Brennkraftkolbenmaschine. Die Erfindung betrifft eine Brennkraft- kolbenmaschine mit Abgasturbine und ist ins besondere bei Dieselmaschinen anwendbar.
Es ist bekannt, dass bei Brennkraftkolben- masehinen mit Abgasturbinen eine Steuerung des Auspuffes in der Weise vorgenommen werden kann, dass ein Teil der Auspuffgase (der sogenannte Vorauspuff) mit hohem Druckgefälle und hoher Temperatur durch die Abgasturbine oder durch eine erste Tur binenstufe strömt, während die beim Aus schubvorgang durch den Kolben (Viertakt) oder beim Spülvorgang durch die Spülluft ('Zweitakt).
ausgeschabenen Auspuffgase ent weder unmittelbar ins Freie oder in nachge schaltete Turbinenstufen oder in gesonderte Abgasturbinen geleitet. werden. Durch diese Massnahme kann eine höhere Energie aus den Auspuffgasen gewonnen werden, als wenn sämtliche Auspuffgase durch die gleiche Tur bine. -bzw. durch die gleichen Turbinenstufen strömen.
Ein Nachteil dieser bekannten Einrich tung ist, dass das den Vorauspuff steuernde Organ, sei es ein Ventil oder ein .Schieber, von sehr heissen Gasen durchströmt wird und dass auch die Abgasturbine bzw. die erste Tur binenstufe durch sehr heisse Gase beaufschlagt wird; so dass die thermische Beanspruchungs grenze dieser Bauteile gegebenenfalls über schritten wird.
Man ist daher gezwungen, das Vorauspufforgan und auch die Vorauspuff gase selbst zu kühlen, wodurch Energie ver- lorengeht. Die Kühlung erfolgt, bei den be kannten Brennkraftmaschinen dieser Art bei spielsweise durch die Ansaugung von Luft aus der Atmosphäre unmittelbar am Auspuff ventil nach dem Prinzip einer Stxahlpunipe. Das so ausgebildete Auspuffventil und, der anschliessende Auspuffkanal sind aber sehr verwickelt gestaltet und,
ein; merkbarer Ener giegewinn ist- auch nicht zu erreichen.
Erfindungsgemäss >wird die Aufgabe der erhöhten Energieausbeutung dadurch gelöst., dass ein mindestens einen Teil des AuspÜf- fes steuerndes Organ nach Beginn der Vex- diehtüng im Arbeitszylinder der Brennkraft- maschine noch einmal geöffnet wird. Zweck mässig wird der Auspuff in ein Vflräuspitff- teil <RTI
ID="0001.0063"> und einen Hauptauspuffteil -unterteilt. Das genannte Steuerorgan steuert in diesem. Falle den Vorauspuff tuid die zweite Eröff nung des Steuerorgans erfolgt. vorteilhaft;
wenn die Verdichtung etwa die Höhe ' des Staudruckes vor der Turbine erreicht hat. Dadurch wird ein Teil der Ladung (Luft b'zw. Gemisch) durch das Vorauspufforgan'hinaizs- geschoben, was eine Kühlung des Ventils und des Vorauspuffgases bewirkt. Die Energie die ser Kühlung geht nicht verloren, sondern wird zum grössten Teil bei der Expansion der Tur bine zurückgewonnen.
Neben der höheren Aus beute an Abgasenergie hat die Brennkraft maschine nach der Erfindüng den grossen Vorteil, dass keine wesentlichen Änderungen mit Ausnähme der Steuernocken für das -an sich bekannte Vorauspufforgan vorgenommen werden müssen.
Wenngleich diese Art der Steuerung für die Energieausbeute durch getmennten Vor, und Hauptauspuff von besonderer Bedeutung ist, so kann sie auch gegebenenfalls für Brenn kraftmaschinen zweckmässig sein, die keine Auspuffunterteilung besitzen, sondern bei denen sämtliche Auspuffgase gemeinsam zur Abgasturbine. geleitet werden.
In thermisch besonders gelagerten Fällen kann man selbstverständlich die Doppelsteue rung auch bei dem normalen Auspufforgan mit Erfolg zur Anwendung bringen.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbei spiel der Brennkraftmaschine mit Abgastur bine entsprechend der Erfindung dargestellt, und zwar zeigen: Fig.l eine schematische Darstellung der Brenukraftmaschinenanlage und Fig. 2 ein Schema der Ventileröffnungen. In der Fig. 1 ist ein Zylinder 1 einer Brennkraftmaschine mit Kolben 2, Treib stange 3 und Kurbelwelle 4 dargestellt.
Im Zylinderdeckel sind das Vorauspuffventzl 5 und' das Hauptauspuffventil 6 angeordnet. Das Einlassventil liegt hinter oder vor den Auspuffventilen und ist nicht. eingezeichnet, um die Zeichnung nicht zu unübersichtlich zu gestalten. Vom Vorauspuffventil 5 führt eine besondere Leitung 7 zum Aufnehmer 8 vor der ersten Turbinenstufe, die aus, dem Leitschaufelkranz 9 und dem Laufschaufel kranz 10 besteht.
Vom Hauptauspuffventil 6 führt die Leitung 11 zum Aufnehmer 12 vor der nachgeschalteten, aus dem Leitschaufel- kranz 13 und dem -Lauischaufelkranz 14. be stehenden zweiten Turbinenstufe. Diese nach geschaltete Turbinenstufe wird auch von den Vorauspuffgasen beaufschlagt, nachdem sie die Vorschaltstufe verlassen haben.
Beide Laufschaufelkränze sind auf dem gleichen Läufer 15 angeordnet, auf dessen. Welle 16 das Gebläserad, 17 befestigt ist, welches die angesaugte Ladeluft bzw. das Ladegemisch verdichtet, das durch die Leitung 18 dem nicht dargestellten Einlassvenfil des Brenn- kraftzylinders zugeführt wird..
Die Steuervor- richtung für die Ventile ist in der Zeichnung nicht dargestellt, da sie in der üblichen Weise ausgeführt werden kann. Für dis Voraus puffventil 5 ist die Nockenscheibe lediglich so auszubilden, dass das Ventil während eines Arbeitsspiels im Zylinder zweimal geöffnet wird.
Inder Fig. 2 ist ein Schema für die Er öffnung der Ventile einer Viertaktbrennkraft- maschine dargestellt. Der untere Totpunkt ist jeweils mit I und! der obere Totpunkt mit II bezeichnet. Mit a ist die Eröffnung des Vor auspuffventils bezeichnet, wenn der Kolben nach der Expansion sich um den untern Tot punkt bewegt. Der Hauptauspuff b erfolgt während des Ausschubhubes durch das Haupt auspuffventil.
An diesen schliesst sieh während des An saughubes die Eröffnung c des Einlassventils an. Während des folgenden Verdichtungshubes wird das Vorauspuffventil 5 noch einmal kurz geöffnet, wie es die Ventilerhebung kurve d zeigt. Diese kurze zweite Eröffnung des Vor auspuffventils 5 dient zum Aussassen der Kühlluft für das Ventil und die heissen Vor auspuffgase vor und in der Abgasturbine. Sie erfolgt, wenn während der Verdichtung im Arbeitszylinder annähernd der Staudruck der Vorauspuffgase vor der Turbine erreicht ist.
An Stelle eines Ventils kann für die Doppel- steuerung des Vorauspuffes selbstverständlich auch jedes andere Ausl'assorgan verwendet werden, zum Beispiel ein Rohr oder ein Flach schieber.
Internal combustion piston engine. The invention relates to an internal combustion piston engine with an exhaust gas turbine and is particularly applicable to diesel engines.
It is known that in internal combustion piston machines with exhaust gas turbines, the exhaust can be controlled in such a way that part of the exhaust gases (the so-called pre-exhaust) flows through the exhaust gas turbine or through a first turbine stage with a high pressure drop and high temperature during the push-out process by the piston (four-stroke) or during the flushing process by the scavenging air ('two-stroke').
Exhaust gases scraped out ent either directly into the open air or into downstream turbine stages or into separate exhaust gas turbines. will. By this measure, a higher energy can be obtained from the exhaust gases than if all exhaust gases through the same turbine. -or. flow through the same turbine stages.
A disadvantage of this known device is that the organ controlling the prepuff, be it a valve or a slide, is traversed by very hot gases and that the exhaust gas turbine or the first turbine stage is also acted upon by very hot gases; so that the thermal stress limit of these components may be exceeded.
One is therefore forced to cool the pre-puffing element and also the pre-puffing gases themselves, as a result of which energy is lost. The cooling takes place in the known internal combustion engines of this type, for example, by drawing in air from the atmosphere directly at the exhaust valve according to the principle of a steel pipe. The exhaust valve designed in this way and the subsequent exhaust duct are very intricate and,
one; noticeable energy gain cannot be achieved either.
According to the invention, the object of increased energy utilization is achieved in that an organ that controls at least part of the exhaust is opened again after the compression in the working cylinder of the internal combustion engine has started. Appropriately, the exhaust is in a Vflräuspitff- part <RTI
ID = "0001.0063"> and a main exhaust part -divided. The said control organ controls this. In the event of the advance puff, the second opening of the tax body takes place. advantageous;
when the compression has reached about the level of the dynamic pressure in front of the turbine. As a result, part of the charge (air or mixture) is pushed through the pre-puff device, which causes the valve and the pre-puff gas to be cooled. The energy of this cooling is not lost, but is for the most part recovered when the turbine expands.
In addition to the higher yield of exhaust gas energy, the internal combustion engine according to the invention has the great advantage that no significant changes, with the exception of the control cams, have to be made for the pre-puff element known per se.
Although this type of control is of particular importance for the energy yield through the combined pre-exhaust and main exhaust, it can also be useful for internal combustion engines that do not have an exhaust subdivision, but in which all exhaust gases go together to the exhaust gas turbine. be directed.
In particularly thermally stored cases, the double control can of course also be successfully applied to the normal exhaust system.
In the drawing, a Ausführungsbei is playing the internal combustion engine with exhaust turbine according to the invention, namely show: Fig.l is a schematic representation of the Brenu engine system and Fig. 2 is a diagram of the valve openings. In Fig. 1, a cylinder 1 of an internal combustion engine with piston 2, drive rod 3 and crankshaft 4 is shown.
The pre-exhaust valve 5 and the main exhaust valve 6 are arranged in the cylinder cover. The inlet valve is behind or in front of the exhaust valves and is not. drawn in so as not to make the drawing too confusing. From the pre-exhaust valve 5, a special line 7 leads to the transducer 8 upstream of the first turbine stage, which consists of the guide vane ring 9 and the rotor blade ring 10.
From the main exhaust valve 6, the line 11 leads to the sensor 12 upstream of the downstream second turbine stage consisting of the guide vane ring 13 and the Lauisch blade ring 14. This downstream turbine stage is also acted upon by the pre-exhaust gases after they have left the upstream stage.
Both rotor blade rings are arranged on the same rotor 15, on its. Shaft 16, the fan wheel, 17 is attached, which compresses the sucked in charge air or the charge mixture, which is fed through the line 18 to the inlet valve of the internal combustion cylinder, not shown.
The control device for the valves is not shown in the drawing because it can be carried out in the usual way. For the pre-puff valve 5, the cam disk only needs to be designed in such a way that the valve is opened twice in the cylinder during one working cycle.
FIG. 2 shows a diagram for opening the valves of a four-stroke internal combustion engine. The bottom dead center is marked with I and! the top dead center is designated with II. With a, the opening of the before exhaust valve is referred to when the piston moves around the bottom dead point after expansion. The main exhaust b takes place during the extension stroke through the main exhaust valve.
This is followed by the opening c of the inlet valve during the suction stroke. During the following compression stroke, the pre-exhaust valve 5 is opened again briefly, as the valve lift curve d shows. This short second opening of the pre-exhaust valve 5 is used to let out the cooling air for the valve and the hot pre-exhaust gases in front of and in the exhaust gas turbine. It takes place when the back pressure of the pre-exhaust gases upstream of the turbine is almost reached during compression in the working cylinder.
Instead of a valve, any other outlet device, for example a pipe or a flat slide, can of course also be used for the double control of the prepump.