CH357243A - Four-stroke internal combustion engine with exhaust gas turbocharger - Google Patents

Four-stroke internal combustion engine with exhaust gas turbocharger

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CH357243A
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CH
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exhaust gas
exhaust
internal combustion
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German (de)
Inventor
Friedrich Dipl Ing Homola
Oberlaender Georg
Otto Dipl Ing Elwert
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Kloeckner Humboldt Deutz Ag
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    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B41/00Engines characterised by special means for improving conversion of heat or pressure energy into mechanical power
    • F02B41/02Engines with prolonged expansion
    • F02B41/10Engines with prolonged expansion in exhaust turbines
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
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    • F02B71/00Free-piston engines; Engines without rotary main shaft
    • F02B71/04Adaptations of such engines for special use; Combinations of such engines with apparatus driven thereby
    • F02B71/06Free-piston combustion gas generators per se
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    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Description

  

      Viertakteinspritzbrennkraftmaschine        mit        Abgasturbolader       Die Erfindung     betrifft    eine     Viertakteinspritzbrenn-          kraftmaschine    mit mehreren, mechanisch unabhängi  gen, strömungsmässig     hintereinandergeschalteten        Ab-          (fasturbinen,    von denen die zuletzt durchströmte Tur  bine einen     Aufladeverdichter    antreibt und die andere  Abgasturbine oder die andern Abgasturbinen Nutzlei  stung abgeben.  



  Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine  aufgeladene     Viertakteinspritzbrennkraftmaschine    so  zu gestalten und zu betreiben, dass einerseits hohe  Spitzendrücke vermieden werden, die unter anderem  auch eine Funktion des Ladedruckes sind und be  kanntlich zu im Verhältnis zum Zylinderdurchmesser  unverhältnismässig grosse Abmessungen des Kurbel  triebes führen, anderseits jedoch ähnlich günstige  Kraftstoffverbräuche erzielt werden, wie sie bisher  nur durch abnormal hohe     Aufladung    mit entspre  chend hohen Spitzendrücken erreichbar waren.  



  Zur Lösung dieser Aufgabe wurde bereits vor  geschlagen, mehrere Abgasturbinen hinter einer       Brennkraftmaschine    so anzuordnen, dass sie strö  mungsmässig     hintereinandergeschaltet,        mechanisch     jedoch unabhängig voneinander sind. Es geben hierbei  die zuerst durchströmten Abgasturbinen ihre Leistung  an die     Brennkraftmaschinenwelle    ab, während die  zuletzt durchströmte Turbine einen     Aufladeverdichter     antreibt. Bei einer besonderen Maschine dieser Art ist  die auf die     Brennkraftmaschinenwelle    arbeitende Ab  gasturbine strömungstechnisch und mechanisch ab  schaltbar.

   Das Abschalten erfolgt selbsttätig in Ab  hängigkeit von der Belastung der     Brennkraftmaschine.     



  Bei diesen bekannten     Brennkraftmaschinen    wird  jedoch eine Verbesserung der Wirtschaftlichkeit nur  in beschränktem Ausmass erzielt, da bei ihnen der  maximal wählbare Gegendruck mit Rücksicht auf die         Zylinderspülung    kleiner sein muss     als    der Ladedruck,       widrigenfalls    keine Ausspülung der Restgase aus den       Arbeitszylindern    stattfinden kann. Eine wirksame  Ausspülung des     Totraumes    des Zylinders aber ist un  erlässlich, wenn das Ladungsgewicht an Luft und da  mit an Sauerstoff im     Zylinder    ein Maximum betragen  soll.

   Je grösser dieses Gewicht ist, um so grösser ist  bekanntlich die Kraftstoffmenge, die bei jedem Ar  beitsspiel verbrannt werden kann. Einer grösseren  Menge an verbranntem Kraftstoff entspricht auch ein  höherer indizierter Mitteldruck. Da die Reibungsver  luste etwa konstant bleiben, wird der mechanische  Wirkungsgrad grösser, und es ergibt sich somit ein  geringerer spezifischer Kraftstoffverbrauch. Diese  Überlegungen gelten im wesentlichen sowohl für       Brennkraftmaschinen,    bei denen die Abgase vor den  Abgasturbinen gestaut sind, als auch für Maschinen  mit Stossbetrieb, also solchen, bei denen die kinetische  Energie der Abgase teilweise zum Antrieb der Tur  binen ausgenutzt wird.  



  Eine wesentliche Verbesserung des wirtschaftli  chen Wirkungsgrades der eingangs erwähnten     Art     von     Viertakteinspritzkraftmaschinen,    wird erfindungs  gemäss dadurch erzielt, dass  a) die von den Abgasen zuerst durchströmte Tur  bine so ausgelegt ist, dass auch bei Vollast die Abgase  über den ganzen Kolbenweg gegen einen Druck aus  geschoben werden, der ebenso hoch wie der Lade  druck oder höher als dieser ist,  b) bei Vollast der Ladedruck grösser ist als der  Druck vor der den     Aufladeverdichter    antreibenden  Abgasturbine,  c) der zu     Beginn    des Ansaughubes des Arbeits  kolbens im     Totraum    des Zylinders noch herrschende,

    über dem Ladedruck liegende Druck entweder durch      ein     Hilfsauslassventil    allein oder durch die Bewegung  des Arbeitskolbens und durch das     Hilfsauslassventil     mindestens annähernd auf den     Druck    vor der den       Aufladeverdichter    antreibenden Abgasturbine ab  gesenkt wird und die Abgase in den Raum vor dieser  Turbine     geführt    werden,  d) das     Einlassventil    erst nach Absenken des     Druk-          kes    im Zylinder auf oder unter den     Ladedruck    ge  öffnet wird.  



  Der Hauptvorteil der erfindungsgemässen     Brenn-          kraftmaschine    besteht darin, dass, obwohl die Abgase  von dem Kolben der Maschine über den ganzen Kol  benweg gegen einen Druck     ausgeschoben    werden, der  gleich hoch oder höher ist als der Ladedruck, doch  eine Ausspülung der Restgase erzielt wird. Bei einer  bekannten     Brennkraftmaschine,    bei der die Abgase  über den ganzen Kolbenweg gegen einen Druck aus  geschoben werden, der höher ist als der     Ladedruck,     wird auf eine Ausspülung der Restgase verzichtet.

    Dadurch, dass bei der erfindungsgemässen     Brennkraft-          maschine    der Gegendruck bis zum     Expansionsend-          druck    der Gase im Zylinder am Ende des Arbeits  hubes gesteigert werden kann, eine bisher noch nicht  verwirklichte Massnahme,

   ist die den Expansionsgasen  noch     innewohnende    Energie bei der erfindungsgemä  ssen Maschine im Staubetrieb mit einem bisher nicht  erzielten Wirkungsgrad     ausnutzbar.    Ein weiterer Vor  teil der erfindungsgemässen     Brennkraftmaschine    ist in  der     geringeren    thermischen Beanspruchung des Aus  lassventils gegenüber der     Beanspruchung    bei solchen  Maschinen zu sehen, bei denen am Ende des Ex  pansionshubes der     Druck    im Zylinder plötzlich stark  abfällt, so dass die Abgase mit hoher Geschwindigkeit  austreten und entsprechend viel Wärme an das Aus  lassventil abgeben und es stark erhitzen.  



  Im folgenden wird die Arbeitsweise eines Aus  führungsbeispiels der erfindungsgemässen     Brennkraft-          maschine    an Hand des     Schaulinienbildes    gemäss     Fig.    1  beschrieben.

       Zugrunde    gelegt ist beispielsweise eine  Maschine, bei der der im     Totraum    des Zylinders zu  Beginn des Ansaughubes noch herrschende, über  dem     Ladedruck    liegende     Druck    durch die Bewegung  des Arbeitskolbens und durch ein     Hilfsauslassventil     auf den     Druck    vor der den     Aufladeverdichter    antrei  benden Abgasturbine abgesenkt wird und die Abgase  sodann in den Raum vor dieser Turbine zugeführt  werden.  



  Aus dem idealisierten Diagramm ist der Druck  verlauf im     Zylinder    während des Ladungswechsels zu  ersehen.  



  Bei der bisher üblichen     Abgasturboaufladung    von       Viertaktbrennkraftmaschinen    wurde der Druck im  Zylinder beim     Öffnen    des     Auslassventils    (2) im we  sentlichen auf den     Druck    (8) vor der Turbine 15  herabgesetzt und die Abgase aus dem     Zylinder    gegen  diesen Druck     ausgeschoben.    Die der Fläche 2-B-8-2  entsprechende Energie der Abgase konnte nur zum  Teil, nämlich nur soweit sie in Form von     kinetischer     Energie auftrat,     zurückgewonnen    werden.

   Es ist aber  bekannt, dass dieser     Effekt    in der Abgasturbine we-    gen der mit der veränderlichen     Durchströmgeschwin-          digkeit    zusammenhängenden Stossverluste eine Ver  minderung des Turbinenwirkungsgrades zur Folge  hat, so dass tatsächlich nur ein kleiner Bruchteil dieser  Fläche<I>(2-B-8-2)</I> wirklich nutzbar zu machen ist.  



  Die     17berschussenergie    kommt in diesem Falle  über die positive     Ladungswechselschleife    (8-9-0-1) an  den Kolben bzw. an die Kurbelwelle.  



  Dagegen werden bei der beschriebenen Maschine  die Abgase vom Kolben gegen einen Druck (2 - 3)       ausgeschoben,    der höher als der Ladedruck ist. Im  Diagramm ist dieser     Gegendruck    beispielsweise dem       Expansionsenddruck    im Zylinder gleich. Beim Öffnen  des     Auslassventils    fällt die sonst schlagartige Druck  absenkung, die mit Überschallströmung und dement  sprechend mit Geräuschbildung und starker Erwär  mung des     Auslassventils    verbunden ist, fort. Die Aus  schubarbeit ist vom Kolben zu leisten, so dass die von  der Kurbelwelle     abgebbare    Leistung geringer wird.

    Bis zum Schliessen des     Auslassventils    (Punkt 3) ist der  im Kompressionsraum vorhandene     Druck    praktisch       unverändert    geblieben; er wird im Beispiel zunächst  durch den Auswärtshub des Kolbens abgesenkt bis  zum Punkt 4. Zu diesem Zeitpunkt öffnet das     Hilfs-          auslassventil    und verbindet den Zylinderraum mit dem  Raum vor der den Verdichter antreibenden Turbine  16, so dass der Druck im Zylinder auf den dort herr  schenden     Druck,    der niedriger ist als der     Ladedruck,     absinkt.

   Die Einrichtung kann auch so ausgeführt  sein, dass das Absinken des     Druckes    im Zylinder  durch das     Hilfsventil    allein bewirkt wird. Nun öffnet  das     Einlassventil    (Punkt 5) und die Ladeluft spült, so  lange das     Hilfsauslassventil    noch offen ist, die Abgas  reste aus dem Zylinder. In Punkt 6 schliesst das     Hilfs-          auslassventil    und die Ladeluft tritt während des rest  lichen Auswärtshubes des Kolbens in den Zylinder  ein (Strecke 7- 1). In Punkt 1 schliesst das     Einlass-          ventil    und der Kompressionshub beginnt.  



  Die Arbeit, die der Kolben beim     Ausschieben    der  Abgase aus dem Zylinder zu leisten hatte, ist, wie  dem Diagramm entnommen werden kann, wesentlich  geringer als diejenige Arbeit, die eine Turbine leistet,  in der die Expansion dieser Abgasmenge vom     Expan-          sionsenddruck    im Zylinder auf den Druck vor der  den Turbolader treibenden Turbine mit gutem Wir  kungsgrad erfolgt. Auf diese Weise wird die Expan  sionsenergie der Abgase<I>(2-B-8-2)</I> weitaus wirt  schaftlicher ausgenützt als bei der herkömmlichen  Art der     Turboaufladung.     



  Die weitere Expansion der Abgase erfolgt in der  Turbine eines Abgasturboladers, der für eine Ruf  ladung bis zu 100 % ausgelegt werden kann.  



  In weiterer Ausgestaltung wird vorgeschlagen, zu  mindest das     Hilfsauslassventil,    dessen Öffnungsdauer  verhältnismässig kurz gehalten ist, damit im wesent  lichen nur Restgase entweichen, in an sich bekannter  Weise als Kegelventil mit zylindrischem Steueransatz  auszubilden.  



  Die Erfindung ist mit gleichem Erfolg sowohl bei  solchen Maschinen anwendbar, bei denen die Abgas-           turbine    oder die Abgasturbinen die Nutzleistung ab  geben, diese an die     Brennkraftmaschinenwelle    ab  geben, als auch bei solchen Maschinen, bei denen die  Nutzleistung unmittelbar weitergegeben wird.  



  Zur Verbesserung der Spülung kann weiter die  vom     Hilfsauslassventil    aus in den Raum vor der den  Verdichter antreibenden Abgasturbine führende Lei  tung in an sich bekannter Weise so bemessen sein,  dass die bei Öffnung des     Hilfsauslassventils    in die Lei  tung eintretende Druckwelle nach     Reflexion    am Lei  tungsende noch vor Schliessen des     Hilfsauslassventils     im Zylinder als Unterdruckwelle eintrifft.  



  In den     Fig.    2 und 3 der     Zeichnung    ist die Aus  bildung des Ausführungsbeispiels dargestellt.  



       Fig.    2 zeigt die     Brennkraftmaschine    in Draufsicht,       Fig.    3 stellt einen Schnitt durch das bei der Ma  schine nach     Fig.    2 verwendete     Hilfsauslassventil    dar.  



  In     Fig.    2 ist in der Draufsicht eine sechszylindrige       Viertaktbrennkraftmaschine    1 dargestellt, deren Zy  linderköpfe 2, 3, 4, 5, 6 und 7 je drei Ventile besitzen,  und zwar je ein     Einlassventil    8, ein     Hauptauslassventil     9 sowie ein     Hilfsauslassventil    10.     Einlassseitig    ist eine  allen Zylindern gemeinsame Sammelleitung 11 an  geordnet.

       Auslassseitig    sind für die durch die Haupt  auslassventile austretenden Abgase ebenfalls eine ge  meinsame Auffangleitung 12, für die durch die     Hilfs-          auslassventile    austretenden Abgase jedoch zwei, je  weils eine Zylindergruppe 2, 3 und 4 bzw. 5, 6 und 7  erfassende Sammelleitungen 13 bzw. 14 vorgesehen.  Abgasseitig sind fernerhin zwei mechanisch unabhän  gig voneinander arbeitende Abgasturbinen 15 und 16  angeordnet, von denen die erstere ihre Leistung über  ein aus den Zahnrädern 17, 18, 19 und 20 bestehen  des Getriebe an die Kurbelwelle der     Brennkraft-          maschine    abgibt, während die andere Turbine einen  Ladeluft durch die Leitung 11 zur Maschine för  dernden Verdichter 26 antreibt.  



  Strömungsmässig sind die Turbinen 15 und 16 so       hintereinandergeschaltet,    dass die durch die     Sammel-          leitung    12 abströmenden Abgase zuerst die Turbine  15 durchströmen. Aus der Turbine 16 heraus strö  men die Abgase durch die Leitung 21 ab. Die beiden       Abgassammelleitungen    13 und 14 führen in den Raum  22 vor der Turbine 16 und sind so ausgebildet, dass  die bei Öffnung des     Hilfsauslassventils    eines jeden Zy  linders in die Leitung eintretende Druckwelle nach  Reflexion am Leitungsende noch vor     Schliessen    des       Hilfsauslassventils    im Zylinder als Unterdruckwelle  eintrifft.  



  Aufschluss über die die Ventilsteuerung bestim  mende Wirkungsweise der Maschine geben das Dia  gramm nach     Fig.    1 und die hierzu gegebene Erläu  terung.  



       Fig.    3 stellt einen Schnitt durch eines der     Hilfs-          auslassventile    der     Brennkraftmaschine    nach     Fig.2       dar. Der     kegehge    Ventilteller 23 trägt einen dichtend  in     einer    Bohrung des Ventilgehäuses 25 geführten       zylindrischen    Ansatz 24.

   Die obere Kante dieses An  satzes arbeitet mit der     inneren        Begrenzungskante    des  Ventilsitzes so     zusammen,    dass der     Durchtrittsquer-          schnitt    zu     einem    Zeitpunkt freigegeben bzw. versperrt  wird, an dem das Ventil beim Öffnen und     Schliessen     eine gewisse     Hubgeschwindigkeit    hat. Der Vorteil  solcher Ventile gegenüber normalen Kegelventilen  besteht     somit    darin, dass bei der zur     Verfügung    ste  henden Steuerzeit der Zeitquerschnitt     wesentlich    grö  sser ist.



      Four-stroke injection internal combustion engine with exhaust gas turbocharger The invention relates to a four-stroke injection internal combustion engine with several, mechanically independent, flow-connected turbines in series, of which the turbine through which the flow lasts drives a supercharging compressor and the other exhaust gas turbine or the other exhaust gas turbines deliver useful power.



  The invention is based on the object of designing and operating a supercharged four-stroke internal combustion engine so that, on the one hand, high peak pressures are avoided, which are also a function of the boost pressure and are known to lead to disproportionately large dimensions of the crank drive in relation to the cylinder diameter, on the other hand However, similarly favorable fuel consumption can be achieved, as they were previously only achievable by abnormally high charging with accordingly high peak pressures.



  To solve this problem, it has already been proposed to arrange several exhaust gas turbines behind an internal combustion engine in such a way that they are connected in series in terms of flow, but are mechanically independent of one another. In this case, the exhaust gas turbines through which the gas flows first give their power to the engine shaft, while the turbine through which the flow lasts drives a supercharging compressor. In a special machine of this type, the gas turbine working on the internal combustion engine shaft can be switched off fluidically and mechanically.

   The shutdown takes place automatically as a function of the load on the internal combustion engine.



  In these known internal combustion engines, however, an improvement in economic efficiency is only achieved to a limited extent, since with them the maximum selectable back pressure must be smaller than the boost pressure with regard to the cylinder flushing, otherwise the residual gases cannot be flushed out of the working cylinders. Effective flushing of the dead space of the cylinder, however, is essential if the load weight in air and therefore oxygen in the cylinder is to be a maximum.

   As is known, the greater this weight, the greater the amount of fuel that can be burned with each work game. A larger amount of fuel burned corresponds to a higher indicated mean effective pressure. Since the Reibungsver losses remain roughly constant, the mechanical efficiency is greater, and there is thus a lower specific fuel consumption. These considerations apply essentially both to internal combustion engines in which the exhaust gases are accumulated in front of the exhaust gas turbines, as well as to machines with shock operation, i.e. those in which the kinetic energy of the exhaust gases is partially used to drive the turbines.



  A significant improvement in the economic efficiency of the aforementioned type of four-stroke injection engine is achieved according to the invention in that a) the turbine through which the exhaust gases flow first is designed so that the exhaust gases are pushed against a pressure over the entire piston travel even at full load that is as high as the boost pressure or higher than this, b) at full load, the boost pressure is greater than the pressure in front of the exhaust gas turbine driving the supercharger, c) the piston that still prevails in the dead space of the cylinder at the beginning of the suction stroke of the working piston,

    The pressure above the boost pressure is lowered either by an auxiliary exhaust valve alone or by the movement of the working piston and by the auxiliary exhaust valve at least approximately to the pressure in front of the exhaust gas turbine driving the supercharger and the exhaust gases are led into the space in front of this turbine, d) the inlet valve is only opened after the pressure in the cylinder has been reduced to or below the boost pressure.



  The main advantage of the internal combustion engine according to the invention is that although the exhaust gases are pushed out from the piston of the machine over the entire piston path against a pressure which is equal to or higher than the boost pressure, the residual gases are flushed out. In a known internal combustion engine in which the exhaust gases are pushed over the entire piston path against a pressure which is higher than the boost pressure, there is no flushing of the residual gases.

    Because in the internal combustion engine according to the invention the counter pressure can be increased up to the final expansion pressure of the gases in the cylinder at the end of the working stroke, a measure that has not yet been implemented.

   the energy still inherent in the expansion gases can be used in the machine according to the invention in accumulation mode with an efficiency not previously achieved. Another advantage of the internal combustion engine according to the invention is the lower thermal stress on the outlet valve compared to the stress in machines in which the pressure in the cylinder suddenly drops sharply at the end of the expansion stroke, so that the exhaust gases exit at high speed and accordingly give a lot of heat to the outlet valve and heat it up strongly.



  In the following, the mode of operation of an exemplary embodiment of the internal combustion engine according to the invention is described with reference to the visual line diagram according to FIG.

       This is based, for example, on a machine in which the pressure still prevailing in the dead space of the cylinder at the beginning of the intake stroke and above the boost pressure is reduced by the movement of the working piston and an auxiliary exhaust valve to the pressure in front of the exhaust gas turbine driving the supercharging compressor and the exhaust gases then fed into the space in front of this turbine.



  The pressure curve in the cylinder during the gas exchange can be seen from the idealized diagram.



  In the conventional exhaust gas turbocharging of four-stroke internal combustion engines, the pressure in the cylinder when the exhaust valve (2) was opened was essentially reduced to the pressure (8) in front of the turbine 15 and the exhaust gases were pushed out of the cylinder against this pressure. The energy of the exhaust gases corresponding to area 2-B-8-2 could only be partially recovered, namely only to the extent that it occurred in the form of kinetic energy.

   However, it is known that this effect in the exhaust gas turbine results in a reduction in the turbine efficiency due to the shock losses associated with the variable flow rate, so that actually only a small fraction of this area <I> (2-B-8 -2) </I> is really usable.



  In this case, the excess energy comes to the piston or crankshaft via the positive charge exchange loop (8-9-0-1).



  In contrast, in the machine described, the exhaust gases are pushed out by the piston against a pressure (2 - 3) that is higher than the boost pressure. In the diagram, this counter pressure is, for example, the same as the final expansion pressure in the cylinder. When the outlet valve is opened, the otherwise sudden pressure drop, which is associated with supersonic flow and, accordingly, with noise generation and strong heating of the outlet valve, is eliminated. The thrust work has to be done by the piston so that the power that can be delivered by the crankshaft is lower.

    Until the outlet valve closes (point 3), the pressure in the compression chamber has remained practically unchanged; In the example, it is first lowered by the outward stroke of the piston to point 4. At this point, the auxiliary exhaust valve opens and connects the cylinder space with the space in front of the turbine 16 driving the compressor, so that the pressure in the cylinder is reduced to the prevailing there Pressure, which is lower than the boost pressure, drops.

   The device can also be designed in such a way that the pressure in the cylinder is reduced by the auxiliary valve alone. Now the inlet valve opens (point 5) and the charge air flushes the exhaust gas residues out of the cylinder as long as the auxiliary outlet valve is still open. At point 6 the auxiliary exhaust valve closes and the charge air enters the cylinder during the rest of the outward stroke of the piston (distance 7-1). In point 1, the inlet valve closes and the compression stroke begins.



  The work that the piston had to do when pushing the exhaust gases out of the cylinder is, as can be seen from the diagram, much less than the work that a turbine does, in which the expansion of this amount of exhaust gas from the expansion pressure in the cylinder the pressure in front of the turbine driving the turbocharger takes place with a good degree of efficiency. In this way, the expansion energy of the exhaust gases <I> (2-B-8-2) </I> is used far more economically than with the conventional type of turbocharging.



  The further expansion of the exhaust gases takes place in the turbine of an exhaust gas turbocharger, which can be designed for a call charge of up to 100%.



  In a further embodiment it is proposed that at least the auxiliary outlet valve, whose opening time is kept relatively short so that essentially only residual gases escape, in a known manner as a cone valve with a cylindrical control attachment.



  The invention can be used with the same success both in machines in which the exhaust gas turbine or the exhaust gas turbines give the useful power from giving it to the internal combustion engine shaft, as well as in machines in which the useful power is passed on directly.



  To improve the purging, the line leading from the auxiliary outlet valve into the space in front of the exhaust gas turbine driving the compressor can be dimensioned in a known manner so that the pressure wave entering the line when the auxiliary outlet valve opens is still ahead after reflection at the end of the line Closing the auxiliary exhaust valve in the cylinder arrives as a vacuum wave.



  In Figs. 2 and 3 of the drawing, the training from the embodiment is shown.



       Fig. 2 shows the internal combustion engine in plan view, Fig. 3 shows a section through the auxiliary exhaust valve used in the Ma machine according to FIG.



  In Fig. 2, a six-cylinder four-stroke internal combustion engine 1 is shown in plan view, the Zy cylinder heads 2, 3, 4, 5, 6 and 7 each have three valves, namely an inlet valve 8, a main outlet valve 9 and an auxiliary outlet valve 10 a common manifold 11 to all cylinders arranged.

       On the outlet side, there is also a common collecting line 12 for the exhaust gases exiting through the main exhaust valves, but two collecting lines 13 and 7 respectively, each for a cylinder group 2, 3 and 4 or 5, 6 and 7, for the exhaust gases exiting through the auxiliary exhaust valves. 14 provided. On the exhaust side, two mechanically independent exhaust gas turbines 15 and 16 are also arranged, of which the former delivers its power to the crankshaft of the internal combustion engine via a gear consisting of gears 17, 18, 19 and 20, while the other turbine delivers one Charge air through line 11 to the machine promoting compressor 26 drives.



  In terms of flow, the turbines 15 and 16 are connected one behind the other in such a way that the exhaust gases flowing out through the collecting line 12 first flow through the turbine 15. The exhaust gases flow out of the turbine 16 through the line 21. The two exhaust manifolds 13 and 14 lead into the space 22 in front of the turbine 16 and are designed in such a way that the pressure wave entering the line when the auxiliary outlet valve of each cylinder opens, after reflection at the end of the line, arrives as a vacuum wave in the cylinder before the auxiliary outlet valve closes.



  Information about the mode of operation of the machine which determines the valve control is provided by the diagram according to FIG. 1 and the explanation given for this purpose.



       FIG. 3 shows a section through one of the auxiliary exhaust valves of the internal combustion engine according to FIG. 2.

   The upper edge of this approach works together with the inner delimiting edge of the valve seat in such a way that the passage cross section is released or blocked at a point in time when the valve has a certain stroke speed when opening and closing. The advantage of such valves compared to normal cone valves is that the time cross-section is significantly larger with the available control time.

 

Claims (1)

PATENTANSPRUCH Viertakteinspritzbrennkraftmaschine mit mehre ren, mechanisch unabhängigen, strömungsmässig hin- tereinandergeschalteten Abgasturbinen, von denen die zuletzt durchströmte Turbine einen Aufladeverdichter antreibt und die andere Abgasturbine oder die andern Abgasturbinen Nutzleistung abgeben, dadurch ge kennzeichnet, dass a) die von den Abgasen zuerst durchströmte Tur bine so ausgelegt ist, dass auch bei Vollast die Abgase über den ganzen Kolbenweg gegen einen Druck aus geschoben werden, der ebenso hoch wie der Lade druck oder höher als dieser ist, b) PATENT CLAIM Four-stroke injection internal combustion engine with several mechanically independent exhaust gas turbines connected one behind the other in terms of flow, of which the turbine through which the flow lasts drives a supercharging compressor and the other exhaust gas turbine or the other exhaust gas turbines emit useful power, characterized in that a) the turbine through which the exhaust gases flow first is designed so that even at full load, the exhaust gases are pushed out over the entire piston path against a pressure which is as high as the charging pressure or higher than this, b) bei Vollast der Ladedruck grösser ist als der Druck vor der den Aufladeverdichter antreibenden Abgasturbine, c) der zu Beginn des Ansaughubes des Arbeits kolbens im Totraum des Zylinders noch herrschende, at full load, the boost pressure is greater than the pressure in front of the exhaust gas turbine driving the supercharging compressor, c) the still prevailing in the dead space of the cylinder at the beginning of the suction stroke of the working piston, über dem Ladedruck liegende Druck entweder durch ein Hilfsauslassventil allein oder durch die Bewegung des Arbeitskolbens und durch das Hilfsauslassventil mindestens annähernd auf den Druck vor der den Aufladeverdichter antreibenden Abgasturbine ab gesenkt wird und die Abgase in den Raum vor dieser Turbine geführt werden, d) das Einlassventil erst nach Absenken des Druk- kes im Zylinder auf oder unter den Ladedruck ge öffnet wird. The pressure above the boost pressure is lowered either by an auxiliary exhaust valve alone or by the movement of the working piston and by the auxiliary exhaust valve at least approximately to the pressure in front of the exhaust gas turbine driving the supercharger and the exhaust gases are led into the space in front of this turbine, d) the inlet valve is only opened after the pressure in the cylinder has been reduced to or below the boost pressure. UNTERANSPRüCHE 1. Viertakteinspritzbrennkraftmaschine nach Pa tentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Hilfs- auslassventil als Kegelventil mit zylindrischem Steuer ansatz ausgebildet ist. SUBClaims 1. Four-stroke internal combustion engine according to the patent claim, characterized in that the auxiliary exhaust valve is designed as a cone valve with a cylindrical control approach. 2. Viertakteinspritzbrennkraftmaschine nach Un teranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die vom Hilfsauslassventil aus in den Raum vor der den Ver dichter antreibenden Abgasturbine führende Leitung so ausgebildet ist, dass die bei Öffnung des Hilfsaus- lassventils in die Leitung eintretende Druckwelle nach Reflexion am Leitungsende noch vor Schliessen des Hilfsauslassventils im Zylinder als Unterdruckwelle eintrifft. 2. Four-stroke injection internal combustion engine according to Un ter claims 1, characterized in that the line leading from the auxiliary outlet valve into the space in front of the exhaust gas turbine driving the Ver denser is designed so that the pressure wave entering the line when the auxiliary outlet valve is opened is still reflected at the end of the line arrives in the cylinder as a vacuum wave before the auxiliary exhaust valve closes.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP0091139A1 (en) * 1982-04-05 1983-10-12 BBC Brown Boveri AG Exhaust turbocharger on a supercharged diesel engine
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