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" Moteur à combustion interne comportant un compresseur de balayage et éventuellement de suralimentation commandé par
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une turbine à gaz d'échappement."
La présente invention est(.relative aux installations constituées par un moteur à combustion interne, une turbine entraînée par les gaz d'échappement du moteur et un compresseur, entraîné par la turbine et comprimant l'air de balayage et, le cas échéant, l'air de suralimentation, la turbine comportant des tuyauteries d'alimentation, d'une part pour des gaz d'échappement à une pression supérieure à la pression de fin de course régnant dans le moteur et, d'autre part, pour des gaz d'échappement à plus faible pression, ces derniers'étant amenés à un autre étage de pression de la turbine que les gaz se trouvant sous pression relativement élevée.
Il y a lieu, pour diverses raisons,'de préférer de tels groupes compresseurs entraînés par un.e turbine à gaz d'échappement aux compresseurs qui sont entraînés directement par le moteur. Mais on n'a pas pu réussir jusqu'ici à réaliser une' installation travaillant avec un turbo-compresseur dans laquelle les gaz d'échappement du moteur à combustion interne puissent être utilisés de façon à obtenir à la sortie du turbo-compresseur une quantité suffi-
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samment grande d'air de balayage s.
la pression nécessaire et en outre, le cas échéant, d'air de suralimentation, sans qu'une quantité-considérable d'énergie soit soustraite au moteur à combustion interne en vue d'entraîner la turbine et sans que l'on éprouve des difficultés à faire fonctionner la turbine lorsdu démarrage du moteur, ainsi qu'en marche à vide et aux faibles charges.
La présente invention, qui permet d'atteindre l'utili- sation optimum de l'énergie des gaz d'échappement et les conditions de travail optima pour la turbine, est essentiellement caractérisée par la combinaison d'un organe commandé impérati-
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vemen.t pour le réglage de l'amenée de gaz dans l'étage h, ut" pression de la turbine à gaz d'échappement avec des dispositifs servant à mettre la conduite de gaz menant l'étage basse pression de la turbine en communication avec l'atmosphère.
Le dessin annexé représente deux exemples de réalisa- tion d'installations conformes à l'invention. Dans ce dessin: fig. 1 représente; partiellement en coupe, une telle
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1.115 ta¯ 3.tion; ±1.¯1, 3 est un diagramme pression'-volume de cette installe<.ti<Jn; fie. 3 représente, de façon analogue 8. la fig. l; un ,¯':CL,11C1¯ c g ;<g,i p 1 6.'8 réalisation d'une installation conforme 1: 1'invention.
Dans ces figures, 1 désigne un cylindre, d'un moteur à
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combustion interne à deux temps à balayage a simple direction. L'air de balayage et, le cas -Sch8é:nt, l'air de suralimentation sont refoulés dans le cylindre par un turb0-cmmpreSSCl1r i.:, qui est entraîné par une turbine à gaz d'échappement 3. Le piston du moteur est désigné par 4. L'air de balayage est amené du.
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compresseur par une conduite 5 et introduit ', l'extrémité 11f(:rieure du cylindre par des lumières de balayage 6 disposée;-. darc i¯i¯ paroi d¯u cylindre et contrôlées par le piston 4 du mo- teur.
Le cylindre comporte à son extrémité supérieure un orifice d'échappement 7, qui est contrôlé par une soupape d'échappe- ment 8, dont la tige 9 est commandée par une came 12 montée sur
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1Hl arbre de distribution 13, a l'aide d'un culbuteur 10 et d'un poussoir 1".
LM ga d'échappement o11as8 és \ travers la .. o:.; 3 c,. ;¯> 3 S"Ml: conduits par un tuyau ,:;:, dans 1t, ;3t,-'-±8.:'1 .Qi hi;#F1.à pr',.s;:ic1 de 1.?. turbine 32Z d'échappement 3. fin C!:wt:;'S (11 l'orifice d'échappement 7 contrôlé pa':-'- la soupape 8 prévu pour les ga'z d'échappement, le cylindre du :.<;r<-
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teur comporte aussi des orifices 16 d'échappement des gaz, dispo- sés au-dessus des lumières de balayage 6. Par suite, des gaz d'échappement dont la pression est supérieure à la pression de fin de course régnant dans le cylindre s'échappent par les ori- fices 16. Ces derniers sont reliés, par un canal 17, à une con- duite 18 menant dans un étage à haute pression de la turbine 3.
L'admission dans la conduite 18 est contrôlée par une soupape
19, commandée par une came 22 disposée sur l'arbre de distribu- tion 13, au moyen du poussoir 20 et du culbuteur 21.
'Dans des moteurs poly-cylindriques, la turbine et le compresseur sont communs à tous les cylindres.' Les tuyaux col- lecteurs prévus pour les gaz d'échappement incomplètement déten- dus des cylindres servent alors de .réservoirs' intermédiaires pour la turbine.
Les tuyaux à gaz 18 et 23 comportent des admissions séparées dans la turbine 3 et sont reliés à divers étages de pression de cette dernière. Les divers agents moteurs sont ame- nés à des couronnes d'aubes correspondantes de la turbine et, en ce faisant, il est avantageux de disposer essentiellement des aubes à action pour l'agent à pression supérieure et essen- tiellement des aubes à réaction pour l'agent à pression infé- rieure. Les aubes à action prévues pour l'agent à haute pres- sion sont avantageusement animées d'une plus grande vitesse de rotation que les aubes à réaction prévues pour l'agent à basse pression. Les aubes à action prévues pour l'agent, à haute pression peuvent être disposées sur le même rotor que les au- bes à réaction prévues pour l'agent'à basse pression, radiale- ment à l'extérieur de ces dernières.
Ces disposition et consti- tution des couronnes d'aubes sont avantageuses d'une part à cause des vitesses relatives des divers agents gazeux et, d'au- tre part, en considération du fait que la chute de pression des gaz à basse pression varie dans une mesure relativement forte avec la charge du moteur. Or, pour de telles variations, une turbine à réaction est beaucoup moins sensible qu'une turbi. ne à action. En considération des pertes par fuites et du ren- dement de la turbine à action, il est toutefois avantageux'de faire également travailler la turbine à action avec une faible surpression.
Afin de faciliter ou, tout bonnement, de permettre le démarrage du moteur à combustion interne et d'améliorer la marche du moteur sous faible charge, on prévoit des disposi- tifs permettant de conduire au besoin les gaz d'échappement sous faible pression à l'atmosphère, sans qu'ils aient besoin de passer à travers la turbine .
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D ia ; i l'exemple de :#: :..' .µ .J .l . i¯ ,5 r., .t. J- < ;: :;: e ;,, ;a <E ;#; <;' ; 1.t .1: , :i tuyau 15 5 .=, s 1 1¯ v 1 sant l'atmosphère est raccordé la conduite 23 d'échappement des .gaz. Pour le réglage du. passage des Gaz: en dispose 11i': clapet d'inversion 24 qui peut être manoeuvré soit à la main, soit, comme dans l'exemple de réalisation représenté; par la pi:';s<.>i.c;a régnant dans la conduite 18. En effet, un conduit 25 est raccordé à la conduite 1.5 et débouche dans un cylindre 26, dans lequel les gaz d'échappement à pression supérieure agissent sur un piston 27.
Un ressort 28 agit sur l'autre face du piston, en s'opposant à l'action de la pression des gaz d'échappement. Le
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piston est relie mécaniquement a.: clapet d'inversion 24- g>;.,r une tige 29 et par les bras 30 et 31.
Lorsque la pression, rég'.'.ar.t da.n.s la conduite 18 est suffisamment élevée, la pression ."'er' g;=,z fl¯'iµc:,i.;;iJç;c:i;ie;;.i amenés par le conduit 25 au cylindre 26 peut naintenir le piston dans la position représentée la ìi:. l, 1< cinpct J'inversion 21 maintenant fermée lc; c:om<,i:.i..:;i,c;ml;F,on avec le tuyau 15 et avec l'atmosphère et 1.#;s gan d'éohappem;ent sortant du cylindre pouvant passer librement dans.la turbine 1\':i;:
, au démarrage et aux faibles charges du moteur à combustion interne, la pression régnant dans la conduite 18 baisse, de sorte que le ressort 28 peut repousser le piston 27 vers le bas, le clapet d'inversion étant ainsi amené dans la position indiquée en traits interrompus, pour laquelle l'amenée la turbine 3 est coupée et les gaz d'échappement s'écoulent dans l'atmosphère par le tuyau 15, par exemple à travers un silencieux.
Une autre façon avantageuse de réaliser la commande de
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la alise en communication de la conduite de gaz 23 avec l'atmos- phère consiste à relier la chambre d'admission des gaz à basse pression dans la turbine ou la. partie de la conduite (le gaz 23 placée immédiatement avant la turbine, avec le tuyau d'échappe- ment de cette dernière et monter, dans cette communication,
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une soupape pouvant être io;:v>an;à fi.9 ii. lo. main ou en fonction de la pression régnant dans la conduite des ga à haute pression.
Le mode de fonctionnement ôiz: l'installation e:>iJ. F.:.::i.K: la fig. est représenté dans le diagramme p:<?es5sS.on.-":io3.;ar:.. ce jj=. fie. 2, dont Xa partie supérieure est supprimée. Dan:." la :5 .
2, l'aire A se rapporte au moteur à combustion interne, l'aire.
B ii la turbine à haute pression, l'aire C au compresseur et l'aire D la tu'-'bine à basse pression. S désigne la source du a= 1 j=..i=. c. =j , tandis que le? chiffres 1 1;. 1,0 indiquent la pression en "'g/cm2. pendant le mouvemc-nt de descente du piston; la soupape 19 s'ouvre d'abord compictcme]:;''.'.: avant que le piston ait "> "' t5 .? o t: -
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vert les orifices 16. Lorsque ces orifices sont découverts, les gaz d'échappement à haute pression sont conduits à la turbine. La soupape 8 commence alors son mouvement d'ouverture, avant que le piston commence à découvrir les lumières de balayage 6. La soupape 19 prévue pour les gaz d'échappement à pression supérieure se ferme en même temps que ou peu après le commencement de l'ouverture de la soupape 8.
Lorsque la charge est suffisamment forte, les gaz d'échappement sont soutirés, pour le gaz à pression supérieure, par exemple à une pression d'environ 2,75 kg/cm2 abs, et pour les.gaz à basse pression, à une pression d'environ 1,6 kg/cm2 abs., comme indiqué à la fig.2. En vue de la bonne utilisation de l'énergie contenue dans les gaz d'échappement, il est avantageux de maintenir le rapport entre les pressions des gaz à haute pression et des gaz à basse pression à environ 1,4 à 2,1, par exemple à 1,75, conformément aux indications ci-dessus. L'air de balayage et de suralimentation est comprimé à une pression d'environ 2 kg/cm2 abs.
Etant donné que les gaz d'échappement à moindre pression peuvent sortir librement par le tuyau 15 lorsqu'une faible charge est appliquée au moteur et qu'aucune suralimentation n'est nécessaire, on obtient dans le cylindre une plus faible pression de combustion et, par suite, le moteur à combustion interne n'est pas soumis à des efforts plus, élevés qu' il n'est nécessaire. Sous faible charge ou en marche à vide, à défaut d'une communication avec l'atmosphère, les gaz à basse pression provoqueraient dans la turbine une contre-pression qui produirait un effet de freinage. Le dispositif conforme à l'invention se distingue par conséquent par l'utilisation optimum de l'énergie des gaz d'échappement, ce qui crée des conditions de travail particulièrement favorables pour la turbine .
La disposition de la fig. 1 en ce qui concerne les orifices 16 et le canal 17 qui y est relié ne représente qu'un exemple de réalisation. A sa place, on peut, par exemple, disposer dans des cylindres à balayage à simple direction, deux soupapes à gaz d'échappement dans la partie supérieure du cylindre, l'une d'elles étant contrôlée de façon à s'ouvrir plus tôt que l'autre et à amener des gaz d'échappement sous pression supérieure à la turbine, tandis que des gaz d'échappement de pression inférieure sont amenés par l'autre soupape qui s'ou- vre plus tard.
la soupape mentionnée en premier lieu se ferme immédiatement après quela soupape mentionnée en dernier commence à s'ouvrir et le balayage est effectué à traversla seconde soupape.
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-..¯' '.-:'¯2.. I- .J. '1 C 'l .- . p::'::or; ):0 = 1. 1. ùé. =. ;=. &.. fl, lj #. ;.> ", é. l ' ii Cl S\,l;-:: :Q '. ' .j. , . 1 à , . ' '¯ ; ..' ,=j j .., = . i. 1" ¯. .-- . =- J..::;- :, / ¯ , '-.<-'-. l-'c; [.i::'c({:,:.' -.-J'- 1 . 1, 1 t -"" ± -. i, '; ,-t ,--C>:l1'8-'(-;2-t 0C'::'=-'i.:)( ;;,Jl' J-¯'r: 1 µ. ?...J 'Î..? J:"" 1.¯."; ,:.... 1""c. ,c. p::-c.;,8-'--"i t1.:1'¯, (:,=--.j) " 1" !1. 'À. c:Í-li..'.o' (;- .),-,,-- Ôf ,#ji ï 1= ;¯' h C,:.. J, 1 . : <.. 1 . ;: i? .L ] l;Ol..=' 2-t::<.ëL---,::'::;'ic'11 ¯ t .:.¯...
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gaz placées au-descus des lU.!;li0;rt.G de Î:.''.¯L?C:.C, ,2..:.,}:- C. l2.ll',..;
1.'. soupape et les lumières prévues pour le gaz à haute pression peuvent être disposées sur le côté opposé du cylindre, toutes à l'extrémité inférieure de ce dernier. La soupape prévue pour le
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Gaz 8. haute pression peut naturellement aussi être ët.spos "e ,31; un autre endroit, par exemple dans la culasse du cylindre.
Dans un moteur à combustion interne réversible, il faut observer que les pièces qui ouvrent et ferment la soupape prévue pour le gaz à haute pression doivent être réglées lors du l'on- versement de marche du moteur de façon que la soupape ouvre et ferme l'échappement pour les gaz avant que le piston ait atteint le point mort pendant la course de détente, ce qui s'applique aussi bien à la marche avant qu'à la marche arrière,
La prise des gaz d'échappement à pression supérieure peut se faire,
comme il est indiqué ci-dessus, soit par des lumières à gaz d'échappement contrôlées par le piston en commun avec une ou plusieurs soupapes commandées impérativement, soit par un orifice d'échappement unique contrôlé à l'aide d'une telle soupape. Il est essentiel que la soupape soit disposée de façon qu'elle s'ouvre à la fin de la course de détente, mais avant que les orifices d'échappement usuels soient ouverts, puis qu'elle soit fermée simultanément à l'ouverture des orifi- ces d'échappement usuels ou peu après.
La fermeture doit donc se faire avant que le piston atteigne son point mort bas. L'ou- verture des orifices d'échappement usuelspeut par contre se faire plus tard qu'il est usuel, car une partie des gaza déjà quitté le cylindrepar l'échappement prévu pour les gaz à haute
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pression. En utilisant des ; soupapes et des lumières contl'ôl'8'J
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par le piston, ce dernier détermine le commencement de l'échap- pement et les soupapes déterminent la fin de l'échappement. La soupape est donc avantageusement commandée de façon qu'elle s'ouvre pendant la course de détente, avant que les lumières soient découvertes par le piston, de sorte que l'échappement est complètement ouvert par la soupape lorsque les lumières sont découvertes.
La fermeture doit se faire rapidement et il y a par suite lieu de recommander une soupape à mouvement.court, par exemple une soupape à siège double. Pour écourter encore davantage le temps de fermeture, l'organe obturateur peut être constitué par la combinaison d'une soupape et d'un tiroir.
Pour assurer dans tous les cas la mise en marche simul- tanée du groupe compresseur et du moteur à combustion interne ou pour'permettre un démarrage préalable de la turbine, la tur- bine peut être munie d'un groupe de tuyères supplémentaires auquel'de l'air, du gaz ou de la vapeur sont amenés à partir d'un réservoir de démarrage à air comprimé d'une chaudière à vapeur ou d'une autre source par une conduite indiquée en poin- tillé en 32 à la figure 1. De cette manière, le compresseur peut prendre lors du démarrage du moteur à combustion interne une vitesse suffisamment élevée pour que le balayage des cylin- dres de combustion du moteur s'effectue dès le démarrage.
Le cas échéant, le groupe compresseur peut être mis en marche à l'aide d'un moteur électrique et on peut aussi faire travailler un compresseur d'air de balayage entraîné par un moteur élec- trique en parallèle avec le compresseur entraîné par les gaz d'échappement.
La fig. 3 représente un exemple de réalisation dans'le- quel le cylindre 1 du moteur est agencé pour le balayage tour- billonnant. L'air de balayage et de suralimentation est amené par un orifice 33. Il ne part ici du moteur à combustion inter- ne, pour les gaz d'échappement, qu'un seul conduit 35 qui est raccordé à des lumières 34 disposées au-dessus de l'orifice à air de balayage. Par conséquent, l'orifice 33 et les lumières
34 sont contrôlés tous deux par le piston. Des lumières 34, les gaz passent dans une conduite 35, dans laquelle est disposé un organe commutateur 37. Ici, le courant de gaz est commuté entre deux conduites de branchement séparées 40 et 41 menant à la turbine à gaz 3.
Au commencement de la période d'échappement, des gaz d'échappement de pression supérieure sont menés par la conduite 41 dans l'étage de haute pression de la turbine 3 et, pendant le reste de la période d'échappement, des gaz d'échappe- ment de pression inférieure, mélangés à l'air de balayage, sont menés par la conduite 40 dans l'étage basse pression de la tur-
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bine 3. En vue de faciliter ou de permettre le démarrage du moteur à combustion interne et en vue d'améliorer la marche à faible charge de ce moteur, dans cette forme de réalisation, les gaz d'échappement de faible pression peuvent aussi être conduits à l'atmosphère par le tuyau 15.
Le dispositif servant à mettre la conduitebasse pression 40 en communication avec l'atmosphère peut être le même que celui décrit en liaison avec la fig. 1. Le conduit 25 est relié ici à la conduite de branchement 41.
Le diagramme pression-volume représenté à la fig.2 est également applicable à l'installation représentes à la fig. 3 et le mode do travail de principe est le même qu'à l'exemple suivant la fig.1.
Le dispositif de commande prévu pour l'organe commutatour 37 est constitué de façon, à prendre, lorsque les orifices d'échappement prévus dansle cylindre pour les gaz d'échappement sont ouverts, la position dans laquelle l'accès à la conduite 41 conduisant des gaz d'échappement de pression supérieure est ouvert. Le changement de position de l'organe commutateur 37 doit naturellement se faire aussi rapidement que possible, de façon que l'échappement de ces gaz ne soit pas empêché pendant un temps prolongé. Dans l'exemple de réalisation repré- senté, l' organe commutateur 37 est commandé au moyen d'une tige 42 par un arbre de commande 13 muni d'une came 43.
Il est bien évident que les dispositifs décrits peuvent recevoir diverses modifications sans sortir du cadre de l'invention. La commande de la ou des soupapes actionnées impérativement peut se faire directement par le vilebrequin d'un moteur ou d'une autre manière. L'organe commutateur 37 peut être constitué sous forme de tiroir et être disposé en un autre endroit que celui représenté au dessin.
Dans deux exemples de réalisation, les gaz d'échappement à pressions différentes peuvent entraîner des rotors de turbines différents montés sur le même arbre ou sur des arbres différents, ou bien les couronnes d'aubes prévues pour les divers agents peuvent être disposées sur un rotor de turbine commun. Au lieu d'un turbo-compresseur, on peut utiliser une autre soufflante, par exemple une soufflan. te rotative ou autre analogue.
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"Internal combustion engine comprising a scavenging and possibly supercharging compressor controlled by
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an exhaust gas turbine. "
The present invention relates to installations consisting of an internal combustion engine, a turbine driven by the exhaust gases of the engine and a compressor, driven by the turbine and compressing the purging air and, where appropriate, the charge air, the turbine comprising supply pipes, on the one hand for exhaust gases at a pressure greater than the end-of-stroke pressure prevailing in the engine and, on the other hand, for exhaust gases 'exhaust at lower pressure, the latter' being brought to a different pressure stage of the turbine than the gases being under relatively high pressure.
For various reasons, it is appropriate to prefer such compressor units driven by an exhaust gas turbine to compressors which are driven directly by the engine. However, it has not been possible so far to achieve an installation working with a turbo-compressor in which the exhaust gases of the internal combustion engine can be used so as to obtain at the outlet of the turbo-compressor a quantity suffi-
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sufficiently large sweep air s.
the necessary pressure and also, if necessary, charge air, without a considerable amount of energy being withdrawn from the internal combustion engine to drive the turbine and without any difficulty being experienced to operate the turbine when starting the engine, as well as when running at no load and at low loads.
The present invention, which makes it possible to achieve the optimum use of the energy of the exhaust gases and the optimum working conditions for the turbine, is essentially characterized by the combination of an imperatively controlled member.
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vemen.t for adjusting the gas supply in stage h, ut "pressure of the exhaust gas turbine with devices serving to put the gas line leading to the low pressure stage of the turbine in communication with the atmosphere.
The appended drawing shows two embodiments of installations in accordance with the invention. In this drawing: fig. 1 represents; partially in section, such
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1.115 tā 3.tion; ± 1.¯1, 3 is a pressure-volume diagram of this installation <.ti <Jn; trust. 3 represents, in a similar fashion 8. FIG. l; un, ¯ ': CL, 11C1¯ c g; <g, i p 1 6.'8 realization of an installation according to 1: 1'invention.
In these figures, 1 designates a cylinder, from an engine to
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single direction sweep two-stroke internal combustion. The scavenging air and, in the case -Sch8é: nt, the charge air are forced into the cylinder by a turb0-cmmpreSSCl1r i.:, Which is driven by an exhaust gas turbine 3. The engine piston is designated by 4. The purging air is supplied from.
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compressor through a pipe 5 and introduced ', the end 11f (: upper cylinder by scavenging openings 6 arranged; -. darc īī cylinder wall and controlled by piston 4 of the engine.
The cylinder has at its upper end an exhaust port 7, which is controlled by an exhaust valve 8, the rod 9 of which is controlled by a cam 12 mounted on the cylinder.
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1Hl distribution shaft 13, using a rocker arm 10 and a tappet 1 ".
LM ga exhaust o11as8 és \ through the .. o:.; 3 tbsp. ; ¯> 3 S "Ml: conducted by a pipe,:;:, in 1t,; 3t, -'- ± 8.: '1 .Qi hi; # F1.à pr',. S;: ic1 of 1 .?. 32Z exhaust turbine 3.end C!: wt:; 'S (11 the exhaust port 7 checked pa': -'- the valve 8 provided for the exhaust ga'z, the cylinder from:. <; r <-
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tor also comprises gas exhaust orifices 16, arranged above the scavenging slots 6. As a result, exhaust gases whose pressure is greater than the end-of-stroke pressure prevailing in the cylinder s' escape through the orifices 16. The latter are connected, by a channel 17, to a duct 18 leading into a high pressure stage of the turbine 3.
The admission to line 18 is controlled by a valve
19, controlled by a cam 22 disposed on the distribution shaft 13, by means of the pusher 20 and the rocker arm 21.
'In poly-cylindrical engines, the turbine and the compressor are common to all the cylinders.' The collecting pipes provided for the incompletely expanded exhaust gases from the cylinders then serve as intermediate reservoirs for the turbine.
The gas pipes 18 and 23 have separate inlets in the turbine 3 and are connected to various pressure stages of the latter. The various motive agents are fed to corresponding vane crowns of the turbine and in doing so it is advantageous to have primarily acting vanes for the higher pressure medium and predominantly reaction vanes for the higher pressure medium. the lower pressure agent. The action vanes provided for the high pressure medium are advantageously driven at a greater speed of rotation than the reaction vanes provided for the low pressure medium. The high pressure agent action vanes may be disposed on the same rotor as the low pressure agent reaction vanes radially outwardly thereof.
This arrangement and construction of the vane crowns are advantageous on the one hand because of the relative speeds of the various gaseous agents and, on the other hand, in consideration of the fact that the pressure drop of the gases at low pressure varies. to a relatively large extent with the engine load. However, for such variations, a reaction turbine is much less sensitive than a turbi. do to action. In view of the leakage losses and the efficiency of the impeller, however, it is advantageous to also operate the impeller at a low overpressure.
In order to facilitate or, quite simply, to allow the starting of the internal combustion engine and to improve the operation of the engine under low load, devices are provided which make it possible to conduct the exhaust gases under low pressure, if necessary. atmosphere, without having to pass through the turbine.
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D ia; i the example of: #:: .. '.µ .J .l. ī, 5 r., .t. J- <;::;: e; ,,; a <E; #; <; ' ; 1.t .1:,: i pipe 15 5. =, S 1 1¯ v 1 if the atmosphere is connected to the .gas exhaust pipe 23. For setting the. Gas passage: has 11i ': reversing valve 24 which can be operated either by hand or, as in the embodiment shown; by the pi: '; s <.> ic; a prevailing in the pipe 18. Indeed, a pipe 25 is connected to the pipe 1.5 and opens into a cylinder 26, in which the exhaust gases at higher pressure act on a piston 27.
A spring 28 acts on the other face of the piston, opposing the action of the pressure of the exhaust gases. The
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piston is mechanically connected a .: reversing valve 24- g>;., r a rod 29 and by the arms 30 and 31.
When the pressure, reg '.'. Ar.t in line 18 is sufficiently high, the pressure. "'Er' g; =, z fl¯'iµc:, i. ;; iJç; c: i; ie ;;. i brought through line 25 to cylinder 26 can maintain the piston in the position shown on ìi :. l, 1 <cinpct J'inversion 21 now closed lc; c: om <, i: .i ..: ; i, c; ml; F, one with the pipe 15 and with the atmosphere and 1. #; s exhaust gan coming out of the cylinder which can pass freely in.la turbine 1 \ ': i ;:
, at start-up and at low loads of the internal combustion engine, the pressure prevailing in the line 18 drops, so that the spring 28 can push the piston 27 downwards, the reversing valve being thus brought into the position indicated in dashed lines, for which the supply to the turbine 3 is cut off and the exhaust gases flow into the atmosphere through the pipe 15, for example through a silencer.
Another advantageous way to order
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the alise in communication of the gas line 23 with the atmosphere consists in connecting the inlet chamber of the gases at low pressure in the turbine or the. part of the pipe (gas 23 placed immediately before the turbine, with the exhaust pipe of the latter and fit, in this communication,
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a valve which can be io;: v> an; to fi.9 ii. lo. hand or depending on the pressure in the high pressure ga pipe.
The ôiz operating mode: the e:> iJ installation. F.:.::i.K: fig. is represented in the diagram p: <? es5sS.on .- ": io3.; ar: .. ce jj =. fie. 2, of which Xa upper part is deleted. Dan :." the: 5.
2, the area A refers to the internal combustion engine, the area.
B ii the high pressure turbine, the air C to the compressor and the area D the low pressure turbine. S denotes the source of a = 1 j = .. i =. vs. = j, while the? digits 1 1 ;. 1.0 indicate the pressure in "'g / cm2. During the downward movement of the piston; valve 19 first opens compictcme] :;' '.' .: before the piston has"> " 't5.? ot: -
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green openings 16. When these openings are uncovered, the high pressure exhaust gases are conducted to the turbine. The valve 8 then begins its opening movement, before the piston begins to discover the scavenging ports 6. The valve 19 for the higher pressure exhaust gases closes at the same time as or shortly after the start of the flow. 'opening of the valve 8.
When the load is sufficiently high, the exhaust gases are drawn off, for the gas at higher pressure, for example at a pressure of about 2.75 kg / cm2 abs, and for the gases at low pressure, at a pressure of approximately 1.6 kg / cm2 abs., as shown in fig. 2. In view of the good use of the energy contained in the exhaust gases, it is advantageous to maintain the ratio between the pressures of the high pressure gases and of the low pressure gases at about 1.4 to 2.1, for example example at 1.75, according to the above indications. The purge and charge air is compressed to a pressure of approximately 2 kg / cm2 abs.
Since the lower pressure exhaust gases can exit freely through the pipe 15 when a low load is applied to the engine and no supercharging is required, a lower combustion pressure is obtained in the cylinder and, as a result, the internal combustion engine is not subjected to greater stresses than necessary. Under low load or in idle operation, in the absence of communication with the atmosphere, the low pressure gases would cause a back pressure in the turbine which would produce a braking effect. The device according to the invention is therefore distinguished by the optimum use of the energy of the exhaust gases, which creates particularly favorable working conditions for the turbine.
The arrangement of FIG. 1 as regards the orifices 16 and the channel 17 which is connected to them, represents only one example of an embodiment. In its place, for example, it is possible, for example, to arrange in single-direction scanning cylinders, two exhaust gas valves in the upper part of the cylinder, one of them being controlled so as to open earlier. than the other and to supply exhaust gases under higher pressure to the turbine, while exhaust gases of lower pressure are supplied by the other valve which opens later.
the first-mentioned valve closes immediately after the last-mentioned valve begins to open and flushing is effected through the second valve.
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1. '. valve and ports for high pressure gas may be located on the opposite side of the cylinder, all at the lower end of the cylinder. The valve intended for the
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Gas 8. high pressure can of course also be placed at another location, for example in the cylinder head.
In a reversible internal combustion engine, it should be observed that the parts which open and close the valve intended for the high pressure gas must be adjusted during the running reverse of the engine so that the valve opens and closes the engine. '' exhaust for gases before the piston has reached neutral during the expansion stroke, which applies to both forward and reverse gear,
The exhaust gas intake at higher pressure can be done,
as indicated above, either by exhaust gas ports controlled by the piston in common with one or more imperatively controlled valves, or by a single exhaust port controlled by means of such a valve. It is essential that the valve is arranged so that it opens at the end of the expansion stroke, but before the usual exhaust ports are opened, and then that it is closed simultaneously with the opening of the ports. - these usual exhausts or shortly after.
Closing must therefore take place before the piston reaches its bottom dead center. On the other hand, the usual exhaust ports can be opened later than usual, because part of the gas has already left the cylinder through the exhaust intended for high-gas.
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pressure. By using; valves and lights contl'ôl'8'J
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by the piston, the latter determines the beginning of the exhaust and the valves determine the end of the exhaust. The valve is therefore advantageously controlled so that it opens during the expansion stroke, before the ports are discovered by the piston, so that the exhaust is fully opened by the valve when the ports are discovered.
Closing should be done quickly and therefore a short motion valve, such as a double seat valve, should be recommended. To further shorten the closing time, the shutter member can be formed by the combination of a valve and a spool.
In order to ensure in all cases the simultaneous start-up of the compressor unit and of the internal combustion engine or to allow the turbine to be started beforehand, the turbine can be fitted with a group of additional nozzles to which air, gas or steam are supplied from a compressed air start-up tank of a steam boiler or other source through a line indicated by dotted 32 in Figure 1. In this way, the compressor can take, when starting the internal combustion engine, a sufficiently high speed so that the scanning of the combustion cylinders of the engine takes place from the start.
If required, the compressor unit can be started by means of an electric motor and a purge air compressor driven by an electric motor can also be operated in parallel with the gas-driven compressor. exhaust.
Fig. 3 shows an exemplary embodiment in which the cylinder 1 of the engine is arranged for swirl sweeping. The purging and supercharging air is supplied through an orifice 33. Here, only a single duct 35 leaves the internal combustion engine for the exhaust gases, which is connected to ports 34 arranged in the interior. above the purge air port. Therefore, orifice 33 and the lumens
34 are both controlled by the piston. From the ports 34, the gases pass through a conduit 35, in which is arranged a switch member 37. Here, the gas stream is switched between two separate branch conduits 40 and 41 leading to the gas turbine 3.
At the beginning of the exhaust period, higher pressure exhaust gases are conducted through line 41 into the high pressure stage of the turbine 3 and, during the remainder of the exhaust period, exhaust gases are conducted through line 41. lower pressure exhausts, mixed with the purging air, are led through line 40 into the low pressure stage of the turbine.
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bine 3. In order to facilitate or allow the starting of the internal combustion engine and in order to improve the low load operation of this engine, in this embodiment, the low pressure exhaust gases can also be conducted. to atmosphere through pipe 15.
The device used to put the low-pressure pipe 40 in communication with the atmosphere may be the same as that described in connection with FIG. 1. Line 25 is connected here to branch line 41.
The pressure-volume diagram shown in fig. 2 is also applicable to the installation shown in fig. 3 and the working method in principle is the same as in the example following fig.1.
The control device provided for the switch member 37 is formed so as to take, when the exhaust ports provided in the cylinder for the exhaust gases are open, the position in which the access to the pipe 41 leading to higher pressure exhaust gas is opened. The change of position of the switch member 37 must naturally be done as quickly as possible, so that the escape of these gases is not prevented for a prolonged time. In the exemplary embodiment shown, the switch member 37 is controlled by means of a rod 42 by a control shaft 13 provided with a cam 43.
It is obvious that the devices described can receive various modifications without departing from the scope of the invention. The control of the imperatively actuated valve (s) can be done directly by the crankshaft of an engine or in another way. The switch member 37 may be in the form of a drawer and be disposed at a location other than that shown in the drawing.
In two exemplary embodiments, the exhaust gases at different pressures can drive different turbine rotors mounted on the same shaft or on different shafts, or else the vane rings provided for the various agents can be arranged on a rotor. common turbine. Instead of a turbo-compressor, another fan can be used, for example a blower. rotary te or the like.