DE2127890C3

DE2127890C3 - Combustion chamber for an exhaust gas turbocharger

Info

Publication number: DE2127890C3
Application number: DE19712127890
Authority: DE
Inventors: Jean Fontenay-Aux-Roses Melchior (Frankreich)
Original assignee: Direction General pour lArmement DGA
Current assignee: Direction General pour lArmement DGA
Priority date: 1970-07-07
Filing date: 1971-06-04
Publication date: 1976-11-04

Description

4040

Die Erfindung betrifft eine von Luft und Abgasen in wechselnden Verhältnissen gespeiste Brennkammer für einen Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine, mit einer zur Brennkraftmaschine parallelen Umgehungsleitung für Druckluft, wobei die Brennkammer ein am stromaufwärtigen Ende geschlossenes und am stromabwärtigen Ende offenes Flammrohr besitzt, das wenigstens einen Brennstoffeinspritzer an seinem stromaufwärtigen Ende aufweist.The invention relates to a combustion chamber fed by air and exhaust gases in changing proportions an exhaust gas turbocharger for an internal combustion engine, with a bypass line parallel to the internal combustion engine for compressed air, with the combustion chamber closed at the upstream end and at the downstream end open flame tube has at least one fuel injector on his having upstream end.

Aus der DT-PS 8 84 130 ist eine Brennkammer bekannt, die in dem Strom der Abgase einer mit Vorverdichtung gespeisten Brennkraftmaschine angeordnet ist. In die Brennkammer wird Verbrennungsluft zur Verbrennung des eingespritzten Brennstoffs eingespeist. Da das Auspuffgas hierbei ausschließlich im stromabwärtigen Bereich des Flammrohrs zugeführt wird, kann ein Ausgleich zwischen Auspuffgas und Luft nicht stattfinden.From DT-PS 8 84 130 a combustion chamber is known, which are arranged in the flow of exhaust gases from an internal combustion engine fed with pre-compression is. Combustion air is fed into the combustion chamber to burn the injected fuel. Since the exhaust gas is only supplied in the downstream area of the flame tube a balance between exhaust gas and air cannot take place.

Bekanntlich kann eine Brennkammer ein Flammrohr enthalten, dessen geschlossenes Ende wenigstens einen Brennstoffeinspritzer aufweist, und dessen offenes Ende mit der Zufuhrleitung einer Turbine in Verbindung steht. In der Nähe des geschlossenen Endes des &5 Flammrohrs wird ein sauerstoffreiches Gas eingespeist.As is known, a combustion chamber can contain a flame tube, the closed end of which has at least one Has fuel injector, and the open end of which is in communication with the supply line of a turbine stands. An oxygen-rich gas is injected near the closed end of the & 5 flame tube.

Weiterhin ist es aus der OE-PS 2 30 523 bekannt, bei Brennern am düsenseitgen Ende einer Brennkammer ein sauerstoffreiches und am düsenfernen Ende ein sauerstoffarmes Gas einzuspeisen.It is also known from OE-PS 2 30 523 at Burners inject an oxygen-rich end at the nozzle-side end of a combustion chamber and an end remote from the nozzle feed low-oxygen gas.

Gegenüber diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine von Luft und Abgasen in wechselnden Verhältnissen gespeiste Brennkammer so auszulegen, daß eine stabile Verbrennung trotz erheblich wechselnder Verhältnisse zwischen der der Brennkammer zugeführten Luft und den der Brennkammer zugeführten Abgasen und trotz wesentlicher Veränderungen der der Brennkammer zugeführten Brennstoffmenge sichergestellt istCompared to this prior art, the invention is based on the object of one of air and exhaust gases to design the combustion chamber fed in changing conditions in such a way that stable combustion despite considerable changing ratios between the air supplied to the combustion chamber and that of the combustion chamber supplied exhaust gases and despite significant changes in the combustion chamber supplied Amount of fuel is ensured

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Flammrohr von einer axial durchgehenden, durch einen Außenmantel begrenzten und an ihren Enden geschlossenen Ringkammer umgeben ist, in die im stromaufwärtigen Bereich die Umgehungsleitung zum Einleiten von Druckluft und im stromabwärtigen Bereich die Abgasleitung zum Einleiten von Auspuffgas mündet, und daß die Ringkammer mit dem Inneren des Flammrohrs durch über seine axiale Länge verteilte öffnungen in Verbindung steht.This object is achieved according to the invention in that the flame tube is supported by an axially continuous, is surrounded by an outer jacket and closed at its ends annular chamber into which in the upstream area the bypass line for introducing compressed air and in the downstream area Area where the exhaust pipe for introducing exhaust gas opens, and that the annular chamber with the interior of the Flame tube is connected by openings distributed over its axial length.

Auf diese Weise wird erreicht, daß auch bei geringen Luftmengen die zugeführte Luft stöchiometrisch zur Verbrennung der am gleichen Ende der Brennkammer eingespritzten Brennstoffmenge ausreicht, selbst wenn letztere ihren für solche Gangarten möglichen Größtwert hat. Die Motorabgase, die den größten Teil der Ringkammer, vom stromabwärtigen Ende gesehen, ausfüllen, bewirken die notwendige Kühlung der Verbrennungsgase des vom Einspritzer eingespritzten Brennstoffs. Wenn die Luftmenge verhältnismäßig groß und die Menge der Abgase relativ klein ist, so bewirkt die Luft, die dann den größten Teil der Ringkammer, vom stromaufwärtigen Ende an gesehen, ausfüllt, die Verbrennung des eingespritzten Brennstoffs im Flammrohr selbst, wenn die zugeführte Brennstoffmenge bei solchen Gangarten möglichst niedrig ist, und gleichzeitig bewirkt diese Luft eine Kühlung der bei der Verbrennung erzeugten Verbrennungsgase. In dem Ringraum, der das Flammrohr umgibt, bildet sich eine Grenze zwischen Abgas und Frischluft aus, die sich nach Maßgabe der geförderten Frischluft und entsprechend der für den jeweiligen Betriebszustand der Brennkraftmaschine in der Brennkammer erforderlichen Frischluft verändert. Unter diesen Umständen bleib; jedoch die Verbrennung trotz der stark wechselnden Mengenverhältnissen zwischen Frischluft und Abgasen und trotz der Veränderlichkeit der eingespritzten Brennstoffmenge stabil. Es bildet sich ein nahezu gleichbleibendes, stöichometrisches Gleichgewicht im Gemisch aus Frischluft und Abgas. Die sich ändernd eingespeiste Brennstoffmenge ist hierbei unabhängig von den Mengenverhältnissen von Frischluft und Abgas.In this way it is achieved that even with small amounts of air, the air supplied is stoichiometric Burning the amount of fuel injected at the same end of the combustion chamber is sufficient even if the latter has its greatest possible value for such gaits. The engine exhaust, which is most of the Filling the annular chamber, seen from the downstream end, causes the necessary cooling of the combustion gases of the fuel injected by the injector. When the amount of air is proportionate large and the amount of exhaust gases is relatively small, the air, which then makes up the largest part of the annular chamber, seen from the upstream end, fills up the combustion of the injected fuel in the flame tube itself, if the amount of fuel supplied is as low as possible in such gaits, and At the same time, this air cools the combustion gases generated during combustion. By doing Annular space, which surrounds the flame tube, forms a boundary between exhaust gas and fresh air in accordance with the fresh air conveyed and in accordance with that for the respective operating state of the Internal combustion engine in the combustion chamber required fresh air changed. Under these circumstances stay; however, the combustion despite the strongly changing proportions between fresh air and Exhaust gases and stable despite the variability of the amount of fuel injected. It almost forms a constant, stoichometric equilibrium in the mixture of fresh air and exhaust gas. Which The amount of fuel fed in that changes is independent of the proportions of fresh air and exhaust.

Die Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung an Ausführungsbeispielen näher erläutert. The invention is explained in more detail below with reference to the drawing of exemplary embodiments.

F i g. 1 ist eine schematische Schnittansicht einer gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung ausgebildeten Brennkammer;F i g. 1 is a schematic sectional view of one constructed in accordance with a first embodiment of the invention Combustion chamber;

F i g. 2 ist eine schematische Schnittansicht einer gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung ausgebildeten Brennkammer;F i g. 2 is a schematic sectional view of an apparatus according to a second embodiment of the invention trained combustion chamber;

F i g. 3 zeigt einen mit Vorverdichtung gespeisten Dieselmotor, der mit einer erfindungsgemäßen Brennkammer ausgerüstet ist.F i g. 3 shows a pre-compression fed diesel engine with a combustion chamber according to the invention is equipped.

Die in F i g. 1 und 2 dargestellte Brennkammer weist ein Flammrohr 1 auf. Die Brennkammer besitzt ein amThe in F i g. The combustion chamber shown in FIGS. 1 and 2 has a flame tube 1. The combustion chamber has an am

stromaufwärtigen Ende 2 geschlossenes und am stromabwärtigen Ende 4 offenes Flammrohr 1. Am geschlossenen bzw. am stromaufwärtigen Ende 2 des Flammrohrs 1 ist ein Brennstoffeinspritzer 3 vorgesehen. Das stromabwärtige Ende 4 mündet in eine das Gasgemisch seiner Benutzungsstelle zuführende Leitung.Flame tube 1 closed at the upstream end 2 and open at the downstream end 4. A fuel injector 3 is provided at the closed or at the upstream end 2 of the flame tube 1. The downstream end 4 opens into a line that supplies the gas mixture to its point of use.

Falls diese Brennkammer zur Erwärmung der Auspuffgase eines durch einen Abgasturbolader 6 mit Vorverdichtung gespeisten Dieselmotor 5 dient, mündet das stromabwärtige Ende 4 des Flammrohrs 1 unmittelbar i" den Verteiler der Turbine 6a des Turboladers.If this combustion chamber is used to heat the exhaust gases of a diesel engine 5 fed by an exhaust gas turbocharger 6 with precompression, it opens the downstream end 4 of the flame tube 1 immediately i "the distributor of the turbine 6a of the turbocharger.

Das Flammrohr 1 ist von einer axial durchgehenden, durch einen Außenmantel 8 begrenzten und an ihren Enden geschlossenen Ringkammer 8a umgeben. In die Ringkammer 8a mündet im stromaufwärtigen Bereich die Umgehungsleitung 9 zum Einleiten von Druckluft, und im stromabwärtigen Bereich mündet die Abgasleitung 10 zum Einleiten von Auspuffgasen. Die Ringkammer 8a steht mit dem Innern des Flammrohrs 1 durch über seine axiale Länge verteilten öffnungen 7 in Verbindung. Die Umgehungsleitung 9 speist von dem Kompressor 66 des Turboladers kommende Luft in den stromaufwärtigen Bereich der Ringkammer 8a ein. Über die Abgasleitung 10 werden vom Dieselmotor 5 kommende Auspuffgase in den stromabwärtigen Bereich der Ringkammer 8a eingeleitet. The flame tube 1 is surrounded by an axially continuous annular chamber 8a which is delimited by an outer jacket 8 and closed at its ends. The bypass line 9 for introducing compressed air opens into the annular chamber 8a in the upstream area, and the exhaust line 10 for introducing exhaust gases opens in the downstream area. The annular chamber 8a is connected to the interior of the flame tube 1 through openings 7 distributed over its axial length . The bypass line 9 feeds air coming from the compressor 66 of the turbocharger into the upstream region of the annular chamber 8a. Exhaust gases coming from the diesel engine 5 are introduced into the downstream region of the annular chamber 8a via the exhaust pipe 10.

Obwohl der Außenmantel 8 das Flammrohr 1 am stromaufwärtigen Ende 2 umgeben kann, schließt sich der Außenmantel 8 vorzugsweise dicht an das Flammrohr 1 am stromaufwärtigen Ende 2 an.Although the outer jacket 8 can surround the flame tube 1 at the upstream end 2, it closes the outer jacket 8 is preferably close to the flame tube 1 at the upstream end 2.

Bei den in den F i g. 1 und 2 dargestellten Ausführungsformen schließt sich die Umgehungsleitung 9 an den Außenmantel 8 über einen Verteilungsraum 11 an.In the case of the FIGS. 1 and 2, the bypass line 9 follows the outer jacket 8 via a distribution space 11.

Die Abgasleitung 10 schließt sich bei der in F i p. I dargestellten Ausführungsform an den Außenmantel 8 über einen Verteilungsraum 12 an.The exhaust pipe 10 closes at the in F i p. The embodiment shown in FIG. 1 adjoins the outer jacket 8 via a distribution space 12.

Die Abgasleitung 10 kann sich jedoch auch gemäß der in F i g. 2 dargesteliten Ausführungsform an eine ringförmige Abgaskammer 13 über einen Verteilungsraum 14 anschließen, wobei die Kammer 13 den Außenmantel 8 am stromaufwärtigen Ende 4 des Flammrohrs 1, das geschlossen ist, umgibt, wobei am Umfang des Mantels in axialer Richtung verteilte öffnungen 15 axial zueinander versetzt angeordnet sind, um den Durchtritt der Gase von der ringförmigen Abgaskammer 13 zu der vom Außenmaniel begrenzten Ringkammer 8a zu ermöglichen. Diese Anordnung gewährleistet eine bessere Verteilung der Auspuffgase in der vom Außenmantel 8 umgebenden Ringkammer 8a.The exhaust line 10 can, however, also according to the method shown in FIG. 2 illustrated embodiment to a Connect annular exhaust gas chamber 13 via a distribution space 14, the chamber 13 the Outer jacket 8 at the upstream end 4 of the flame tube 1, which is closed, surrounds, with on Circumference of the jacket distributed in the axial direction openings 15 are arranged axially offset from one another, around the passage of the gases from the annular exhaust chamber 13 to that delimited by the outer maniel To enable annular chamber 8a. This arrangement ensures a better distribution of the exhaust gases in the annular chamber 8a surrounding the outer jacket 8.

Das Flammrohr 1 weist vorzugsweise zwischen seiner stromaufwärts gelegenen Verbrennungszone la und der stromabwärts gelegenen Mischzone \b axiale Schlitze {6 auf. Auf diese Weise wird die Wand der Mischzone \b mit Luft gekühlt. The flame tube 1 preferably has axial slots {6 between its upstream combustion zone la and the downstream mixing zone \ b. In this way the wall of the mixing zone \ b is cooled with air.

Die erfindungsgemäße Ausbildung einer von Luft und Abgasen in wechselnden Verhältnissen gespeisten Brennkammer gewährleistet eine stabile Verbrennung in der Brennkammer, die von dem Verhältnis zwischen der Brenngasmenge und der Frischluftmenge unabhängig ist, obwohl sich dieses Verhältnis bei einem mit Vorverdichtung gespeisten Dieselmotor erheblich ändert. The inventive design of a combustion chamber fed by air and exhaust gases in changing proportions ensures stable combustion in the combustion chamber that is independent of the ratio between the amount of fuel gas and the amount of fresh air, although this ratio changes considerably in a diesel engine fed with precompression.

Aus diesem Grunde kann die Leistung des Kompressors des Hochverdichtungsaggregats einzig und allein in Funktion des Dieselmotors und der stöichometrischen Verbrennungsbedingungen der Brennkammer erfaßt werden, während bei einer bekannten Brennkammer es erforderlich gewesen wäre, die Leistung des Kompressors mit einem erheblichen Sicherheitsfaktor festzulegen, um die Verbrennung sicherzustellen. Damit hätten sich sowohl die Abmessungen des Vorverdichtungsaggregats als auch dessen Preis erhöht.For this reason, the power of the compressor of the high compression unit can only be used as a function of the diesel engine and the stoichometric combustion conditions of the combustion chamber be detected, while in a known combustion chamber it would have been necessary to measure the performance of the Compressor with a significant safety factor to ensure combustion. In order to would have increased both the dimensions of the pre-compression unit and its price.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. Combustion chamber fed by air and exhaust gases in alternating proportions for an exhaust gas turbocharger for an internal combustion engine, with a bypass line for compressed air parallel to the internal combustion engine, the combustion chamber having a flame tube which is closed at the upstream end and open at the downstream end and which has at least one fuel injector at its upstream end Has end, characterized in that the flame tube is surrounded by an axially continuous, bounded by an outer jacket (8) and closed at its ends annular chamber (8a), into which the bypass line (9) for introducing compressed air in the upstream area and in the downstream area Area where the exhaust pipe (10) for introducing exhaust gas opens, and that the annular chamber (8a) is connected to the interior of the flame tube (1) through openings (7) distributed over its axial length.

2. Combustion chamber according to claim 1, characterized in that the limited by the jacket (8) Annular chamber (8a) in turn in the part of its length which is the open end of the flame tube is adjacent, is surrounded by an annular exhaust chamber (13) into which the exhaust pipe (10) opens, and that the two annular chambers through openings (15) distributed in the axial direction in the jacket (8), which separates the two annular chambers from one another, are in communication with one another.

3. Combustion chamber according to claim 1 or 2, characterized in that the flame tube (1) zwisehen its upstream combustion zone (la) and the one downstream Mixing zone (16) has axial slots (16).