DE2421327A1 - Abgasleitung fuer eine drehkolbenmaschine - Google Patents

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Postfach 202403 2. Mai 1974

B 6006 / case AT-F-42

Toyota Jidosha Kogyo Kabushiki Kaisha Toyota, Japan

Abgasleitung für eine Drehkolbenmaschine

Die Erfindung bezieht sich auf eine Drehkolbenmaschine oder Rotationskolbenmaschine und insbesondere auf den Aufbau einer Abgasleitung einer Mehi3±eibendrehkolbenmaschine, die mehrere Läufer besitzt, wobei die von den einzelnen, den jeweiligen Läufern zugeordneten Verbrennungskammern abgegebenen Abgase in einen gemeinsamen Reaktor eingeführt werden.

Als Konstruktionen für Abgasleitungen vorgenannter Art sind solche bekannt, wie sie in den Fig. 1a, 1b und 1c gezeigt sind. Unter diesen Figuren zeigt die Fig. 1a eine Grundkonstruktion für den Fall einer Zweischeibendrehkolbenmaschine, bei der die Abgasöffnungaioäer Ausstoßöffnungen 1 und 2, die Abgase von den Verbrennungskammern, die dem ersten und dem zweiten Läufer entsprechen, zuführen, beide im

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wesentlichen rechtwinklig zur Achse des Läufers angeordnet und an einen gemeinsamen Reaktor 3 angeschlossen sind. Bei dieser Grundkonstruktion der Abgasleitung ' ergeben sich Probleme dadurch, daß die Standzeit der aus der Ausstoßöffnung 2 in den Reaktor eingeführten Abgase kurz ist, die Einwirkung auf die Abgase über den gesamten Bereich des Reaktors niedrig ist und dementsprechend der Effekt der Nachverbrennung durch den Reaktor nicht befriedigend ist. Als Gegenmaßnahme hierzu wurde für die Abgasleitung eine Konstruktion vorgeschlagen, die Führungseinrichtungen besitzt, welche Ablenkplatten 4 und 5 hat, welche sich am Ausgang der Ausstoßöffnungen befinden, wie dies aus Fig. Ib ersichtlich ist. Diese Führungseinrichtungen verbessern zwar den Wirkungsgrad des Reaktors hinsichtlich der Standzeit und der Einwirkung auf die Abgase im Reaktor, wirken jedoch als eine Art Wärmeabsorptionsrippe, die die Temperatur der Abgase vermindert, wodurch andere Probleme wie Verschlechterung des Nachverbrennungswirkungsgrads durch den Reaktor und insbesondere schlechte Abgasreinigung beim Kaltstart der Maschine verursacht werden.

Als alternative Ausgestaltung der Abgasleitung ist es ferner vorgeschlagen worden, die Ausstoßöffnungen der beiden Verbrennungskammern innerhalb des Läufergehäuses gemäß Fig. 1c zu vereinigen, so daß die Abgasströme aus den beiden Verbrennungskammern zunächst vereinigt und anschließend in den Abgasreaktor oder Nachverbrenner eingeführt werden. Bei dieser Konstruktion wird das Problem, daß die Verweilzeit

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von Abgasen im Reaktor, die von unterschiedlichen Verbrennungskammern kommen, unterschiedlich ist, gelöst. Jedoch hat diese Konstruktion den Nachteil, daß ein Teil der innerhalb . des Läufergehäuses befindlichen Ausstoßöffnung unvermeidlich lang wird, wodurch die Abgase beim Durchfluß durch die Ausstoßöffnung erheblich gekühlt werden, wodurch man eine geringere Abgastemperatur im Reaktor und damit eine Verschlechterung der Nachverbrennungswirkung im Reaktor insbesondere dann erhält, wenn die Maschine kalt ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, den vorgenannten Problemen der herkömmlichen Abgasleitungskonstruktionen für Mehrscheibendrehkolbenmaschinen entgegenzuwirken und einen verbesserten Aufbau der Abgasleitung zu erhalten, der die Bedingungen befriedigt, die für die Erzielung einer hohen Leistung des Abgasreaktors eingehalten werden müssen, d.h. die Temperatur der in die Abgasleitung eingeführten Abgase so hoch wie möglich zu halten, die Verweilzeit der von den einzelnen Verbrennungskammern in den Reaktor eingeführten individuellen Abgase für eine gemeinsame und erforderliche Zeitspanne aufrechtzuerhalten und gute Einwirkung auf die Abgase innerhalb des Reaktors zu bewirken.

Erfindungsgemäß werden die vorgenannten Ziele bei einer Abgasleitungskonstruktion einer Mehrscheibendrehkolbenmaschine mit mehreren Läufern und einer Anordnung, bei der die aus den den einzelnen Läufern zugeordneten Verbrennungskammern abgegebenen Abgase in einen gemeinsamen Abgasleitungs-

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reaktor eingeführt werden/ dadurch gelöst, daß die den einzelnen Verbrennungskammern zuordneten Ausstoßlinien oder Ausstoßrichtungen der einzelnen Ausstoßöffnungen einander an einer Stelle überschneiden, die sich innerhalb des Innenraums des Reaktors befindet.

Bei diesem Aufbau können alle von den einzelnen Verbrennungskammern gelieferten Abgase zu jeder günstigen Stelle innerhalb des durch den Reaktor umgrenzten Raums geleitet werden, ohne daß irgendwelche Gasführungseinrichtungen wie Ablenkplatten am Austritt der Ausstoßöffnungen nötig sind, wodurch den von den einzelnen Verbrennungskammern zugeführten Abgasen eine gleiche und vorbestimmte günstige Verweilzeit gegeben werden kann, ohne daß in irgendeiner wesentlichen Weise deren Temperaturen abgesenkt werden. Da ferner die von den einzelnen Verbrennungskammern zugeführten Abgase miteinander an einer innerhalb des Reaktors liegenden Stelle in der Weise vereinigt werden, daß sie miteinander vermischt und verwirbelt werden, wird erreicht, daß Abgase hoher Temperatur, die von einer Verbrennungskammer in einem frühen Stadium des Ausstoßhubs zugeführt werden, mit Abgasen vermischt werden, die eine relativ große Menge an verbrennbaren Gasen enthalten, die von einer anderen Verbrennungskammer in der Endstufe eines anderen Ausstoßhubs zugeführt werden, und zwar infolge einer Versetzung des Arbeitspunkts, zwischen den beiden Verbrennungskammern; auf diese Weise wird eine -gute Verbrennung der brennbaren Gase erreicht.

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Die vorgenannte Stelle, die sich innerhalb des durch den Abgasleitungsreaktor begrenzten Raums befindet, und zwar an einer Stelle, an der sich die Ausstoßlinien der einzelnen Ausstoßöffnungen schneiden, die die Abgase von den einzelnen Verbrennungskammern zuführen, sollte vorzugsweise in der Tiefe des Innenraums des Reaktors ausreichend weit vom Austritt des Reaktors liegen. Gemäß einem besonderen Merkmal der Erfindung ist die Achse der Ausstoßöffnung, die an der Austrittsseite des Reaktors öffnet, vorzugsweise in Richtung _ZUr Tiefe- des Reaktorinnenraums abgelenkt. Alternativ kann gemäß einem anderen besonderen Merkmal der Erfindung die Achse der Ausstoßöffnung, die an der Austrittsseite des Reaktors öffnet, geradlinig nach hinten in das Innere des Reaktorraums geneigt sein. Bei der erfindungsgemäßen Konstruktion der Abgasleitung kann außerdem die Gestaltung und der Aufbau sehr einfach sein, da jede Ausstoßöffnung unmittelbar von der Verbrennungskammer unabhängig zum Reaktor geführt ist und keine zusätzlichen leitenden Mittel wie Gasführungsrippen usw. vorgesehen sind. Gemäß einem weiteren besonderen Merkmal der Erfindung kann in diesem Zusammenhang ein Wandabschnitt der Ausstoßöffnung thermisch von dem den umfangswandabschnitt umgebenden Läufergehäuse isoliert werden. Diese Wärmeisolierung läßt sich auf einfache Weise dadurch erreichen,, daß man in die in dem Läufergehäuse vorgesehene zugeordnete Öffnung ein Rohrstück einsetzt, das aus einem wärmeisolierenden Material besteht und den Umfangswandabschnitt-der Ausstoßöffnung bildet. Alternativ kann ein Rohrteil, das aus einem wärmeisolierenden oder wärmeleitenden Material besteht, in

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eine entsprechende Öffnung eingesetzt werden, so daß es einen Abstand von der Wandfläche der Öffnung in dem Gehäuse hält.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Fig. la, b, c sind schematische Ansichten, die einige bekannte Konstruktionen von Abgasleitungen verdeutlichen;

Fig. 2 ist eine Schnittansicht, die eine erfindungsgemäße Konstruktion für eine Abgasleitung verdeutlicht;

Fig. 3a-d sind schematische Ansichten einiger Abwandlungen der erfindungsgemäßen Konstruktion;

Fig. 4 ist ein Diagramm, das die Wirkung der Gasdurchmischung verdeutlicht, wie sie bei der erfindungsgemäßen Gestaltung der Abgasleitung erreicht wird;

Fig. 5 ist eine graphische Darstellung, die den Wirkungsgrad der Abgase verdeutlicht;

Fig. 6 ist eine Schnittansicht, die eine Ausführungsform einer Wärmeisolierung der Ausstoßöffnung

verdeutlicht.
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Die Erfindung wird nunmehr im folgenden anhand einiger bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Figuren 2 bis 6 erläutert.

Die Fig. 2 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Konstruktion einer Abgasleitung im Axialschnitt; die Maschine ist eine Zweischeibendrehkolbenmaschine mit einer vorderen Verbrennungskammer 11 und einer hinteren Verbrennungskammer 12. Die von der vorderen Verbrennungskammer 11 und der hinteren Verbrennungskammer 12 abgegebenen Abgase werden beide in einen gemeinsamen Abgasleitungsreaktor 15 eingeführt, und zwar über eine vordere Ausstoßöffnung 13 bzw. eine hintere Ausstoßöffnung 14. Bei dieser Ausführungsform ist die vordere Ausstoßöffnung 13 so angeordnet, daß deren Achse 16 im rechten Winkel mit Bezug auf die Läuferachse (nicht gezeigt) verläuft, während im Gegensatz hierzu die hintere Ausstoßöffnung 14 so angeordnet ist, daß deren Achse 17 in Richtung auf die Tiefe des Reaktors 15 gekrümmt verläuft. In diesem Fall fällt die Ausstoßlinie der vorderen Ausstoßöffnung 13, d.h. die Mittelachse des aus der vorderen Ausstoßöffnung ausgestoßenen Abgases im wesentlichen mit der Achse 16 der Ausstoßöffnung 13 zusammen, während die Ausstoßlinie der hinteren Ausstoßöffnung 14, d.h. die Mittellinie des aus der hinteren Ausstoßöffnung ausgestoßenen Abgasstroms eine Linie 17" ist, die von einer Linie 17' um einen Winkel θ abweicht, der in Abhängigkeit von der Durchflußcharakteristik der Abgase bestimmt wird; die Linie 17' ist eine tangentiale Verlängerung der gekrümmten Achse 17 der Ausstoßöffnung 14.

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Diese beiden Ausstoßlinien 16 und 17" der beiden Ausstoßöffnungen 13 und 14 schneiden einander an einer Stelle 0, die sich innerhalb des durch den Reaktor 15 begrenzten Raums befindet.

Fig. 3a, b, c zeigen schematisch mehrere Ausführungsformen für die Anwendung der erfindungsgemäßen Abgasleitungskonstruktion bei einer Zweischeibendrehkolbenmaschine anderer Bauart als diejenige nach Fig. 2, während Fig. 3d eine weitere Ausfuhrungsform bei der Anwendung bei einer Dreischeibendrehkolbenmaschine verdeutlicht.

Die Fig. 4 zeigt einen Vorgang, bei dem Abgase, die von zwei verschiedenen Verbrennungskammern zugeführt werden, zusammengeführt und miteinander vermischt werden, wenn die Erfindung bei einer Zweischeibendrehkolbenmaschine angewendet wird, wobei Abgase hoher Temperatur in einem frühen Stadium eines Ausstoßhubs mit Abgasen vermischt werden, die in einer Endstufe eines anderen Ausstoßhubs abgegeben werden und verbrennbare Gase enthalten, so daß eine gute Nachverbrennung der verbrennbaren Gase erreicht wird. Die von einer Verbrennungskammer in einer Endstufe eines Ausstoßhubs abgegebenen verbrennbaren Gase werden stets durch die heißen Verbrennungsgase erwärmt, die von einer anderen Verbrennungskammer zugeführt v/erden, wobei durch die Wiederholung der vorbeschriebenen gegenseitigen Einwirkung zwischen den beiden Arten von Abgasen ein hoher Wirkungsgrad in der Nachverbrennung erhalten wird.

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Fig. 5 zeigt eine Änderung in dem Gehalt der Abgase während der Periode zwischen dem öffnen und dem Schließen der Ausstoßöffnung für einen Referenzzweck.

Es sei nochmals auf die Fig. 2 zurückgegriffen; man erkennt, daß die Ausstoßöffnungen 13 und 14 der Abgasleitungskonstruktion nach der Erfindung beide die Formeines einfachen Kanals haben. Es ist daher einfach, die Umfangsabschnitte dieser Ausstoßöffnungen durch Viärmeisolierungslagen zu bilden, wie es bei 18 und 19 angedeutet ist. Bildet man die Umfangswandabschnitte der Ausstoßöffnung als Wärmeisolierungslage aus, wird es möglich, die Abgastemperatur beim Durchfluß durch die Ausstoßöffnung besser zu halten und im Reaktor ' hohe Abgastemperaturen aufrechtzuerhalten und gute Nachverbrennung zu gewährleisten. Die Viärmeisolierungslagen 18 und 19 können als Hülse aus einem wärmeisolierenden Material ausgebildet sein, die in eine entsprechende Öffnung des Läufergehäuses einsetzbar ist.

Das Bezugszeichen 20 in Fig. 2 bezeichnet eine öffnung für das Einspritzen von Sekundärluft in die Abgase, um eine vollkommene Verbrennung der verbrennbaren Gase der Abgase im Reaktor herbeizuführen. Die Menge an Sekundärluft sollte in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen der Maschine gewählt werden, so daß die Luft für ein diese Maschine besitzendes Fahrzeug reduziert oder gesperrt werden kann, das mit hoher Geschwindigkeit fährt oder mit hoher Belastung oder das verzögert.

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Fig. 6 zeigt eine weitere Ausführungsform für die Wärmeisolierung des Umfangswandabschnitts der Ausstoßöffnung. In diesem Fall ist das Läufergehäuse mit einer öffnung 21 versehen, die einer Ausstoßöffnung entspricht und es ist ein Rohrkörper 22 in diese Öffnung eingesetzt, der um sich einen Ringraum innerhalb der Öffnung 21 beläßt. Die Ausstoßöffnung wird durch die Innenfläche des Rohrkörpers definiert. Der Aufbau der Ausstoßöffnung dieser Art, bei der ein Rohrkörper in eine entsprechende Öffnung des Läufergehäuses eingesetzt ist, ist möglich, da die Ausstoßöffnung bei einer Abgasleitung dieser Art nach der Erfindung einfachen rohrförmigen Aufbau haben kann.

Zusammenfassend läßt sich also feststellen, daß die Erfindung eine Konstruktion für eine Abgasleitung einer Mehrscheibendrehkolbenmaschine liefert, bei der die einzelnen Ausstoßöffnungen, die den einzelnen Verbrennungskammern zugeordnet sind, an einen gemeinsamen Reaktor in der Weise angeschlossen sind, daß die Ausstoßlinien der einzelnen Ausstoßöffnungen einander an einer Stelle schneiden, die sich innerhalb eines Raums befindet, der von dem Reaktor umgrenzt wird.

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Claims (7)

1. Patentansprüche

   ( 1. Abgasleitung für eine Mehrscheibendrehkolben-

   maschlhe-mit mehreren Läufern, bei der die von den den einzelnen Läufern zugeordneten Verbrennungskammern ausgestoßenen Abgase in einen gemeinsamen Reaktor eingeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausstoßlinien (16; 17!) der den einzelnen Verbrennungskammern (11; 12) zugeordneten einzelnen Ausstoßöffnungen (13; 14) im wesentlichen einander an einer Stelle (0) schneiden, die innerhalb des Innenraums des Reaktors (15). liegt.
2. 2. Abgasleitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stelle (0) in der Tiefe des Reaktors ausreichend weit von dessen Austritt liegt.
3. 3. Abgasleitung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse (17) einer Ausst.oßöf fnung (14), die an eirondem Austritt des Reaktors relativ nahe gelegenen Abschnitt des Reaktors (15) öffnet, in Richtung auf die Tiefe des Reaktors abgekrümmt ist.
4. 4. Abgasleitung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse einer Ausstoßöffnung (14), die an einer dem Austritt des Reaktors relativ nahe gelegenen Stelle in den Reaktor öffnet, geradlinig in Richtung auf die Tiefe des Reaktors geneigt ist.

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5. 5. Abgasleitung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der ümfangsabschnitt der Ausstoßöffnung thermisch von dem diesen Wandabschnitt umgebenden Läufergehäuse isoliert ist.
6. 6. Abgasleitung nach Anspruch 5/ dadurch gekennzeichnet, daß der ümfangswandabschnitt der Ausstoßöffnung von einem Rohrkörper (18; 19) gebildet ist, der aus einem wärmeisolierenden Material besteht.
7. 7. Abgasleitung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Umfangswandabschnitt der Ausstoßöffnung von einem rohrförmigen Körper (22) gebildet ist, der in eine zugehörige öffnung (21) eingesetzt ist, die in einem Läufergehäuse in der Weise ausgebildet ist, daß ein Ringraum rund um den Rohrkörper (22) verbleibt.

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