- Abgas-Ladeeinheit 1 zum Quer«An,tt dei· Lavaldug Ladeeinheit 1 über die beiden Kanäle 13 und 14 mit (öffnung des Kanals 14 : öffnung der ^a <™β 1^ der Brennkammer 3 verbunden. Das scheibenförmige und das Verhältnis der Gehau edicke (B .B£ v,m Gehäuse IS der Arbeitsmaschine2 (Fig.3) weist 60 Ab^Ladeeinheit 1 und^Artotsm^hme2M^. zwei Kanäle 16 und 17 zur Brennkammer 3 auf, wo- Wahrend in der Arbeitsmasch^e 2 eine angena
bei im Kanal 16 eine Lavaldüse 18 mit einer Ein- hert isochore Yf^^^^l^^ £ spritzeinrichtung 19 für Zusatzkraftstoff oder einer Aufgabe der Abgas-Ladeemhe eine^weifache, m Einblaseeinrichtung 19 für Zusatzluft vorgesehen ist. dem ihr m ihrem oberen Bere ch eine Vertonter Der Verbrennungsraum 20 der Brennkammer 3 ist 65 bzw Forderaufgabe zufallt und in ihrem unteren Be von Kanälen 21 umgeben, so daß ein Wärmeaus- reich eine^etwa isobare Nachverbrennung un er Aus tausch zwischen dem Raum 20 und dem in den Ka- nutzung der Restenergie der nachverbrannten Abnälen 21 strömenden Kraftstoff-Luft-Gemisch oder gase durchgeführt wird.
Die Kollben 4 und 5 der beiden Maschineneinheiten 1 und it müssen nicht unbedingt synchron laufen, sie können auch phasenverschoben sein. Die dargestellte Baueinheit mit Doppelverbrennung kann durch ein Aneinanderreihen von Einheiten zu einem Verbrennungskraftmaschiriert-Satz erweitert werden. Aus Gründen der Serienfertigung, Funktion und Montage ist eine Gleichheit der Trochoiden, wobei nur die Breiten variiert werden, von Vorteil.
Es sei noch darauf hingewiesen, daß die NOj-Werte der Abgase sowohl bei reichem (Ag 0,8) :als auch armem Gemisch (A |> 1,2) sehr niedrig sind und bei reichem Gemisch darüber hinaus der Einfluß des Zündzeitpunktes auf die Verbrennung sehr ,gering ist.
Wird die isochore Verbrennung in der Arbeitsmaschine mit Luftüberschuß durchgeführt, so kann mit dem Sauerstoffüberschuß in der nachgeschalteten Brennkammer 3 durch zusätzliche Zufuhr von Kraft
Stoff eine Nachverbrennung durchgeführt werden. Die Zufuhr des Kraftstoffes erfolgt in diesem Fall durch die Einspritzeinrichtung 19 im Bereich der Lavaldüse 18.
Findet dagegen die isochore Verbrennung in der Arbeitsmaschine unter Luftmangel statt, dann ist mit entsprechend hohen CO- und CH-Werten zu rechnen, was gleichbedeutend mit hohem Ki afIstoffverbrauch wäre. Die Nachverbrennung wird in diesem Fall durch die Zufuhr von Zusatzluft ermöglicht., womit die brennbaren Restgase wie CH und CO verbrannt werden und in der Abgas-Ladeeinheit noch Arbeit leisten.
Mit der erfindungsgemäßen Anordnung wird also eine Steigerung der spezifischen Leistung unter gleichzeitiger Senkung des spezifischen Kraftstoffverbrauchs sowie eine weitgehendste Beseitigung schädlicher Abgase auf einfache und vorteilhafte Weise erreicht.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

schine in einer Hochdruckverdicbterstufe auf den Patentansprüche: endgültigen Druck verdichtet wird. In ähnlicher Weise findet nach der Verbrennung die Expansion
1. Zweifach-Anordnung einer Rotationskol- wiederum in zwei Stufen statt, und zwar in einer bjep-Brennkraftmaschine in Reihenschaltung, be- s Hocbdruckstufe in der Arbeitsmaschine und nach stehend aus einer parallel- und innenachsigen überströmen der Abgase in einer Niederdruckstufe Abgas-Lade-Kreiskolbenmaschice zwecks An- in der Abgas-Lademaschine statt
saugung und Verdichtung oder zwecks Ansau- Diese bekannte Zweistufen-Anordnung weist jegung und Förderung der Luft und einer parallel- doch keine Einrichtungen zur wirksamen Abgasreini- und innenachsigen Kreiskolben-Arbeitsmaschine, ip gung durch Nachverbrennung in einem Nachbrenner mit einer Brennkammer, dadurch gekenn- auf.
zeichnet, daß die Brennkammer (3) funk- Aufgabe der Erfindung ist es daher, für eine Zweitionsmäßig der Kreiskolben-Arbeitsmascbine fach-Anordnung einer Rotationskolben-Brennkraftnachgeschaltet ist und als Wärmetauscher zur maschine obengenannter Art eine wirksame Abgas-Vorwärmung der von der Abgas-Lade-Kreiskol- 15 reinigung bei weitgehend optimaler Ausnutzung des benmascbine (1) gelieferten Luft sowie als Nach- Kraftstoffes vorzusehen.
brenner der die Kreiskolben-Arbeitsmaschine (2) Nach der USA.-Patentschrift 3 405 692 ist eine
verlassenden Gase, welche anschließend in der Rotationskolben-Brennkraftmaschine bekannt, die Abgas-Lade-Kreiskolbenmaschine (2) nochma- mittels einer auf gleicher Welle laufenden Lade-Iige Expansionsarbeit leisten, ausgebildet isL so Kreiskolbenmaschine aufgeladen wird In dieser
2. Zweifach-Anordnung einer Rotationskol- Lade-Kreiskolbenmaschine ist ein zweieckiger Kolben-B rennkraftmaschine in Reihenschaltung nach ben, der in einem zweibogigen Gehäuse mit doppel-Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwi- ter Drehzahl im Vergleich zur Drehzahl der Brennschen der Kreiskolben-Arbeitsmaschine (2) und kraftmaschine läuft. Die Lade-Kreiskolbenmaschine der Brennkammer (3) eine Lavaldüse (18) zum 35 ist so geschaltet bzw. so mit der Brennkraftmaschine Durchtritt der Abgase vorgesehen ist. verbunden, daß während einer Umdrehung des zwei-
3. Zweifach-Anordnung einer Rotationskol- bogigen Kolbens auf jede Arbeitskammer der Brennben-Brennkraftmaschine in Reihenschaltung nach kraftmaschine ein Ansaug- und ein Verdichtungstakt Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die des Aufladers entfällt und daß gleichzeitig mit einem Lavaldüse (18) mit einer Einspritzeinrichtung 30 anderen Ansaug- und Auspufftakt Luft in die Aus-(19) für Kraftstoff und/oder Einblaseeinrichtung puffanlage zwecks Nachverbrennung gefördert wird, für Zusatzluft versehen ist. Der Auflader erfüllt bei dieser bekannten Anord-
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