DE701983C

DE701983C - Device for the production of hot air, especially for the cabin heating of aircraft that are driven by internal combustion engines with exhaust gas recirculation systems

Info

Publication number: DE701983C
Application number: DE1938J0062217
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Anselm Franz
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1938-08-16
Filing date: 1938-08-16
Publication date: 1941-01-28

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Abgasrückstoßanlagen von Brennkraftmaschinen, bei welchen ein Teil der Abgaswärme an einen Frischluftstrom übertragen und die erhitzte Luft zur Beheizung von Räumen (vorzugsweise Flugzeugkabinen) herangezogen wird. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf solche Anlagen, bei welchen jedem Arbeitszylinder der Brennkraftmaschine ein eigenerThe invention relates to exhaust gas recoil systems for internal combustion engines which transfer part of the exhaust gas heat to a stream of fresh air and which is heated Air is used to heat rooms (preferably aircraft cabins). In particular, the invention relates to systems in which each working cylinder of the internal combustion engine has its own

Abgaskrümmer zugeordnet ist und bei welchen entweder jeder Krümmer eine eigene Ausströmdüse besitzt oder mehrere Krümmer an eine gemeinsame Ausströmdüse angeschlossen sind.Exhaust manifold is assigned and in which either each manifold has its own Exhaust nozzle has or has several elbows connected to a common exhaust nozzle are.

Es sind Anlagen bekannt, bei welchen die heißen Abgase einer Brennkraftmaschine ihre Wärme an die Wandung von Leitungsrohren abgeben und so die in diesen Rohren strömende Luft erhitzen. Diese so erwärmte Luft wird ihrerseits zu Beheizungszwecken herangezogen. There are systems known in which the hot exhaust gases of an internal combustion engine Dissipate heat to the wall of conduit pipes and thus the heat flowing in these pipes Heat the air. This air heated in this way is in turn used for heating purposes.

Anlagen dieser Art, bei denen nur die innere Energie der Abgase durch Wärmeaustausch ausgenutzt werden soll, sind jedoch dann ungeeignet, wenn gleichzeitig auch die äußere Energie der Abgase beispielsweise bei Flugmotoren durch Ausnutzung des Rückstoßes verwertet werden soll. In Anlagen der bekannten Art wurden nämlich naturgemäß nur Vorkehrungen getroffen, um einen intensiven Wärmeaustausch zwischen den heißen Abgasen und der zu erwärmenden Luft zu gewährleisten, es wurde jedoch nicht darauf Rücksicht genommen, Verluste in derSystems of this type, in which only the internal energy of the exhaust gases through heat exchange Should be used, however, are unsuitable if the external energy of the exhaust gases, for example, at the same time Aircraft engines should be recycled by taking advantage of the recoil. In systems of the known type were namely naturally only precautions are taken to ensure an intensive heat exchange between the hot exhaust gases and the one to be heated To ensure air, however, no consideration was given to losses in the

Abgasströmung, die eine Verminderung der Rückstoßleistung ergeben, weitestgehend zv vermeiden.Exhaust gas flow, which result in a reduction in the recoil performance, largely zv avoid.

Bei derartigen Anlagen, in welchen die Abgase die Luftleitungsrohre senkrecht oder annähernd senkrecht anströmen, tritt an der Stirnseite des im allgemeinen kreisförmigen Umrisses der Luftleitungsrohre eine Stauung der heißen Abgase auf. Die Folge dieser »° Stauung ist örtliche Erhitzung der betroffenen Stelle des Leitungsrohres. In Anbe tracht der hohen Eigentemperatur der Abgase führt diese Stauung der iibgase zur Beschädigung der Rohrwandung, die insbesondere •5 bei längerem Betrieb der Anlage zum Bruch und dadurch zur Durchmischung der Abgase mit der in den Rohren strömenden Luft führen kann. An der der Strömung abgekehrten Seite, des Rohres treten die bekannten .Wirao belungen auf, welche zufolge der hohen Gasgeschwindigkeit besonders große Energieverluste zur Folge haben, Diese Verluste bewirken eine bedeutende Verringerung der Gasgeschwindigkeit und demzufolge eine bedeutende Verringerung der Rückstoßwirkung. Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Einrichtung zur Gewinnung von Heißluft, insbesondere für die Kabinenbeheizung von Luftfahrzeugen, die durch Brennkraftmaschinen mit Abgasrückstoßanlagen angetrieben werden, weiche Mangel bekannter Ausführungen vermeidet. Erfindungsgemäß wird dies bei Brennkraftmaschinen mit Rückstoßanlagen, bei welchen jedem Arbeitszylinder ein eigener Abgaskrümmer zugeordnet ist, dadurch erreicht, daß in den Abgaskrümmern ein oder mehrere Körper vorgesehen sind, die von den Abgasen umströmt werden und welche, in der Strömungsrichtung gesehen, zusammen eine windschnittige Umrißform ergeben und zusammen mit der Krümmerwandung verlustarme Strömungswege für die Abgase begrenzen und von denen mindestens einer hohl ist, die Krümmerwandung nach außen durchdringt und zur Durchführung der zu erwärmenden Luft dient.In such systems, in which the exhaust gases vertically or the air ducts flowing approximately vertically, occurs at the end face of the generally circular Outline of the air ducts a stowage of the hot exhaust gases. The consequence of this »° Congestion is local heating of the affected part of the pipe. In Anbe Due to the high intrinsic temperature of the exhaust gases, this accumulation of the exhaust gases leads to damage the pipe wall, which in particular • 5 ruptures during prolonged operation of the system and thereby lead to the mixing of the exhaust gases with the air flowing in the pipes can. On the side of the pipe facing away from the current, the well-known .Wirao step reveals which, due to the high gas velocity, particularly large energy losses These losses cause a significant reduction in gas velocity and, consequently, a significant one Reduction of the recoil effect. The object of the invention is to create a device for extracting hot air, in particular for the cabin heating of aircraft that are powered by internal combustion engines are driven with exhaust gas recoil systems, soft deficiency more well-known Avoids executions. According to the invention, this is done in internal combustion engines with recoil systems, in which each working cylinder is assigned its own exhaust manifold, achieved in that in the exhaust manifolds one or more bodies are provided around which the exhaust gases flow and which, in the flow direction seen together result in a streamlined outline and together with the manifold wall limit low-loss flow paths for the exhaust gases and from which at least one is hollow, penetrates the manifold wall to the outside and for implementation the air to be heated is used.

In der Zeichnung sind verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Abb. ι zeigt eine Einrichtung nach der Erfindung, bei welcher eine luftführende Leitung die hintereinanderliegenden Abgaskrümmer durchdringt.Various exemplary embodiments of the invention are shown in the drawing. Fig. Ι shows a device according to the invention, in which an air-conducting line penetrates the exhaust manifold located one behind the other.

Die Abb. 2 bis 7 zeigen Einzelheiten verschiedener Ausführungsformen von die Luftleitung bildenden und die Abgaskrümmer durchsetzenden Hohlkörpern.Figures 2 to 7 show details of various embodiments of the air duct forming and the exhaust manifold penetrating hollow bodies.

Abb. 3 a ist ein Schnitt in der Strömimgsrichtung, gesehen nach Linie III-III der Abb. 3.Fig. 3a is a section in the direction of flow, seen along line III-III of the Fig. 3.

So Abb. 8 zeigt eine Einzelheit im vergrößerten Maßstabe.So Fig. 8 shows a detail on an enlarged scale.

Gemäß Abb. 1 sind die Abgaskrümmer 3 mittels Flanschen 2 an die Auslaßöffnungen der in Blockform zusammengefaßten Arbeitszylinder der Brennkraftmaschine 1 angeschlossen und derart gekrümmt, daß die Austrittsrichtung der sie durchströmenden Abgase in der Mündungsöffnung 7 einen spitzen Winkel mit der Flugrichtung bildet. Zur Ausnutzung der Abgaswärme zu Heizzwecken wird durch die Krümmer ein Rohr 4 hindurchgeführt, welches von den austretenden Abgasen umspült wird, so daß die im Inneren des Rohres 4 strömende Frischluft dadurch eine Erwärmung erfährt. Abgaskrümmer 3 und Luftleitung 4 werden von einer windschnittigen, am Flugzeugkörper festgelegten Verkleidung 6 umhüllt, welche zum Zweck des Austritts der Abgase ins Freie einen Längsschlitz 8 aufweist. LTm Strömungsverluste im Innern der Abgaskrümmer und damit eine Verminderung der Rückstoßleistung der Abgase zu vermeiden, wird die Luftleitung 4 selbst oder zusammen mit in die Abgasrohre eingesetzten Hilfskörpern so gestaltet, daß in der Strömungsrichtung der Abgase gesehen verlustarme Strömungswege gewährleistet sind.According to Fig. 1, the exhaust manifold 3 are by means of flanges 2 to the outlet openings connected to the working cylinder of the internal combustion engine 1, which are combined in block form and curved so that the exit direction of the exhaust gases flowing through them in the mouth opening 7 forms an acute angle with the direction of flight. To exploit the exhaust gas heat for heating purposes is led through a pipe 4 through the manifold, which is washed around by the exiting exhaust gases, so that the fresh air flowing inside the tube 4 thereby a Experiences warming. Exhaust manifold 3 and air line 4 are of a streamlined, Cladding 6 fixed on the aircraft body, which has a longitudinal slot for the purpose of the exhaust gases escaping into the open 8 has. LTm flow losses inside the exhaust manifold and thus a To avoid a reduction in the recoil performance of the exhaust gases, the air duct 4 designed themselves or together with auxiliary bodies inserted into the exhaust pipes so that seen in the flow direction of the exhaust gases ensures low-loss flow paths are.

Eine verlustarme Strömung im Innern der Abgaskrümmer kann, wie in Abb. 2 dargestellt, etwa dadurch erreicht werden, daß der rohrförmige, zur Durchleitung der Luft dienende und den Abgaskrümmer 3 durchsetzende Hohlkörper 4« eine ovale Querschnittsform aufweist, die mit der Längsachse des Quer-Schnitts in der Strömungsrichtung der Abgase liegt. Die Wandung des ovalen Hohlkörpers bildet zusammen mit der Begrenzungswand des Abgaskrümmers 3 verlustarme Strömungswege für die austretenden Abgase, »oo Diese Abgase werden an der Stirnseite des ovalen Rohres in zwei Teile zerlegt und an der Abströmseite wieder zusammengeführt, um den Abgaskrümmer durch die gemeinsame Düsenöffnung 7 zu verlassen.A low-loss flow inside the exhaust manifold can, as shown in Fig. 2, can be achieved, for example, that the tubular, serving for the passage of air and the hollow body 4 ″ penetrating the exhaust manifold 3 has an oval cross-sectional shape having that with the longitudinal axis of the transverse section in the flow direction of the exhaust gases lies. The wall of the oval hollow body forms together with the boundary wall of the exhaust manifold 3 low-loss flow paths for the exiting exhaust gases, »oo These exhaust gases are split into two parts at the end of the oval tube and sent to the downstream side merged back to the exhaust manifold through the common To leave nozzle opening 7.

Gemäß Abb. 3 ist durch den Abgaskrümmer 3 ein rohrförmiger Hohlkörper 4⁶ von kreisrundem Querschnitt hindurchgeführt, und zwar so, daß dieser Hohlkörper schräg zur Strömungsrichtung III-III der Abgase in dem Krümmer 3 liegt. Hierdurch wird erzielt, laß senkrecht zur Strömungsrichtung der Abgase gesehen, wie Abb. 3 a zeigt, ein elliptischer Umriß des Hohlkörpers 4* der Strömung ausgesetzt ist, welcher erheblich geringere Strömungsverluste zur Folge hat als ein senkrecht angeströmter, kreisrunder Querschnitt. According to Fig. 3, a tubular hollow body 4 ⁶ of circular cross-section is passed through the exhaust manifold 3, in such a way that this hollow body lies obliquely to the flow direction III-III of the exhaust gases in the manifold 3. As a result, an elliptical contour of the hollow body 4 * is exposed to the flow, seen perpendicular to the direction of flow of the exhaust gases, as shown in Fig. 3a, which results in considerably lower flow losses than a circular cross-section with a perpendicular flow.

Gemäß Abb. 4 wird ein geringer Strömungsverlust der den Abgaskrümmer 3 durch- 12" strömenden Abgase dadurch erreicht, daß im · Anschluß an die Wandung des den Abgas-According to Fig. 4, there is a slight loss of flow through the exhaust manifold 3. flowing exhaust gases achieved in that, following the wall of the exhaust gas

krümmer 3 durchsetzenden rohrförmigen Hohlkörpers 4^C ein Verdrängerkörper 10 an der der Strömung zugekehrten Stirnseite der Querschnittsform des Hohlkörpers 4? und ein ahnlicher Verdrängerkörper 11 an der Abströmseite vorgesehen sind. Diese Verdrängerkörper ergeben zusammen mit der Wandung des rohrförmigen Hohlkörpers 4" eine windschnittige Umrißform, deren Wandfläche zusammen mit den Wänden des Krümmers 3 verlustarme Strömungswege für die Abgasströmung bietet. Hinter dem Verdrängerkörper 11 erfolgt die Wiedervereinigung der beiden Abgasströme zu einem einzigen Strom, welcher durch die Öffnung 7 der Abgasausströmdüse ins Freie tritt.Elbow 3 penetrating tubular hollow body 4 ^C a displacement body 10 on the end face of the cross-sectional shape of the hollow body 4 facing the flow? and a similar displacement body 11 are provided on the downstream side. Together with the wall of the tubular hollow body 4 ″, these displacement bodies result in a streamlined outline, the wall surface of which, together with the walls of the manifold 3, offers low-loss flow paths for the exhaust gas flow Opening 7 of the exhaust gas discharge nozzle enters the open air.

In Abb. S ist eine Einrichtung ähnlich derjenigen nach Abb. 4 dargestellt. Sie unterscheidet sich von dieser nur dadurch, daß zwei rohrförmige Hohlkörper 4^d und 4' in der Strömungsrichtung hintereinanderliegend in dem Abgaskrümmer 3 angeordnet sind. An der der Strömung zugekehrten Stirnseite des Hohlkörpers 4* ist wieder ähnlich wie bei der Einrichtung nach Abb. 4 ein Verdrängerkörper 10, an der Abströmseite des Hohlkörpers4^dein Verdrängerkörper 11 angeordnet. Gemäß Abb. 6 besitzt jeder der beiden durch den Abgaskrümmer 3 hindurchgeführten rohrartigen und in Abstand voneinander angeordneten Hohlkörper 4¹ und 4^S je einen Verdrängerkörper 10 bzw. io^ß an der Anströmseite bzw. je einen ähnlichen Körper 11 bzw. ii^e an der Abströmseite. Die Wandung des Abgaskrümmers 3 ist so gestaltet, daß sie zusammen mit den Einsatzkörpern ir, 4^f, 10 und ΐΐ^α, 4^ε, ΐο^α strömuagsrichtige Durchtrittswege für die Abgase bietet.In Fig. S a device similar to that of Fig. 4 is shown. It differs from this only in that two tubular hollow bodies 4 ^d and 4 ' are arranged one behind the other in the flow direction in the exhaust manifold 3. On the side facing the flow end face of the hollow body 4 * is again similar to the device according to Fig. 4, a displacer 10 on the downstream side of Hohlkörpers4 ^d a displacer 11 is disposed. According to Fig. 6, each of the two tubular and spaced hollow bodies 4 ¹ and 4 ^S passed through the exhaust manifold 3 has a displacement body 10 or io ^ß on the upstream side and a similar body 11 or ii ^e on the downstream side . The wall of the exhaust manifold 3 is designed so that, together with the insert bodies ir, 4 ^f , 10 ^{and ΐΐ α} , 4 ^ε , ΐο ^{α, it} offers flow paths for the exhaust gases with the correct flow.

Die Ausführungsform nach Abb. 7 unterscheidet sich von derjenigen nach Abb. 4 im wesentlichen dadurch, daß sich an die Abströmseite des den Abgaskrümmer durchdringenden rohrförmigen' Hohlkörper 4° ein mit der Krümmerwandung einheitlich verbundener Wandteil 12 anschließt, durch welchen eine Wiedervereinigung der unterteilten Abgasströmung vermieden wird und durch den die beiden Teilströme getrennten Austrittsdüsen J^a bzw. J^b zugeführt werden.The embodiment according to Fig. 7 differs from that according to Fig. 4 essentially in that a wall part 12 connected uniformly to the manifold wall adjoins the outflow side of the tubular hollow body 4 ° which penetrates the exhaust manifold and which prevents the subdivided exhaust gas flow from reuniting and through which the two partial flows are fed to separate outlet nozzles J ^a and J ^b.

Bei den vorstehend erwähnten Ausführungsformen von Einrichtungen zur Gewinnung von Heißluft bei Brennkraftmaschinen mit Rückstoßanlagen ist es zweckmäßig, die rbhr-■ förmigen, die einzelnen hintereinanderliegenden Abgaskrümmer durchsetzenden Hohlkörper als ein einteiliges durchgehendes Rohr, welches zweckmäßig aus nahtlosem Material herzustellen ist, zu gestalten. Die Abgaskrümmer sind zu diesem Zweck derart ein- zurichten, daß sie die Möglichkeit bieten, daß ein solches durchgehendes Rohr einfach quer hindurchgesteckt werden kann, wobei die Möglichkeit leichten Zusammen- und Auseinanderbauens gewährleistet sein soll. Dies wird zweckmäßig in der aus Abb. 8 ersiehtliehen Weise erzielt. Gemäß Abb. 8, welche einen Längsschnitt zweier hintereinanderliegender Abgaskrümmer in vergrößertem Maßstab darstellt, besitzt jeder Abgaskrümmer an der Durchtrittsöffnung für das Luftführungsrohr 4 einen ringförmigen Ansatz 14 bzw. 15. Der Ansatz 15 des einen Rohres ist dabei mit einem das Luftleitungsrohr 4 umgebenden ringförmigen und im Querschnitt rinnenartigen Vorsprung 17 versehen, in den der Ansatz 14 des benachbarten Abgaskrümmers hineinragt Zwischen die einander zugekehrten Wandflächen des Ringfortsatzes 17 und des Ansatzes 14 ist ein Dichtungsring 18 eingelegt, welcher durch einen nach Art einer Stopfbüchsenbrille ausgebildeten Ring 19 mittels Festhalteglieder 20 dichtend angepreßt wird. Auf diese Weise wird gleichzeitig eine Festlegung benachbarter Abgaskrümmer relativ zueinander erzielt. Die stopfbüchsenartige Ausgestaltung der Verbindungsglieder aufeinanderfolgender Abgaskrümmer sichert dabei eine gewisse Nachgiebigkeit, auf welche im Hinblick auf Wärmedehnungen u. dgl. nicht verzichtet werden kann.In the above-mentioned embodiments of devices for extraction of hot air in internal combustion engines with recoil systems, it is advisable to use the rbhr- ■ shaped hollow body penetrating the individual exhaust manifolds lying one behind the other as a one-piece continuous tube, which is expediently made of seamless material is to be produced, to be designed. The exhaust manifolds are designed for this purpose prepare that they offer the possibility that such a continuous tube is easy can be pushed through, with the possibility of easy assembly and disassembly should be guaranteed. This is expediently shown in Fig. 8 Way achieved. According to Fig. 8, which is a longitudinal section of two Represents exhaust manifold on an enlarged scale, each exhaust manifold has at the passage opening for the air duct 4 an annular extension 14 or 15. The extension 15 of a tube is in this case with a ring-shaped and in cross-section surrounding the air duct 4 provided channel-like projection 17, in which the extension 14 of the adjacent exhaust manifold protrudes between the facing wall surfaces of the annular extension 17 and the approach 14, a sealing ring 18 is inserted, which by a type of a Stuffing box gland formed ring 19 is pressed tightly by means of retaining members 20 will. In this way, a definition of adjacent exhaust manifolds becomes relative at the same time achieved to each other. The stuffing box-like design of the connecting links of successive exhaust manifolds ensures this a certain resilience, to which in terms of thermal expansion and the like. cannot be dispensed with.

Claims

Patent claims:

1. A device for the production of hot air, in particular for the cab heater of aircraft, the engine by combustion ^ ³ are driven by an exhaust gas recoil systems, particularly those

• in which each working cylinder of the internal combustion engine is assigned its own exhaust manifold, characterized in that one or more bodies (4 «to 4 ^ff , 10, 11, io ^a , ii ^a ) are provided in the exhaust manifolds (3) which, Seen in the flow direction of the air to be heated, together result in a streamlined outline and together with the manifold wall limit low-loss flow paths for the exhaust gases, with at least one of the bodies for the passage of the air to be heated (4 ^a to 4 ^S ) being hollow and the manifold wall penetrates to the outside.

2. Device according to claim 1, characterized in that the hollow body ^{for the implementation of the air to be heated 11} S ^{Nende (4 s} to 4 ^ff ) is a seamless tube.

3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that in the exhaust manifold (3) provided body * ao (4 ^a to 4 ", ι o, 11, io", ii ") with the wall of the exhaust manifold two separate

Limit low-loss flow paths on the downstream side of these bodies to be reunited.

4. Device according to one of claims ι to 3, characterized in that that the hollow body (4 ") serving to guide the air to be heated is crraleu Has cross section.

5. Device according to one of claims ι to 3, characterized in that that serving to guide the air to be heated hollow body (4 *) of circular Cross section is passed obliquely to the flow direction of the exhaust gases through the exhaust manifold (3).

6. Device according to one of claims ι to 5, characterized in that that then on the wall of the serving to guide the air to be heated Hollow body, either on the side facing the direction of flow of the exhaust gases or on the side Direction of flow of the exhaust gases facing away from the side or displacer on both sides (in, 11, 10 ", 11") provided are.

7. Device according to one of claims ι to 6, characterized in that several bodies (4 ^ to 4 ^g ) are provided in the exhaust manifolds (3) for guiding the air to be heated.

8. Device according to one of claims ι to 6, characterized in that the body provided in the exhaust manifold (4 ^C , 10) with the wall of the exhaust manifold limit two separate low-loss flow paths which are continued separately on the downstream side.

9. Device according to one of the claims 1 to 8, characterized in that the air-carrying hollow body (4 ° to 4 ^g ) in the areas of the exhaust manifold (3) lying one behind the other form a straight pipe (4) on which the exhaust manifold (3) are attached, these being equipped with flanges (17, 19) which serve to guide them on the air duct for the purpose of mutual gas-tight fixation, which are designed like a stuffing box and are provided with retaining members (20).

1 sheet of drawings