Verfahren und Einrichtung zur Ausnützung der Energie der Abgase von Brennkraftkolbenmasehinen. Bekannte Einrichtungen zur ineehani- .w,chen Ausnützung der Energie der Abgase von Brennkraftkolbenmasehinen leiten unge trennt zu Abgasturbinen, sowohl .diejenigen Gasmassen, welche infolge der unvollkom menen Dehnung in den Kolbenmaschinen, mechanische potentiale Energie besitzen, als auch die Abgaseinassen, welche nur zwang läufig (nämlich durch Kolben oder durch Spülmittel)
aus den Zylindern getrieben wer den können.
Bei Zuleitung,der zwangläufig ausgetrie benen Gase zur Turbine macht sich der Tur- binenaegendrucl;z auf die Brennkraftmaschi- nen arbeitsverzehrend geltend. Ferner lehrt die Erfahrung., dass die Zuleitung der ge- amten Abgase eine Speisung .der Turbine unter sehr mässigen Druck zur Folge hat.
Zum Beispiel beträgt nach der heutigen Praxis der mittlere Speisedruck einer Abgas turbine, welche einen Luftkompressor zum Aufladc-n von Dieselmaschinen antreibt, nur einige Zehntel- Atmosphären Überdruck und ist angenähert dem erzielten Aufladedruck gleich. Zu den Ursachen der Erniedrigung des mittleren Turbinenspeisedruckes zählt ider periodisch von Überdruckgasen entleerte, verhältnismässig grosse Abgasespeicher, wel cher von den Turbinenleitungen gebildet wird.
Bei den Abgasen höheren Druckes tritt infolge desselben eine grössere Entspan nung vor der Energieumwandlung in der Turbine ein, welche die Ausnützungsmöglich keil. ihrer Energie stark einschränkt. Ähn lich erfolgt eine Entspannung der Abgase höheren. Druckes vor der Energieumwand lung in der Turbine. wenn nur die Gase, welche mechanische potentielle Energie be sitzen, in ihrer Gesamtmasse zu .der Tur bine geleitet werden.
Gegenstand der Erfin dung ist ein Verfahren zur Ausnutzung .der Energie der Abgase von Brennkraftkolben- maschinen, gemäss welchem wenigstens eine Abgasturbine mit den zuerst aus dem Zy- linder auspuffenden Abgasen, die eine rela tiv hohe eigene potentielle Energie besitzen, gespiesen wird und diese Speisung der Tur bine unterbrochen wird, wenn der Druck in dem Zylinder soweit gesunken ist, dass die Leistung der aufnehmenden Turbine beim Zu führen weiterer Abbase infolge ihres gesun kenen Speisedruckes nicht mehr steigen würde.
Gegenstand der Erfindung ist ferner eine Einrichtung zur Ausnützung der Energie -der Abgase von Brennkraftkolbenmaschinen, bei welcher die Verbrennungsgase aus dem Zy linder der Brennkraftkolbenmaschine :durch mindestens ein Steuerorgan austreten, das ge stattet, in einem entsprechend der Belastung einstellbaren Zeitpunkt jeweils bei einem be stimmten Zylinderinnendruck der Gase wäh rend einer jeden Auslassperiode die Verbin dung zwischen der Brennkraftkolbenmaschine und mindestens einer Stufe einer Abgastur bine zu unterbrechen.
Die Abgase, welche nach der Unterbre chung .der Verbindungen zwischen den Zy lindern und der Turbine noch zurückge blieben sind, können gemeinschaftlich mit den nur zwangläufig austreibbaren Gasen gegen,drucklos entweichen.
Das Verfahren ist von der Anwendungs weise der gewonnenen Energie vollkommen unabhängig. In der vorliegenden Beschrei bung werden jedoch nur Ausführungen, in welchen die Turbinenleistung zum Betrieb von Pumpen zur Luft- bezw. Ladungsver sorgung für :die abgasgebende Maschine ver wendet wird, beschrieben.
Nach der bereits besprochenen Speisung mit einem Teil :der Abgase von höherem Druck können ein oder mehrere weitere Teile der potentiellen Energie besitzenden Ab gase je einer Turbine bezw. einer Turbinen- stufe zugeleitet und erst die übrigbleiben den Gase gegendrucksfrei abgelassen werden.
Mindestens ein Teil der die Abgasturbine nicht speisenden Abgasmasse kann zu Ab wärmeverwertern geleitet werden.
Hierbei wird bei mit Luft gespülten Kol benmaschinen eine Steigerung der Tempera- tur der verfügbaren Abwärme durch Unter brechung der Verbindung zwischen dem ab gasgebenden Zylinder und -den Abwärmever- wertern und Insfreieführen des kälteren Teils der Abgase erreicht.
Die Zeichnung betrifft Ausführungsbei spiele der Einrichtung gemäss der Erfindung. Anhand derselben wird im folgenden auch das Verfahren gemäss der Erfindung bei spielsweise erläutert.
Fig. 1 zeigt schematisch eine Viertakt maschine mit einer einstufigen Abgasturbine, Fig. 2 den Zylinder mit den Steuerven- tilen im ,Schnitt, Fig. 3 einen Querschnitt durch die Ventil stutzen, und Fig. 4 ein Diagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise einer Maschine; Fig. 5 zeigt eine Viertaktmaschine mit einer zweistufigen Abgasturbine, Fig. 6 bis 8 Diagramme für einen Flug motor gemäss Fig. 5;
Fig. 9 zeigt eine Viertaktmaschine mit einer Abgasturbine und einen Abgaswärme verwerter; Fig. 10 und 11 zeigen einen Zylinder einer Viertaktmaschine mit kombiniertem Ein- und Auslassventil und eingebauten Ab gasverteiler im Schnitt und Grundriss, und Fig. 12 und 16 eine Zweitaktmaschine mit Abgasturbine und Kompressor zur Motorauf- la:dung in schematischer Darstellung;
Fig. 13 zeigt; eine Zweitaktmaschine finit Abgasturbine und Kompressor zur Spülung und Aufladung des Motors in schematischer Darstellung; Fig. 14 und 15 zeigen den Zylinder einer Zweitaktmaschine mit Abgasverteilern am Auslassstutzen im Schnitt.
Fig. 1 bis 3 zeigen in schematischer Weise eine Anlage zur Ausnutzung,der Energie der Abgase .einer Brennkraftmaschine in einer einstufigen Abgasturbine. Die von dem. Viertaktmotorzylinder 11 durch das Auslass- ventil,des Zylinders strömenden Abgase wer den durch ein am Auslassventilstutzen S an- beordnetes Steuerorgan R,
während jeder Auslassperiode in zwei Teile gespalten. Der erste dieser Teile umfasst die Abgase höheren Druckes und wird durch die Leitung rS', in die Turbine T und dann ins Freie geleitet. Die Turbine treibt einen Kompressor C, der über die Leitung A den Motor M mit ver dichteter Luft auflädt. Der zweite Teil der Abgase entweicht durch die Leitung S, un benutzt ins Freie.
Der Zylinder der Brennkraftkolben- masehine besitzt gemäss Fig. 4 ein Hub volumen Hv und einen Verdichtungsraum Vr. Der Anfangsdruck des Auspuffes soll rund 5 Ata betragen. Die Linie A-B stellt die adiabatisch umkehrbare Dehnungslinie der Abgase von diesem Druck ausgehend dar. So mit stellt,die Fläche<I>A B C A</I> die Arbeit dar, welche aus den Abgasen durch Dehnungsver längerung im.
Motor von 5 Ata bis zum Aussendruck bei Ausschaltung jeglichen Ver lustes gewonnen werden könnte. Ferner stellt A--A, die Entspannungslinie der Verbren nungsabgase dar, wenn .diese weder Arbeit leisten noch Wärme abgeben. Es wird im folgenden ein gleichbleibender Turbinen- #speisedruck angenommen, so dass die Auslass- gase vom Anfangsdruck des Auspuffes an bis zu diesem Turbinenspeisedruck sich nach der Entspannungslinie A-A, ausdehnen.
Wird also die Verbindung zwischen jedem Brennkraftma.schinenzylin.der und .der Tur bine unterbrochen, sobald der Druck der Gase im Zylinderinnern auf rund 2,5 Ata ge- unken ist, so bildet dieser Druck den Tur- binenspeisedruck. Dann findet im Punkt G auf Linie A-A, die Unterbrechung der ver- bindung zwischen,dem Zylinder und der Tur bine statt.
Die von diesem Punkt. ausgehende Kurve GBP stellt die adiabatisch umkehrbare Ausdehnung des turbinenspeisenden Teils .der Gase von 2,5 Ata bis zum Aussendruck dar.
Die Arbeit, welche diese Gase in,der Tur bine abgeben können, wird dann durch die Fläche G, <I>G</I> B_ <I>C</I> G, -dargestellt. Diese Ar beit ist für einen Turbinenspeisadruck in,der Nähe von 2,5 Ata. ein Maximum. Wird der Turbinenspeisedruck immer kleiner, so wird der Inhalt der entsprechenden Fläche zuerst langsamer und später immer rascher ab nehmen.
Wenn zum Beispiel wie bei dem eingangs erwähnten Einrichtungen,der Turbinenspeise- .druck -"/1o Atu ist, und A,.-B:, die adiabatisch u 'kehrbare Dehnuu(rslinie -der Abgase in in<B>C</B> der Turbine darstellt, wird die Fläche <I>D A,</I> B, <I>C</I> D die Arbeit darstellen, die die Abgase in .der Turbine abgeben können.
Diese Fläche ist nach der Figur erheblich kleiner als die Fläche G, <I>G</I> B2 <I>C</I> G, und die Verhältnisse verändern sich nicht wesentlich, wenn man zum Beispiel die Grenze günstiger, bekannter Erfahrungsergebnisse überschrei tend, annimmt, dass der Turbinenspeisedruck 4/,o Atu ist.
Die Abtastturbine T in Fig. 5 besitzt zwei Stufen Ta und Th, .die von den Leitungen 8, und<B>8,</B> gespeist werden. Die restlichen Abgase, entweichen durch die Leitung Ss beispielsweise ins Freie.
In Sonderfällen, wie zum Beispiel bei Flugmotoren, wenn sie in grosser Höhe arbeiten, kann man zeit- und bedarfsweise alle Abgase, .die nicht durch .die Leitung AS\, 4.er ersten Stufe der Turbine zu geführt werden, in die zweiten Turbinen stufe zu leiten. Bei andern Betriebsbedin gungen, zum Beispiel beim Getrieb mit nied riger Belastung oder bei Flugmotoren, wenn ;las Flugzeug niedrig fliegt, kann man zeit weise alle Abgase ins Freie leiten, die nicht in die erste Turbinenstufe strömen.
In den Fig. f , 7 und 8 sind die Ver hältnisse für einen Flugmotor beim Höhen flug dargestellt. Vorausgesetzt ist, dass der Aussendruck 0,5 Ata betrage. In Überein stimmung mit Fig. 1 ist angenommen, .dass der Speisedruck der ersten Turbinenstufe wieder konstant sei und 2,5 Ata betrage.
Die Ausdehnung -der Abgase geht dann vom Punkt G bis zum Punkt & also bis 0,5 Ata. Dementsprechend können .die durch die Lei- tiing S, in die erste Turbinenstufe strömen den Abgase in der Turbine noch die durch die Fläche<I>G</I> GB., C.; G, dargestellte Arbeit abgeben.
Fig. 7 zeigt das Diagramm für den durch die Leitung S.. in die zweite Turbinenstufe strömenden Teil der Abgase. Für die zweite Turbinenstufe ist der Speisedruck 1 Ata. Diese Abgase expandieren ohne Arbeit oder Wärme abzugeben von 2,5 auf 1 Ata nach Linie G=-A2. Die Linie<I>A.</I> B4 entspricht ihrer adiabatisch umkehrbaren Dehnung.
Die Arbeit, .die sie in der Turbine abgeben kön nen, ist durch die Fläche<I>C</I> A2 B4 Q <I>C</I> @dar- gestellt.
In Fig. 8 stellt endlich ,die Fläche<I>C</I> Bli C2 die verhältnismässig geringe Arbeit dar, wel che die restlichen Abgase bei einem Speise druck von 1 Ata noch abgeben könnten.
Es ist einleuchtend, dass die verhältnis mässige Bedeutung der beiden durch die Fig. 7 und 8 dargestellten Arbeitsbeiträge mit dem Abnehmen. der Auspuffanfangs ,drucke und mit der damit verbundenen Ab nahme,der von .dem der ersten Turbinenstufe zugeführten Abgasen in der Turbine belei- steten Arbeit zunimmt.
Nach Fig. 9 wird von den Abgasen ein erster Teil der Abgase durch die Leitung S1 über eine Turbine T und ein zweiter Teil durch die Leitung S= -direkt dem Abgas wärmeverwerter B zu Heiz- bezw. Verdamp- fungszwecken, und zwar entsprechend ihrer verschiedenen mittleren Temperatur jeder an einer andern Stelle zugeführt.
Der Abgas wärmeverwerter kann zum Beispiel aus einem Dampferzeuger und einem Dampfüberhitzer oder aus einem Dampferzeuger und einem Wasservorwärmer bestehen.
Bei einer mit Spülung arbeitenden Brenn kraftmaschine wird zweckmässig der mit Spülluft stark vermischte Teil der Abgase, durch eine Leitung S, ins Freie geführt.
Die dem Abgaswärmeverwerter direkt zugeführten Abgase können in heisse und weniger heisse Abgase unterteilt und verschie denen Stufen des Abgaswä_rmeverwerters zu geleitet werden.
Die durch die Turbine strömenden Ab gase und die dem Abgaswärmeverwerter direkt zugeleiteten Abgase können auch in dieselbe Stufe des Abgaswärmeverwerters eingeführt werden.
Nach den Fig. 10 und 11 besitzt der Zy linder einer Viertaktbrennkraftmaschine ein kombiniertes Ein- und Auslassventil V mit einem Drehschieber R, zur Umschaltung der Verbindungen des Zylinders mit den Ein- und Auslassleitungen. Auf -der Auslassseite sind zwei oder mehr zu den Auslassstutzen S1, S= und eventuell S, führende Austritts öffnungen vorgesehen, die nacheinander frei gelegt und zugedeckt werden,
um !die Ab gase in zwei bezw. drei Teilen abzuleiten. Bei gänzlich geschlossenen Auspuffleitungen erfolgt die Freigabe der Einlassöffnung.
Selbstverständlich kann auch bei Vier taktmotoren mit getrennten Auslass- und Ein lassventilen das Umschaltorgan zur Auftei lung der Abgase unmittelbar in der Auslass- kammer des Auspuffventils etwa konzen trisch zur Ventilspindel angeordnet sein, was .den Rauminhalt zwischen Ventil und Um schaltorgan beschränkt.
Die Fig. 12 und 16 zeigen einen ver tikalen Zweitaktmotor, bei welchem im Zy linder sowohl für den Einlass, als auch für den Auslass zwei Reihen von vom Kolben gesteuerter Schlitze a.1 und a2 bezw. s1 und s., untereinander angeordnet sind.
Beim Aus puff wird jeweils zuerst der Teil der Ab gase, die noch eine relativ hohe eigene Energie besitzen, durch die obere Auspuff schlitzreihe s, über ein federbelastetes selbst fätiges Ventil V und die Leitung S1 .der Tur bine T zugeführt, bis -der Druck im Zylinder so gesunken ist, dass das Ventil V von seiner Feder geschlossen wird. Der Rest der Abgase strömt nachher durch die untern Auspuff schlitze s2 und die Leitung 82 ins Freie.
Die Federdes Ventils V ist so stark, dass sie das Ventil schliesst und .damit die Verbindung zwischen,dem Zylinder und der Turbine un terbricht, wenn der Druck im Zylinder so weit gefallen"dass die Leistung der Turbine beim Zuführen weiterer Abgase nicht mehr steigen würde.
Der Augenblick der Unterbrechung der Verbindungen zwischen abgasgebenden Zy linder und Turbine, welcher selbstverständ- lich vor der Spülung stattfindet, ist also nicht an ,,ine bestin nte Kolbenstellung ge bunden.
Die Turbine T treibt. einen einstufigen Aufladekompressor C an. Die Spülung er folg. durch ein elektrisch angetriebenes Ge- bläse F-8, das -durch ein von der Brenn kraftmaschine angetriebene normale Spülluft pumpe ersetzt sein könnte.
Spülung, Ladung lind Aufladung der Brennkraftmaschine fin den durch zwei übereinanderliegenden Rei hen von Sehlitzen statt. die ,Spülung und Ladung durch eine untere Reihe mittelst .der Leitung A, und die Aufladung durch eine obere Schlitzreihe über die Leitung A,.
In Fig. 13 treibt die Turbine T einen aus einem Niederdruckteil Cb und einen Hoch:drmekteil C,, bestehenden Kompressor. Der Niederdruckteil besorgt die Spülung a und die Ladung und der Hochdruckteil die Aufladung der Brennkraftmaschine.
Statt des Ventils V könnte auch ein ge steuertes Umschaltorgan vorgesehen sein. Das selbsttätige Ventil Z' ist seiner geringen Re- (,rulierfähigkeit wegen praktisch unvollkom men. Besser wirkt beispielsweise der Druck im Zylinder in einem Servomotor auf einen Kolben, der das Ventil betätigt.
Wenn die Turbinenleistung nicht bei allen Betriebsverhältnissen zum Betrieb .des Kom pressors genügt, muss eine Hilfseinrichtung zum Beispiel eine Ersatzspülluftpumpe oder ein ausrückbarer zweiter Antriebsmotor für den Kompressor vorgesehen sein, um die Be triebsfähigkeit der Anlage zu gewährleisten.
Der Kompressor kann auch als einfacher Zweistufenkompressor mit Zwischenentnahme für die Spülluft ausgebildet sein oder es kön nen zwei getrennte Turbokompressoren ver wendet werden, einer für die Spülung und Ladung des Motors und der andere für die Aufladung, welcher nur beim Vorhandensein eines Überschusses von Abgaseenergie ar beitet.
Die Fig. <B>1 1</B> und<B>15</B> zeigen eine Zwei- ta.ktbrennkraftmaschine mit normaler Schlitz spülung. Hinter den Auspuffschlitzen ist ein Drehschieber B eingebaut, der die Abgase auf die Leitungen b'1, .S', und eventuell S.; in Abhängigkeit vom Druck im Zylinderinnern während der Auspuffperiode verteilt.
Bei allen beschriebenen Ausführungsbei spielen könnte an die Stelle der einzylin- drigen einfachwirkenden auch eine doppel wirkende und Meh_rzylind-erbrennkra.ftkolben- maschine treten. Hierbei können mehrere Zylinder, bezw. Zylinderseiten über eine Sammelleitung :die Turbine unter andauern der Nachfüllung der Sammelleitung durch die nacheinander a.bga.sabgebenden Zylinder speisen.
Reicht hierzu die vorhandene Zylinder zahl nicht aus, so kann der Rauminhalt ,der Leitungen .derart bemessen sein, dass eine aus reichende Speicherwirkung erzielt wird, um erhebliche periodische Abfälle der Leitungs drücke unter die Turbinenspeisedrüeke zu vermeiden.
Method and device for utilizing the energy of the exhaust gases from internal combustion piston engines. Known devices for ineehani- .w, chen utilization of the energy of the exhaust gases from internal combustion piston machines lead unseparated to exhaust gas turbines, both those gas masses which, due to the imperfect expansion in the piston machines, have mechanical potential energy, as well as the exhaust gas inlets, which only forced running (namely by piston or by detergent)
driven out of the cylinders who can.
When the inevitably expelled gases are supplied to the turbine, the turbine pressure is applied to the internal combustion engines and they consume work. Experience also shows that the supply of all the exhaust gases results in the turbine being fed under very moderate pressure.
For example, according to current practice, the mean feed pressure of an exhaust gas turbine, which drives an air compressor for charging diesel engines, is only a few tenths of an atmospheric pressure and is approximately the same as the charging pressure achieved. One of the causes of the lowering of the mean turbine feed pressure is one of the relatively large exhaust gas reservoirs periodically emptied of excess pressure gases, which is formed by the turbine lines.
In the case of the exhaust gases with higher pressure, a greater relaxation occurs as a result of the same before the energy conversion in the turbine, which wedge the exploitation possible. severely restricts their energy. There is a similar expansion of the exhaust gases. Pressure before energy conversion in the turbine. if only the gases that have mechanical potential energy are fed to the turbine in their total mass.
The subject of the invention is a method for utilizing the energy of the exhaust gases from internal combustion piston machines, according to which at least one exhaust gas turbine is fed with the exhaust gases which are first exhausted from the cylinder and which have a relatively high potential energy of their own, and this feed the turbine is interrupted when the pressure in the cylinder has dropped to such an extent that the power of the receiving turbine would no longer increase when further abase is fed due to its decreased feed pressure.
The invention also relates to a device for utilizing the energy -the exhaust gases from internal combustion piston engines, in which the combustion gases from the cylinder of the internal combustion piston engine: exit through at least one control element that equips ge, at a point in time that can be set according to the load Internal cylinder pressure of the gases during each discharge period to interrupt the connec tion between the internal combustion piston engine and at least one stage of an exhaust gas turbine.
The exhaust gases, which are still remaining after the interruption of the connections between the cylinders and the turbine, can escape without pressure, together with the gases that are only forced to be expelled.
The process is completely independent of the application of the energy obtained. In the present description, however, only versions in which the turbine power for the operation of pumps for air respectively. Charge supply for: the exhaust-emitting machine is used.
After the already discussed feed with a part: the exhaust gases of higher pressure can bezw one or more other parts of the potential energy possessing exhaust gases depending on a turbine. a turbine stage and only the remaining gases are released without counterpressure.
At least part of the exhaust gas mass that does not feed the exhaust gas turbine can be passed to heat reclaimers.
In piston machines flushed with air, an increase in the temperature of the available waste heat is achieved by interrupting the connection between the exhaust gas cylinder and the waste heat converters and releasing the colder part of the exhaust gases.
The drawing relates to Ausführungsbei games of the device according to the invention. Using the same, the method according to the invention is also explained in the following for example.
1 shows schematically a four-stroke machine with a single-stage exhaust gas turbine, FIG. 2 shows the cylinder with the control valves in section, FIG. 3 shows a cross section through the valve, and FIG. 4 shows a diagram to explain the mode of operation of a machine; 5 shows a four-stroke engine with a two-stage exhaust gas turbine, FIGS. 6 to 8 are diagrams for an aircraft engine according to FIG. 5;
Fig. 9 shows a four-stroke engine with an exhaust gas turbine and an exhaust gas heat utilizer; 10 and 11 show a cylinder of a four-stroke engine with a combined inlet and outlet valve and built-in exhaust gas distributor in section and plan, and FIGS. 12 and 16 show a two-stroke engine with an exhaust gas turbine and compressor for engine charging in a schematic representation;
Figure 13 shows; a two-stroke engine finite exhaust gas turbine and compressor for purging and supercharging the engine in a schematic representation; 14 and 15 show the cylinder of a two-stroke engine with exhaust gas distributors on the outlet connection in section.
Fig. 1 to 3 show in a schematic way a system for utilizing the energy of the exhaust gases .ein internal combustion engine in a single-stage exhaust gas turbine. The one from that. Four-stroke engine cylinder 11 through the exhaust valve, the exhaust gases flowing through the cylinder are controlled by a control element R arranged on the exhaust valve connector S,
split in two during each discharge period. The first of these parts comprises the exhaust gases of higher pressure and is passed through the line rS ', into the turbine T and then into the open. The turbine drives a compressor C, which charges the engine M via line A with compressed air. The second part of the exhaust gas escapes through line S, unused to the outside.
According to FIG. 4, the cylinder of the internal combustion piston machine has a stroke volume Hv and a compression chamber Vr. The initial pressure of the exhaust should be around 5 Ata. The line A-B represents the adiabatically reversible expansion line of the exhaust gases starting from this pressure. Thus, the area <I> A B C A </I> represents the work that is made of the exhaust gases by elongation in the.
Motor from 5 Ata to the external pressure could be gained by eliminating any loss. Furthermore, A - A, the expansion line of the combustion exhaust gases, if .these neither do work nor give off heat. In the following, a constant turbine feed pressure is assumed, so that the outlet gases expand from the initial pressure of the exhaust up to this turbine feed pressure along the expansion line A-A.
If the connection between each internal combustion engine cylinder and the turbine is interrupted as soon as the pressure of the gases inside the cylinder has dropped to around 2.5 Ata, this pressure forms the turbine feed pressure. Then at point G on line A-A, the connection between the cylinder and the turbine is interrupted.
The ones from this point. The outgoing curve GBP represents the adiabatically reversible expansion of the turbine-feeding part of the gases from 2.5 Ata to the external pressure.
The work that these gases can give off in the turbine is then represented by the area G, <I> G </I> B_ <I> C </I> G, -. This work is for a turbine feed pressure in, close to 2.5 Ata. a maximum. If the turbine feed pressure becomes smaller and smaller, the content of the corresponding area will decrease at first more slowly and later more and more rapidly.
If, for example, as in the above-mentioned devices, the turbine feed pressure is - "/ 10 Atu, and A, - B :, the adiabatically reversible expansion (rslinie - of the exhaust gases in in <B> C </ B > represents the turbine, the area <I> DA, </I> B, <I> C </I> D will represent the work that the exhaust gases can give off in the turbine.
According to the figure, this area is considerably smaller than the area G, <I> G </I> B2 <I> C </I> G, and the relationships do not change significantly if, for example, one approaches the limit of favorable, known experience results exceeding tend, assumes that the turbine feed pressure is 4 /, o Atu.
The scanning turbine T in FIG. 5 has two stages Ta and Th, which are fed by the lines 8, and <B> 8, </B>. The remaining exhaust gases escape through the line Ss, for example into the open.
In special cases, such as aircraft engines, when they are working at great heights, all exhaust gases that are not passed through the line AS \, 4th to the first stage of the turbine, can be fed into the second turbines at certain times and as required stage to direct. In other operating conditions, for example in the case of gearboxes with low loads or aircraft engines, when the aircraft flies low, all exhaust gases that do not flow into the first turbine stage can temporarily be discharged into the open.
In Figs. F, 7 and 8, the ratios are shown for an aircraft engine at high altitude flight. The prerequisite is that the external pressure is 0.5 Ata. In accordance with FIG. 1, it is assumed that the feed pressure of the first turbine stage is constant again and amounts to 2.5 Ata.
The expansion of the exhaust gases then goes from point G to point & so up to 0.5 Ata. Correspondingly, the exhaust gases in the turbine that flow through the line S 1 into the first turbine stage can still flow through the area <I> G </I> GB., C .; G, submit the work shown.
Fig. 7 shows the diagram for the part of the exhaust gases flowing through the line S .. into the second turbine stage. For the second turbine stage, the feed pressure is 1 Ata. These exhaust gases expand from 2.5 to 1 Ata according to line G = -A2 without giving off work or heat. The line <I> A. </I> B4 corresponds to its adiabatically reversible elongation.
The work that you can do in the turbine is represented by the area <I> C </I> A2 B4 Q <I> C </I> @.
In Fig. 8, finally, the area <I> C </I> Bli C2 represents the relatively little work which the remaining exhaust gases could still deliver at a feed pressure of 1 Ata.
It is evident that the relative importance of the two work contributions shown by FIGS. 7 and 8 with the decrease. the beginning of the exhaust, and with the associated decrease, the work of the exhaust gases supplied to the first turbine stage increases in the turbine.
According to Fig. 9, a first part of the exhaust gases through the line S1 via a turbine T and a second part through the line S = -directly the exhaust gas heat exchanger B to Heiz- respectively. For evaporation purposes, each supplied at a different point according to their different mean temperatures.
The exhaust gas heat exchanger can, for example, consist of a steam generator and a steam superheater or a steam generator and a water preheater.
In an internal combustion engine working with scavenging, the part of the exhaust gases that is heavily mixed with scavenging air is expediently led into the open through a line S.
The exhaust gases fed directly to the exhaust gas heat exchanger can be subdivided into hot and less hot exhaust gases and routed to various stages of the exhaust gas heat exchanger.
The exhaust gases flowing through the turbine and the exhaust gases fed directly to the exhaust gas heat exchanger can also be introduced into the same stage of the exhaust gas heat exchanger.
According to FIGS. 10 and 11, the cylinder of a four-stroke internal combustion engine has a combined inlet and outlet valve V with a rotary slide valve R for switching over the connections of the cylinder to the inlet and outlet lines. On the outlet side there are two or more outlet openings leading to outlet nozzles S1, S = and possibly S, which are exposed and covered one after the other,
to! the exhaust gases in two resp. derive three parts. When the exhaust lines are completely closed, the inlet opening is released.
Of course, even in four-stroke engines with separate exhaust and intake valves, the switching device for dividing the exhaust gases can be arranged directly in the outlet chamber of the exhaust valve, approximately concentric to the valve spindle, which limits the space between the valve and the switching device.
12 and 16 show a ver tical two-stroke engine, in which in the cylinder both for the inlet and for the outlet two rows of piston-controlled slots a.1 and a2 respectively. s1 and s., are arranged one below the other.
When exhausting, the part of the exhaust gases that still have a relatively high level of energy of their own is first fed through the upper row of exhaust slots, via a spring-loaded self-fätiges valve V and the line S1 .der tur bine T until -the pressure has sunk in the cylinder so that the valve V is closed by its spring. The rest of the exhaust gases then flows through the lower exhaust slots s2 and the line 82 to the outside.
The spring of the valve V is so strong that it closes the valve and .so that the connection between the cylinder and the turbine is interrupted when the pressure in the cylinder has fallen so far that the output of the turbine would no longer increase if further exhaust gases were supplied .
The moment when the connections between the exhaust gas cylinder and the turbine are interrupted, which of course takes place before purging, is not linked to a specific piston position.
The turbine T drives. a single-stage boost compressor C. The flushing he succeeds. By an electrically driven fan F-8, which could be replaced by a normal scavenging air pump driven by the internal combustion engine.
Flushing, charging and charging of the internal combustion engine are held by two superimposed rows of seat seats. rinsing and charging through a lower row by means of line A, and charging through an upper row of slots via line A ,.
In Fig. 13, the turbine T drives a compressor consisting of a low pressure part Cb and a high pressure part C1. The low-pressure part is responsible for flushing and the charge and the high-pressure part for supercharging the internal combustion engine.
Instead of the valve V, a controlled switching element could also be provided. The automatic valve Z 'is practically imperfect because of its low ability to regulate. For example, the pressure in the cylinder in a servomotor acts better on a piston that actuates the valve.
If the turbine output is not sufficient to operate the compressor under all operating conditions, an auxiliary device, for example a replacement scavenging air pump or a disengageable second drive motor for the compressor, must be provided in order to ensure the operability of the system.
The compressor can also be designed as a simple two-stage compressor with intermediate extraction for the scavenging air, or two separate turbo compressors can be used, one for scavenging and charging the engine and the other for charging, which only works when there is an excess of exhaust gas energy .
FIGS. 1 1 and 15 show a two-day internal combustion engine with normal slot scavenging. A rotary valve B is installed behind the exhaust ports, which transfers the exhaust gases to lines b'1, .S ', and possibly S .; distributed as a function of the pressure inside the cylinder during the exhaust period.
In all of the exemplary embodiments described, the single-cylinder single-acting piston machine could also be replaced by a double-acting, multi-cylinder piston machine. Here, several cylinders, respectively. Cylinder sides via a manifold: feed the turbine while the manifold is continually being refilled by the cylinders dispensing a.bga.s one after the other.
If the number of cylinders available is not sufficient for this, the volume of the lines can be dimensioned in such a way that a sufficient storage effect is achieved in order to avoid considerable periodic drops in line pressures below the turbine feed pressure.