CH262376A - Method for operating piston internal combustion engines and device for carrying out this method. - Google Patents

Method for operating piston internal combustion engines and device for carrying out this method.

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CH262376A
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    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Description

  

  Verfahren zum Betriebe von Kolben-Brennkraftmaschinen und Einrichtung  zur Durchführung dieses Verfahrens.    Die vorliegende Erfindung betrifft ein  Verfahren zum Betriebe von     Kolben-Brenn-          kraftmaschinen,    welche mit Verdichtungszün  dung arbeiten und mit einem von der Maschi  nenwelle unabhängigen     Abgasturboauflade-          aggregat    mit mindestens einer Gasturbine und  mindestens einem rotierenden Luftverdichter  versehen sind, ferner mit Verbindungsleitun  gen zwischen Verdichterauslass und     Luftein-          Mass    zur Maschine bzw.

   zwischen Gasauslass  aus der Maschine und Turbine, einer Abzweig  leitung von der Dreckleitung des V     erdiehters     in eine     Brennkammer,    in der Brennstoff ver  brannt wird und von wo die heissen     Brenn-          gase    mindestens einer Gasturbine zugeführt  werden.  



  Ferner betrifft die Erfindung eine Ein  richtung zur Durchführung dieses Verfahrens.  Nicht aufgeladene Maschinen geben im  nutzbaren Drehzahlbereich Drehmomente von  nahezu konstanter Grösse. Bei Maschinen, die  mit Aufladung nach bekannten Verfahren  arbeiten, steigen die Momente erst, wenn die  Leistung und Drehzahl verhältnismässig hoch  sind und erreichen Höchstwerte bei voller  Drehzahl und Leistung.  



  Für viele Anwendungen ist. jedoch eine  andere     Drehmomeiit-Drehzahlcharakteristik    er  wünscht oder notwendig. So verlangen Ma  schinen für Fahrzeuge aller Art, Lokomoti  ven, Krane usw. gleichbleibende Leistung über  einen möglichst grossen Drehzahlbereich.    Heute werden, um das zu erzielen,     Drehmo-          mentumformergetriebe    verschiedener Art, wie  Wechselgetriebe, hydraulische oder elektrische  Kraftübertragungen verwendet. Solche Um  former sind schwer, teuer und nehmen viel  Raum ein.  



  Propellerantriebe verlangen wieder eine  andere Drehmoment -     Drehzahlcharakteristik,     die den mit der Propellerdrehzahl sehr stark  ansteigenden Drehmomenten Rechnung tragen  muss.  



  Das vorliegende Verfahren nach der Er  findung bezweckt, Maschinen der angegebenen  Gattung bestimmte     Drehmoment-Drehzahlcha-          rakteristiken    aufzudrücken. Dies wird dadurch  erreicht, dass bei einer     Änderung    des Bela  stungszustandes der Maschine neben der Än  derung der Brennstoffzufuhr zu den Zylin  dern auch die von dem Verdichter gelieferte  Luftmenge in wechselndem Mengenverhältnis  zwischen der Kolbenmaschine und der     Brenn-          kammer    verteilt und gleichzeitig der Energie  gehalt der der Turbine zugeführten Gase ver  ändert wird.  



  Auf diese Weise können Maschinen betrie  ben werden mit     zumindest    angenähert kon  stanter Leistung über grosse Drehzahlbereiche  oder mit     Hochlastbetrieb    bei gleichbleibender  Drehzahl oder mit steigenden Drehmomenten  mit steigender Drehzahl.     Hochlastbetrieb    bei  praktisch gleichbleibender Drehzahl kann da  durch erzielt werden, dass mit steigender Last      der Aufladedruck mittels der Brennkammer  höher getrieben werden kann, als dies bei be  kannten Aufladeverfahren möglich ist.  



  Ferner ermöglicht die vorliegende Erfin  dung v erlässliches Anlassen, Leerlauf und  Teillastbetrieb hochaufgeladener Maschinen,       gleichgültig,    nach welchem Verfahren (Vier  takt oder Zweitakt) sie arbeiten.  



  In der beiliegenden Zeichnung sind in den  Fig. 1 bis 3 beispielsweise grundsätzliche Ein  richtungen zur Durchführung des erfindungs  gemässen Verfahren dargestellt. Fig. 4 zeigt  vereinfacht eine solche Einrichtung mit Regel  vorrichtungen. Ähnliche selbsttätige Regelvor  richtungen sind naturgemäss auf die Beispiele  nach den Fig. 1 bis 3 anwendbar.  



  Fig. 5 zeigt eine weitere Einrichtung mit  selbsttätigen Regelorganen zum Durchführen  des erfindungsgemässen Verfahrens.  



  An Hand der Einrichtungen wird das  Verfahren nachfolgend beispielsweise erläu  tert.  



  Bei bekannten Aufladeverfahren, die meist  für Viertaktmaschinen verwendet werden,  stellt sieh der Aufladezustand selbsttätig ein  und liefert ein bestimmtes Drehmoment-Dreh  zahl-Verhalten, das nicht beeinflussbar ist.  



  Der erfindungsmässige Zweck wird da  durch erreicht, dass jedem Belastungszustand  der Maschine ein beliebiger Aufladezustand  zugeordnet wird. Dies wird möglich, wenn  die Leistung der Abgasturbine in weiten Gren  zen unabhängig von dem Betriebszustand der  aufgeladenen Maschine und genügend schnell  beeinflusst werden kann. Das wird erzielt,  wenn eine Abzweigleitung mit Einstellorgan  von der Druckleitung des Aufladegebläses ab  gezweigt und zur     Abgasturbine    geführt wird,  in die eine Brennkammer eingeschaltet ist.  Wird nun eine gewisse Menge Luft abge  zweigt, durch     Verbrennung    von Brennstoff  hocherhitzt und den Maschinenabgasen z. B.

    beigemischt, so erhält die Gasturbine nicht  nur mehr Gase, sondern wenn gewünscht auch  heissere Gase, wodurch sich ein grosser Lei  stungsbereich für die Turbine ergibt, ohne die  zulässige Temperaturgrenze für die Turbinen  schaufeln zu überschreiten. Die durch das er-    findungsgemässe Verfahren geschaffene Frei  heit in der Beeinflussung der durch die Tur  bine strömenden Gasmenge, relativ zu der  durch die Maschine strömenden Menge, ergibt  wertvolle Vorteile für schnelles Ansprechen  auf     Änderungen    des     Belastungszustandes    für  Teillastbetrieb und für das Anlassen.  



  In Fig. 1 der Zeichnung bezeichnet 10 eine  Brennkraftmaschine mit Lufteinlassleitung 11,  für Spülung und Ladung, 12 eine Gasauslass  leitung mit anschliessendem Auslassrohr 12a.  13 bezeichnet das Brennstoffzuführungsrohr  zur Maschine 10, das mit einem Einstellventil  13a versehen ist. Die Lufteinlassleitung 11a  ist mit dem Auslass des Verdichters 19 ver  bunden, der einen Teil des Aufladeaggrega  tes s bildet. Bei 11b ist vom Rohr 11a eine  Leitung 14 abgezweigt, die über eine     Brenn-          kammer    15 mit den Einlassdüsen der     Gas-          turbine    21 verbunden ist.

   Die     Turbine    21 ist,  wie ersichtlich, mit dem Verdichter 19 mecha  nisch     gekuppelt    und bildet mit ihm das Aggre  gat s. In dem     Abzweigepunkt    11b der Lei  tung 14 ist eine Einstellklappe 16 vorgesehen,  die eine beliebige Verteilung des vom Ver  dichter geförderten Luftstromes auf die Lei  tungen 11 beziehungsweise 14 gestattet. In  die     Brennkammer    15 führt die Brennstofflei  tung 17 mit dem Einstellventil 18.

   Das Gas  auslassrohr     12a    ist ebenfalls mit den Einlass  düsen der Turbine 21 verbunden. 20     bezeieh-          net    den Lufteintritt in den     Ver        diehter    19, 22  den     Gasauslass    aus der Turbine 21 in die       Umgebungsluft.     



  Im normalen Betriebe treiben die Maschi  nenabgase die Turbine 21 und befähigen den  Verdichter 19, Ladeluft in die Leitung 11 zu  liefern. Die Drehzahl des     Aufladesatzes    steigt  und fällt mit der Maschinenbelastung, und  der     Aufladedruck        schwankt    in gleicher Weise.  Die Klappe 16 schliesst dabei entweder die  Luft von der Brennkammer 15 völlig ab oder  erlaubt nur einem kleinen Teil derselben, ein  zutreten, so dass bei etwas geöffnetem Ventil  18 eine kleine Flamme aufrechterhalten wer  den kann.  



  Steigt nun die Maschinenbelastung, wobei  beispielsweise die Drehzahl     unverändert    blei-      gen soll, so kann die erforderliche Mehrlei  stung durch Vergrösserung der Brennstoffzu  fuhr über Ventil 13a erzielt werden. Die auf  diesem Wege erzielbare Leistungssteigerung  ist aber stark beschränkt, da die Luftladung  bald zur vollkonnnenen Verbrennung des     zu-          sätzliehen    Brennstoffes nicht ausreicht, was  durch unsauberer Auspuff erkennbar wird.  



  In solchem Falle wird nun     gleichzeitig    mit  der Erhöhung der Brennstoffzufuhr zu den  Zylindern die Aufladung erhöht, was durch  Steigerung des Aufladedruckes bewirkt wird.  Diese     Drucksteigerung    wird eingeleitet durch  Öffnen bzw. Mehröffnen der Klappe 16 und  des Brennstoffventils 18. - Diese Massnahme  scheint bei     oberflächlicher    Betrachtung vor  erst     falsch,    weil     offenbar    ein Öffnen der  Klappe 16 nach der Brennkammer hin in den  Leitungen lla und 11 nicht nur keine Steige  rung, sondern sogar ein Abfallen des Druckes  verursacht. Bei näherer Betrachtung wird hin  gegen klar, dass diese Massnahme doch die be  absichtigte     Endwirkung    hat.

   Sobald die  Klappe 16 mehr Luft in die Kammer 15 ein  zutreten gestattet und mehr Brennstoff darin  verbrannt wird, erhält. die Turbine sehr heisse  Brennase, und die so erhöhte Leistung be  fähigt sie, den Verdichter 19 schneller zu trei  ben, und so den Ladedruck auch bei erhöhter  Maschinenleistung aufrechtzuerhalten oder  sogar zu erhöhen. Ein neuer Gleichgewichts  zustand wird erreicht, wenn die erhöhte     Tur-          binenleistung    dem erhöhtem Kraftbedarf des  Verdichters entspricht. Da die Luftladung der  Maschine erhöht ist, kann sie auch mehr  Brennstoff mit klarem Auspuff verarbeiten.  Diese     Arbeitsweise    kann offenbar auch bei  Teillastbetrieb angewendet werden, mit dein  Ergebnis, dass der Aufladedruck auch bei  Teillasten beliebig einstellbar ist.  



  In manchen Fällen ist es günstig, die Tur  binendüsen in zwei Gruppen zu unterteilen,  deren eine über die Leitung 12a gespeist wird,  die andere über Leitung 14.  



  In Fig. 2 ist vereinfacht ein anderes Aus  führungsbeispiel der Einrichtung dargestellt,  in welchem sich die     Brenngase,    die aus der  Brennkammer 15 austreten, mit den Auspuff-    lasen der Maschine mischen. Teile, die mit  Teilen der Fig. 1 identisch sind, sind durch  gleiche Zahlen bezeichnet. Wie ersichtlich, ist  die Brennkammer 15 am untern Ende offen.  Die bei 11b abgezweigte Luft dient als     Brenn-          luft    in der Kammer, wobei Brenngase sehr  Koller Temperatur, z. B. 800 bis 1500  G, ent  stehen. Die Maschinenabgase treten über die  Leitung 12a in die die Kammer 15 umgebende  Ringkammer c ein, mischen sich mit den  Brenngasen und strömen gemischt über Lei  tung 12 zur Turbine 21.

   Offenbar kann durch  entsprechende Einstellung der Brennstoff  zufuhr über Ventil 18 die Temperatur der       Brenngase    und damit die     Temperatur    der in  die Turbine eintretenden Mischgase beliebig  eingestellt werden. Damit ist aber auch die       Turbinenleistung    frei einstellbar und folglich  auch der Aufladedruck der Maschine, unab  hängig von Belastung und/oder Drehzahl der  Kolbenmaschine.  



  Fig. 3 zeigt eine Modifizierung der     Ein-          rielhtung.    Hier führt die Leitung 14 zu einer  besonderen Turbine 21a, die mit Verdichter 19  und Turbine 21 auf gemeinsamer Welle ange  ordnet ist. Die die Turbine 21a verlassenden       Brenngase    dienen in diesem Falle zur     Vor-          wärmung    der Luft in Leitung 11, zu welchem  Zwecke der     Wärmeaustauscher    28 vorgesehen  ist, der die     Case    durch Leitung     22a    zugeführt  erhält.

   Nach Passieren des     Wärmeaustauscliers     28     gelangen    die Gase in die     Unigebung    durch       Leitung    22a.  



  Es kann mit, dem     Aufladeaggregat    s ein       Anlassmotor    beliebiger Art 23,     vorzugsweise     über eine     L'berholungskupplung        2-1,    gekup  pelt sein. Wo verdichtete Luft (oder Gas) ver  fügbar ist, kann der Luftbehälter 25 über ein  Rohr 26 mit Ventil 27 mit den Düsen der  Turbine     21a.    oder 21 verbunden sein. Diese  Teile dienen zum Anlassen des     Aggregates    s,  das bei stillstehender     -Maschine    als einabhän  giger gasturbinenangetriebener Druckluft  erzeuger dient.  



  Zwecks     Anlassens    wird das     Aggregat    s  durch Motor 23 (oder mit Hilfe von Druckgas  aus Behälter 25) in Umdrehung versetzt, wobei  die Klappe 16 die     Verbindung    von Rohr     11.a         nach Rohr 14 offen hält. Dadurch wird ein  Luftstrom erzeugt, eintretend bei 20 über 19,  1lca, Klappe 16, 14, 15 zur Turbine 21a und  über 22a, 28 zur Atmosphäre zurück. Nun wird  Brennstoff durch Öffnen des Ventils 18 in die  Kammer 15 geleitet und entzündet. Heisse  Brenngase strömen nun zur Turbine, welche  befähigt wird, mechanische Leistung abzu  geben und den Antrieb des Verdichters zu  übernehmen. Die Drehzahl des Aggregates  steigert sich schnell und der Motor 23 kann  abgeschaltet oder das Ventil 27 geschlossen  werden.

   Sofern die Kolbenmaschine 10  noch stillsteht, strömt die gesamte vom Ver  dichter 19 gelieferte Luft unmittelbar zur  Turbine und, je nach Brennstoffzufuhr, kann  der Druck in Rohr 11a in weiten Grenzen  eingestellt werden. Wird nun die Kolben  maschine 10 zwecks Anlassens in beliebiger an  sich bekannter Weise in Umdrehung versetzt  und die Klappe 16 so betätigt, dass ein Teil  der Luft aus der Leitung 11a über Rohr 11  auch zur Kolbenmaschine 10 strömen kann, so  erhält diese sofort Luft von beliebig hohem  Druck und springt verlässlich an.  



  Das ist von entscheidender Bedeutung für  Dieselmaschinen, die mit hoher Aufladung  arbeiten; denn diese ergeben mit Ansaugluft  von atmosphärischem Druck eine ungenügende  Verdichtungsendtemperatur, um den Brenn  stoff zuverlässig, besonders bei niedriger  Lufttemperatur, zu zünden.  



  Diese Art des Anlassens ist von besonde  rem Wert für Zweitaktmaschinen, die bisher  von der Maschinenwelle angetriebene Luft  pumpen benötigten oder Pumpen, die von  einer Fremdkraftquelle angetrieben waren.  Für     Zweitaktmaschinen    sind die bekannten  mit Abgasturbinen angetriebenen Auflade  aggregate ohne Kupplung mit der Maschinen  welle unbrauchbar, da bei den bisherigen Bau  arten das Aggregat für das Anfahren keine  oder nicht genügend Luft liefern kann, und  auch bei kleineren Lasten und Drehzahlen die  Turbinenleistung nicht ausreicht, -um genü  gend Spülluft zu fördern.  



  Diese Schwierigkeiten sind vermieden, in  dem das     Aufladeaggregat    unabhängig von    dem Betriebszustand der Maschine, ja selbst  vor Anlassen derselben, voll betrieben und  reguliert werden kann. Die beschriebene Art  des     Anlassens    ist anwendbar auf alle Arten  von Maschinen einschliesslich     Zweitaktmaschi-          nen    und macht. jede Kupplung zwischen Ma  schine und     Aufladesatz    unnötig, was praktisch  von ausschlaggebender Bedeutung ist.  



  In Anlagen, wo gleichbleibende Leistung  bei stark schwankenden Drehzahlen der Ma  schine gefordert wird, ermöglicht es das Ver  fahren nach der Erfindung, die dazu erforder  liche     Drehmoment-Drehzahlcharakteristik    der  Maschine aufzudrücken und so mechanische,  elektrische oder hydraulische Kraftübertra  gungen, die bisher     ausschliesslich    diesem  Zwecke dienen,     zn    vermeiden.  



  Beispielsweise in einer Anlage gemäss       Fig.    1 und     Fig.    3 für Lokomotivantrieb wird  unter einer bestimmten Last eine bestimmte  Brennstoffmenge pro Zeiteinheit in der Ma  schine verbraucht. Steigt nun beim Befahren  einer Steigung das geforderte Drehmoment, so  wird zunächst die Maschinendrehzahl sinken.  Da der     Aufladesatz    infolge seiner Trägheit  mit praktisch wenig veränderter Drehzahl  weiterarbeitet, so strömt nun mehr Luft über       Leitung    14 zur     Brennkammer    15, in der nun  entsprechend mehr Brennstoff verbrannt wer  den kann,     tun    die Gastemperatur am Turbi  neneintritt zu beeinflussen.

   Der     Aufladedruek          kann    also unabhängig von der Maschinendreh  zahl z. B. konstant gehalten werden. Bei ge  eigneter Regelung oder Einstellung kann aber  mit fallender Maschinendrehzahl auch ein stei  gender     Aufladedruck,    d. h. auch ein steigendes  Maschinendrehmoment erreicht werden, was  dann geschieht, wenn die Gastemperatur mit  Abfallen der Maschinendrehzahl ansteigt, wo  durch auch ein Ansteigen der Drehzahl des       Aufladeaggregates    bewirkt wird, und     wenn    der  Kolbenmaschine entsprechend mehr Brenn  stoff pro Arbeitshub zugeteilt wird.

   Die Gas  temperatur ist nur begrenzt durch metallur  gische     und    Festigkeitserwägungen des     Turbi-          nenschaiüelmaterials.     



  Bei fallendem Drehmoment kann durch  entsprechende automatische oder Handbetäti-      gung der Klappe 16 und Herabsetzung der  Brennstoffzufuhr in die Kammer 15 den neuen  Verhältnissen Rechnung getragen werden.  



  Der Brennstoffverbrauch in der     Kammer     15 muss natürlich im Sinne einer Wirkungs  gradherabsetzung der Gesamtanlage betrach  tet werden, genau so wie die Verluste in den  üblichen elektrischen, hydraulischen oder me  chanischen Kraftübertragungen. Die genmäl       vorliegendem    Verfahren     betriebene    Anlage ist  diesen bekannten Anlagen überlegen, da     zu-          sätzlicller    Brennstoff meist dann verbratuclht  wird, wenn Überlast oder erhöhtes Drehmo  ment tatsäehlich geliefert werden muss.  



  Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbei  spiel der Erfindung, das sich vorwiegend für  grössere Leistungen eignet. hier stellt 19, 21  ein normales Aufladeaggregat dar, hiernach  als  Auflader I  bezeichnet, während Turbine  21b einen zweiten Verdichter 196 treibt, der  über die Leitung 20 fmnit der Saugseite des Ver  dichters 19 verbanden ist. Dieses zweite Ag  gregat 196, 21b wird hiernaclh als  Aufla  ger ih  bezeichnet. 20b bezeichnet den Luftein  tritt von der Atmosphäre, 22b den Gasaustritt  in dieselbe.  



  Der Auflager I kann     dauernd    arbeiten,  während der Auflager II leer läuft oder mit  kleiner Belastung, und nur dann voll zur Wir  kung kommt, wenn es die Last- oder     Dreh-          mnonmentrefordernisse    verlangen. Da die Dreh  zahlen beider Aggregate voneinander unab  hängig sind, ergeben sich bessere Arbeits- und  Regelbedingungen für die Verdichter. Die  Aufladung kann weiter gesteigert werden,  wenn ein Luftkühler 30 in die Leitung 20  eingeschaltet wird und gegebenenfalls ein wei  terer Kühler 31 in der Leitung 11. In diesem  Falle wird zwecks Anlassens der Anlage der  Ruflader II durch Anlassmotor 23 über die  Überholungskupplung 21 in Drehung versetzt.

    Der Ruflader I kann still     stehen,    und kommt  selbsttätig zur Wirkung, sobald die Maschine  10 anspringt. Das Anlassen des Rufladers II  an sich erfolgt in derselben Weise mit Hilfe  der     Brennkammer    15 wie früher beschrieben.  



  In Fig. 1 sind automatische Regelvorrich  tungen für den Betrieb vereinfacht angegeben.    10 ist ein Fliehkraft-Pendelregler, der über  ZKegelräder 11 von der lMasehinenwelle ange  trieben wird. Der Reglerlhebel 42 betätigt das  Brennstoffventil 13a der Maschine über die  Stangen 43 und 45 und den zweiarmigen He  bel 14, wie an sich bekannt. Das Ventil 136  ermöglicht     Begrenzung    der Brennstoffzufuhr  von Hand. Der Hebel 42 ist ferner durch  Stange 46 mit einem Hebel 47 verbunden,  dessen linkes Ende durch Feder 48 nachgiebig  gelagert ist, und dessen rechtes Ende die  Klappe über Stange 49 betätigt.

   Ein elasti  scher Mlembrankörper 50, der durch Rohr 51  mit der Leitung 11 in Verbindung steht,  drückt das linke Ende des Hebels 17 gegen  die Wirkung der Feder 18     nach    abwärts, so  bald der Luftdruck in 11 einen gewissen  Grenzwert überschreitet. Die Verstellvorrich  tung 52 mit Handrad 53 gestattet durch Be  tätigung des Hebels 41 und Stange 15 eine  Handeinstellung der Brennstoffzufuhr zur Ma  schine 10. Ferner ist in der Leitung 11, wo die  Brenngase die Kammer 15 verlassen, ein     Gas-          drucktlhermostat    54 mit elastischem Balg 55  vorgesehen, der über Hebel 56 das Brennstoff  ventil 18 betätigt. 16a ist eine Einstellklappe  und 18u. ein Brennstoffventil, beide für Hand  einstellung. Der Thermostat 54 kann z.

   B. so  eingestellt werden, dass die Temperatur der       Brenngase    am Turbineneintritt zu 21b an  nähernd konstant bleibt..  



  Sobald der Auflager     II    angelassen ist und  den     für    Anlassen der --Maschine 10 nötigen  Druck liefert, wird die     Hasehine    in beliebiger  Weise in Drehung versetzt und springt an,  sobald sie über die Klappe 16 Ladeluft erhält.  Der Auflager I erhält     nun        lIaschinenabuase     durch Leitung     1''a    und     übernimmt    die Ruf  ladung teilweise oder ganz.

   Sollte der Druck  in     Leitung    11 zu hoch werden, was die Ma  schine 10 gefährden könnte, so kommt der       hleinbrankörper    50 zur     Wirkung,    indem er die  linke Seite des Hebels     :17    gegen die Wirkung  der     Feder    48 herabdrückt und dadurch, da  der Angriffspunkt der Stange 46 nun Fest  punkt ist, die Klappe 7.6 im Sinne von Schlie  ssung der Luftzufuhr zur Kammer 15 betätigt.  Da die     Turbine    nun weniger     Clas    erhält, sinkt      ihre Leistung und damit der vom Verdichter  19b gelieferte Druck.  



  Der Regler 40 beeinflusst     also    nicht nur die  Brennstoffzufuhr zur Maschine 10, sondern  gleichzeitig die Luftzufuhr zur Brennkammer  derart, dass mit fallender Maschinendrehzahl  mehr Luft in die Leittrog 14 abgezweigt wird.  Thermostat 54 öffnet das Ventil 18 mehr, um  die Brenngastemperatur aufrechzuerhalten.  Die Turbine 21b erhält also mehr heisse Gase  und treibt den Verdichter 19b schneller, der       nun    mehr Luft von höherem Druck als zuvor  liefert.  



  Ist nun z. B. die Brennstoffzufuhr zur Ma  schine 10 pro Zeiteinheit (Kilogramm pro  Stunde) durch Einstellung des Ventils 13b  nach oben begrenzt, so arbeitet der     Auflader    I  mit einer der Last entsprechenden Drehzahl  und liefert (allein oder unter Mitwirkung des  Aufladers II einen gewissen Aufladedruck.  Steigt nun z. B. das von der Maschine gefor  derte Drehmoment, so wird das Ventil     13a     infolge des     beginennden    Drehzahlabfalles im  Sinne des Öffnens betätigt. Da aber 13b die  tatsächliche Zufuhr pro Zeiteinheit begrenzt,  fällt die Drehzahl weiter und der Auflader II  kommt, wie vorstehend beschrieben, zur Wir  kung.

   Da die Maschine mit fallender Drehzahl  grössere Luftladung pro Arbeitshub erhält,  kann sie auch mehr Brennstoff pro Arbeits  hub verarbeiten, und bei geeigneter Wahl der  Verhältnisse kann der mittlere effektive Druck  in den Maschinenzylindern im annähernd um  gekehrten Verhältnis zur Drehzahl gesteigert  werden, d. h. die Maschinenleistung bleibt     eun-          verändert.    Bei abnehmendem Drehmoment  steigt die Drehzahl wieder. Ein solches Be  triebsverhalten ist von grosser Bedeutung für  viele Antriebe, insbesondere auch Fahrzeuge  aller Art, und macht es möglich, ohne die  üblichen     elektrischen,    hydraulischen oder me  chanischen Kraftübertragungen auszukom  men.  



  Fig. 5 zeigt vereinfacht eine andere Aus  führungsart der Erfindung, bei der die Ma  schine 10 und der Aufladesatz s wie in Fig. 2  angeordnet sind. Teile, die demselben Zweck  dienen wie in     Fig.    4, sind durch dieselben    Zahlen bezeichnet. Je nachdem, ob der Regler  40 mit grossem oder     kleinem    Ungleichförmig-     -          keitsgrad        ausgeführt        wird,    kann diese Aus  führung für Betrieb mit schwankender oder  praktisch konstanter Maschinendrehzahl ver  wendet werden. Wie ersichtlich, wird von der  Welle des Reglers 40 über das Zahnradge  triebe 60 eine     Brennstoffpumpe    61 angetrie  ben.

   Die von dieser Pumpe durch Rohre 62  in die Zylinder gelieferte Brennstoffmenge  wird, wie     bekannt,    durch die Zahnstange 63  geregelt, wobei einer Abwärtsbewegung der  selben eine Brennstoffzunahme entspricht.  Der zweiarmige     Reglerhebel    67 ist in Punkt  68 gelagert und über die Stange 66 mit der  Klappe 16 und weiter mittels der Stange 69  mit dem Brennstoffventil 18 gekuppelt. Fer  ner greift am Hebel 67 die Stange 65 an, die  über den Hebel 64 mit der Zahnstange 63 ver  bunden ist. Am rechten Ende des Hebels 64  greift eine elastische Membran 50 an, die durch  das Rohr 51 mit Ventil 70 mit der Leitung 11  verbunden ist.  



  Die Anlage arbeitet wie folgt:  Unter Annahme eines Reglers mit grossem       Ungleichförmigkeitsgrad    entspreche einem be  stimmten Belastungszustand der Maschine eine  bestimmte Lage des     Reglerhebels    67. Bei ge  schlossenem Ventil 70 ist das rechte Ende des  Hebels 64 als Festpunkt anzusehen. Der Auf  ladesatz erhält, mit Klappe 16 in der rechten  punktiert angedeuteten Stellung und geschlos  senem Ventil 18, weder Luft über die Leitung  14 noch Brennstoff, arbeitet also wie Auflade  sätze bekannter Art. Steigt nun die Maschi  nenbelastung, so dreht sich der Hebel 67 um  Festpunkt 68 entgegen dem Uhrzeigersinn,  zieht die Stange 65 und dadurch über Hebel  64 auch die Zahnstange 63 nach unten.

   Gleich  zeitig öffnet die sich aufwärts bewegende  Stange 66 die Klappe 16 nach der Leitung 14  und mittels Stange 69 auch das Ventil 18. Der   nun in die     Brennkammer    eintretende Brenn  stoff     wird    in der durch Leitung 14 einströ  menden Luft verbrannt, und die so gebildeten  heissen Brenngase gelangen gemischt mit den  Abgasen der Maschine in die Turbine 21. Da  diese nun mehr und heissere Gase erhält, steigt      ihre Drehzahl und damit der von dem Ver  dichter gelieferte Druck. Es sind also niedri  geren Maschinendrehzahlen höhere Ruflade  drücke zugeordnet, bei steigender Brennstoff  zufuhr zu den Zylindern.  



  Bei kleinem Ungleichförmigkeitsgrad des  Reglers 40 kann die gleiche Anordnung für  Betrieb bei praktisch gleichbleibender Ma  schinendrehzahl verwendet werden. Es kann  auch mit offenem Ventil 70, d. h. mit Mem  bran 50 in Betrieb, gearbeitet werden. Wie  ersichtlich, drückt dann die Membran 50 mit  steigendem Rufladedruck den Hebel 64 nach  abwärts und bewirkt dadurch eine weitere  Abwärtsbewegung der Zahnstange 63, d. h.  eine weitere Zunahme der Brennstoffzufuhr  zur Maschine über die durch den Regler 40  allein angegebene hinaus.  



  Es ist für die Zwecke der vorliegenden  Erfindung gleichgültig, welcher Bauart die  aufgeladene Maschine ist. Sie kann im Zwei  takt oder Viertakt mit beliebiger Anzahl und  Anordnung der Zylinder arbeiten.  



  Es ist ferner für die vorliegende Erfin  dung unwesentlich, welcher Bauart und Ar  beitsweise die Verdichter und Turbinen sind,  aus denen sich die Aufladeaggregate zusam  mensetzen, und es ist ferner unwesentlich, was  für Brennstoff in der Maschine und in der  Brennkammer verwendet wird und ob der  selbe oder verschiedene Brennstoffe in Ma  schine und Brennkammer benützt werden.  



  Ein Vorteil der beschriebenen Einrichtun  gen liegt darin, dass der erfinderische Zweck  ohne wesentliche Erhöhung von Grösse, Ge  wicht und Preis der Maschine erreicht werden  kann, da dem bei hochbeanspruchten     Mlaschi-          nen        ohnehin    vorhandenen     Aufladesatz    nur  andere Aufgaben im Zusammenhang mit der  Steuerung zugewiesen werden. Als zusätzlieh  ist nur eine verhältnismässig kleine und leichte       Brennkammer    zu werten und einige leichte  und billige Regelorgane bzw. Einstellorgane.



  Process for operating piston internal combustion engines and device for carrying out this process. The present invention relates to a method for operating piston internal combustion engines which work with compression ignition and are provided with an exhaust gas turbo-charging unit with at least one gas turbine and at least one rotating air compressor, which is independent of the machine shaft, and with connecting lines between the compressor outlet and Air intake to the machine or

   between the gas outlet from the machine and the turbine, a branch line from the dirty pipe of the compressor into a combustion chamber in which fuel is burned and from where the hot combustion gases are fed to at least one gas turbine.



  The invention also relates to a device for performing this method. Machines that are not charged give torques of almost constant magnitude in the usable speed range. In machines that work with charging according to known processes, the torques only increase when the power and speed are relatively high and reach maximum values at full speed and power.



  For many uses it is. however, a different torque-speed characteristic he wants or needs. Machines for vehicles of all kinds, locomotives, cranes, etc. require constant power over the largest possible speed range. Today, in order to achieve this, various types of torque converter transmissions, such as change gears, hydraulic or electrical power transmissions, are used. Such converters are heavy, expensive and take up a lot of space.



  Propeller drives again require a different torque - speed characteristic, which has to take into account the torques that increase sharply with the propeller speed.



  The present method according to the invention aims to impose specific torque-speed characteristics on machines of the specified type. This is achieved by the fact that when the load condition of the machine changes, in addition to the change in the fuel supply to the cylinders, the amount of air supplied by the compressor is also distributed between the piston machine and the combustion chamber in an alternating ratio and at the same time the energy content of the Turbine supplied gases is changed.



  In this way, machines can be operated with at least approximately constant power over large speed ranges or with high load operation at constant speed or with increasing torques with increasing speed. High-load operation at practically the same speed can be achieved through the fact that with increasing load, the boost pressure can be driven higher by means of the combustion chamber than is possible with known charging processes.



  Furthermore, the present invention enables reliable starting, idling and part-load operation of highly charged machines, regardless of which method (four-stroke or two-stroke) they work.



  In the accompanying drawings are shown in Figs. 1 to 3, for example, basic A directions for performing the fiction, according to method. Fig. 4 shows in simplified form such a device with control devices. Similar automatic Regelvor directions are of course applicable to the examples according to FIGS.



  FIG. 5 shows a further device with automatic regulating elements for carrying out the method according to the invention.



  Using the facilities, the method is tert erläu below, for example.



  In known charging processes, which are mostly used for four-stroke engines, the charging state sets automatically and delivers a certain torque-speed behavior that cannot be influenced.



  The purpose of the invention is achieved by assigning an arbitrary charge state to each load state of the machine. This becomes possible if the performance of the exhaust gas turbine can be influenced within wide limits independently of the operating state of the supercharged machine and sufficiently quickly. This is achieved when a branch line with an adjusting element branches off from the pressure line of the supercharger and is led to the exhaust gas turbine, in which a combustion chamber is switched on. If a certain amount of air is branched off, it is heated up by combustion of fuel and the engine exhaust z. B.

    mixed in, the gas turbine not only receives more gases, but also hotter gases if desired, which results in a large power range for the turbine without exceeding the permissible temperature limit for the turbine blades. The freedom created by the inventive method in influencing the amount of gas flowing through the turbine relative to the amount flowing through the machine provides valuable advantages for quick response to changes in the load condition for partial load operation and for starting.



  In Fig. 1 of the drawing, 10 denotes an internal combustion engine with an air inlet line 11 for flushing and charging, 12 a gas outlet line with an adjoining outlet pipe 12a. 13 denotes the fuel supply pipe to the engine 10, which is provided with an adjusting valve 13a. The air inlet line 11a is connected to the outlet of the compressor 19 which forms part of the charging unit s. At 11b, a line 14 is branched off from the pipe 11a and is connected to the inlet nozzles of the gas turbine 21 via a combustion chamber 15.

   The turbine 21 is, as can be seen, mechanically coupled to the compressor 19 and forms with it the aggregate gat s. In the branch point 11b of the Lei device 14, an adjusting flap 16 is provided, which allows any distribution of the air flow promoted by the Ver denser on the Lei lines 11 and 14, respectively. The fuel line 17 with the adjusting valve 18 leads into the combustion chamber 15.

   The gas outlet pipe 12a is also connected to the inlet nozzle of the turbine 21. 20 refers to the air inlet into the compressor 19, 22 the gas outlet from the turbine 21 into the ambient air.



  In normal operations, the machine exhaust gases drive the turbine 21 and enable the compressor 19 to deliver charge air into the line 11. The speed of the boost set rises and falls with the engine load, and the boost pressure fluctuates in the same way. The flap 16 either completely closes the air from the combustion chamber 15 or allows only a small part of it to enter, so that when the valve 18 is slightly open, a small flame can be maintained.



  If the machine load increases, for example the speed should remain unchanged, the required additional power can be achieved by increasing the fuel supply via valve 13a. The increase in performance that can be achieved in this way is, however, severely limited, since the air charge will soon be insufficient for the full combustion of the additional fuel, which can be seen from an unclean exhaust pipe.



  In such a case, the supercharging is increased simultaneously with the increase in the fuel supply to the cylinders, which is effected by increasing the supercharging pressure. This increase in pressure is initiated by opening or reopening the flap 16 and the fuel valve 18. - On a superficial view, this measure appears to be wrong, because obviously opening the flap 16 to the combustion chamber in the lines 11a and 11 not only does not increase , but even causes the pressure to drop. On closer inspection, however, it becomes clear that this measure has the intended end effect.

   Once the flap 16 allows more air to enter the chamber 15 and more fuel is burned therein. the turbine is very hot, and the increased output enables it to drive the compressor 19 faster, and so maintain or even increase the boost pressure even with increased engine output. A new equilibrium is reached when the increased turbine output corresponds to the increased power requirement of the compressor. As the engine's air charge is increased, it can also handle more fuel with a clear exhaust. This mode of operation can apparently also be used in part-load operation, with the result that the boost pressure can be adjusted as required even with part-loads.



  In some cases it is beneficial to divide the turbine nozzles into two groups, one of which is fed via line 12a and the other via line 14.



  In FIG. 2, another exemplary embodiment of the device is shown in a simplified manner, in which the combustion gases emerging from the combustion chamber 15 mix with the exhaust pipes of the machine. Parts that are identical to parts of Fig. 1 are denoted by like numbers. As can be seen, the combustion chamber 15 is open at the lower end. The air branched off at 11b serves as combustion air in the chamber, with combustion gases having a very high temperature, e.g. B. 800 to 1500 G arise. The engine exhaust gases enter the annular chamber c surrounding the chamber 15 via the line 12a, mix with the combustion gases and flow in a mixed manner via the line 12 to the turbine 21.

   Obviously, the temperature of the fuel gases and thus the temperature of the mixed gases entering the turbine can be adjusted as required by setting the fuel supply via valve 18. However, this means that the turbine power can also be freely adjusted, and consequently also the boost pressure of the machine, regardless of the load and / or speed of the piston machine.



  3 shows a modification of the arrangement. Here the line 14 leads to a special turbine 21a, which is arranged with the compressor 19 and turbine 21 on a common shaft. The combustion gases leaving the turbine 21a serve in this case to preheat the air in line 11, for which purpose the heat exchanger 28 is provided, which receives the case through line 22a.

   After passing through the heat exchanger 28, the gases enter the environment through line 22a.



  It can be a starter engine of any type 23, preferably via an overhaul clutch 2-1, be kup pelt with the charging unit s. Where compressed air (or gas) is available, the air tank 25 can be connected to the nozzles of the turbine 21a via a pipe 26 with a valve 27. or 21 connected. These parts are used to start the unit, which, when the machine is at a standstill, serves as an independent gas turbine-driven compressed air generator.



  For the purpose of starting the unit s is set in rotation by motor 23 (or with the aid of pressurized gas from container 25), the flap 16 keeping the connection from tube 11.a to tube 14 open. This creates an air flow, entering at 20 via 19, 11a, flap 16, 14, 15 to the turbine 21a and via 22a, 28 back to the atmosphere. Fuel is now passed into chamber 15 by opening valve 18 and ignited. Hot fuel gases now flow to the turbine, which is enabled to deliver mechanical power and to take over the drive of the compressor. The speed of the unit increases rapidly and the motor 23 can be switched off or the valve 27 can be closed.

   If the piston engine 10 is still at a standstill, all of the air supplied by the United denser 19 flows directly to the turbine and, depending on the fuel supply, the pressure in pipe 11a can be set within wide limits. If the piston machine 10 is now set in rotation in any known manner for the purpose of starting and the flap 16 is actuated so that part of the air can flow from the line 11a via pipe 11 to the piston machine 10, it immediately receives air from any high pressure and starts reliably.



  This is of crucial importance for diesel engines that operate with high supercharging; because with intake air at atmospheric pressure, these result in an insufficient compression end temperature to reliably ignite the fuel, especially at low air temperatures.



  This type of starting is of particular value for two-stroke machines that previously required pumps driven by the machine shaft or pumps that were driven by an external power source. For two-stroke engines, the known charging units driven by exhaust gas turbines are useless without a coupling to the machine shaft, since with the previous types of construction the unit cannot supply any or not enough air for starting, and the turbine output is not sufficient even with smaller loads and speeds, in order to convey enough purge air.



  These difficulties are avoided in that the charging unit can be fully operated and regulated independently of the operating state of the machine, even before it is started. The type of starting described is applicable to all types of machines, including two-stroke machines and power. any coupling between machine and charging set is unnecessary, which is of decisive importance in practice.



  In systems where constant power is required at strongly fluctuating machine speeds, the process according to the invention enables the required torque-speed characteristics to be applied to the machine and thus mechanical, electrical or hydraulic power transmissions that were previously used exclusively for this purpose serve, avoid.



  For example, in a system according to FIG. 1 and FIG. 3 for locomotive propulsion, a certain amount of fuel per unit of time is consumed in the machine under a certain load. If the required torque increases when driving on an incline, the machine speed will first decrease. Since the supercharging set continues to work with practically little change in speed due to its inertia, more air now flows via line 14 to combustion chamber 15, in which more fuel is burned who can do the gas temperature at the turbine neneintritt to influence.

   The Aufladedruek can so regardless of the machine speed z. B. be kept constant. With a suitable control or setting, however, as the engine speed falls, an increasing boost pressure, i.e. H. an increasing engine torque can also be achieved, which happens when the gas temperature rises as the engine speed drops, which also causes an increase in the speed of the charging unit, and when the piston engine is allocated more fuel per working stroke.

   The gas temperature is only limited by the metallurgical and strength considerations of the turbine blade material.



  When the torque drops, the new conditions can be taken into account by appropriate automatic or manual actuation of the flap 16 and reducing the fuel supply to the chamber 15.



  The fuel consumption in the chamber 15 must of course be considered in terms of a reduction in the efficiency of the overall system, just like the losses in the usual electrical, hydraulic or mechanical power transmissions. The system operated according to the present method is superior to these known systems, since additional fuel is usually consumed when overload or increased torque actually has to be supplied.



  Fig. 4 shows a further Ausführungsbei game of the invention, which is mainly suitable for larger performances. 19, 21 represents a normal supercharging unit, hereinafter referred to as supercharger I, while turbine 21b drives a second compressor 196 which is connected to the suction side of compressor 19 via line 20 fmn. This second aggregate 196, 21b is hereinafter referred to as Aufla ger ih. 20b denotes the air inlet from the atmosphere, 22b the gas outlet into the same.



  The support I can work continuously while the support II runs empty or with a small load, and only comes into full effect when the load or torque requirements demand it. Since the speeds of the two units are independent of one another, there are better working and control conditions for the compressors. The charge can be further increased if an air cooler 30 is switched on in line 20 and, if necessary, a further cooler 31 in line 11. In this case, the Ruflader II is rotated by starter motor 23 via overrunning clutch 21 in order to start the system .

    The Ruflader I can stand still, and comes into effect automatically as soon as the machine 10 starts. The start of the Rufladers II itself takes place in the same way with the aid of the combustion chamber 15 as described earlier.



  In Fig. 1 automatic Regelvorrich lines for operation are given in simplified form. 10 is a centrifugal pendulum regulator which is driven by the machine shaft via Z bevel gears 11. The regulator lever 42 actuates the fuel valve 13a of the machine via the rods 43 and 45 and the two-armed lever 14, as is known per se. The valve 136 enables manual fueling to be restricted. The lever 42 is also connected by rod 46 to a lever 47, the left end of which is resiliently supported by spring 48 and the right end of which actuates the flap via rod 49.

   An elastic diaphragm body 50, which is connected to the line 11 by means of a tube 51, presses the left end of the lever 17 downward against the action of the spring 18 as soon as the air pressure in 11 exceeds a certain limit value. The adjustment device 52 with handwheel 53 allows manual adjustment of the fuel supply to the machine 10 by actuating the lever 41 and rod 15. Furthermore, a gas pressure thermostat 54 with elastic bellows 55 is in the line 11, where the fuel gases leave the chamber 15 provided, which actuates the fuel valve 18 via lever 56. 16a is an adjustment flap and 18u. a fuel valve, both for manual adjustment. The thermostat 54 can, for.

   B. be set so that the temperature of the fuel gases at the turbine inlet to 21b remains almost constant ..



  As soon as the support II is started and supplies the pressure necessary for starting the machine 10, the rabbit is set in rotation in any way and starts as soon as it receives charge air via the flap 16. The support I now receives lIaschinenabuase through line 1''a and takes over the call charge partially or completely.

   Should the pressure in line 11 become too high, which could endanger the machine 10, then the hleinbrankkörper 50 comes into effect by pressing the left side of the lever: 17 down against the action of the spring 48 and thereby, as the point of application of the rod 46 is now a fixed point, the flap 7.6 in the sense of closing the air supply to chamber 15 is actuated. Since the turbine now receives fewer Clas, its output and thus the pressure supplied by the compressor 19b decrease.



  The controller 40 therefore not only influences the fuel supply to the engine 10, but also at the same time the air supply to the combustion chamber in such a way that more air is diverted into the guide trough 14 as the engine speed falls. Thermostat 54 opens valve 18 more to maintain the fuel gas temperature. The turbine 21b thus receives more hot gases and drives the compressor 19b faster, which now supplies more air at a higher pressure than before.



  Is now z. If, for example, the fuel supply to the machine 10 per unit of time (kilograms per hour) is limited by setting the valve 13b upwards, the supercharger I operates at a speed corresponding to the load and delivers (alone or with the assistance of the supercharger II) a certain boost pressure Now, for example, the torque required by the machine, the valve 13a is actuated in the sense of opening due to the start of the drop in speed. But since 13b limits the actual supply per unit of time, the speed continues to drop and the supercharger II comes on, as above described for the effect.

   Since the machine receives a larger air charge per working stroke as the speed decreases, it can also process more fuel per working stroke, and with a suitable choice of the ratios, the mean effective pressure in the machine cylinders can be increased in approximately the opposite ratio to the speed, i.e. H. the machine performance remains unchanged. When the torque decreases, the speed increases again. Such operating behavior is of great importance for many drives, especially vehicles of all types, and makes it possible to get along without the usual electrical, hydraulic or mechanical power transmissions.



  Fig. 5 shows a simplified form of another imple mentation of the invention, in which the Ma machine 10 and the charging set s are arranged as in FIG. Parts which serve the same purpose as in Fig. 4 are denoted by the same numerals. Depending on whether the controller 40 is designed with a large or a small degree of irregularity, this version can be used for operation with a fluctuating or practically constant machine speed. As can be seen, a fuel pump 61 is driven from the shaft of the controller 40 via the Zahnradge gear 60.

   The amount of fuel delivered by this pump through pipes 62 into the cylinders is, as is known, regulated by the rack 63, a downward movement of the same corresponding to an increase in fuel. The two-armed control lever 67 is mounted at point 68 and is coupled to the flap 16 via the rod 66 and further to the fuel valve 18 by means of the rod 69. Fer ner engages the lever 67 on the rod 65, which is ver via the lever 64 with the rack 63 connected. At the right end of the lever 64, an elastic membrane 50 engages, which is connected to the line 11 through the pipe 51 with valve 70.



  The system works as follows: Assuming a controller with a high degree of irregularity, a certain load condition of the machine corresponds to a certain position of the controller lever 67. When the valve 70 is closed, the right end of the lever 64 is to be regarded as a fixed point. The charging set receives, with flap 16 in the right-hand dotted position and closed senem valve 18, neither air via line 14 nor fuel, so works like charging sets of known type. If the machine load increases, the lever 67 rotates Fixed point 68 counterclockwise, pulls the rod 65 and thereby also the rack 63 via lever 64 downwards.

   At the same time the upward moving rod 66 opens the flap 16 after the line 14 and by means of rod 69 also the valve 18. The fuel now entering the combustion chamber is burned in the air flowing in through line 14, and the hot fuel gases thus formed get mixed with the exhaust gases of the machine into the turbine 21. Since this now receives more and hotter gases, its speed increases and with it the pressure supplied by the compressor. So there are niedri geren machine speeds, higher call charge pressures associated with increasing fuel supply to the cylinders.



  With a small degree of irregularity of the controller 40, the same arrangement can be used for operation at a practically constant machine speed Ma. It can also be with the valve 70 open, i.e. H. with membrane 50 in operation. As can be seen, the diaphragm 50 then presses the lever 64 downwards with increasing call boost pressure and thereby causes a further downward movement of the toothed rack 63, i. H. a further increase in fuel delivery to the engine beyond that indicated by regulator 40 alone.



  It is immaterial for the purposes of the present invention what type of supercharged machine is. It can work in a two-stroke or four-stroke cycle with any number and arrangement of cylinders.



  It is also insignificant for the present inven tion what type of construction and work mode are the compressors and turbines that make up the charging units, and it is also irrelevant what fuel is used in the machine and in the combustion chamber and whether the the same or different fuels are used in the machine and combustion chamber.



  One advantage of the described facilities is that the inventive purpose can be achieved without a significant increase in size, weight and price of the machine, since the charging set, which is already present in highly stressed machines, is only assigned other tasks in connection with the control. In addition, only a comparatively small and light combustion chamber and a few light and inexpensive regulating devices or adjusting devices are to be assessed.

 

Claims (1)

PATENTANSPRÜCHE: I. Verfahren zum Betriebe von Kolben Brennkraftmaschinen, die mit Verdichtungs zündung arbeiten und ein mechanisch von deren Welle unabhängiges Abgasturboauf- ladeaggregat mit mindestens einer Gasturbine und mindestens einem rotierenden Luftver dichter besitzen, ferner mit Verbindungslei tungen zwischen Verdichterauslass und Luft einlass zur Maschine bzw. PATENT CLAIMS: I. A method for operating piston internal combustion engines that work with compression ignition and have an exhaust gas turbo-charging unit that is mechanically independent of its shaft, with at least one gas turbine and at least one rotating air compressor, and also with connecting lines between the compressor outlet and air inlet to the machine or . zwischen CTasauslass aus der Maschine und Turbine, einer Abzweig leitung von der Druckleitung des Verdichters in eine Brennkammer, in der Brennstoff ver brannt wird und von wo die heissen Brenn- gase mindestens einer Gasturbine zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Änderung des Belastungszustandes der Ma schine neben der Änderung der Brennstoff zufuhr zu den Zylindern auch die von dem Verdichter gelieferte Luftmenge in wechseln dem Mengenverhältnis zwischen der Kolben maschine und der Brennkammer verteilt wird, und gleichzeitig der Energiegehalt der der Turbine zugeführten Gase verändert wird, zum Zweck, between the gas outlet from the machine and the turbine, a branch line from the pressure line of the compressor into a combustion chamber in which fuel is burned and from where the hot combustion gases are fed to at least one gas turbine, characterized in that when the load condition changes, the In addition to changing the fuel supply to the cylinders, the machine also changes the amount of air supplied by the compressor in the ratio between the piston machine and the combustion chamber, and at the same time changes the energy content of the gases supplied to the turbine, for the purpose of der Kolbenmaschine eine be stimmte Drehmoment - Drehzahlcharakteristik aufzudrücken. II. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorgesehen sind, um das Mengenverhältnis der der Kolben maschine bzw. Brennkammer zugeführten Luft und die Mengen des in den Zylindern und in der Brennkammer verbrannten Brenn stoffes zti ändern. UNTERANSPRüCHE 1. to apply a certain torque - speed characteristic to the piston machine. II. Device for performing the method according to claim 1, characterized in that means are provided to change the ratio of the air supplied to the piston machine or combustion chamber and the amounts of fuel burned in the cylinders and in the combustion chamber. SUBCLAIMS 1. Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass die Verbrennung in der Brennkammer derart geregelt wird, dass die Temperatur der aus derselben austreten den Gase unabhängig von dem Betriebszu- stande der Kolbenmasehine angenähert unver ändert bleibt. Method according to patent claim I, characterized in that the combustion in the combustion chamber is regulated in such a way that the temperature of the gases emerging from the same remains approximately unchanged regardless of the operating state of the piston engine. . Verfahren nach Patentanspruch und Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass gleichzeitig die Menge der in die Brenn- kammer abgezweigten Luft in Abhängigkeit von der Drehzahl der Kolbenmaschine derart geregelt wird, dass der von dem Verdichter gelieferte Di-Liek finit fallender Maschinendreh zahl steigt. 3. Verfahren nach Patentanspruch I und Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge der in die Brennkammer ab gezweigten Luft in Abhängigkeit von der Drehzahl der Kolbenmaschine derart geregelt wird, dass diese Menge mit fallender Maschi nendrehzahl zunimmt. 4. . Method according to claim and dependent claim 1, characterized in that at the same time the amount of air branched off into the combustion chamber is regulated as a function of the speed of the piston engine in such a way that the Di-Liek finite falling machine speed rises. 3. The method according to claim I and dependent claim 1, characterized in that the amount of air branched into the combustion chamber is regulated as a function of the speed of the piston engine such that this amount increases with decreasing machine speed. 4th Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass die Menge der der Kolbenmaschine pro Zeiteinheit zugeführten Brennstoffmenge konstant gehalten wird und die Menge der in die Brennkammer abgezweig ten Luft derart geregelt wird, dass sie mit fallender Maschinendrehzahl zunimmt. 5. Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass die Mengen der in die Brennkammer abgezweigten Luft und des darin verbrannten Brennstoffes gleichzeitig in Abhängigkeit von der Maschinendrehzahl der art geregelt werden, dass der von dem Ver dichter gelieferte Druck mit fallender Maschi nendrehzahl zunimmt. 6. A method according to claim 1, characterized in that the amount of fuel supplied to the piston engine per unit of time is kept constant and the amount of air branched into the combustion chamber is regulated in such a way that it increases as the engine speed falls. 5. The method according to claim I, characterized in that the quantities of the air branched off into the combustion chamber and the fuel burned therein are simultaneously regulated as a function of the engine speed such that the pressure delivered by the United denser increases with falling machine speed. 6th Verfahren nach Patentanspruch I und Unteranspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge der der Kolbenmaschine pro Zeiteinheit zugeführten Brennstoffmenge kon stant gehalten wird und dass die Mengen der in die Brennkammer abgezweigten Luft und des darin verbrannten Brennstoffes derart ge regelt werden, dass der von dem Verdichter gelieferte Druck mit fallender Maschinendreh zahl zunimmt. . 7. Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass die Mengen der in die Brennkammer abgezweigten Luft und des darin verbrannten Brennstoffes bei konstan ter Drehzahl der Kolbenmaschine gleichzeitig derart geregelt werden, dass der von dem Ver dichter gelieferte Druck mit steigender Ma schinenbelastung zunimmt. B. A method according to claim 1 and dependent claim 4, characterized in that the amount of fuel supplied to the piston engine per unit of time is kept constant and that the amounts of air diverted into the combustion chamber and the fuel burnt therein are regulated in such a way that the amount of fuel supplied by the compressor delivered pressure increases with falling machine speed. . 7. The method according to claim I, characterized in that the quantities of the air branched off into the combustion chamber and the fuel burnt therein are simultaneously regulated at the constant speed of the piston engine in such a way that the pressure delivered by the compressor increases with increasing machine load. B. Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass die Mengen der in die Brennkammer abgezweigten Luft und des darin verbrannten Brennstoffes bei konstanter Drehzahl der Kolbenmaschine gleichzeitig der art geregelt werden, dass der von dem Ver dichter gelieferte Druck mit steigender Ma schinenbelastung zunimmt, und dass mit stei- gendem Druck der Kolbenmaschine mehr Brennstoff pro Arbeitshub zugeführt wird. 9. Method according to patent claim I, characterized in that the quantities of air branched off into the combustion chamber and the fuel burnt therein are simultaneously regulated at a constant speed of the piston engine in such a way that the pressure delivered by the compressor increases with increasing machine load, and that as the pressure rises, more fuel is fed to the piston machine per working stroke. 9. Verfahren nach Patentanspruch I zum Betriebe von hoch aufgeladenen, mit verrin gertem volumetrischem Verdichtungsverhält nis in den Zylindern arbeitenden Kolben- Brennstoffmaschinen, dadurch gekennzeich net, dass die Mengen der in die Brennkammer abgezweigten Luft und des darin verbrannten Brennstoffes derart eingestellt werden, dass der von dem Verdichter gelieferte Druck auch bei Teillasten der Maschine, und bei Leerlauf genügend hoch gehalten wird, um die Ma schine betreiben zu können. 10. Method according to claim I for the operation of highly charged, with verrin Gertem volumetric compression ratio in the cylinders working piston fuel engines, characterized in that the amounts of air branched into the combustion chamber and the fuel burned therein are set so that the Compressor delivered pressure even with partial loads of the machine, and when idling is kept high enough to operate the machine. 10. Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass zwecks Anlassees der Kolbenmaschine, bei Stillstand derselben, das Tuuboaufladeaggregat mittels einer Hilfs haft in Umdrehung versetzt wird, wobei der überwiegende Teil der vom Verdichter ge lieferten Luft in die Brennkammer abgezweigt wird, in der so viel Brennstoff verbrannt wird, dass die in der Turbine erzeugte Leistung zuuzi Antrieb des Verdichters bei gewünschtem Ladedreck ausreicht, und dass bei hierauffol- gendem Andrehen der Kolbenmaschine diese vom Verdichter auf diesen Druck vorverdich tete Lade- -Lind Spülluft erhält. 11. The method according to claim I, characterized in that, for the purpose of starting the piston engine, when the same, the Tuubo charging unit is set in rotation by means of an auxiliary stick, with the majority of the air supplied by the compressor being branched off into the combustion chamber in which so much Fuel is burned so that the power generated in the turbine is sufficient to drive the compressor with the desired loading dirt, and that when the piston engine is subsequently started, this loading air, which has been pre-compressed to this pressure by the compressor, receives scavenging air. 11. Einrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorge sehen sind, um die Menge der in die Brenn kammer abgezweigten Luft in Abhängigkeit von der Drehzahl der Kolbenmaschine zii regeln. 12. Einrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zurr Re gelung der Luft- und der Brennstoffzufuhr zur Brennkammer vorgesehen sind, um den von dem Verdichter gelieferten Druck in Ab hängigkeit von der Drehzahl der Kolben maschine so zu regeln, dass er mit fallender Drehzahl ansteigt. Device according to patent claim II, characterized in that means are provided to regulate the amount of air branched off into the combustion chamber as a function of the speed of the piston engine zii. 12. Device according to claim II, characterized in that means for Re gelation of the air and fuel supply to the combustion chamber are provided in order to regulate the pressure supplied by the compressor in dependence on the speed of the piston machine so that it is falling with Speed increases. 13. Einrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorge sehen sind, um in der Brennkammer dauernd eine Zündflamme zu unterhalten. 14. Einrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel v orge- sehen sind, um bei Stillstand der Kolben maschine den überwiegenden Teil der von dem Verdichter gelieferten Luft der Brenn- kammer zuzuführen. 15. Einrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Auflade aggregate vorgesehen sind, deren zwei Ver dichter in Reihe geschaltet sind. 16. 13. Device according to claim II, characterized in that means are provided to keep a pilot flame in the combustion chamber. 14. Device according to claim II, characterized in that means are provided in order to supply the predominant part of the air supplied by the compressor to the combustion chamber when the piston machine is at a standstill. 15. Device according to claim II, characterized in that two charging units are provided, the two Ver are connected in series. 16. Einrichtung nach Patentanspruch II und Unteranspruclh 15, dadurch gekennzeich net, dass die Turbine des einen Aggregates von den Masclhinenabgasen, die Turbine des zweiten Aggregates von den Brennkammer- gasen beaufschlagt wird. 17. Einrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Kolben maschine strömende Luft gekühlt wird. 18. Einrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorge sehen sind, um den von dem Verdichter ge lieferten Druck zu begrenzen. 19. Einrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorge sehen sind, um die Temperatur der die Gas turbine beaufschlagenden Gase auf einen vor bestimmten Höchstwert zu begrenzen. Device according to patent claim II and sub-claim 15, characterized in that the turbine of one unit is acted upon by the engine exhaust gases, the turbine of the second unit is acted upon by the combustion chamber gases. 17. Device according to claim II, characterized in that the air flowing to the piston machine is cooled. 18. Device according to claim II, characterized in that means are provided to limit the pressure delivered by the compressor ge. 19. Device according to claim II, characterized in that means are provided to limit the temperature of the gases acting on the gas turbine to a certain maximum value before. 20. Einrichtung nach Patentanspruch 1I, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorge sehen sind zur Regelung der Luft- und der Brennstoffzufuhr zur Brennkammer und zur Brennstoffzufuhr zu den Zylindern der Kol benmaschine, derart, dass diese Werte mit steigendem Verdichterdruck zunehmen. 20. Device according to claim 1I, characterized in that means are provided for regulating the air and fuel supply to the combustion chamber and for fuel supply to the cylinders of the piston engine, such that these values increase with increasing compressor pressure.
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