DE3727461A1

DE3727461A1 - Piston engines with method for improving the reaction in engine combustion chambers and secondary reaction systems

Info

Publication number: DE3727461A1
Application number: DE19873727461
Authority: DE
Inventors: Hans Karl Dr Leistritz
Original assignee: Leistritz hans Karl drjur
Current assignee: Leistritz hans Karl drjur
Priority date: 1987-05-05
Filing date: 1987-08-18
Publication date: 1989-03-02

Abstract

This additional application contains some improvements to the main application P 3714831.1, in which the new charging arrangement for piston engines on the exhaust side had been represented as a multi-phase transformation system. It goes together with the main application in the context of development which also on the intake side influences the charging conditions of the engine combustion chamber with effects in the area of the port and valve overlap zone.

Description

Die Hauptanmeldung P 37 14 831.1 steht im Entwicklungszusammenhang von P 37 00 182.5 vom 6. 1. 87, deren Bedeutung darin liegt, mittels abgasseitiger und ansaugseitiger Maßnahmen neue Orientierungen für die ingenieursmäßig korrekte Motorenabstimmung dadurch erzielt zu haben, daß sich die Beladungsverhältnisse innerhalb des bzw. der Motorenbrennräume tiefgreifend änderten. Das abgasseitig als "Abruptauswurf" bezeichnete Leistungssystem bewirkt innerhalb der Schlitz- bzw. Ventilüberschneidungszone neue Ladungsverhältnisse in Richtung Magermotor, wobei es gelingt, mittels Umwandlung der kinetischen Energie des Druckwellen-Vorauslasses in thermische in der Abgasleitung Heißzonen zur Verfügung zu haben, in denen ohne Verbrauchserhöhung reaktionsaktive Zonen entstehen, die geeignet sind, die Abgassäuberung von Schadstoffen zu erreichen, ohne daß es systemfremder Eingriffe in den Motor bedarf bzw. abgasseitig additiver Konstruktionen, wie sie als Katalysatoren, Rußfilter oder Thermoreaktoren traditioneller Art bekannt sind.The main application P 37 14 831.1 is related to the development of P 37 00 182.5 from January 6, 87, the meaning of which lies therein, by means of exhaust gas and intake-side measures new orientations for the engineers to have achieved correct engine tuning in that the Loading conditions within the engine combustion chamber (s) are profound changed. The power system referred to as "abrupt ejection" on the exhaust gas side creates new ones within the slot or valve overlap zone Charge conditions in the direction of lean engine, whereby it succeeds by means of conversion the kinetic energy of the pressure wave outlet in thermal to have hot zones available in the exhaust pipe, in which without Increase in consumption of reactive zones that are suitable to achieve the exhaust gas purification of pollutants without it being foreign to the system Interventions in the engine require or additive constructions on the exhaust gas side, as traditional as catalysts, soot filters or thermoreactors Are known.

Innerhalb dieses Entwicklungszusammenhanges definierte die Anmeldung P 37 14 831.1 ein mehrphasiges Leitungssystem ab Kolbenstreckenauswurf, wie es in der dortigen Beschreibung dargestellt wurde, und diese Zusatzanmeldung hat in diesem speziellen Zusammenhang die begrenzte Aufgabe, das Konstruktionselement der Rohrbündelgruppe, die dort in der zweiten Phase beschrieben ist, zu ersetzen durch eine bei vielen Anwendungen des Motors günstigere Konstruktion. Der Oberbegriff des Hauptanspruches beschreibt die als Randstrahlen-Fokussierung bezeichnete Strecke dieses Leitungssystems, bei der bisher eine Aufteilung in einen Mehrfachstrahler erfolgte, und der folgende kennzeichnende Teil ersetzt diese Konstruktion durch eine das notwendige Strömungskontinuum dieser Leitungszone besser sichernde Strömungsdurchsatz-Zone.Defined within this development context the application P 37 14 831.1 from a multi-phase line system Piston distance ejection, as shown in the description there was, and this additional application has in this particular context the limited task, the structural element of the tube bundle group, the described there in the second phase, to be replaced by one in many Applications of the engine cheaper construction. The generic term of The main claim describes what is referred to as marginal ray focusing Section of this line system, in which a division into a multiple radiator was made, and the following characteristic part replaced this construction through a the necessary flow continuum of this Conduction zone better securing flow throughput zone.

Die als Schemazeichnung ausgeführte Fig. 1 zeigt eine Kolbenstrecke am Ende des Arbeitstaktes eines Viertaktmotors, bei dem bereits die Öffnung des Auslaßventils stattgefunden hat. Während die Kolbenstrecke noch mit dem mehr oder weniger ausgebrannten Abgas (gepunktete Fläche) gefüllt ist, springt sofort nach Auslaßventilöffnung (30 bis 60° Kurbelwinkel vor dem unteren Totpunkt) die Druckwelle (gezeichnet als Wellenlinien) voreilend dem Abgasquant heraus. Sie ist Stoßwelle, ein Energieauswurf, der sich von der Kolbenfläche her, die sofort den Weg zum oberen Totpunkt antritt, ausbreitet. Da Druckwellen nicht sofort nach dem Übertritt in eine Rohrstrecke ihr Druckmaximum aufweisen, folgt zunächst eine ansteigende Druckbildungszone, der nach Erreichen des Maximums das Bildungsdekrement, die Druckabfallstrecke folgt. Drehzahl und Beladungsintensität des Motors sind für den Druck und seinen Verlauf von großer Bedeutung. Da solche Leitungsstrecken ab Anflanschzone keine beweglichen Teile enthalten dürfen, es sei denn in Grenzen bestimmter Konstruktionen, ist hier die Erfahrung des Abstimmungsingenieurs von großer Bedeutung, der weiß, innerhalb welcher Längen und Querschnitte günstige Drehmomente bei allen Anwendungsarten der Motoren vorliegen. Der Abruptauswurf der vorliegenden Gesamtentwicklung ab PCT/DE 85/00152 des Anmelders steht unter der Aufgabenstellung, für die Summe der Drehzahlen und Drehmomente des Motors innerhalb einer Leitungsstrecke, die als gleichförmiges Rohr (14 + 323 in Fig. 1) ausgebildet ist, eine Zone begrenzten Volumenanstiegs auszubilden, die konstruktiv die Qualität hat, innerhalb der Ventilüberschneidungszone mittels einer energetisch kräftigeren Auswurfleistung erstens die Selbstansaugleistung in den Motorbrennraum zu verstärken, sobald (noch vor dem Ende des Ausschiebehubs) das Einlaßventil öffnet, und zweitens die kinetische Energie (= Bewegungsenergie) des Auswurfes zu verwandeln in thermische Energie. Einzelheiten sind hier dazu nicht auszuführen - es ist hier nur der Hinweis darauf notwendig, welche Bedeutung dem Umstande zukommt, eine Leitungsstrecke des Schemas der Fig. 1 (12/14/103/6/17/323/38) bis freie Atmosphäre ohne energetische Verlustzonen so auszuführen, daß die Verstärkung der Ansaugleistung des Motorbrennraumes konsequent weitergeführt wird. FIG designed as a schematic drawing. Figure 1 shows a piston path at the end of the working cycle of a four stroke engine in which already has taken place the opening of the exhaust valve. While the piston section is still filled with the more or less burned-out exhaust gas (dotted area), the pressure wave (drawn as wavy lines) jumps out of the exhaust gas quantum immediately after opening the exhaust valve (30 to 60 ° crank angle before bottom dead center). It is a shock wave, an ejection of energy that spreads from the piston surface, which immediately begins the path to top dead center. Since pressure waves do not have their maximum pressure immediately after entering a pipe section, an increasing pressure formation zone follows, which is followed by the formation decrement, the pressure drop section. The speed and load intensity of the engine are of great importance for the pressure and its course. Since such line sections from the flange zone may not contain any moving parts, unless within the limits of certain constructions, the experience of the coordination engineer is of great importance, who knows within which lengths and cross sections there are favorable torques for all types of motor application. The abrupt ejection of the present overall development from PCT / DE 85/00152 by the applicant is under the task, for the sum of the speeds and torques of the motor within a line section, which is designed as a uniform tube ( 14 + 323 in Fig. 1), a zone limited volume increase, which has the constructive quality of firstly increasing the self-priming power into the engine combustion chamber within the valve overlap zone by means of an energetically more powerful ejection capacity as soon as the intake valve opens (before the end of the extension stroke) and secondly the kinetic energy (= kinetic energy) of the Ejection to transform into thermal energy. Details are not to be given here - it is only necessary to indicate the importance of the circumstance, a line section of the diagram of FIG. 1 ( 12/14/103/6/17/323/38 ) to a free atmosphere without energetic Execute loss zones in such a way that the intake power of the engine combustion chamber is consistently increased.

Die Maßnahme dieser Zusatzanmeldung besteht darin, anstelle der Rohrbündelgruppe, welche die Fig. 1 der Hauptanmeldung P 37 14 831.1 zeigt (mit der Bezifferung : 103 ff.), eine Durchsatzstrecke optimaler Energiebewahrung zu schaffen, welche, um nur ein Beispiel zu nennen, nicht die Reibungsverluste aufweist, welche bei der Zerlegung des Gasstromes eines Rohres in mehrere Rohre wesentlich kleineren Durchmessers auftreten. Ausgeführt wird dies gemäß kennzeichnendem Teil des Anspruches 1 mit den dort bezeichneten Maßnahmen zur Bildung eines sehr gleichförmigen spaltartigen Ringraumes 6, der aus der Position des größten Umfanges der Folgezone 17 (= Konvergenz- bzw. Fokussierungszone) entlang den sich stromabwärts konisch verengenden Innenwandungen die fokusartige Verdichtungszone mit gleitendem Übergang in die Rohrstrecke 323 bewerkstelligt. The measure of this additional application is, instead of the tube bundle group, which is shown in FIG. 1 of the main application P 37 14 831.1 (with the numbering: 103 ff.), To create a throughput section of optimal energy conservation, which, to name just one example, does not has the frictional losses that occur when the gas flow of a pipe is broken down into several pipes of substantially smaller diameter. This is carried out in accordance with the characterizing part of claim 1 with the measures described there for forming a very uniform gap-like annular space 6 , which, from the position of the largest circumference of the following zone 17 (= convergence or focusing zone) along the inner walls that narrow conically downstream, the focus-like Compression zone with smooth transition into pipe section 323 accomplished.

Infolge der verschiedenen Geschwindigkeiten von Druckwelle und Gasquant wird bei der hier vorgelegten Konstruktion die langsamer durchgesetzte Abgasmenge insbesondere im stromabwärtigen Teil der Leitungsstrecke mehrfach überlaufen, wobei der Reflexionsverzehr im Raumbereich 17/323 auszulegen ist. Da die aus der stromabwärtigen Leitung rücklaufenden Druckanteile nur bis zum Innenraumteil 166 gelangen können, bleiben Druck und Dichte der Leitungsstrecke 12/14 zwischen den Auswürfen gegenüber bekannten Ausführungen extrem niedrig und sind zugleich den hohen Unterdrücken der ständig abfließenden stromabwärtigen Zonen 323 bis 38 ausgesetzt. Das fördert zugleich den der Druckwelle folgenden Gasdurchsatz und ist insofern günstiger als bei der zuvor angewendeten Rohrgruppe. Es hängt, wie in der Zeichnung angedeutet, von dem gewünschten isothermen Niveau des Streckenbereichs 14/323 ab, wo und inwieweit Außenisolierung angewendet wird.As a result of the different velocities of the pressure wave and gas quantum, the slower flow of exhaust gas in the design presented here is overflowing several times, especially in the downstream part of the line, with the reflection consumption in room area 17/323 being designed. Since the pressure components returning from the downstream line can only reach the interior part 166 , the pressure and density of the line section 12/14 between the ejections remain extremely low compared to known designs and at the same time are exposed to the high negative pressures of the continuously flowing downstream zones 323 to 38 . This also promotes the gas throughput following the pressure wave and is therefore cheaper than the previously used pipe group. As indicated in the drawing, it depends on the desired isothermal level of section 14/323 where and to what extent external insulation is used.

Claims

1. Piston engines with methods for improving the reaction in engine combustion chambers and after-reaction sections according to P 37 14 831.1 by means of a multi-phase transformation system of a line section (according to FIG. 1) arranged between the piston section ejection at the valve or slot and the exhaust gas outlet line into the free atmosphere, consisting of four main sections of spatial geometric sequence,

a) where the first phase represents the line transition from the discontinuity phase from the valve or slot outlet to the connecting section at the flange level of the engine outlet with the transition there to the stereometry of a curved tubular body with the same cross section and coordinated length ( 14 in FIG. 2),
b) the second phase, a conversion of the flow characteristic known as "marginal jet focusing" with firstly the decomposition of the compact ejection from the line section ( 14 ) into a bundle of completely uniform so-called jet pipes, which with their outlets on a continuously narrowing inner surface of a conical Cavity ( 32 ) are directed so that the ejections as a result of a change in direction reunite their rays diverging in the peripheral edge (= focus), after which
c) whose reunited flow passes from the smallest cavity cross-section (from 32 ) into a once again uniform monotube ( 323 ) of a coordinated length (= third conversion phase),

characterized in that within this three-phase process of flow transformation, the second phase is not achieved by means of resolution in partial beams, but rather (cf. FIG. 1) that
firstly, the outflow from the first phase, the line section ( 14 ), into a generally conically widening part of the room ( 103 ) in which
secondly, an interior portion (166) is located, whose peripheral is executed (16) such that the outflow opening (15) situated starting forms axially a progressively narrowing flow rate zone within the surrounding space (103) and the wall (16)
thirdly, into a gap-like annular space ( 6 ) of high uniformity, which causes its outflow on the converging walls of the following space and achieves the subsequent compression in a coherent form.

2. Method according to the main claim for improving the reaction in engine combustion chambers and post-reaction lines, characterized in that in downstream Flow direction from the piston section outlet, the exhaust gases have no inlet find in relaxation spaces that create dwellings and this through an uninterrupted flow continuum of train route characteristics until escape into the free atmosphere is ensured.

3. The method according to the preceding claims, characterized in that the length adjustment of the downstream line section 323 is carried out so that the gas exchange filling / emptying process converts increasingly within the downstream section 323 increasingly from the discontinuity of the process into a more continuous process.

4. The method according to the preceding claims, characterized in that the final claim muffler, the rule of claim 2 also in so-called acoustic chain ladders (staggered row filters), in which overlapping inlet and outlet pipes are used, is observed in such a way that only outlet pipes ( 38 in FIG. 1) are connected to residence time-forming relaxation rooms which are arranged upstream ( 135 ).

5. The method according to the preceding claims, characterized in that in multi-cylinder engines, the downstream line sections ( 323 ) are summarized in a known manner tubular.