CH117852A - Internal combustion engine with exhaust gas turbine and charge pump. - Google Patents

Internal combustion engine with exhaust gas turbine and charge pump.

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CH117852A
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Alfred Buechi
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      Brennkraftmaschine    mit     Abgasturbine    und Ladepumpe.    Die Erfindung betrifft eine besondere  Ausbildung von     Brennkraftmaschinen    mit  Ladepumpen, bei welchen die Energie der  Auspuffgase in Turbinen verwertet wird.

   Es  ist bei     Zweita1Ltbrennkraftmaschinen    mit teil  weiser Füllung von vorverdichteter Ladeluft  schon vorgeschlagen worden, die vollständige  Expansion der Verbrennungsgase bis zum  Gegendruck derart zu erreichen,     dass    die     Kol-          benmaschinenarbeit    ganz zur Durchführung  der     Vorverdichtung    benützt wird und die  Verbrennungsgase auf einen mit dem Lade  luftdruck theoretisch übereinstimmenden  Zwischendruck herunter expandieren und erst  .darin eine, allein äussere Arbeit leistende     Tur-          b-ne        beaufschlagen.     



  Die vorliegende Erfindung bezweckt nun  ebenfalls die vollständige Expansion .der Ver  brennungsgase auszunützen, es soll dies aber  mit einer andern Einrichtung erreicht wer  den. Diese ist so getroffen. dass -die Verbren  nungsgase unter raschem Druckabfall einer  seits' in der     Brennkraftmaschine    und ander  seits in einer ersten Turbine Arbeit leisten  und nachher zwecks weiterer Arbeitsleistung    in eine- zweite Turbine überströmen. Die Aus  bildung kann derart sein, dass beide Turbinen  auf die gleiche Welle arbeiten. Dabei können  dieselben zum Beispiel zum Antrieb der Lade  pumpen, oder von Elektrogeneratoren benützt  werden; oder :die eine oder andere Turbine.  oder beide können mit der     Brennkraft-,          mäschine    gekuppelt sein.

   Ferner können  Mittel vorgesehen sein, um durch ,die     Brenn-          kraftmaschine    hindurch Spülluft in die erste  oder zweite Turbine oder in beide     Turbinen     einzuführen. Des weiteren kann die Ausbil  dung so getroffen sein,     @dass    bei bestimmten,  Belastungen oder Betriebsarten alle Verbren  nungsgase nach     Austritt    aus der Brennkraft  maschine nur der zweiten Turbine zuströmen.  



  In den     Fig.    1 bis 7 ist der Erfindungs  gegenstand beispielsweise dargestellt.  



  Die     Fig.    1 und 2 zeigen die Arbeitsweise       hei    der Anwendung auf     Vier-taktbrennkraft-          maschinen,    die     FiG.    3 und 4 diejenige bei       Zweitaktbrennkraftmaschinen;        .die        Fig.    5  zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Maschi  nenanlage mit einer Viertakt- und die     Fig.    3      und 7 solche mit     Zweitaktbrennkraftmaschi-          nen.     



  In     Fig.    1 ist 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 1 das       Indikatordiagramm    der     Viertaktbrennkraft-          maschine.    1, 2, 3     entspricht    dem Saug-,     3.;    4  dem     Verdichtungs-,    4, 5, 6, 7 dem     Verbreii-          nungs-    und Ausdehnungshub.

   Bei 6 beginnt  der     Vbertritt    eines Teils der Verbrennungs  gase unter raschem Druckabfall bis zum  Punkt 8 in die erste Turbine, und von 8 bis 1  findet das Ausstossen der noch in der Brenn  kraftmaschine verbleibenden     VerbrennuDgs-          gase    in die zweite Turbine statt. Das     ideelIe     Arbeitsdiagramm der ersten Turbine wird       durch    die senkrecht schraffierte Fläche 6, 7,  8, 9, 6     (I)    dargestellt, während die ideelle  Arbeitsleistung in der     zweiten    Turbine durch  die schief schraffierte Fläche 10, 11, 12, 13,  10     (1I)    veranschaulicht wird.

   Die     Fig.    2       zeih    den     zeitlichen    Verlauf der Vorgänge       .entsprechend    Fis. 1 während einer     I;        mdre-          hung,    das heisst dem     Ausdelinungs-    und Aus  puffhube in der     Brennkraftmaschine.    Ent  sprechende     Purllae    sind gleich     bezeichnet.     Der Weg des     Kurbelzapfenmittels    wird  durch den Kreis     .4,    6, 7, 8, 10 dargestellt.

    Die bei plötzlichem Druckabfall in der     Brenn-          kraftmaschine    und in der ersten Turbine  stattfindende Arbeitsleistung findet auf dem  Kurbelweg 6, 7, 8 statt, Daran schliesst sich  auf dem Kurbelweg 8, 1     bezw.    8, 10 die  jenige der Verbrennungsgase in der zweiten  Turbine an. 14, 15, 16. 17, 14 ist das ideelle       Indikatordiagramm    der Ladepumpe, welche  der      & rennlcraffmaschine    die vorverdichtete  Ladung zubringt. Der der Arbeitsleistung  der ersten     Turbine    entsprechende Kurbelwin  kel ist. mit I, derjenige welcher der zweiten  Turbine entspricht, ist mit     II    bezeichnet.  



  Die dargestellten Druckunterschiede zwi  schen der     Aussehublinie    8, 1 der Brennkraft  maschine und dem     Eintrittsdruck.    10, 9, 13 in  die zweite Turbine sind durch den     Druckv        er-          lust    beim Überströmen der     Verbrennungsgase     aus der     Brennkraftmaschine    in die     Turbine          bedinct.    Ebenso ergeben sich beim     Ansaugen     in den     Vorverdichter,    entsprechend der An  sauglinie 17,

   14 gegenüber dem Atmosphären-    druck und beim Laden der Zylinder der       Brennkraftmaschine    entsprechend den Linien  1, 2, 3 gegenüber 16, 15 Druckverluste. Es  kann auch während des     Aussehiebens    der       Verbrennungsgase    in die zweite Turbine ent  sprechend 10, 9, 13 der Druck sich etwas än  dern, also nicht ganz wie gezeichnet ver  laufen.  



  Die     Fig.    3 und 4 stellen die Arbeitsweise  bei einer im Zweitakt arbeitenden, nach ,der  Erfindung ausgebildeten     Brennkraftmaschine     ebenfalls anband eines     Indikatordiagramms          (Fig.    3) und eines Kurbeldiagramms     (Fig.    4)  dar.  



  In der     Fig.    3     ia    20, 21,     22_    23, 24, 25,  20     .das        Diagrainni    der     Zweitaktbrennkraft-          maschine;    20,     2l    ist die Verdichtungslinie,  21, 22, 23 entspricht der     Verbrennungs-    und  Expansionsperiode.

   Auf dem Wege 23, 24  findet das     Überströmen    eines Teils der     Ver-          brennungsraz,e    in die erste Turbine statt. 24  bis 25 und zurück bis 24 entspricht der     Spül-          perio,(le,    das heisst     auf    dem entsprechenden       Kolbenwege        werden    die in den Zylindern der       Brelinl-Ira.ftmascliinc    noch verbliebenen Aus  puffgase durch neue Ladung hinausgespült.  Auf dem Wege 24, 20 kann dies noch fort  gesetzt werden, oder es kann auch eine     Auf-          ladunIe;    stattfinden, und bei 20 beginnt die  eigentliche Verdichtung.

    



  Das ideelle     Indikatordiagramm    der     ersten     Turbine wird durch die Fläche 23, 24, 26,  23     dargestellt,    das heisst durch die senkrecht  schraffierte Fläche I. Die entsprechend dein  Kolbenweg 24, 25, 20 aus der     Brenrikraft-          maschine    hinausgespülten, sowie .die aus der  Turbine I austretenden Verbrennungsgase  gelangen in die Turbine     II    und leisten dort  entsprechend der     Diagrammfläche    27, 28, 29,  30, 27 gemeinsam Arbeit. Diese Fläche ist  mit     1I    bezeichnet und schief schraffiert.

   Das       Indikatordiagranim    des     Vorverdichters    für  die Ladung der     Brennkraftmaschine    wird  durch die Fläche 31. 32. 33, 34, 31 darge  stellt.  



       Ans    der     Fig.    4, in welcher die der     Fig.    3       entsprecllen.den        Punlzte        Bleichbezeichnet    sind,  sieht man, dass auf (lern Kurbelwege 23, 24      entsprechend dem Kurbelwinkel I bei star  kem Druckabfall gleichzeitig in der     Brenn-          kraftmaschine    und     dex        ersten    Turbine     Arbeit     geleistet wird.

   Anschliessend daran     erfolgt    das  Ausspülen der in der     Brennkraftmascliine     verbliebenen     Verbrennungsgase    auf dem  Kurbelwege 24, 25, 24a, 20 und Übertritt  derselben in .die zweite Turbine entsprechend  dem Kurbelwinkel     II.    Steht der Kolben der       Brennkraftmaschine    in der dem Punkt 20  entsprechenden Stellung, so werden die Spül  und Auspufforgane geschlossen und die Ver  bindung     Vorverdichter-Brennkraftmaschine-          Abgasturbine    ist unterbrochen.

       In    der     Brenn-          kraftmaschine    beginnt nun die Verdichtung       entsprechrend    20, 21.  



  Die     Fig.    5 stellt schematisch ein Ausfüh  rungsbeispiel einer nach den Diagrammen       Fig.    1 und 2 arbeitenden Kraftmaschinen  anlage dar. 40 ist der     Vorverdichter,    welcher  durch die Leitung 41 seine Ladung, z. B. at  mosphärische Luft oder brennbares Gemisch,  ansaugt und in verdichtetem Zustand durch  die Leitung 42 an die     Viertaktbrennkraft-          maschine    43, von der nur ein Zylinder     dar-          Crestellt    ist. durch ihr     Einlassventil    47 abgibt.  45 ist der Kolben, :der in der gezeichneten  Stellung in der Nähe des untern     Totpunktes     angekommen ist.

   Zur Durchführung des Ar  beitsverfahrens nach     Fig.    1 und 2 steht nun  der Arbeitszylinder 48 durch eine Leitung  49 mit einer Turbine I in Verbindung. In diese  Leitung 49 kann ein selbsttätig wirkendes  oder gesteuertes     Abschlussorgan    51 eingebaut  sein. Da. die Turbine I mit :dem Laufrad 50  mit stark fallendem Druck arbeiten soll,  wird die Leitung 49 nur so gross gewählt,  dass die Gase mit grosser Geschwindigkeit  durchstreichen und kein Ansammeln dersel  ben dort stattfindet. Die     Eintrittsdüsen    52  in -die Turbine 50 sind ebenfalls so zu wäh  len, dass eine noch gute     Ausnützung    der Ex  pansionsenergie der Verbrennungsgase statt  findet.  



  Die Turbine I kann aus einem oder meh  reren Laufrädern bestehen.  



  Eine zweite Abgasleitung 53 führt den  im     Zylinder    48 verbliebenen Teil der Ver-         brennungsgase    während des     Ausschubhubes     in die Turbine     II,    welche im gezeichneten  Beispiel aus einem ersten Leitrad 54, einem  "ersten Laufrad 55 und einem zweiten     Leit-          bezw.    Laufrad 56     bezw.    57 besteht.

   Im Ge  gensatz zur Leitung 49 werden die Leitung  53 und die Querschnitte in der Turbine     1I     mit Vorteil so gewählt, dass die Verbren  nungsgase mit annähernd konstantem     Druch     der Turbine     II    zufliessen.     Im    gezeichneten  Beispiel sind die Turbinenlaufräder 50, 55  und 57 auf einer gemeinsamen Welle be  festigt. Die aus dem Laufrad 50 austreten  den Verbrennungsgase gelangen     in    den mit  der Leitung     53    in Verbindung stehenden  Sammelraum 58 und von dort ebenfalls in  die Turbine     II    und von dort in den Auspuff  stutzen 59.  



  Die Arbeitsweise der Kraftanlage ist nun  derart, dass "ach beendeter Expansion in der       Brennkraftmaschine    der Kolben in der Nähe  des untern     Totpunktes    (gezeichnete Kolben  stellung) die Verbindung zwischen dem  Kraftzylinder 48 und .der Turbine I durch  die Leitung 49 herstellt. (Der Deutlichkeit  halber sind die Austrittsschlitze in der  Zeichnung im Verhältnis     zu,den    Zylinderab  messungen übertrieben gross dargestellt.)  Durch den im Kraftzylinder 48 herrschenden       Überdruck    öffnet sich das     Rückschlagventil     51 und ein Teil der Verbrennungsgase strömt  unter starkem Druckabfall in die Turbine I.

    Dieses Überströmen dauert so lange, bis im  Kraftzylinder im gleichen Zeitpunkt gegen  über .dem Eintrittsraum 58 zur Turbine     1I     kein wesentlicher Überdruck mehr besteht.  In diesem Zeitpunkt öffnet sich das Ventil  44, und der nun nach oben gehende Kolben  stösst die im     Kraftzylinder    noch     verblie-          nen    Gase durch     die        Leitung    53 in :die Tur  bine     1I    aus.  



  Inzwischen hat sich das Organ 51 wieder  geschlossen, es können keine Verbrennungs  gase mehr durch dasselbe in die Turbine     II     gelangen. Nach beendetem     Ausschubvor-          gang    wird das Ventil 44 wieder geschlossen,  ,das     Einlassventil    47 geöffnet, und es folgt  das bei     Viertaktmaschinen    bekannte Ansau-      gen der neuen Ladung. Geben Ende des       Saughubes    deckt der Kolben die Leitung 49  wieder ab.

   Um nun bei der gezeichneten  Ausführung zu verhindern, dass in diesem  Zeitpunkt Verbrennungsgase aus der Leitung  49 oder der Turbine I in .den     Kraftzylinder     48 gefangen, ist das     R.ückschlagventil    51  oder ein besteuertes Organ so eingebaut, dass       dasselbe    den Zutritt zum     Kraftzylinder    nun  abschliesst.  



  Die Abgasturbinen I und     II    können auch     ,je     mit besonderem Gehäuse versehen oder für sieh  unabhängig sein. Ausser an     die    Ladepumpe     4(1          können    sie auch noch Kraft nach aussen, zum  Beispiel an     einen'    Elektrogenerator 60,     ab-          (reben.    Sie könnten auch zum Beispiel mit  telst eines Zwischengetriebes mit der Brenn  kraftmaschine gekuppelt sein.  



  Die     Fib.    6 und 7 stellen     Maschinenanlagen          finit        Zweitaktbrennkra.ftmaschinen    dar. Ent  sprechende Teile sind mit gleichen Ziffern  wie in     Fig.    5 bezeichnet.  



  Beider in     Fig.    6 gezeichneten     Anordnung     fördert der     Vorverdicliter    40 seine Förder  inenge     durch    die Leitung 42 und die Ein  trittsschlitze 4 7 in den Kraftzylinder 48.

         Durch        das        Ventil        51        findet        auf        dem          entsprechend    der     Diagrammlinie    23, 24  in der     Fic.    3 das Überströmen der sich stark  entspannenden     Verbreiiiiungsgase    durch .die  Leitung 49 in die Turbine I statt. Diese be  steht aus einem von Düsen 52     beaufschlagten     Laufrad 50.     Während    dieses Vorganges hält  der Kolben 45 noch die Öffnungen 47 und  44 in der     Zylinderwand    geschlossen.

   Diese  werden erst hegen Ende des Hubes in der       ;ezeiehneten    Stellung vom Kolben 45 freige  legt. Auch in     Fig.    6 sind die Austrittsschlitze       iin    Verhältnis zu den     Zylinderabmessungen     übertrieben gross     geze:

  ehnet.    Von diesem       Zeitpunkte    ab strömt neue Ladung durch die  Schlitze 47 in den     Zylinder    48 ein und die  noch dort befindlichen V     erbrennungsgase     werden durch die     Schlitze    44 und die Leitung  53 in die Turbine     1I    mit den     Leiträdern    54       und    56     und    den     Laufrädern'    55 und 57 hin  durchgetrieben.

   Nach     erfol        ter        Arbeitslei=          tung,    welche in der Turbine     II    gemeinsam    mit .den aus der Turbine I tretenden Gasen  erfolgt, gelangen die Gase in den Austritts  stützen 59 und von dort ins Freie. 46 ist das  Brennstoffventil.

   Ein solches ist nicht     noll--          w        e        n-        di-,        wenn        durch        den        Vorverdichter        40          Brennstoffluftgemisch        befördert        wird.     



  Bei der     Anordnung-    nach der     Fig,    7 ge  schieht die     Einführung        -rler    vorverdichteten  Ladung     durch    zwei     übereinander    angeord  nete Schlitzreihen 47 und 4711, wobei der Zu  tritt vom Zylinder 48 zu der Leitung 42  durch die     obern    Schlitze 47a durch Ventile       47>>    abgeschlossen     werden    kann,

   Ferner mün  den beide Turbinenzuleitungen 49 und 53  durch Schlitze 49a und 44 in der     Zylinder-          wand.    In der Leitung 49 ist ein     Rückschlag-          ventil    51.     eingebaut.     



  Beim Kolbenniedergang legt der Kolben  zuerst, die Schlitze     49a    und 47a frei. Das       @Tentil        411i    verhindert, solange noch     Über-          drucl:#    im Zylinder 48 besteht; das Über  strömen von     Verbrennungsgasen    in die Zu  leilung 42. Hingegen öffnet dieser Überdruck  das     Rückschlagventil    51 und die Verbren  nungsgase     strömen    durch die     Leitung    49 und  die Düsen 5 2 auf das Laufrad 50. Dies  dauert so lange, bis die Drücke in der Lei  tung 49 und in dem     Sammelraum    58 sich  nahezu     ausgeglichen    haben.

   Ungefähr in die  sem Zeitpunkt legt der Kolben 4:5 die     Aus-          lassschlitze    44 frei, ebenso die     Einlassschlitze     47. Die vorverdichtete     Ladung    tritt in den  Zylinder 48 ein     und    treibt. die Verbrennungs  gase     durch    die     Schlitze    44 in die Leitung  53 zur Turbine     1I,    wo diese mit den aus  der Turbine I kommenden Gasen Arbeit  leisten. Das Ventil     47U    öffnet sieh,     sobald    in  der Zuleitung 42     gegenüber    dem Zylinder  innern sich ein     gewisser    Überdruck einge  stellt hat.

   Es tritt     dann    auch durch die obern  Schlitze     .17a        neue    Ladung ein.  



  Ein     Durchspülen    mittelst neuer L     adiant;     kann bei allen Ausführungen     Fig.    5, 6 und 7       sowohl    durch die Leitung 49 in die     Turbine          E-als    auch durch die Leitung 53 in die Tur  bine     II    erfolgen.     Bedingung    hierzu ist nur,  dass die Organe 47 und 51 und 47 oder 47a       und.    44     "gleielizeiti,--    geöffnet bleiben.

        Die Steuerung der Organe 51 kann so  gebildet sein, dass dieselben zum Beispiel  <B>i</B> aus  bei bestimmten Maschinenbelastungen ge  schlossen gehalten werden, so dass dann nur  die Turbine     II    von den Verbrennungsgasen       beaufschlagt    wird. Dies empfiehlt sich     dann.     wenn infolge kleiner Belastung und entspre  chend kleiner Brennstoffüllung der Druckab  fall     ss    bis 8 nach     Fig.    1 oder 23 bis 24 nach       Fig.    3 so klein geworden ist, dass sieh eine       Ausnützung    der Energie in der Turbine     i     nicht mehr lohnt.  



  Bei Mehrzylinder -     Brennkraftmaschinen     können Leitungen 49 und Düsen 52 zwecks  Vermeidung einer gegenseitigen Störung der  aus den einzelnen Zylindern austretenden       Verbrennungsgase    von jedem Zylinder 48 aus  gesondert zur Turbine I führen.  



  Statt einfachwirkenden     Brennkraftmaschi-          nen    können auch     doppeltwirkende    oder sol  che mit gegenläufigen Kolben vorgesehen  sein.



      Internal combustion engine with exhaust gas turbine and charge pump. The invention relates to a special design of internal combustion engines with charge pumps, in which the energy of the exhaust gases is utilized in turbines.

   In two-cylinder internal combustion engines with partial filling of pre-compressed charge air, it has already been proposed to achieve the complete expansion of the combustion gases up to the counterpressure in such a way that the piston machine work is used entirely to carry out the pre-compression and the combustion gases are reduced to a theoretically consistent pressure with the charge air pressure Expand the intermediate pressure and only then pressurize a turbine that does only external work.



  The present invention also aims to fully expand the combustion gases, but this is to be achieved with a different device. This is so hit. that -the combustion gases under a rapid pressure drop on the one hand 'in the internal combustion engine and on the other hand in a first turbine do work and then overflow into a second turbine for the purpose of further work. The training can be such that both turbines work on the same shaft. The same pumps can be used, for example, to drive the loading, or by electric generators; or: one or the other turbine. or both can be coupled to the internal combustion engine.

   Furthermore, means can be provided for introducing scavenging air through the internal combustion engine into the first or second turbine or into both turbines. Furthermore, the design can be designed so that, under certain loads or operating modes, all combustion gases only flow to the second turbine after exiting the internal combustion engine.



  In Figs. 1 to 7, the subject invention is shown, for example.



  FIGS. 1 and 2 show the mode of operation when used on four-stroke internal combustion engines, the FiG. 3 and 4 those in two-stroke internal combustion engines; FIG. 5 shows an exemplary embodiment of a machine system with a four-stroke internal combustion engine, and FIGS. 3 and 7 show one with two-stroke internal combustion engines.



  In Fig. 1, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 1 is the indicator diagram of the four-stroke internal combustion engine. 1, 2, 3 corresponds to the suction, 3 .; 4 the compression, 4, 5, 6, 7 the expansion and expansion stroke.

   At 6, part of the combustion gases begins to pass into the first turbine with a rapid pressure drop up to point 8, and from 8 to 1 the combustion gases still remaining in the internal combustion engine are expelled into the second turbine. The ideal work diagram of the first turbine is represented by the vertically hatched area 6, 7, 8, 9, 6 (I), while the ideal work output in the second turbine is shown by the obliquely hatched area 10, 11, 12, 13, 10 (1I ) is illustrated.

   FIG. 2 shows the course of the processes over time, corresponding to FIG. 1 during an I; mdre- rotation, that is, the evacuation and exhaust stroke in the internal combustion engine. Corresponding purllae are labeled the same. The path of the crank pin means is represented by the circle .4, 6, 7, 8, 10.

    The work that takes place in the event of a sudden pressure drop in the internal combustion engine and in the first turbine takes place on the crank path 6, 7, 8. This is followed by the crank path 8, 1 and 8, respectively. 8, 10 that of the combustion gases in the second turbine. 14, 15, 16. 17, 14 is the ideal indicator diagram of the charge pump that feeds the pre-compressed charge to the rennlcraff machine. The crank angle corresponding to the work of the first turbine. with I, the one which corresponds to the second turbine, is designated with II.



  The pressure differences shown between tween the Aussehublinie 8, 1 of the internal combustion engine and the inlet pressure. 10, 9, 13 in the second turbine are caused by the pressure loss when the combustion gases overflow from the internal combustion engine into the turbine. Similarly, when sucking into the pre-compressor, corresponding to suction line 17,

   14 compared to atmospheric pressure and when loading the cylinders of the internal combustion engine according to lines 1, 2, 3 compared to 16, 15 pressure losses. It can also change slightly during the Aussehiebens the combustion gases in the second turbine accordingly 10, 9, 13 the pressure, so not run as shown ver.



  3 and 4 show the mode of operation in a two-stroke internal combustion engine designed according to the invention, also using an indicator diagram (FIG. 3) and a crank diagram (FIG. 4).



  In FIG. 3 generally 20, 21, 22_ 23, 24, 25, 20 .the diagram of the two-stroke internal combustion engine; 20, 2l is the compression line, 21, 22, 23 corresponds to the combustion and expansion period.

   A part of the combustion chamber e flows over into the first turbine on the path 23, 24. 24 to 25 and back to 24 corresponds to the flushing period, (le, that is, the exhaust gases still remaining in the cylinders of the Brelinl-Ira.ftmascliinc are flushed out by new charge on the corresponding piston path. This can be done on path 24, 20 can still be continued, or charging can also take place, and the actual compression begins at 20.

    



  The ideal indicator diagram of the first turbine is represented by the area 23, 24, 26, 23, that is, by the vertically hatched area I. The ones flushed out of the combustion engine according to the piston travel 24, 25, 20, as well as those from the turbine I exhausting combustion gases reach turbine II and work there together according to the diagram area 27, 28, 29, 30, 27. This area is labeled 1I and hatched obliquely.

   The indicator diagram of the supercharger for the charge of the internal combustion engine is represented by the area 31, 32, 33, 34, 31.



       From FIG. 4, in which the punctuation marks Bleich denoted in FIG. 3, it can be seen that on (learn crank paths 23, 24 corresponding to the crank angle I in the case of a strong pressure drop, work simultaneously in the internal combustion engine and the first turbine is done.

   The combustion gases remaining in the internal combustion engine are then flushed out on the crank paths 24, 25, 24a, 20 and transferred to the second turbine according to crank angle II. If the piston of the internal combustion engine is in the position corresponding to point 20, the Flushing and exhaust organs are closed and the connection between the pre-compressor-internal combustion engine-exhaust gas turbine is interrupted.

       In the internal combustion engine, the compression now begins accordingly 20, 21.



  Fig. 5 shows schematically a Ausfüh approximately example of a working according to the diagrams Fig. 1 and 2 engine plant. 40 is the supercharger, which through the line 41 its charge, z. B. atmospheric air or combustible mixture, is sucked in and in a compressed state through the line 42 to the four-stroke internal combustion engine 43, of which only one cylinder is shown. releases through its inlet valve 47. 45 is the piston: which has arrived in the position shown near the bottom dead center.

   To carry out the work process according to FIGS. 1 and 2, the working cylinder 48 is now connected to a turbine I through a line 49. An automatically acting or controlled closing element 51 can be built into this line 49. There. the turbine I with: the impeller 50 is to work with a sharply falling pressure, the line 49 is only chosen so large that the gases pass through at high speed and no accumulation of the same takes place there. The inlet nozzles 52 in the turbine 50 are also to be chosen so that the expansion energy of the combustion gases is still used effectively.



  The turbine I can consist of one or more impellers.



  A second exhaust pipe 53 leads the part of the combustion gases remaining in the cylinder 48 during the extension stroke into the turbine II, which in the example shown consists of a first stator 54, a first impeller 55 and a second stator or impeller 56 or 57 consists.

   In contrast to the line 49, the line 53 and the cross-sections in the turbine 1I are advantageously selected so that the combustion gases flow to the turbine II at an approximately constant pressure. In the example shown, the turbine wheels 50, 55 and 57 are fastened on a common shaft BE. The combustion gases emerging from the impeller 50 reach the collecting space 58 connected to the line 53 and from there also into the turbine II and from there into the exhaust port 59.



  The operation of the power plant is now such that after the expansion in the internal combustion engine, the piston near the bottom dead center (piston position shown) establishes the connection between the power cylinder 48 and the turbine I through the line 49. (For the sake of clarity the outlet slits in the drawing in relation to the cylinder dimensions are shown exaggerated.) Due to the overpressure prevailing in the power cylinder 48, the check valve 51 opens and part of the combustion gases flows into the turbine I with a strong pressure drop.

    This overflow lasts until, at the same point in time, there is no longer any significant overpressure in the power cylinder compared to the inlet chamber 58 to the turbine 1I. At this point in time the valve 44 opens and the piston, which is now moving upwards, expels the gases still remaining in the power cylinder through the line 53 into the turbine 1I.



  In the meantime, the element 51 has closed again, and combustion gases can no longer pass through it into the turbine II. After the end of the extension process, the valve 44 is closed again, the inlet valve 47 is opened, and the new charge is sucked in, as is known in four-stroke engines. At the end of the suction stroke, the piston covers the line 49 again.

   In order to prevent combustion gases from line 49 or turbine I being trapped in the power cylinder 48 at this point in time, the check valve 51 or a controlled device is installed in such a way that it now closes access to the power cylinder .



  The exhaust gas turbines I and II can also each be provided with a special housing or be independent for themselves. In addition to the charge pump 4 (1, they can also transfer power to the outside, for example to an electric generator 60. They could also be coupled to the internal combustion engine, for example by means of an intermediate gear.



  The fib. 6 and 7 represent machine systems finite two-stroke combustion machines. Corresponding parts are denoted by the same numbers as in FIG.



  In the arrangement shown in FIG. 6, the pre-dicliter 40 conveys its conveyance closely through the line 42 and the entry slots 4 7 into the power cylinder 48.

         Through the valve 51 takes place on the corresponding to the diagram line 23, 24 in FIG. 3 the overflow of the strongly expanding diffusion gases through the line 49 into the turbine I. This be available from an impeller 50 acted upon by nozzles 52. During this process, the piston 45 still keeps the openings 47 and 44 in the cylinder wall closed.

   These are only exposed at the end of the stroke in the position shown by the piston 45. In Fig. 6, too, the exit slits are exaggerated in relation to the cylinder dimensions:

  ehnet. From this point in time new charge flows through the slots 47 into the cylinder 48 and the combustion gases still located there are through the slots 44 and the line 53 into the turbine 1I with the guide wheels 54 and 56 and the impellers 55 and 57 driven through.

   After the work line, which takes place in turbine II together with the gases emerging from turbine I, the gases reach the outlet supports 59 and from there into the open. 46 is the fuel valve.

   Such a situation is not necessary if the fuel-air mixture is conveyed through the pre-compressor 40.



  In the arrangement according to FIG. 7, the introduction takes place -rler pre-compressed charge through two rows of slots 47 and 4711 arranged one above the other, with the addition of the cylinder 48 to the line 42 through the upper slots 47a being completed by valves 47 >> can,

   Furthermore, both turbine feed lines 49 and 53 open through slots 49a and 44 in the cylinder wall. A check valve 51 is installed in the line 49.



  When the piston descends, the piston first exposes the slots 49a and 47a. The @ valve 411i prevents as long as there is still overpressure: # in cylinder 48; the overflow of combustion gases in the supply 42. However, this overpressure opens the check valve 51 and the combustion gases flow through the line 49 and the nozzles 5 2 to the impeller 50. This lasts until the pressures in the line 49 and have almost equalized in the collecting space 58.

   At approximately this point in time, the piston 4: 5 exposes the outlet slots 44, as does the inlet slots 47. The pre-compressed charge enters the cylinder 48 and drives. the combustion gases through the slots 44 into the line 53 to the turbine 1I, where they work with the gases coming from the turbine I. The valve 47U opens as soon as a certain overpressure has been set in the supply line 42 with respect to the cylinder.

   New charge then also enters through the upper slots .17a.



  Rinsing with new ladders; can in all embodiments Fig. 5, 6 and 7 take place both through the line 49 into the turbine E and through the line 53 into the turbine II. The only condition for this is that organs 47 and 51 and 47 or 47a and. 44 "gleielizeiti, - stay open.

        The control of the organs 51 can be designed such that, for example, they are kept closed in the event of certain machine loads, so that only the turbine II is then acted upon by the combustion gases. This is then recommended. if the pressure drop ss to 8 according to FIG. 1 or 23 to 24 according to FIG. 3 has become so small that it is no longer worthwhile to use the energy in the turbine i as a result of a small load and correspondingly small fuel filling.



  In multi-cylinder internal combustion engines, lines 49 and nozzles 52 can lead separately from each cylinder 48 to turbine I in order to avoid mutual interference between the combustion gases emerging from the individual cylinders.



  Instead of single-acting internal combustion engines, double-acting or counter-rotating pistons can also be provided.

 

Claims (1)

PATENTANSPRUCH: Brennkraftmaschine mit Abgasturbine und Ladepumpe, dadurch gekennzeichnet, dass nach Öffnen von Auslassorganen der Brennkraftmaschine die Verbrennungsgase unter raschem Druckabfall einerseits in der Brennkraftmaschine und anderseits in einer ersten Turbine Arbeit leisten und dieselben nach Austritt aus der Brennkraftmaschine und der ersten Turbine gemeinsam einer zweiten Turbine zuströmen. PATENT CLAIM: Internal combustion engine with exhaust gas turbine and charge pump, characterized in that after opening the outlet organs of the internal combustion engine, the combustion gases work under a rapid pressure drop on the one hand in the internal combustion engine and on the other hand in a first turbine, and after exiting the internal combustion engine and the first turbine, they work together in a second turbine flow in. UNTERANSPItüCHE 1. Brennkraftmaschine mit Abgasturbine und Ladepumpe nach Patentanspruch, wobei die Brennkraftmaschine einen oder meh rere Zylinder besitzt, dadurch gekenn zeichnet, dass durch den oder die Zylin der Brennkraftmaschine hindurch Luft in die Zuleitung zur ersten Turbine einge führt wird. SUBSTITUTE DISPATCH 1. Internal combustion engine with exhaust gas turbine and charge pump according to claim, wherein the internal combustion engine has one or more cylinders, characterized in that air is introduced into the supply line to the first turbine through the cylinder or cylinders of the internal combustion engine. z. Brennkraft.maschine mit Abgasturbine und Ladepumpe nach Patentanspruch, wobei die Brennkraftmaschine einen oder meh rere Zylinder besitzt, dadurch gekenn zeichnet, dass durch den oder die Zylinder der Brennkraftmaschine hindurch Luft in die Zuleitung zur zweiten Turbine einge führt wird. 3. Brennkraftmaschine mit Abgasturbine und Ladepumpe nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, ,dass bei bestimmten Be lastungen der .Maschinenanlage die Ver brennungsgase nur der zweiten Turbine zugeleitet werden können. z. Internal combustion engine with exhaust gas turbine and charge pump according to claim, wherein the internal combustion engine has one or more cylinders, characterized in that air is introduced into the supply line to the second turbine through the cylinder or cylinders of the internal combustion engine. 3. Internal combustion engine with exhaust gas turbine and charge pump according to claim, characterized in that, with certain loads on the machine system, the combustion gases can only be fed to the second turbine. 4. Brennkra±tmaschine mit Abgasturbine und Ladepumpe nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass beide Turbinen auf .die gleiche Welle arbeiten. 5. Brennkraftmaschine mit Abgasturbine und Ladepumpe nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass bei Mehrzylinder- Brennkraftmaschinen von jedem Zylinder eine besondere Leitung zur ersten Turbine führt. 4. Brennkra ± t machine with exhaust gas turbine and charge pump according to claim, characterized in that both turbines work on the same shaft. 5. Internal combustion engine with exhaust gas turbine and charge pump according to claim, characterized in that in multi-cylinder internal combustion engines from each cylinder a special line leads to the first turbine.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE961581C (en) * 1951-02-01 1957-04-11 Kloeckner Humboldt Deutz Ag Slot-controlled two-stroke internal combustion engine
DE963736C (en) * 1951-02-01 1957-05-09 Kloeckner Humboldt Deutz Ag Two-stroke internal combustion engine
DE1014786B (en) * 1954-11-27 1957-08-29 Maschf Augsburg Nuernberg Ag Slot-controlled two-stroke internal combustion engine with exhaust gas turbocharging
DE1138979B (en) * 1954-02-17 1962-10-31 Dipl Masch Ing Eth Alfred Joha Two-stroke piston internal combustion engine

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