DE2909885A1 - Two-chamber exhaust afterburner - uses common high energy external ignition in region where flow reverses from first to second chamber - Google Patents

Two-chamber exhaust afterburner - uses common high energy external ignition in region where flow reverses from first to second chamber

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Abstract

The arrangement is particularly intended for a combustion engine exhaust afterburner with external ignition, having combustion chambers arranged in parallel or in series and provided with a common ignition area. The ignition system uses capacitive energy storage or similar energy boosting action such that, within the area, a greater energy and higher ignition temperature is available than in the external ignition system of a conventional Otto engine. The ignition area may be arranged near the region where the flow from the primary combustion or mixing chamber reverses on its way to a secondary combustion chamber of greater cross-section, in which igniton is initiated in this chamber.

Description

Beschreibung description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine thermische Verbesserung von nicht-kataltischen Nachverbrennungsanlagen, bei denen Fremdzündung eingesetzt wird. Diese Verbesserung besteht im Einsatz verbesserter Zündsysteme, wobei als Zündsystem der konstruktive Zusammenhang zwischen bestimmten Zündfeld-Positionen innerhalb geeigneter Brennkamnerkonstruktionen und innerhalb eines solchen Entladungsfeldes der Zuführung einer gröberen Zündenergie zu verstehen ist, welche die Zündtemperatur gegenüber einer konventionellen Zündanlage etwa verdoppelt. Insbesondere die Aufbereitung des Zündfunkens mittels sog. kapazitiver Stoßentladung, wie sie insbesondere gemäß deutschem Patent Nr.1902199 ausgearbeitet und in wirtschaftlicher Ausführung vorliegt, ist geeignet, vor allem bei mehrräumigen Brennkammern die Kaltstarteigenschaften und den kontinuierlichen Abbrand magerer Abgas/Zusatzluft-Gemische zu verbessern.The present invention relates to a thermal improvement of non-cataltic afterburning systems in which external ignition is used. This improvement consists in the use of improved ignition systems, said being the ignition system the constructive relationship between certain ignition field positions within suitable combustion chamber constructions and within such a discharge field the supply of a coarser ignition energy is to be understood, which is the ignition temperature approximately doubled compared to a conventional ignition system. In particular, the processing of the ignition spark by means of so-called capacitive surge discharge, as it is in particular according to German patent no.1902199 and is available in an economical version, is suitable, especially in the case of multi-room combustion chambers, the cold start properties and to improve the continuous burn-off of lean exhaust gas / additional air mixtures.

Der erste mit Fremdzündung arbeitende Thermoreaktor, der eine wesentliche Verbesserung der Abgaswerte brachte, war die Konstruktion von C.W.Morris gemäß US-Patent Nr.3037344. Die Nachbrennkammer besteht hierbei aus einem gro.svotum.igen Brennraum (Figur 2 Ziffer 34), dem durch eine am ganzen Jmfang befindliche iochgruppe ein Gemenge Abgas/Zusatzluft zuströmt und hierbei an einer Zündkerze normaler Bauart, die mittig hineinragt, gezün-et wirt. Die Abströmung geht mit einer Richtungsänderung um 90 in einen sicr. verengenden konischen Austrittsraum über. Die erste Umkehrströmungs-Nac..brennkammer gemäß österreichischem Patent Nr.248802 Anspruch 1 in Verbindung mit 23 sah die Zuführung eines Gemenges Abgas/Zusatzluft in einen; sog. Brenn/Luft-Raum bzwT -Rohr vor1 das auf eine Reflexionswand gerichtet ist, den Strom dort zur Umkehr um 1800 veranlaßt und in eine 3rer.nraum-Verlängerung überführt, welche das Brenn/Luft-Rohr, d.h. die erste liacnbrennkammer, mit gegenläufiger Strömungsrichtung umgibt und am Ende dieses Weges eine weitere Reflexionswand vorfindet (Anspruch 24).The first thermoreactor to work with spark ignition, which is an essential The design by C.W.Morris in accordance with the US patent brought about an improvement in the emission values No.3037344. The afterburning chamber consists of a large combustion chamber (Figure 2, number 34), to which a group of holes located on the entire periphery Mixture of exhaust gas / additional air flows in and at a spark plug of normal design, which protrudes in the middle, gezün-et host. The outflow goes with a change of direction at 90 in a sicr. narrowing conical exit space over. The first reverse flow combustion chamber according to Austrian patent No. 248802 claim 1 in connection with 23 saw the Feeding a mixture of exhaust gas / additional air into one; so-called combustion / air space or T pipe vor1 that is directed at a reflection wall, the current there to reverse around 1800 initiated and transferred into a 3rer.nraum-extension, which the combustion / air pipe, i.e. the first liacn combustion chamber, with opposite flow direction, and at the end of this path there is another reflection wall (claim 24).

Der technische Fortschritt dieser Konstruktion gegenüber Morris bestand in vier Konstruktionselementen: 1. In dem Gewinn an Verweilzeit für den Endausbrand, 2. In der Mischungsverbesserung durch die Wandumkehr um 1800, 3. In der Aufheizung des ersten Brennraumes durch den umgebenden mit Nachverbrennungswärme, und 4. in der Zusammenfassung dieser zweistufigen Brennraum-Konstruktion durch die sie umgebenden Reflexionswandungen zu einer Bau einheit ohne Wärmeabstrahlung. Außerdem entspricht diese Zwei-Stufen-Auslegung in ihrer Struktur den Beschickungsvoraussetzungen durch den Kolbenmotor, der in der Regel vergaserseitig ein zweistufiges Düsensystem enthält. Die Leerlaufdüsenbeschickung, in der Regel neben der Hauptdüse noch bis ca. 3000 U/min wirkend, bietet für die Kaltstartsituatonen ein fetteres Gemisch bei einer kleineren Gesamtgasmenge, welche in dem Nachbrennraum, der vom Brenn- und Mischrohr und dem querschnittsgrößeren Umkehrraum gebildet wird, ausreichenden Ausbrandraum vorfindet.The technical advancement of this construction over Morris persisted in four construction elements: 1. In the gain in dwell time for the final burnout, 2. In the mixing improvement through the wall reversal around 1800, 3. In the heating of the first combustion chamber through the surrounding with post-combustion heat, and 4th in summarizing this two-step Combustion chamber construction the surrounding reflective walls to a building unit without heat radiation. In addition, this two-stage design corresponds in its structure to the charging requirements by the piston engine, which usually has a two-stage nozzle system on the carburetor side contains. The idle nozzle feed, usually next to the main nozzle up to Acting approx. 3000 rpm, offers a richer mixture for cold start situations with a smaller total amount of gas, which is in the afterburning chamber, which is from the combustion and mixing tube and the reversing space with a larger cross-section is sufficient Finds the burnout area.

Die zunehmende Hauptdüsenbeschickung mit ihrer größeren Gasmenge findet ir Ausbrandraum zweiter Stufe einen ausreichend zu dimensionierenden Endausbrandraum vor. Das deutsche Patent Wir.2055001 fügte diesem Nachbrennersystem eine auf den Füllungsgrad der Brennkraftmaschine abgestellte zweistufige Zusatzluftbeschickung hinzu und ein flammenstoßartig in die Umkehrzone mündendes sog. Zündrohr. Die vorliegende Anmeldung setzt diese Entwicklung fort durch die Einfügung eines energiereicheren Entladungsstroms mit einer etwa verdoppelten Zündtemperatur (gegenüber konventioneilen Zündanlagen) und durch eine weitere konstruktive Ausarbeitung des für beide Brennraumstufen direkt wirksamen Zündfeldes.The increasing main nozzle loading takes place with their larger amount of gas In the second stage burn-out room a sufficiently dimensioned final burn-out room before. The German patent Wir.2055001 added one to this afterburner system Degree of filling of the internal combustion engine switched off two-stage additional air supply and a so-called ignition tube that opens into the reversal zone like a burst of flames. The present Registration continues this development by inserting a more energetic Discharge current with an approximately doubled ignition temperature (compared to conventional Ignition systems) and through a further constructive elaboration of the for both combustion chamber stages directly effective ignition field.

Diese Zündfeldverbesserung ist im Anspruch 4 in Verbindung mit den Ansprüchen 2 und 3 definiert. Hinsichtlich des Sitzes des Zündelementes zeigte das US-Patent Nr.3347040 des Anmelders in Figur 1 (Ziffer 21j eine Konstruktion gemäß Anspruch 2 und das deutsche Patent Nr. 2055001 eine Konstruktion gemäß Anspruch 3. Die Zündfeldverbesserung besteht, wie die Figuren 1 und 2, die dieser Anmeldung beigefügt sind, zeigen, darin, daß die eine stärkere Zündenergie zuführende Elektrode (22) in einen lochartigen Wanddurchbruch der Zündrohre (Fig.1 : 15; Fig.2 : 21) etwa mittig hineinragt, sodaß der Funkensprung zum Lochrand hin stattfindet und hierdurch gleichzeitig ein Zündfeld für den das betreffende Zündrohr umgebenden größeren Brennkammerraum gebildet wird. Werden gemäß Anspruch 5 in der gleichen Schnittebene des Zündrohres weitere Locnungen angebracht, werden sich die Zündreaktionen in den umgebenden Brennraum (Figur 1 : 17; Figur 2 : 16) mit sternartigen Flammenspitzen ausbreiten. Die Ansprüche 6 und 7 ergänzen diese Konstruktion durch weitere thermisch sichernde Zusatzmaßnahmen.This ignition field improvement is in claim 4 in connection with the Claims 2 and 3 defined. This showed with regard to the location of the ignition element Applicant's U.S. Patent No. 3347040 in Figure 1 (item 21j a construction according to Claim 2 and German Patent No. 2055001 a construction according to claim 3. The ignition field improvement, like FIGS. 1 and 2, consists of this application are attached, show therein that the more ignition energy supplying electrode (22) into a hole-like opening in the wall of the ignition tube (Fig.1: 15; Fig.2: 21) protrudes approximately in the middle, so that the spark jump takes place towards the edge of the hole and this simultaneously creates an ignition field for the one surrounding the ignition tube in question larger combustion chamber space is formed. Are according to claim 5 in the same Cutting plane of the ignition tube attached to further locations, the ignition reactions will be into the surrounding combustion chamber (Figure 1:17; Figure 2: 16) with star-like flame tips spread. The claims 6 and 7 supplement this construction by further thermal additional safeguarding measures.

In der Figur 1 zeigt der Pfeil 1 den Weg des unbehandelten Abgases, Pfeil 2 den Weg der Zusatzluft (+ Pfeil 20) und Pfeil 3 das nachverbrannte Gas.In Figure 1, the arrow 1 shows the path of the untreated exhaust gas, Arrow 2 the path of the additional air (+ arrow 20) and arrow 3 the post-burned gas.

Claims (8)

Bezeichnung der Anmeldung : Thermoreaktoren mit Fremdzündung Patentansprüche Mit Mit Fremdzündung arbeitende Nachverbrennungseinrichtung von Brennkraftmaschinen, insbesondere solche mit parallel oder nacheinander geschalteten Brennkammerräumen, die an ein gemeinsames Zündfeld (4) angescnlossen sind, dadurch gekennzeichnet1 daß ein Zündsystem mit kapazitivem Energiespeicher oder sonstiger energiesteigernder Wirkung so verwendet wird, daß im Entladungsfeld eine höhere Zündenergie einschließlich wesentlich höherer Zündtemperaturen zur Verfügung steht, als sie beim Fremdziindungssystem des Ottomotors serienmässiger Normalausführungen üblich sind.Name of the application: Thermoreactors with external ignition Patent claims Post-combustion device of internal combustion engines working with spark ignition, in particular those with combustion chamber spaces connected in parallel or one after the other, which are connected to a common ignition field (4), characterized in that: 1 that an ignition system with capacitive energy storage or other energy-increasing Effect is used so that a higher ignition energy including in the discharge field Significantly higher ignition temperatures are available than with the external ignition system of the gasoline engine in series standard versions are common. 2. Nachverbrennungseinrichtung gemäß Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß als Zündfeld der primäre Brenn- oder Mischraum einer Umkehrströmungsbrennkammer verwendet wird, der ein Gemenge Abgas/Zusatzluft zuführt und, auf die Umkehrwandung eines sekundären Brennraums größeren Querschnitts gerichtet, zugleich für diesen als Zündrohr dient.2. Post-combustion device according to claim 1, characterized in that that the primary combustion or mixing chamber of a reverse flow combustion chamber is used as the ignition field is used, which supplies a mixture of exhaust gas / additional air and, on the reverse wall of a secondary combustion chamber with a larger cross-section, at the same time for this serves as an ignition tube. 3. zu Nach Nachverbrennungseinrichtung gemäß einem -der vorigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß als Zündrohr, in weichem der Funkensprung erfolgt, ein in der Regel mit dem primären Brenn- oder Mischraum etwa axial fluchendes Rohr dient, dessen Offnung zur Auslaßöffnung des primären Brenn-oder Mischrohres Abstand aufweist und entweder auf seiner abgewandten Seite geschlossen ist oder, falls die Konstruktion einer axial gelagerten sog.Zwillingsbrennkammer vorliegt7 auch zur anderen Brennkammer hin geöffnet ist.3. to post-combustion device according to one of the preceding claims characterized in that the ignition tube in which the spark jump takes place is a As a rule, axially aligned pipe is used with the primary combustion or mixing chamber, the opening of which is at a distance from the outlet opening of the primary combustion or mixing tube and either closed on its opposite side or, if the construction an axially mounted so-called twin combustion chamber is also present7 to the other combustion chamber is open. 4. Nachverbrennungseinrichtung gemäß einem der vorigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß ein Zündrohr im Sinne des Anspruches 2 (Figur 1) bzw. ein Zündrohr im Sinne des Anspruches 3 (Figur 2) innerhalb eines lochartigen Wanddurchbruches die Zündenergie zuführende Elektrode aufweist und der Funkensprung zum Lochrand stattfindet, sodaß hierdurch gleichzeitig ein Zündfeld für den das Zündrohr umgebenden größeren Brennkammerraum gebildet wird.4. Post-combustion device according to one of the preceding claims characterized in that an ignition tube within the meaning of claim 2 (Figure 1) or an ignition tube in the sense of claim 3 (Figure 2) within a hole-like wall opening has the electrode supplying ignition energy and the spark jump to the edge of the hole takes place, so that at the same time an ignition field for the one surrounding the ignition tube larger combustion chamber space is formed. 5. Nachverbrennungseinrichtung gemaß vorigem Anspruch dadurch gekennzeichnet, daß das Zündrohr (Figur 1 oder Figur 2)neben der Lochung, in welcher der Funkensprung erfolgt (4-) etwa in gleicher Ebene sonstige Lochungen aufweist.5. Post-combustion device according to the previous claim, characterized in that that the ignition tube (Figure 1 or Figure 2) next to the perforation in which the spark jump takes place (4-) has other perforations in approximately the same plane. 6. Nachverbrennungseinrichtung gemäß einem der vorigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß der Nachbrennraum oder die ineinandergreifende Abfo: ge mehrerer Nachbrennräume ( 15/1b/17 in Figur 1) im stromabwärtigen Be reich durch eine keramische Feinkanalwandung (8) von solchen Folgeräumei unterschieden ist, welche Wärmetauschwandung zu zulaufendem unbehandelte Abgas besitzen.6. Post-combustion device according to one of the preceding claims characterized in that the afterburning chamber or the interlocking Abfo: ge several Afterburning chambers (15 / 1b / 17 in Figure 1) in the downstream Be rich by a ceramic Feinkanalwandung (8) is differentiated from such follow-up rooms, which heat exchange wall have untreated exhaust gas to be fed in. 7. Nachverbrennungseinrichtung mit Fremdzündung nach einem der vorigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Brennkammerräume in überwiegender Weise nach aul3en isoliert sind bzw. keramische Wandungen haben.7. Post-combustion device with external ignition according to one of the previous ones Claims characterized in that the combustion chamber space or spaces are predominantly Are insulated on the outside or have ceramic walls. 8. Nachverbrennungseinrichtung mit Fremdzündung nach einem der vorigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß sie auch nach einer Primärverbrennung nach Dieselsystem angewendet wird, und zwar gleichgültig, ob nur für einen Teil der Betriebszustände (sog. Halbbrenner) oder in umfassenderer Weise (Vollbrenner).8. Post-combustion device with external ignition according to one of the previous ones Claims characterized in that they also after a primary combustion Diesel system is applied, regardless of whether only for part of the operating conditions (so-called half-burner) or in a more comprehensive way (full-burner).
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