Brennkraftmaschine mit mindestens einem Abgasturbogebläse und mindestens
einem zusätzlichen, anderweitig angetriebenen Spül- oder Ladegebläse Brennkraftmaschinen
werden in bekannter weise mittels Abgasturbogebläsen aufgeladen, d. h. mittels Kreiselgebläsen,
die von Gasturbinen angetrieben werden, deren Betriebsmittel die Auspuffgase der
Kraftmaschine selbst sind. Das Verfahren wird sowohl auf Viertaktmaschinen wie auch
. auf Zweitaktmaschinen angewendet. Die Abgase der Kraftmaschine werden entweder
in einem verhältnismäßig großen Behälter gestaut, bevor sie der (oder den) Laderturbine(n)
im sogenannten nCrleichdruck« zugeleitet werden, oder es können mit Hilfe von engen
Auspuffleitungen die Auspuffstöße der einzelnen Zylinder der Kraftmaschine ausgenutzt
werden. -Bei Zweitaktmaschinen reicht bei niedriger Belastung die in den Auspuffgasen
enthaltene Energie oft nicht aus, um die ganze für die Spülung und Aufladung der
Maschinenzylinder benötigte Gebläseleistung aufzubringen. Für solche Fälle ist schon
vorgeschlagen worden, ein oder mehrere zusätzliche, anderweitig angetriebene Ladegebläse
mit dem (den) Abgasturbogebläse
(n) zu kombinieren. Die Abgasturbogebläse
und die anderweitig angetriebenen Gebläse sind entweder hintereinander oder nebeneinander
geschaltet. Bei den Zusatzgebläsen kann es sich sowohl um Kolbenpumpen wie auch
um Kreiselgebläse handeln; es werden aber auch Drehkolbenverdichter, die Unterseite
der Kolben der Kraftmaschine selbst, oder Kurbelkastenpumpen verwendet. Der Antrieb
dieser Zusatzgebläse kann im übrigen durch mechanische oder elektrische Motoren
oder durch die Kraftmaschine selbst erfolgen.Internal combustion engine with at least one exhaust gas turbo fan and at least
an additional, otherwise driven flushing or charging fan internal combustion engines
are charged in a known manner by means of exhaust gas turbochargers, d. H. by means of centrifugal fans,
which are driven by gas turbines, the operating resources of which are the exhaust gases of the
Are the engine itself. The process is used both on four-stroke machines as well
. applied to two-stroke machines. The engine exhaust gases are either
stowed in a relatively large container before they are transferred to the turbocharger (s)
in the so-called "creep pressure", or it can be with the help of narrow
Exhaust pipes exploited the exhaust shocks of the individual cylinders of the engine
will. -In two-stroke engines, the exhaust gas is sufficient at low loads
The energy contained often does not go to the whole for flushing and charging the
To apply the required fan power to the machine cylinder. For such cases it is
has been proposed one or more additional, otherwise powered charging fans
with the exhaust gas fan (s)
(n) to combine. The exhaust gas fan
and the otherwise powered fans are either in series or side by side
switched. The additional fans can be piston pumps as well
be centrifugal fans; But there are also rotary lobe compressors, the underside
the piston of the engine itself, or crankcase pumps are used. The drive
this additional fan can also be provided by mechanical or electrical motors
or by the prime mover itself.
Bei Nebeneinanderschaltung der Abgasturbogebläse und der Zusatzgebläse
tritt oft, besonders bei Teilbelastung der Kraftmaschine, ein )>Pumpen@c der Ladegebläse
auf, d. h. eine unregelmäßige Luftförderung derselben, verbunden mit Luftdruckschwankungen,
wobei dann die Kraftmaschine unter Luftmangel leidet. Dies tritt dann auf, wenn
die von der Turbine an das Gebläse abgegebene Leistung nicht genügt, um so vielLuft
zu fördern, wie für das stabileArbeiten des Gebläses erforderlich ist. Für solche
Fälle ist schon vorgeschlagen worden, die Laderturbine mit einem besonderen Düsensegment
zu versehen, durch welches ihr zwecks Erhöhung der Turbinenleistung von dem zusätzlichen
Gebläse geförderte Luft zugeführt werden kann.When the exhaust gas turbo fan and the additional fan are connected in parallel
often occurs, especially when the engine is under partial load)> Pumps @ c the charge fan
on, d. H. irregular air delivery of the same, combined with air pressure fluctuations,
then the engine suffers from a lack of air. This occurs when
the power delivered by the turbine to the blower is not sufficient for so much air
as required for stable operation of the fan. For such
Cases have already been proposed, the turbocharger with a special nozzle segment
to provide, by which you in order to increase the turbine performance of the additional
Fan conveyed air can be supplied.
Die Erfindung betrifft demnach eine Brennkraftmascbine mit mindestens
einem Abgasturbogebläse und mindestens einem zusätzlichen, anderweitig angetriebenen
Spül- oder Ladegebläse, die beide parallel in einem Spül- oder Ladeluftaufnehmer
fördern, wobei die Abgasturbine mit einem besonderen Düsensegment versehen ist,
durch welches ihr von dem zusätzlichen Gebläse geförderte Luft zugeführt werden
kann, und ist gekennzeichnet durch Regelorgane in den Abgas-und Luftleitungen, mit
deren Hilfe bei zunehmender Leistung der Brennkraftmaschine mindestens ein Teil
der von dem zusätzlichen Gebläse geförderten Luft j e ins Freie und in den Spül-
oder Ladeluftaufnehmer geleitet wird, während gleichzeitig das besondere Düsensegment
der Abgasturbine mit Abgas beaufschlagt werden kann. Die Zeichnung zeigt in Fig,
i ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine, während in Fig. z die
Gas- und Luftzuleitung zur Laderturbine gesondert dargestellt ist.The invention accordingly relates to an internal combustion engine with at least
an exhaust gas turbo fan and at least one additional, otherwise driven
Purge or charge fan, both in parallel in a purge or charge air sensor
promote, whereby the exhaust gas turbine is provided with a special nozzle segment,
through which air conveyed by the additional fan is supplied to it
can, and is characterized by control elements in the exhaust and air lines, with
their help with increasing performance of the internal combustion engine at least a part
the air conveyed by the additional fan j e into the open air and into the rinsing
or charge air intake, while at the same time the special nozzle segment
the exhaust gas turbine can be charged with exhaust gas. The drawing shows in Fig,
i an example of an internal combustion engine according to the invention, while in FIG
Gas and air supply lines to the turbocharger are shown separately.
In Fig. i stellt i einen Zylinder einer Brennkraftmaschine schematisch
dar; mit z ist ein Lade- oder Spülluftaufnehmer und mit 3 ein Abgasbehälter bezeichnet.
Bei q. ist der Läufer eines Abgasturbogebläses gezeigt, dessen Abgasturbine q."
und Kreiselgebläse q.b auf derselben Welle angeordnet sind. Ein anderweitig angetriebenes
Zusatzgebläse 5 ist beispielsweise als Kolbenpumpe dargestellt, deren Antrieb nicht
besonders gezeigt ist. Der Luftaufnehmer 2 wird sowohl vom Ladegebläse q.b wie auch
vorn Zusatzgebläse 5 gespeist; aus dem Abgasbehälter 3 kann die Ladeturbine q."
durch zwei gesonderte Gasleitungen beaufschlagt werden, die in Fig. 2 nochmals separat
dargestellt sind.In Fig. I i represents a cylinder of an internal combustion engine schematically
dar; with z is a charge or scavenging air receiver and with 3 an exhaust gas container.
At q. the runner of an exhaust gas turbine blower is shown, the exhaust gas turbine q. "
and centrifugal fan q.b are arranged on the same shaft. Another driven one
Additional fan 5 is shown, for example, as a piston pump, the drive of which is not
is specially shown. The air receiver 2 is both from the charge blower q.b as well as
from the front additional fan 5 fed; the charging turbine q. "
are acted upon by two separate gas lines, which are again shown separately in FIG
are shown.
In Fig. 2 ist überdies ein Teilstück des Schaufelkranzes der Abgasturbine
q.a gezeigt sowie ein Teilstück ¢, der üblichen Düsensegmente für die Zuleitung
der Abgase der Kraftmaschine zu demselben; daneben ist aber bei 4, auch ein besonderes
Düsensegment dargestellt, durch welches der Laderturbine zwecks Erhöhung der Turbinenleistung
von dem zusätzlichen Gebläse 5 geförderte Luft zugeführt werden kann.In Fig. 2 is also a portion of the blade ring of the exhaust gas turbine
q.a shown as well as a section ¢, the usual nozzle segments for the supply line
the exhaust gases from the engine to the same; but next to it, at 4, there is also a special one
Nozzle segment shown, through which the turbocharger for the purpose of increasing the turbine output
can be supplied by the additional fan 5 promoted air.
In verschiedenen Luft- und Gasleitungen, die das Abgasturbogebläse,
das Zusatzgebläse, den Abgasbehälter und den Luftaufnehmer in der dargestellten
Weise miteinander verbinden, sind Regelorgane angeordnet, mit deren Hilfe bei zunehmender
Leistung der Brennkraftmaschine mindestens ein Teil der vom zusätzlichen Gebläse
geförderten Luft je ins Freie und in den Spül- oder Ladeluftaufnehmer geleitet wird,
während gleichzeitig das besondere Düsensegment der Abgasturbine mit Abgas der Brennkraftmaschine
beaufschlagt werden kann. Ein solches Regelorgan 6 befindet sich in einer Ausblaseleitung.
Ein weiteres Regelorgan 7 ist in einer der Luftleitungen, die das Zusatzgebläse
5 mit dem Spülluftaufnehmer 2 verbinden, angeordnet, und ein drittes Regelorgan
8 befindet sich in der Luftleitung, die zum besonderen Düsensegment 4d der Abgasturbine
führt. Schließlich ist auch noch die Gasleitung, die den Abgasbehälter 3 mit diesem
Düsensegment 4 verbindet, mit einem Regelorgan g versehen.In various air and gas lines that connect the exhaust gas turbo fan,
the auxiliary fan, the exhaust gas tank and the air receiver in the illustrated
Way to connect with each other, regulating organs are arranged, with the help of which when increasing
Power of the internal combustion engine at least a part of the additional fan
conveyed air is directed into the open air and into the scavenging or charge air intake,
while at the same time the special nozzle segment of the exhaust gas turbine with exhaust gas from the internal combustion engine
can be applied. Such a control element 6 is located in a blow-out line.
Another control element 7 is in one of the air lines that the auxiliary fan
5 connect to the scavenging air sensor 2, arranged, and a third control element
8 is located in the air line leading to the special nozzle segment 4d of the exhaust gas turbine
leads. Finally, there is also the gas line that connects the exhaust gas container 3 with it
Nozzle segment 4 connects, provided with a control member g.
Mit der gezeigten Anordnung der Gas- und Luftleitungen und der Regelorgane
sind für die Kraftmaschine verschiedene Betriebsweisen möglich. In erster Linie
kann bei entsprechender Stellung der Regelorgane die Luft, die bei gewissen Kraftmaschinenleistungen
zum Antrieb der Abgasturbine dient, ins Freie und in den Luftaufnehmer abgeblasen
werden, während gleichzeitig alle Düsensegmente der Abgasturbine, mit Einschluß
des besorideren Segmentes .fd, mit Abgas beaufschlagt werden. Durch diese Maßnahmen
wird die zum Antrieb des Zusatzgebläses nötige Leistung vermindert und gleichzeitig
der Kraftmaschine noch etwas mehr Luft zugeführt. Sodann kann die Regelung wie soeben
beschrieben erfolgen, mit dem Unterschied, daß bei höherer Leistung der Kraftmaschine
nur Luft ins Freie abgeblasen und die Luftzuleitung zur besonderen Düse nicht unterbrochen
wird. Durch diese Maßnahme wird der Gegendruck nach dem Zusatzgebläse wesentlich
herabgemindert und deren Leistungsaufnahm.'e wird klein. Die eben beschriebene Regelung
kann so verändert werden, daß die Luftzufuhr zur besonderen Düse unterbrochen und
diese dafür mit Abgas beaufschlagt wird. Dadurch wird der Turbinenwirkungsgrad verbessert,
da keine Teilbeaufschlagung der Gasturbine mehr stattfindet. Die in erster Linie
beschriebene Regelung kann so variiert werden, daß bei höherer Leistung der Kraftmaschine
nur Luft in den Luftaufnehmer abgeblasen und dabei die besondere Düse weiterhin
mit Luft beaufschlagt wird. Diese Regelungsart kommt in Frage für Kraftmaschinen,
bei denen auch bei Vollast die Abgasturbogebläse zu wenig Luft fördern und es deshalb
zweckmäßig ist, durch das zusätzliche Gebläse parallel zum Abgasturbogebläse noch
Luft fördern zu lassen. Eine Variante der zuletzt beschriebenen Regelungsart besteht
darin, daß die Luftzufuhr zur besonderen Düse unterbrochen wird. Dadurch wird vermieden,
daß Luft durch die Düse verlorengeht.
Wird bei der soeben beschriebenen
Regelung die Düse mit Abgas beaufschlagt, so werden Teilbeaufschlagungsverluste
an der Turbine vermieden. Schließlich können -die Regelorgane so betätigt werden,
daß bei Ausfall eines Turboladers automatisch oder durch Handverstellung alle von
dem Zusatzgebläse geförderte Luft der Kraftmaschine zugeführt wird, womit vermieden
wird, daß Luft verlorengeht, und erreicht wird, daß die Kraftmaschine noch möglichst
viel Leistung abgeben kann. Laut bestehenden Vorschriften wird etwa verlangt, daß
aufgeladene Zweitaktmotoren über ein Hilfsgebläse verfügen müssen, das bei Ausfall
des Abgasturbogebläses eingesetzt werden kann; das zuvor erwähnte Zusatzgebläse
stellt ein solches Hilfsgebläse dar.With the arrangement of the gas and air lines and the regulating elements shown
different modes of operation are possible for the engine. Primarily
can, with the appropriate position of the control organs, the air, which at certain engine powers
serves to drive the exhaust gas turbine, blown into the open air and into the air receiver
while at the same time all nozzle segments of the exhaust gas turbine, with inclusion
of the besorideren segment .fd, are exposed to exhaust gas. Through these measures
the power required to drive the additional fan is reduced and at the same time
a little more air is supplied to the prime mover. The regulation can then be carried out as just now
take place described, with the difference that at higher power of the engine
only blown air into the open air and the air supply to the special nozzle is not interrupted
will. This measure makes the back pressure after the auxiliary fan essential
and their power consumption becomes small. The regulation just described
can be changed so that the air supply to the particular nozzle is interrupted and
this is charged with exhaust gas. This improves the turbine efficiency,
since there is no longer any partial admission to the gas turbine. The first and foremost
The scheme described can be varied so that at a higher power of the engine
only blown air into the air receiver while continuing to use the special nozzle
is pressurized with air. This type of control can be used for power machines,
where the exhaust gas fan delivers too little air even at full load and therefore it does
it is useful to have the additional fan parallel to the exhaust gas turbo fan
To let air promote. There is a variant of the control type described last
in that the air supply to the particular nozzle is interrupted. This avoids
that air is lost through the nozzle.
Used in the case of the one just described
If exhaust gas is applied to the nozzle, then partial application losses are incurred
avoided at the turbine. Finally, -the regulating organs can be operated in such a way that
that if a turbocharger fails automatically or by manual adjustment all of
the auxiliary blower air promoted is supplied to the engine, thus avoided
is that air is lost, and it is achieved that the engine is still possible
can deliver a lot of power. According to existing regulations it is required, for example, that
supercharged two-stroke engines must have an auxiliary fan, which in the event of failure
the exhaust gas turbo fan can be used; the aforementioned auxiliary fan
is such an auxiliary fan.
Die Verstellung der beschriebenen Regelorgane kann von Hand erfolgen
oder aber selbsttätig, sei es in Abhängigkeit von der Drehzahl der Kraftmaschine
oder von einem der im Svstem vorhandenen Drücke, z. B. dem Druck in der Förderleitung
des Zusatzgebläses, oder sei es in Abhängigkeit von der Füllungsverstellung der
Kraftmaschine oder von irgendeiner oder von mehreren der leistungsabhängigen Größen.The adjustment of the control elements described can be done by hand
or automatically, depending on the speed of the engine
or from one of the pressures present in the system, e.g. B. the pressure in the delivery line
of the additional fan, or be it depending on the filling adjustment of the
Engine or any one or more of the power-dependent quantities.