DE1172899B

DE1172899B - Exhaust pipe system between an exhaust gas turbine and a reciprocating internal combustion engine

Info

Publication number: DE1172899B
Application number: DEA29806A
Authority: DE
Original assignee: Sir WG Armstrong Whitworth and Co Ltd
Current assignee: Sir WG Armstrong Whitworth and Co Ltd
Priority date: 1957-07-02
Filing date: 1958-07-01
Publication date: 1964-06-25

Description

Auspuffleitungsanlage zwischen einer Abgasturbine und einer Kolbenbrennkraftmaschine Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einem oder mehreren Zylindern mit Abgasöffnungen, aus welchen die gasförmigen Verbrennungsprodukte periodisch mit hoher Temperatur und unter Druck ausgestoßen werden und hierbei in einer Auspuffanlage primäre Druckimpulse erzeugen, deren Energie schließlich zum Antrieb einer Gasturbine ausgenutzt wird.Exhaust pipe system between an exhaust gas turbine and a reciprocating internal combustion engine The invention relates to an internal combustion engine with one or more cylinders with exhaust openings from which the gaseous combustion products periodically are ejected at high temperature and under pressure and thereby in an exhaust system generate primary pressure pulses, the energy of which ultimately drives a gas turbine is exploited.

~ Eine derartige Brennkraftmaschine kann beispielsweise eine Zweitakt-Brennkraftmaschine oder ein Kurbelwellen- bzw. Freikolben-Gasgenerator sein. Genauer gesagt, bezieht sich die Erfindung auf Verbesserungen der Auspuffleitungsanlagen derartiger Brennkr aftmaschinen.~ Such an internal combustion engine can, for example, be a two-stroke internal combustion engine or a crankshaft or free piston gas generator. More precisely, relates the invention is based on improvements in the exhaust line systems of such fuel aft machines.

Auspuffanlagen, bei denen der pulsierende Gasstrom über eine kurze Leitung unmittelbar an die Turbine abgegeben wird bzw. bei denen zwischen dem Verbrennungsraum und der Turbine eine Expansionskammer vorgesehen ist, sind bereits bekannt. Diese bekannten Anlagen besitzen jedoch einen niedrigen Gesamtwirkungsgrad.Exhaust systems in which the pulsating gas flow over a short Line is delivered directly to the turbine or where between the combustion chamber and an expansion chamber is provided for the turbine are already known. These known systems, however, have a low overall efficiency.

Wenn zur Verbindung der Abgasöffnung mit der Turbine eine kurze Leitung verwendet wird, überlagern sich der primäre Impuls der und die schnell erfolgenden Reflektionen bzw. Rückströmungen von der Turbine und bilden einen starken Impuls, dessen Druck sich verhältnismäßig langsam vermindert. Dies bedeutet, daß nach dem öffnen der Abgasöffnung eine außergewöhnlich lange Zeitspanne bis zum öffnen der Einlaßschlitze renfalls ein Rückstrom von Abgasen durch die Einlaßschlitze auftritt, wenn diese geöffnet werden.If a short line is used to connect the exhaust gas opening to the turbine is used, the primary impulse of the and the rapidly occurring are superimposed Reflections or backflows from the turbine and form a strong impulse, the pressure of which decreases relatively slowly. This means that after open the exhaust opening for an exceptionally long period of time before opening the Inlet slots if there is a backflow of exhaust gases through the inlet slots, when these are opened.

Wenn zwischen dem Verbrennungsraum und der Turbine eine Expansionskammer vorgesehen ist, dehnen sich die Gase in dieser Kammer aus, wobei sich ihr Druck verringert, so daß der Turbine durch den sich ergebenden gleichmäßig strömenden Niederdruck-Gasstrom nur sehr wenig ausnutzbare Druckenergie zugeführt wird.If there is an expansion chamber between the combustion chamber and the turbine is provided, the gases in this chamber expand and their pressure increases decreased so that the turbine through the resulting evenly flowing Low pressure gas flow only very little usable pressure energy is supplied.

Bei einer normalen Auspuffanlage treten an den Verbindungsstellen von Rohren unterschiedlicher Querschnittsfläche bzw. an Stellen, wo die Rohre in einen Sammler ein- oder aus diesem austreten, häufig für den Gaswechsel unvorteilhafte Rückströmungen auf, wobei diese Verbindungsstellen und Sammler zwecks Ausbildung einer einfachen herkömmlichen Auspuffanlage angeordnet sind, ohne daß deren Auswirkung auf die die Leitungen durchlaufenden Druckimpulse in Erwägung gezogen würde.In the case of a normal exhaust system, this occurs at the connection points of pipes with different cross-sectional areas or at points where the pipes are in a collector entering or leaving this, often disadvantageous for the gas exchange Backflows on, these junctions and collectors for the purpose of training a simple conventional exhaust system are arranged without their effect upon which pressure pulses traversing the lines would be considered.

Zur Vermeidung dier Nachteile beschäftigt sich die Erfindung in erster Linie mit der Hervorbringung eines Kompromisses zwischen der niedrigen Frequenz, dem hohen Druck und der hohen Energie des einzigen starken Impulses der kurzen Leitungsanlage und dem gleichmäßigen niedrigen Druck und der niedrigen Energie des gleichförmigen Gasstroms einer Expansionskammeranlage.The invention is primarily concerned with avoiding the disadvantages Line with making a compromise between the low frequency, the high pressure and the high energy of the only strong impulse of the short pipeline system and the uniform low pressure and low energy of the uniform Gas flow of an expansion chamber system.

Diese Aufgabe wird bei einer Auspuffleitungsanlage zwischen einer Abgasturbine und einer Kolbenbrennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinder, aus dessen Auspufföffnungen die gasförmigen Verbrennungsprodukte periodisch bei hoher Temperatur unter Druck über die Leitungsanlage an die Turbine abgegeben werden, wobei die Anlage ein erstes Leitungsrohr aufweist, das von den Auspufföffnungen der einzelnen Zylinder den jeweiligen primären Gasimpuls zu einer Verzweigungsstelle führt, wo eine Aufteilung des Gasimpulses in einen ersten Teilimpuls, durch durch ein zweites Leitungsrohr unmittelbar zur Turbine geführt wird, und einen zweiten Teilimpuls erfolgt, der über mindestens ein Wellenrohr nach Phasenverschiebung zur Turbine geführt wird, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Länge des Wellenrohres mindestens halb so lang ist wie die Wellenlänge des primären Gasimpulses, wobei im Fall der Verwendung mehrerer Wellenrohre alle praktisch die gleiche Länge haben.In the case of an exhaust pipe system, this task is carried out between a Exhaust gas turbine and a piston internal combustion engine with at least one cylinder whose exhaust ports the gaseous combustion products periodically at high The temperature is transferred to the turbine under pressure via the piping system, the system including a first conduit leading from the exhaust ports of the individual cylinders the respective primary gas pulse to a branch point performs where the gas pulse is divided into a first partial pulse a second pipe is led directly to the turbine, and a second Partial pulse takes place, which through at least one shaft tube after phase shift to Turbine is guided, according to the invention achieved in that the length of the shaft tube is at least half as long as the wavelength of the primary gas pulse, where in the case of using several corrugated tubes all have practically the same length.

Die Erhöhung des Wirkungsgrads der Turbine durch die erhöhte Frequenz und die verminderte Amplitude der Impulse beruht auf der gegenseitigen Abstimmung bzw. dem optimalen Verhältnis zwischen der Gesamtmasse des Gasstromes und der Turbinenleitschaufelkranz- Gesamtquerschnittsfläche. Jedes Segment bzw. Leitschaufel des Turbinenleitschaufelkranzes muß eine so große Fläche besitzen, daß sie den bei einem Impuls auftretenden Gasstrom ohne unerwünschten Gegendruck abzuleiten vermag, selbst wenn zu anderen Zeitpunkten des Gaswechselkreislaufs nur eine geringe Gasmenge an der Leitschaufel vorbeiströmt. Die verminderte Amplitude der Gasimpulse hat zur Folge, daß eine geringere Leitschaufelfläche den maximalen bei einem Impuls auftretenden Gasstrom abzuleiten vermag, während die erhöhte Frequenz dazu führt, daß der Gasstrom gleichförmiger wird. Wenn ein Turbinenleitschaufelkranz in eine Anzahl von Segmenten bzw. Schaufeln unterteilt ist, muß jedes Segment eine so große Fläche besitzen, daß es die von einem einzigen großen Impuls herrührende Gasmenge, welche die gesamten Abgase eines Zylinders umfaßt, abzuleiten vermag: hierbei wird jedoch während verhältnismäßig seltener Zeiträume im Verlauf des Gaswechselkreislaufs die Leitschaufelgesamtfläche im Verhältnis zur gesamten Gasmasse wesentlich größer als die optimale Fläche. Auf Grund der durch die Erfindung hervorgebrachten kleineren und häufigeren Impulse kann eine kleinere Leitschaufelfläche verwendet werden, so daß die Gesamtfläche der Leitschaufeln im Verhältnis zur Gesamtgasmenge näher am optimalen Wert gehalten wird und der Gasstrom gleichförmiger ist und einen höheren Mitteldruck besitzt als im Fall einer Expansionskammeranlage. Daneben vermag ein kleinerer Leitschaufelkranz aus dem niedrigeren Druck der Spülprodukte des Gaswechsels eine höhere Leistung zu schöpfen.The increase in the efficiency of the turbine due to the increased frequency and the reduced amplitude of the pulses is due to mutual coordination or the optimal ratio between the total mass of the gas flow and the turbine guide vane ring Total cross-sectional area. Each segment or vane of the turbine vane ring must have such a large area that it can accommodate the gas flow occurring with a pulse is able to dissipate unwanted back pressure, even if at other times of the gas exchange circuit only a small amount of gas flows past the guide vane. The reduced amplitude of the gas pulses has the consequence that a smaller guide vane area able to derive the maximum gas flow occurring during a pulse, while the increased frequency tends to make the gas flow more uniform. When a Turbine guide vane ring divided into a number of segments or blades is, each segment must have such a large area that it is that of a single one gas quantity resulting from large momentum, which comprises the entire exhaust gases of a cylinder, able to deduce: here, however, during relatively seldom periods of time the total area of the guide vane in relation to the total gas mass is much larger than the optimal area. Due to the the invention produced smaller and more frequent pulses can be a smaller one Guide vane area are used, so that the total area of the guide vanes in the Relation to the total amount of gas is kept closer to the optimal value and the gas flow is more uniform and has a higher mean pressure than in the case of an expansion chamber system. In addition, a smaller guide vane ring is able to use the lower pressure of the flushing products the gas exchange to create a higher performance.

Normale und zahlreiche spezielle Auspuffanlagen weisen zwischen den verschiedenen Rohren Zwischenverbindungen auf, die Wirkungen des Gasstroms hervorbringen, welche für die zufriedenstellende Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Anlage nachteilig sind. Demgemäß weist die erfindungsgemäße Auspuffleitungsanlage speziell für die Zylinder einer Mehrzylindermaschine, deren Auspufftakte sich nicht wesentlich überlappen, nur einen einzigen Verzweigungspunkt auf.Normal and numerous special exhaust systems point between the various pipes have interconnections that bring about the effects of the gas flow, which are disadvantageous for the satisfactory operation of the system according to the invention are. Accordingly, the exhaust line system according to the invention specifically for Cylinders of a multi-cylinder machine whose exhaust strokes do not significantly overlap, only has a single branch point.

Bei einer mehrere Zylinder aufweisenden Brennkraftmaschine rechtfertigt eine Erhöhung des Wirkungsgrads der Turbine oder dergleichen Vorrichtung eine gewisse Komplizierung der Auspuffleitungsanlage. Trotzdem ist es wünschenswert, die Anzahl der Leitungen und Rohre auf ein Mindestmaß herabzusetzen. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist eine Auspuffleitungsanlage für mehrzylindrige Kolbenbrennkraftmaschinen daher dadurch gekennzeichnet, daß für die Zylinder, deren Auspufftakte sich nicht wesentlich überlappen, eine besondere, zu einer Verzweigungsstelle in eine zweite Leitung führende Leitung vorgesehen ist, deren jeweils praktisch gleiche Länge mindestens halb so lang ist wie die Wellenlänge des primären Gasimpulses. Dadurch, daß eine erste bzw. Hauptleitung eines Verbrennungsraums außerdem als Wellenrohr mindestens eines anderen Verbrennungsraums dient, läßt sich die Anzahl von Leitungen und Rohren in vorteilhafter Weise verringern. Dem Fachmann auf diesem Gebiet ist es bekannt, daß in diesem Fall ein Kompromiß in der optimalen Rohrlänge erforderlich ist, so daß die von einer Hauptleitung geforderten Wirkungen nicht dadurch nachteilig beeinflußt werden, daß die Leitung, welche sowohl als Hauptleitung als auch als Wellenrohr zu wirken hat, so lang ausgebildet wird, daß sie wohl als Wellenrohr, jedoch nicht als Hauptleitung geeignet ist.In the case of an internal combustion engine with several cylinders, this is justified an increase in the efficiency of the turbine or similar device a certain amount Complication of the exhaust pipe system. Even so, it is desirable to increase the number of lines and pipes to a minimum. According to a further embodiment The invention is an exhaust line system for multi-cylinder piston internal combustion engines therefore characterized in that for the cylinders whose exhaust strokes are not substantially overlap, a special one, to a branch point in a second Line leading line is provided, each of which is practically the same length at least is half as long as the wavelength of the primary gas pulse. By having a first or main line of a combustion chamber also as a corrugated tube at least If another combustion chamber is used, the number of lines and pipes reduce in an advantageous manner. It is known to those skilled in the art that in this case a compromise in the optimal pipe length is necessary, so that the effects required of a main line are not adversely affected thereby be that the line, which both as a main line and as a shaft tube has to act, is formed so long that it is probably a wave tube, but not is suitable as a main line.

Alle Hauptleitungen sollten jeweils gleiche Länge besitzen, so daß die Wirkungen in den Leitungen und deren Rückwirkungen an der Verbrennungskammer bzw. Zylinder bei jedem Zylinder gleich sind und am selben Zeitpunkt des Auspufftakts jedes Zylinders auftreten. Durch diese Anordnung wird außerdem sichergestellt, daß keine unnötigen Unterteilungen der Rückströmungen bzw. Reflexionen der Impulse auftreten. Es ist wichtig, daß sich die Auspufftakte der Zylinder nicht im wesentlichen Ausmaß überlappen, da anderenfalls der Auspufftakt eines Zylinders die Aufladung, des in Zündreihenfolge gesehen vorangehenden Zylinders nachteilig beeinflußt.All main lines should be the same length so that the effects in the lines and their repercussions on the combustion chamber or cylinders are the same for each cylinder and at the same point in time of the exhaust stroke each cylinder. This arrangement also ensures that no unnecessary subdivisions of the return flows or reflections of the pulses occur. It is important that the exhaust strokes of the cylinders not be substantially increased overlap, as otherwise the exhaust stroke of a cylinder would reduce the turbocharging, the in Firing sequence seen the preceding cylinder adversely affected.

Während jedes Arbeitskreislaufs muß der Zylinder gespült und neu aufgeladen werden, wobei dieser Vorgang vorzugsweise mit einem Mindestaufwand an Energie erfolgen soll. Während der Spülperiode ist an den Abgasöffnungen des Zylinders in der Auspuffanlage ein niedriger Druck erforderlich. Zu diesem Zweck ist gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung der Leitungsquerschnitt an der Verzweigungsstelle größer als der der ersten Leitung, welche so lang bemessen ist, daß die durch die bei der Expansion der Gase an der Verzweigungsstelle erzeugte Verdünnungswelle bewirkte Niederdruckphase am Zylinderauslaß am Ende der Spülperiode auftritt.The cylinder must be purged and recharged during each working cycle This process is preferably carried out with a minimum of energy target. During the purging period there is at the exhaust ports of the cylinder in the exhaust system a low pressure is required. For this purpose, according to another preferred Embodiment of the invention, the line cross-section at the branch point is larger than that of the first line, which is so long that the through the at Expansion of the gases at the branch point caused a wave of dilution Low pressure phase occurs at the cylinder outlet at the end of the purge period.

Durch die unmittelbare Ausnutzung der Abgasenergie zur Hervorbringung des gewünschten niedrigen Druckes im Zylinder und in der Leitung mittels Verdünnungswellen wird gewährleistet, daß die Energie über einen kurzen Zeitraum hinweg wirksam wird und daher wirkungsvoller als bei der Anlieferung eines Impulses höheren Druckes an die Maschine ist, wobei die Maschine und der Kompressor diese Energie wieder in einen etwas höheren Spüldruck umwandeln müßten, was einen längeren Zeitraum in Anspruch nehmen würde.Through the direct use of the exhaust gas energy to produce the desired low pressure in the cylinder and in the line by means of dilution waves it ensures that the energy is effective over a short period of time and therefore more effective than delivering a higher pressure pulse to the machine, whereby the machine and the compressor return this energy would have to convert into a slightly higher flushing pressure, which would take a longer period of time Would take.

Eine den vorstehend genannten Erfordernissen entsprechende erfindungsgemäße Auspuffanlage weist eine erste bzw. Hauptleitung mit einer Querschnittsfläche auf, welche praktisch derjenigen der Abgasöffnung entspricht und über vorgegebene Länge hinweg konstant bleibt. Am Ende dieser Leitungslänge wird der Abgasimpuls an der Verzweigungsstelle eines oder mehrerer Wellenrohre in Teilimpulse geteilt. Die an der Verzweigungsstelle auftretende Ausdehnung der Gasprodukte ruft eine Verdünnungswelle hervor, die zu den Abgasöffnungen zurückläuft und an diesen während eines beträchtlichen Teils der Spülperiode einen Niederdruck verursacht. Die Größe und Dauer dieser Niederdruckphase wird durch die Anordnungen für die Gasausdehnung an der Verzweigungsstelle geregelt. Wenn der Gesamtquerschnitt der Rohre, in welche der Impuls aufgeteilt wird, etwa gleich demjenigen der Hauptleitung ist, tritt eine geringe Ausdehnung auf; falls jedoch zwei oder mehr Rohre dieselbe Querschnittsfläche besitzen wie die Hauptleitung. tritt eine beträchtliche Ausdehnung auf und pflanzt sich eine zufriedenstellende Verdünnungswelle zurück zum Zylinder fort. In den meisten Fällen reicht eine plötzliche Querschnittsänderung aus, doch kann der Übergang von einem Querschnitt zum anderen auch durch Verjüngung der Leitungen allmählicher erfolgen, so daß die Dauer der hierbei erzeugten Rückwirkungen bzw. Reflexionen erhöht und ihre Amplitude verringert werden.One according to the invention corresponding to the above-mentioned requirements Exhaust system has a first or main line with a cross-sectional area which practically corresponds to that of the exhaust opening and over a predetermined length remains constant throughout. At the end of this line length, the exhaust gas pulse is sent to the Branch point of one or more shaft tubes divided into partial pulses. The on The expansion of the gas products occurring at the branching point causes a dilution wave that runs back to the exhaust ports and on them for a considerable time Part of the flushing period causes a low pressure. The size and duration of this low pressure phase is regulated by the arrangements for gas expansion at the branching point. If the total cross-section of the tubes into which the impulse is divided is approximately is equal to that of the main line, a slight expansion occurs; if however, two or more pipes have the same cross-sectional area as the main pipe. there is a considerable expansion and a satisfactory planting itself Dilution wave continued back to the cylinder. In most cases, a sudden one is enough Change in cross-section, but the transition from one cross-section to another can occur also be done more gradually by tapering the lines, so that the duration of the repercussions or reflections generated here increases and their amplitude be reduced.

Die Turbine ist nicht in der Lage, die Energie von negativen Wellen auszunutzen, doch können diese im Verbrennungsraum zum Spülen und Aufladen desselben verwendet werden. Diese Wirkung wird ohne nachteilige Auswirkung auf das Erfordernis der Erhöhung der Frequenz der der Turbine zugeführten Impulse erreicht.The turbine is unable to take the energy from negative waves to use, but they can be in the combustion chamber for flushing and charging the same be used. This effect is without adversely affecting the requirement the increase in the frequency of the impulses supplied to the turbine.

Es ist wichtig, daß die zum Verbrennungsraum zurückgeworfenen Druckimpulse das Spülen und Aufladen des Zylinders nicht nachteilig beeinflussen. Außerdem kann das Füllen des Zylinders verbessert werden, wenn diese Vorgänge am richtigen Zeitpunkt des Takts erfolgen. Ein zum Ende des Aufladetakts hin an den Abgasöffnungen herrschender erhöhter Druck verhindert ein Austreten der Frischgasfüllung in die erste Leitung und kann bereits in diese Leitung ausgetretenes Frischgas wieder in den Zylinder zurückdrängen. Erfindungsgemäß wird daher die zweite Leitung der Leitungsanlage speziell so lang ausgebildet, daß von der Turbine reflektierte und über die Leitungen zum Zylinder zurücklaufende Druckimpulse diesen erst nach praktisch vollständiger Beendigung seiner Spülung erreichen.It is important that the pressure pulses returned to the combustion chamber do not adversely affect the purging and charging of the cylinder. Also can The filling of the cylinder can be improved if these operations are carried out at the right time of the cycle. One prevailing at the exhaust gas openings towards the end of the charging cycle increased pressure prevents the fresh gas filling from escaping into the first line and fresh gas that has already leaked into this line can return to the cylinder push back. According to the invention, the second line of the line system is therefore specially designed so long that reflected from the turbine and over the lines Pressure impulses returning to the cylinder do so only after they are practically complete Achieve completion of his flush.

Schließlich besteht noch ein spezielles Merkmal der erfindungsgemäßen Auspuffleitungsanlage darin, daß das Wellenrohr an seinem vom Verzweigungspunkt entfernten Ende geschlossen ist und die Länge des Wellenrohres so bemessen ist, daß einerseits der Gesamtweg des Teiles des aufgeteilten Teilimpulses bis zur Maschine länger ist als die Länge des durch die zweite Leitung festgelegten direkten Weges, und daß andererseits mindestens ein anderer Teil des über die erste Leitung zum Zylinder zurücklaufenden aufgeteilten Teilimpulses diesen erst nach praktisch vollständiger Beendigung seiner Spülung erreichen.Finally, there is also a special feature of the invention Exhaust pipe system in that the shaft pipe at its from the junction point the distal end is closed and the length of the corrugated tube is dimensioned so that that on the one hand the total path of the part of the divided partial pulse to the machine is longer than the length of the direct route established by the second line, and that on the other hand at least one other part of the via the first line to Cylinder returning divided partial pulse this only after practically complete Achieve completion of his flush.

Das ein geschlossenes Ende aufweisende Wellenrohr ermöglicht die Verwendung einer kürzeren Rohrlänge, während die vorstehend erwähnten vorteilhaften Wirkungen beibehalten werden.The closed end corrugated tube enables use a shorter pipe length while having the aforementioned advantageous effects to be kept.

Die Größe des Druckimpulses in jeder Leitung vermindert sich in Abhängigkeit von der Querschnittsfläche der Leitungen und Rohre, in welche diese Leitung unterteilt wird. Der im Wellenrohr vorhandene Teilimpuls kann sich über einen längeren Bewegungsweg als dem der zweiten Leitung bewegen, so daß er an der Turbine anlangt, wenn der durch die zweite Leitung hindurchgelaufene Teilimpuls das Aufwenden seiner Energie zum Antrieb der Turbine bereits praktisch beendet hat. Andererseits kann aber auch der Teilimpuls im Wellenrohr an dessen geschlossenem Ende ohne Veränderung seines Vorzeichens reflektiert werden, so daß sich ein positiver Impuls längs des Wellenrohres zur Verzweigungsstelle zurückbewegt, an welcher er geteilt wird, und sich ein Teilimpuls längs der zweiten Leitung bewegt und die Turbine antreibt, während ein weiterer Teilimpuls zum Zylinder zurückläuft und in diesem gegen Ende der Aufladeperiode den Druck anhebt. Während die Turbinenleitschaufeln als teilweise geschlossenes Ende wirken und eine Drosselung des Gasstroms bewirken, wird außerdem ein Teil der Energie aller die Turbine erreichenden Impulse zum Zylinder und zum Wellenrohr zurückreflektiert. Eine erfindungsgemäße Rohrleitung beträchtlicher Länge besitzt die weitere vorteilhafte Wirkung, daß das in die Rohrleitung gelangende kühle Spülmedium neben der Abgasöffnung verbleibt, bis sich diese beim nächsten Takt erneut öffnet. Diese Wirkung ist speziell dann von Vorteil, wenn zur Steuerung der Abgasöffnung ein Ventil verwendet wird, da das Vorhandensein des kühlen Spülmediums über einen großen Teil des Takts die Temperatur des Auslaßventils herabsetzt.The size of the pressure pulse in each line decreases as a function on the cross-sectional area of the conduits and pipes into which this conduit is divided will. The partial impulse present in the shaft tube can extend over a longer movement path than that of the second line so that it arrives at the turbine when the The partial pulse that has passed through the second line requires its energy to be expended to drive the turbine has already practically ended. On the other hand, it can also the partial pulse in the shaft tube at its closed end without changing its Sign are reflected, so that a positive pulse along the shaft tube moves back to the branch point at which it is divided, and a partial pulse moves along the second line and drives the turbine, while another Partial pulse runs back to the cylinder and in this towards the end of the charging period raises the pressure. While the turbine vanes as a partially closed End act and cause a throttling of the gas flow, will also be part of the Energy of all impulses reaching the turbine are reflected back to the cylinder and the shaft tube. A pipeline according to the invention of considerable length has the further advantageous one Effect that the cool flushing medium getting into the pipeline next to the exhaust gas opening remains until it opens again with the next cycle. This effect is special advantageous if a valve is used to control the exhaust opening, because the presence of the cool flushing medium over a large part of the cycle the Temperature of the outlet valve lowers.

Durch die beschriebenen Anordnungen wird gewährleistet, daß ein zusätzlicher, von der Brennkraftmaschine bzw. getrennt angetriebener Kompressor nicht unbedingt erforderlich ist, jedoch verwendet werden kann, um das Anlassen der Maschine zu unterstützen bzw. um eine sehr hohe Beschleunigung der Brennkraftmaschine zu erzielen, falls eine solche erforderlich ist. In diesen Fällen gehen die Vorteile der erfindungsgemäßen Anlage nicht verloren, da die zum Antrieb des zusätzlichen Kompressors erforderliche Kraft wesentlich geringer ist als bei bekannten Anlagen dieser Art.The arrangements described ensure that an additional, not necessarily from the internal combustion engine or separately driven compressor is required but can be used to start the machine too support or to achieve a very high acceleration of the internal combustion engine, if one is required. In these cases, the advantages of the invention go The system is not lost, as the one required to drive the additional compressor Force is much lower than in known systems of this type.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Zeichnungen, in deren Figuren bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Auspuffleitungsanlage beispielhaft dargestellt sind. Es zeigt F i g. 1 eine schematische Darstellung einer einfachen Auspuffleitungsanlage mit den Merkmalen der Erfindung, F i g. 2 eine Darstellung der Druckänderungen nahe den Auspufföffnungen und der Maschine für die Anlage gemäß F i g. 1, F i g. 3 eine schematische Darstellung einer abgewandelten Ausführungsform einer Auspuffleitungsanlage mit den Merkmalen der Erfindung, F i g. 4 eine Darstellung der Druckänderungen nahe der Auspufföffnung und der Maschine bei der in F i g. 3 dargestellten Anlage, F i g. 5 eine Darstellung einer für einen Dreizylindermotor geeigneten Wellenrohranlage, F i g. 6 eine Darstellung der Druckänderungen nahe der Auspufföffnung und der Maschine bei der in F i g. 5 dargestellten Anlage, F i g. 7 eine Seitenansicht einer Sechszylindermotoranordnung nebst hierfür geeigneter Auspuffleitungsanlage gemäß der Erfindung und F i g. 8 eine Aufsicht auf Motor und Auspuffleitungsanlage gemäß F i g. 7.Further features and advantages of the invention emerge from the drawings, in their figures preferred embodiments of the exhaust line system according to the invention are shown by way of example. It shows F i g. 1 is a schematic representation of a simple exhaust line system with the features of the invention, F i g. 2 shows an illustration the pressure changes near the exhaust ports and the machine for the system according to F i g. 1, Fig. 3 shows a schematic representation of a modified embodiment an exhaust line system with the features of the invention, F i g. 4 shows an illustration the pressure changes near the exhaust port and the engine at the time shown in FIG. 3 illustrated plant, F i g. 5 is an illustration for a three-cylinder engine suitable corrugated pipe system, F i g. 6 shows a representation of the pressure changes the exhaust port and the engine in the case of FIG. 5 plant shown, F i g. 7 shows a side view of a six-cylinder engine arrangement together with a suitable one Exhaust line system according to the invention and FIG. 8 a top view of the engine and Exhaust pipe system according to FIG. 7th

Die Erfindung kann praktisch bei einem vorverdichteten Zweitakt-Verbrennungsmotor jeder beliebigen, bekannten Bauart angewendet werden, bei dem die Frischladung von einem mittels Abgasturbine beliebiger Bauart angetriebenen Kompressor geliefert wird. Zur Überführung der Frischladung vom Kompressor zu den Zylindern können die normalen Anordnungen benutzt werden. Die Gesamtmenge der in jeden Zylinder eintretenden Frischladung sollte zum Spülen, Laden und Vorverdichten des Zylinders auf den erforderlichen Druck ausreichen und auch die Zusatzmenge liefern, die in die Auspuflleitungsanlage eintritt, dort bis zum Ende der Ladeperiode verbleibt und somit am nachfolgenden Verbrennungsprozeß nicht beteiligt ist.The invention can be useful in a supercharged two-stroke internal combustion engine any known type can be used in which the fresh charge of supplied to a compressor driven by an exhaust gas turbine of any type will. To transfer the fresh charge from the compressor to the cylinders, the normal arrangements can be used. The total amount of entering each cylinder Fresh loading should be used for flushing, loading and precompressing the cylinder to the required levels Sufficient pressure and also deliver the additional amount that goes into the exhaust pipe system occurs, remains there until the end of the charging period and thus on the following Combustion process is not involved.

Im folgenden sind gewisse Auspuffleitungsanlagen mit den Merkmalen der Erfindung unter Bezugnahme auf ihre schematische Anordnung und Druck-Zeit-Diagramme beschrieben, welche die Druck- Wechselfolgen in der Auspufföffnung und nach der Maschine hin während der Auspuffspül- und -ladeperiode zeigen. Dabei sind allerdings nur die größeren Druckschwankungen dargestellt, da sie es sind, welche die verschiedenen Auspuffleitungsanlagen voneinander unterscheiden.The following are certain exhaust pipe systems with the characteristics of the invention with reference to its schematic arrangement and pressure-time diagrams described which the printing Change sequences in the exhaust port and point towards the engine during the exhaust purge and charge period. Included however, only the larger pressure fluctuations are shown, since they are which distinguish the various exhaust pipe systems from one another.

In allen die Erfindung darstellenden Zeichnungen sind die Druckdiagramme mit der Stellung in Linie gesetzt, an der die Druckaufzeichnungen erfolgen, so daß die Ouerschnittsänderung, an der eine Reflexion auftritt, erkannt werden kann. Innerhalb ihrer Darstellungsgrenzen handelt es sich um Entfernungs-Zeit-Diagramme, in denen die Neigung der gleichwertige Erscheinungen verbindenden Linien ein Maß für die Geschwindigkeit ist, mit welcher der Impuls bzw. die Welle die Leitung durchläuft. Die Größe des Anfangsimpulses ändert sich mit Maschinentyp und -leistung, und die relativen Größen der zurückgeworfenen Impulse hängen von der Form der Auspuffsysteme ab. Zwecks leichteren Verständnisses der verschiedenen erfindungsgemäßen Ausführungsformen sind die Figuren zwecks einfacher und klarer Darstellung der Vorgangsfolgen in gewissem Ausmaß nur andeutend und schematisch gezeichnet.In all of the drawings depicting the invention are the pressure diagrams set in line with the position at which the pressure records are made so that the change in cross section at which a reflection occurs can be recognized. Within their display limits are distance-time diagrams in which the inclination of the lines connecting the equivalent phenomena is a measure of the The speed at which the impulse or the wave travels through the line. The size of the initial pulse changes with the machine type and power, and the relative sizes of the reflected pulses depend on the shape of the exhaust systems away. To facilitate understanding of the various embodiments of the present invention are the figures for the purpose of simple and clear illustration of the sequence of operations in a certain way Extent only indicated and drawn schematically.

Die angewandten Abkürzungen haben folgende Bedeutung: EO=Auspuff öffnet sich, AO=Einlaß öffnet sich, AC=Einlaß schließt sich, EC=Auspuff schließt sich und BDC=unterer Totpunkt, nämlich der Punkt, an dem der Kolben am weitesten von der Verbrennungskammer entfernt steht.The abbreviations used have the following meanings: EO = exhaust opens opens, AO = inlet opens, AC = inlet closes, EC = exhaust closes and BDC = bottom dead center, namely the point at which the piston is furthest from the Combustion chamber is removed.

In F i g. 1 ist eine einfache Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wellenrohr-Auspuffleitungsanlage dargestellt, wie sie für einen Einzylindermotor erforderlich ist. Es sei angenommen, daß sich der Motor nahe dem Ende seines Arbeitshubes befindet. Dann ist der Zylinder 1 mit heißen, hochverdichteten Gasen angefüllt. Beim öffnen der Auspufföffnung 2 erzeugt der Gasinhalt des Zylinders 1 einen den primären Gasimpuls bildenden Druckstoß. der sich von der Öffnung 2 weg in der ersten Leitung 3 fortpflanzt und bei Erreichen der Abzweigung 4 unter entsprechender Amplitudenverkleinerung gemäß dem neu eingenommenen Querschnitt aufteilt, wobei er zu einem Teil in der zweiten Leitung 5 bis zur Turbine 10 weiterläuft und zum anderen Teil in das Wellenrohr 6 eintritt. Die an der Abzwei;ung 4 auftretende Ausdehnung erzeugt in der ersten Leitung 3 eine Verdünnungswelle. die zum Zylinder 1 zurückläuft und seinen Innendruck herabsetzt, wodurch sein Ausspülen durch die Frischladung unterstützt wird, die durch die vom Kolben 8 geöffneten Schlitze 7 eintritt. Währenddessen hat der den ersten Teilimpuls bildende Druckstoß in der zweiten Leitung 5 den Druck an den Turbinendüsen zum Antrieb der Turbine 10 erhöht. Infolge der von den Düsen geschaffenen Strömungshemmung wird etwas von der Druckstoßenergie durch die zweite Leitung 5 hindurch zurückgeworfen, wovon ein Teil in das Wellenrohr 6 eintritt und ein anderer Teil bis zum Zylinder 1 zurückläuft, während eine geringe Verdünnungswelle zur Turbine zurückkehrt.In Fig. 1 shows a simple embodiment of the corrugated pipe exhaust line system according to the invention, as is required for a single-cylinder engine. Assume that the engine is near the end of its power stroke. Then the cylinder 1 is filled with hot, highly compressed gases. When the exhaust port 2 is opened, the gas content of the cylinder 1 generates a pressure surge which forms the primary gas pulse. which propagates away from the opening 2 in the first line 3 and when it reaches the junction 4 splits with a corresponding reduction in amplitude according to the newly assumed cross-section, with part continuing in the second line 5 to the turbine 10 and the other part into the Shaft tube 6 enters. The expansion occurring at the branch 4 generates a dilution wave in the first line 3. which runs back to the cylinder 1 and reduces its internal pressure, whereby its flushing is supported by the fresh charge that enters through the slits 7 opened by the piston 8. Meanwhile, the pressure surge in the second line 5, which forms the first partial pulse, has increased the pressure at the turbine nozzles for driving the turbine 10. As a result of the flow restriction created by the nozzles, some of the pressure surge energy is thrown back through the second conduit 5, part of which enters the shaft tube 6 and another part runs back to the cylinder 1, while a slight dilution wave returns to the turbine.

Da das Wellenrohr 6 an seinem Ende 9 geschlossen ist, wird der den zweiten Teilimpuls bildende Druckstoß in ihm ohne Vorzeichenwechsel reflektiert, gelangt wieder zur Abzweigung 4 und läuft von da zu einem Teil in der zweiten Leitung 5 zur Turbine 10 und zum anderen Teil in der ersten Leitung 3 zum Zylinder zurück. Auf Grund der größeren durchlaufenen Entfernung erreicht der das Wellenrohr 6 durchlaufende, den zweiten Teilimpuls bildende Druckstoß die Turbine 10 später als der in der zweiten Leitung 5 direkt weitergeleitete, den ersten Teilimpuls bildende Druckstoß. Die Längen der Leitungen und Rohre sind so gewählt, daß das Zylinderausspülen praktisch vor dem Eintreffen des von der Turbine oder dem geschlossenen Ende 9 des Wellenrohres 6 zurücklaufenden Druckstoßes an der Auspufföffnung beendet ist.Since the shaft tube 6 is closed at its end 9, the pressure surge forming the second partial pulse is reflected in it without a change in sign, arrives again at junction 4 and runs from there to part in the second line 5 to the turbine 10 and the other part in the first line 3 back to the cylinder. Due to the greater distance traveled, the pressure surge passing through the shaft tube 6 and forming the second partial pulse reaches the turbine 10 later than the pressure surge which is directly transmitted in the second line 5 and forms the first partial pulse. The lengths of the lines and pipes are chosen so that the cylinder flushing is practically ended before the pressure surge from the turbine or the closed end 9 of the shaft pipe 6 arrives at the exhaust port.

Die Unterstützung des Spülvorganges durch die Verdünnungswelle ermöglicht es. daß er zum größeren Teil stattfindet, bevor der Motorkolben den unteren Totpunkt erreicht. Die hierdurch erzielten Vorteile werden später im einzelnen beschrieben werden. Ein weiterer Vorteil der Auspuffleitungsanlage mit Wellenrohr liegt darin, daß die Leitungslängen so abgestimmt werden können, daß an der Auspufföffnung kurz vor dem Schließen der Einlässe ein Druckstoß ankommt und dann die Auspufföffnung zwar später als die Einlässe, aber noch früh genug geschlossen wird, bevor der von dem Zylinderinneren reflektierte Druckstoß entweichen kann. Dadurch läßt sich zumindest ein Teil des Druckstoßes im Zylinder einfangen und der Druck in der Frischladung erhöhen. Für die Erzielung einer hohen Maschinenleistung mag diese letzterwähnte Besonderheit nicht wesentlich sein, da bei der erfindungsgemäßen Auspuffleitungsanlaee Hochleistungs-Hochdruck-Turbolader eine ausreichende Frischladungsmenge mit so hohem Druck liefern können, daß die im Zylinder zurückbleibende Menge mit Sicherheit das für eine gute Verbrennung erforderliche Minimum übersteigt. Überdies machen diese reflektierten Druckstöße auf die Gesamtladung nicht viel aus, wenn ein hoher Ladedruck zur Verfügung steht. F i g. 2 zeigt die Druckänderungen in der Nähe der Auspufföffnung der in F i g. 1 dargestellten Anlage für einen Einzylindermotor mit praktisch konstanter Drehzahl. 11 ist der ursprüngliche Auspuffdruckstoß, der sogenannte primäre Gasimpuls, beim Verlassen der Auspufföffnung 2 und 12 die durch die Ausdehnung an der Abzweigung 4 verursachte Verdünnungswelle, während 13 ein Teil des vom Turbinendüsenring reflektierten Druckstoßes 11 und der gleichzeitigen Reflexion vom geschlossenen Ende 9 des Wellenrohres 6 ist. Die Ankunftszeit der Welle 12 am Zylinder hängt von der Länge der Leitung 3 ab, die des Druckstoßes 13 von der Länge der Leitungen 3 und 5 und der Leitung 3 und des Rohres 6 ab, wobei 5 und 6 gleich lang sind. In dem Druckdiagramm an der Turbine ist der den ersten Teilimpuls bildende Druckstoß 14a ein Teil des über die Leitung 5 zur Maschine gelaufenen Anfangsdruckstoßes 11 und Druckstoß 14b die Reflexion des anderen Teiles des Anfangsdruckstoßes 11 am geschlossenen Ende 9 des Wellenrohres 6: da er aber an der Turbine nicht auftritt, ist er punktiert gezeichnet und dient nur zur Darstellung des Ursprungs eines Teiles der Druckstöße 13 und 15. Der Druckstoß 15 ist ein Teil des Druckstoßes 14 b, der die Turbine nach Reflexion am geschlossenen Ende des Wellenrohres 6 und nach Unterteilung an der Abzweigung 4 als zweiter Teilimpuls erreicht hat, und wird noch weiterhin um den Betrag der gleichzeitig auftretenden, aber kleineren Verdünnungswelle verkleinert, die zur Turbine zurückläuft, wenn sich der Druckstoß 14 a auf seinem Rückweg zum Zylinder an der Abzweigung 4 ausdehnt. Bei diesem einfachen Beispiel sollte die Länge der ersten Leitung 3 zwischen Auspufföffnung 2 und Abzweigung 4 etwa der Wellenlänge des primären Gasimpulses entsprechen. in dicsem Fall erreicht die Front der von der Abzweigung 4 reflektierten Verdünnungswelle 12 die Auspufföffnung etwa dann, wenn der Druck in dem Zylinder auf den Spüldruck abgefallen ist. Bei kürzerer Länge der Leitung 3 erreicht die reflektierte Welle die Auspufföffnung früher und verursacht einen schnelleren Druckabfall im Zylinder. Obgleich der erste Teil der Welle dadurch einen vorzeitigen Spülvorgangsbeginn unterstützt, beeinflußt er das Spülen selbst, womit die Gasentfernung aus dem Zylinder nach Abfallen ihres Druckes auf den Ladeluftdruck gemeint ist., tatsächlich kaum. Die zweite Leitung 5 und das Rohr 6 sollten so lang sein, daß der von der Turbine 10 und dem geschlossenen Rohrende 9 reflektierte Druckstoß 13 die Auspufföffnung 2 erst dann erreicht, wenn die Verdünnungswelle 12 ihre Einwirkung auf den Zylinderinhalt abgeschlossen hat. Beide Rohre 5 und 6 sollten also etwa g; nau so lang sein wie die halbe Wellenlänge des Druckstoßes und damit doppelt so lang wie die erste Leitung 3. Wenn beim Schließen der Auspufföffnung kein Druckstoß erwünscht ist, müssen beide Rohre 5 und 6 länger oder kürzer gemacht werden. Alljemein können die Querschnittsflächen aller Leitungen und Rohre etwa gleich der Fläche der Auspufföffnungen sein, bei einigen Leitungsanlagen können jedoch unterschiedliche Querschnittsflächen eine weitere Verbesserung ergeben. Vorausgesetzt, daß die erforderlichen Bedingungen erreicht werden, gestatten kleinere Querschnittsflächen und Längen keine so große Ausdehnung wie große Flächen und Längen und erhalten somit die Druckstoßenergie, so daß mehr Energie an die Turbine geliefert und reflektiert wird.The support of the rinsing process by the dilution wave makes it possible. that it takes place for the most part before the engine piston reaches bottom dead center. The advantages achieved in this way will be described in detail later. Another advantage of the exhaust line system with corrugated pipe is that the line lengths can be adjusted so that a pressure surge arrives at the exhaust opening shortly before the inlets close and then the exhaust opening is closed later than the inlets, but early enough before the from the cylinder interior reflected pressure surge can escape. In this way, at least part of the pressure surge can be captured in the cylinder and the pressure in the fresh charge can be increased. This last-mentioned feature may not be essential for achieving high engine performance, since the high-performance high-pressure turbocharger according to the invention can deliver a sufficient amount of fresh charge at such a high pressure that the amount remaining in the cylinder surely exceeds the minimum required for good combustion . In addition, these reflected pressure surges do not make much of an overall charge when a high boost pressure is available. F i g. FIG. 2 shows the pressure changes in the vicinity of the exhaust port of the FIG. 1 shown system for a single cylinder engine with practically constant speed. 11 is the original exhaust pressure surge, the so-called primary gas pulse, when leaving the exhaust port 2 and 12, the dilution wave caused by the expansion at junction 4, while 13 is part of the pressure surge 11 reflected by the turbine nozzle ring and the simultaneous reflection from the closed end 9 of the shaft tube 6 is. The arrival time of the shaft 12 at the cylinder depends on the length of the line 3, that of the pressure surge 13 on the length of the lines 3 and 5 and the line 3 and the pipe 6, 5 and 6 being the same length. In the pressure diagram at the turbine of the first partial pulse forming pressure surge 14a is a part of the overflowed via line 5 to the engine start pressure pulse 11 and surge 14 b, the reflection of the other part of the initial pressure pulse 11 at the closed end 9 of the shaft tube 6 because it but at the turbine does not occur, it is drawn dotted and only serves to illustrate the origin of part of the pressure surges 13 and 15. The pressure surge 15 is part of the pressure surge 14 b, which the turbine after reflection at the closed end of the shaft tube 6 and after subdivision has reached branch 4 as the second partial pulse, and is still reduced by the amount of the simultaneously occurring but smaller dilution wave that runs back to the turbine when the pressure surge 14a expands on its way back to the cylinder at branch 4. In this simple example, the length of the first line 3 between the exhaust port 2 and the junction 4 should correspond approximately to the wavelength of the primary gas pulse. In this case, the front of the dilution wave 12 reflected by the junction 4 reaches the exhaust port approximately when the pressure in the cylinder has dropped to the scavenging pressure. With a shorter length of the line 3, the reflected wave reaches the exhaust port earlier and causes a faster pressure drop in the cylinder. Although the first part of the shaft supports an early start of the purging process, it hardly influences the purging itself, which means the removal of gas from the cylinder after its pressure has dropped to the charge air pressure. The second line 5 and the pipe 6 should be long enough that the pressure surge 13 reflected by the turbine 10 and the closed pipe end 9 does not reach the exhaust port 2 until the dilution shaft 12 has completed its action on the cylinder contents. Both tubes 5 and 6 should therefore be about g; be exactly as long as half the wavelength of the pressure surge and thus twice as long as the first line 3. If no pressure surge is desired when closing the exhaust opening, both pipes 5 and 6 must be made longer or shorter. In general, the cross-sectional areas of all lines and pipes can be approximately the same as the area of the exhaust ports, but in some piping systems different cross-sectional areas can result in a further improvement. Provided that the required conditions are met, smaller cross-sectional areas and lengths do not allow as great an expansion as large areas and lengths and thus preserve the surge energy so that more energy is delivered to the turbine and reflected.

Bei der in F i g. 3 dargestellten, abgewandelten Ausführungsform führt das Wellenrohr 6 a direkt zur Turbine 10, so daß die Energie des Druckstoßes in ihm direkt ohne weitere Teilung und ohne Verlust durch Zwischenreflexion an die Turbine abgegeben wird. Das Wellenrohr 6a sollte etwa dreimal so lang wie die zweite Leitung 5 sein.In the case of the in FIG. 3 shown, modified embodiment leads the shaft tube 6 a directly to the turbine 10, so that the energy of the pressure surge in him directly without further division and without loss through intermediate reflection to the Turbine is delivered. The shaft tube 6a should be about three times as long as the second Line 5 be.

Die Druckveränderungen in der Leitung 3 in der Nähe der Auspufföffnung 2 und in den Leitungen 5 und 6 a in der Nähe der Turbine 10 sind in F i g. 4 dargestellt. Beim Verlassen der Auspufföffnung 2 läuft der den primären Gasimpuls bildende Anfangsdruckstoß 11 in der Leitung 3 bis zur Abzweigung 4 und wird dort geteilt, so daß in früher beschriebener Weise eine Verdünnungswelle 12 zu den Auspufföffnungen zurückläuft. Ein Teil des Druckstoßes 11 läuft als erster Teilimpuls zwecks Antriebs der Turbine in der Leitung 5 weiter und tritt dort als Druckstoß 14a auf, der von der Turbine reflektiert wird und zur Abzweigung 4 zurückläuft, wo er erneut geteilt wird. Die negative zur Maschine zurückkehrende Reflexion ist mit 15 b bezeichnet. Der eine Teil von 14a läuft in das Wellenrohr 6a, und der andere Teil kehrt als Druckstoß 13 a zur Auspufföffnung 2 zurück. Der Teil des Anfangsdruckstoßes, der später als der Druckstoß 14 a die Turbine 10 über das längere Wellenrohr 6a und durch einen zweiten Eingang errreicht, ist als den zweiten Teilimpuls bildender Druckstoß 15 a punktiert gezeichnet. Die früher erwähnte, bekannte Kurzrohrleitungsanlage kann dadurch an die erfindungsgemäße Anlage angepaßt werden, daß eine erste Leitung nach kurzer Länge mit einer zweiten, kurzen Abzweigleitung versehen wird, die auf anschließender Länge entweder als am Ende abgeschlossenes Wellenrohr ausgebildet oder nach längerem Weg auch an die Turbine angeschlossen wird. Bei dieser Anlage bildet die kurze zweite Abzweigleitung eine Öffnung und die Turbine an der Abzweigung der kurzen ersten Leitung eine Teilöffnung, die zusammen mit dem Wellenrohr eine Ausdehnung gestatten und den sonst von der Turbine zum Zylinder reflektierten Druckstoß zunichte machen. Dadurch wird außerhalb der Auspufföffnungen praktisch ein normaler Anfangsstoß ähnlich dem Druckstoß 11 gemäß F i g. 2 und 4 gebildet, jedoch ist die von der Abzweigung zum Zylinder zurückkehrende reflektierte Verdünnungswelle weniger intensiv als normalerweise. Der Anfangsdruckstoß wird an der Abzweigung zur kurzen zweiten Leitung geteilt, ein Teil läuft zur Turbine, und ein anderer tritt in das Wellenrohr ein, wird dort reflektiert und zur Turbine und zum Zylinder zurückgesandt oder läuft direkt auf längerem Weg zur Turbine.The pressure changes in the line 3 in the vicinity of the exhaust port 2 and in the lines 5 and 6 a in the vicinity of the turbine 10 are shown in FIG. 4 shown. When leaving the exhaust port 2, the initial pressure surge 11, which forms the primary gas pulse, runs in the line 3 to the junction 4 and is divided there, so that a dilution shaft 12 runs back to the exhaust ports in the manner described earlier. A part of the pressure surge 11 continues as a first partial pulse for the purpose of driving the turbine in the line 5 and occurs there as a pressure surge 14a, which is reflected by the turbine and runs back to the junction 4, where it is divided again. The negative reflection returning to the machine is denoted by 15 b. One part of 14a runs into the shaft tube 6a, and the other part returns to the exhaust port 2 as a pressure surge 13a. The portion of the initial pressure surge, the errreicht later than the pressure pulse 14 a, the turbine 10 via the longer tube shaft 6a and by a second input of which is drawn a dotted than the second part of the pulse-forming pressure surge 15th The previously mentioned, known short pipeline system can be adapted to the system according to the invention that a first line after a short length is provided with a second, short branch line, which is formed either as a shaft tube closed at the end or after a longer route to the turbine is connected. In this system, the short, second branch line forms an opening and the turbine at the junction of the short first line forms a partial opening which, together with the shaft tube, allow expansion and negate the pressure surge otherwise reflected from the turbine to the cylinder. As a result, a normal initial surge similar to the pressure surge 11 according to FIG. 1 is practically outside the exhaust openings. 2 and 4, but the reflected wave of attenuation returning from the junction to the cylinder is less intense than normal. The initial surge is split at the junction to the short second line, one part runs to the turbine, and another part enters the shaft tube, is reflected there and sent back to the turbine and cylinder or runs directly to the turbine on a longer route.

Die vorstehenden Beschreibungen beziehen sich hauptsächlich auf Einzylindermaschinen mit konstanter Drehzahl. Nunmehr werden die Zusatzerfordernisse für Mehrzylindermaschinen mit veränderlicher Drehzahl beschrieben.The above descriptions mainly relate to single cylinder machines with constant speed. Now are the additional requirements for multi-cylinder machines described with variable speed.

Bei Anlagen, in denen zahlreiche Vorgänge rasch aufeinanderfolgen und bei denen Kompromisse geschlossen werden müssen, werden normalerweise zwecks Ermittlung der Dimensionen der verschiedenen Teile zwecks Gewährleistung eines praktischen Ergebnisses und zwecks Erzielung höchster Leistungen vorläufige Berechnungen auf Grund von auf die erzielten Ergebnisse gegründeten Einstellungen vorgenommen.In systems in which numerous processes follow one another in rapid succession and where compromises have to be made are usually for the purpose of Determine the dimensions of the various parts to ensure a practical Results and preliminary calculations for the purpose of achieving maximum performance Adjusted based on the results obtained.

Da nunmehr die Erfordernisse klar genannt worden sind, werden die im vorliegenden Fall notwendig werdenden Vorberechnungen und Kompromisse ebenso wie die zur Erzielung optimaler Ergebnisse notwendigen Einstellungen für Fachleute leicht verständlich sein.Now that the requirements have been clearly stated, the In the present case, the necessary precalculations and compromises as well such as the professional settings necessary to achieve optimal results be easy to understand.

Verständlicherweise laufen diejenigen Vorgänge, wie z. B. das Öffnen und Schließen der Ventile, deren Arbeitstakt vom mechanischen Arbeitszyklus des Motors geregelt wird, bei hochtourigen Motoren in kürzerer Zeit als bei niedrigtourigen Motoren ab, während die Zeitdauer der Gasvorgänge in der Auspuffleitungsanlage, beispielsweise die Wellenwanderung, zeitlich praktisch konstant bleibt und hauptsächlich von Gastemperatur und -druck abhängt. Die Notwendigkeit, auf diese Vorgänge Rücksicht nehmen zu müssen, ist bei Maschinen mit einem großen Drehzahlbereich bekannt.Understandably, those processes such as B. opening and closing the valves whose work cycle depends on the mechanical work cycle of the Motor is controlled, with high-speed motors in a shorter time than with low-speed Engines off, during the duration of the gas processes in the exhaust pipe system, For example, the wave migration, remains practically constant over time and mainly depends on the gas temperature and pressure. The need to be considerate of these processes to have to take is known for machines with a large speed range.

Ersichtlicherweise erfordert daher ein niedrigtouriger Motor, der gewöhnlich groß gebaut ist, in der erfindungsgemäßen Auspuffleitungsanlage längere Leitungen und Rohre als ein hochtouriger und normalerweise kleindimensionierter Motor. Die Geschwindigkeit des öffnens der Auspufföffnungen in Verbindung mit der Öffnungsfläche steuert die als halbe Wellenlänge des primären Gasimpulses in Erscheinung tretende Druckstoßlänge für die jeweils im Zylinder herrschenden Gasbedingungen.It can therefore be seen that a low-speed motor requires the is usually built large, longer in the exhaust line system according to the invention Lines and pipes as a high-speed and normally small-sized one Engine. The speed of opening of the exhaust ports in connection with the Opening area controls what appears as half the wavelength of the primary gas pulse Stepping pressure surge length for the respective gas conditions prevailing in the cylinder.

Bei Maschinen mit konstanter Drehzahl kann, wie vorstehend beschrieben, eine starke Annäherung an die idealen Leitungs- und Rohrlängen erreicht werden, jedoch sind bei Maschinen mit größerem Drehzahlbereich weitere Kompromisse erforderlich.For machines with constant speed, as described above, a strong approximation the ideal cable and pipe lengths are achieved However, there are further compromises for machines with a larger speed range necessary.

Bei normalen Motoren nehmen die Spül- und Ladevorgänge eine längere Zeit in Anspruch, als die Druckstoßdauer beträgt, und ein notwendiger Kompromiß besteht darin, die Länge der ersten Leitung so zu wählen, daß die Verdünnungswelle etwa in der 'litte des Spülvorganges auftritt, wenn die Maschine ungefähr im mittleren Drehzahlbereich arbeitet, damit sie nicht bei höherer Drehzahl aus der Spülperiode heraustritt oder bei niedrigerer Drehzahl durch Einlaufen in den Anfangsdruckstoß weitgehend vernichtet wird. Der dem Spülen zuteilbare Teil der Gesamteinlaßperiode ändert sich entsprechend dem gewünschten Maschinenbetrieb, was in Fachkreisen bekannt ist, kann aber, wie vorstehend erwähnt, mit Hilfe der Verdünnungswelle etwa in unterer Totpunktnähe abgeschlossen werden. Fernerhin muß auch der Punkt innerhalb des Drehzahlbereichs berücksichtigt werden, der das maximale Drehmoment erfordert. Bei gewissen Motorentypen kann es bei niedriger Drehzahl vorteilhaft sein, einen Teil der rücklaufenden Verdünnungswelle den Zylinder noch erreichen zu lassen, bevor der Zylinderdruck auf Spüldruckhöhe abgefallen ist, damit die Welle bei hoher Drehzahl den Zylinder zu einem Zeitpunkt erreicht, an dem der Ladevorgang noch nicht so weit vorgeschritten ist, daß sie nicht mehr wirksam würde. Wenn sie sogar erst ankommen würde, wenn die Öffnungen beinahe geschlossen sind, wäre dies von Nachteil. Bei einem anderen Motorentyp kann das Arbeiten bei niedriger Drehzahl von verhältnismäßig größerer Bedeutung sein, und dann muß dafür gesorgt werden, daß die Welle ihre volle Wirkung bei niedriger Drehzahl hat.With normal engines, the flushing and loading processes take longer Time than the surge duration and a necessary compromise is to choose the length of the first line so that the dilution wave approximately in the middle of the rinsing process occurs when the machine is approximately in the middle Speed range works so that it does not come out of the flushing period at higher speed emerges or at a lower speed by running into the initial surge is largely destroyed. The portion of the total inlet period allocable to purging changes according to the desired machine operation, which is known in specialist circles is, but can, as mentioned above, with the help of the dilution wave approximately in lower Close to dead center are completed. Furthermore, the point must also be within the speed range must be taken into account, which requires the maximum torque. With certain types of engines at low speed it can be advantageous to use part of the returning dilution wave to allow the cylinder to be reached before the cylinder pressure reaches the flushing pressure level has fallen off so the shaft at high speed hits the cylinder at a time reached at which the loading process has not yet progressed so far that it would no longer be effective. If even they wouldn't arrive until the openings are almost closed, this would be a disadvantage. With another type of engine, working at low speed will be of relatively greater importance, and then it must be ensured that the wave takes its full effect at lower Speed has.

Ähnliche fiberlegungen finden Anwendung auf die Längenausgestaltung der zweiten Leitung und des Wellenrohres, um zu vermeiden, daß die von der Turbine oder dem geschlossenen Wellenrohrende reflektierte Druckwelle den Zylinder zu einem zu frühen Zeitpunkt des Ladevorganges oder andererseits erst nach dem Schließen der Auspufföffnung erreicht. Wenn die zweite Leitung und das Wellenrohr ungleich lang sind, wird der reflektierte Druckstoß bezüglich Amplitude verkleinert, bezüglich Länge und Dauer jedoch vergrößert, und daher läßt sich eher erreichen, daß ein Teil von ihm den Zylinder im gewünschten Zeitpunkt erreicht.Similar considerations apply to the length design the second line and the shaft tube to avoid that of the turbine or the closed shaft tube end, pressure wave reflected the cylinder to one at an early stage of the charging process or, on the other hand, only after closing reached the exhaust port. When the second line and the corrugated tube are unequal are long, the reflected pressure surge is reduced with respect to amplitude, with respect to However, the length and duration are increased, and therefore a part can be achieved sooner from him reached the cylinder at the desired time.

Infolgedessen ändern sich also die Ausmaße der verschiedenen Leitungen und Rohre bei einem Motor mit der Drehzahl, den gewählten Zeitpunkten und Flächen seiner Einlaß- und Auspufföffnungen, seinem speziellen Typ, den zulässigen Höchstwerten von Druck und Temperatur im Zylinder und der geforderten Höchstleistung.As a result, the dimensions of the various lines change and pipes in an engine with the speed, the selected times and areas its inlet and exhaust openings, its special type, the maximum permissible values of pressure and temperature in the cylinder and the required maximum output.

Es gibt eine Vielzahl von für die Anwendung des erfindungsgemäßen Wellenrohrprinzips geeigneten Auspuffleitungsanlagen, und wenn diese noch mit der möglichen Motorzylinderanzahl, der möglichen Zylindereinlaßanzahl und der Motorenanzahl permutiert werden, so ist es unmöglich, für alle Möglichkeiten Beispiele anzuführen. Die Länge der verschiedenen Leitungen und Rohre und die Auspuffanordnung bei den verschiedenen Zylindern sollte so sein, daß die Hauptdruckstöße des einen Zylinders nicht das Spülen und Laden der übrigen mit ihm verbundenen Zylinder nachteilig beeinflussen. Eine beliebte Art von Zweitaktmotoren arbeitet mit drei Zylindern in Reihe und weitem Drehzahlbereich. Wie in F i g. 5 dargestellt, sind die drei voneinander getrennten ersten Leitungen 26 von den Auspufföffnungen 2 der drei Zylinder an einer einzigen Abzweigstelle 4 a mit einer einzigen, zur Maschine 10 führenden zweiten Leitung 5 b verbunden. Bei dieser neuartigen Anordnung sind dann, wenn ein Zylinder auspufft und gespült wird, die mit der Abzweigstelle 4a verbundenen Auspufföffnungen der anderen beiden Zylinder geschlossen, so daß die mit diesen beiden Zylindern verbundenen Leitungen 26 die Wellenrohre für den ersten Zylinder bilden können. Bei dieser Ausführungsform übernehmen also die Leitungen 26 die Doppelfunktion als erste Leitung und als Wellenrohr, und infolgedessen muß ihre Länge ein Kompromiß zwischen den für jeden Einzelzweck erwünschten Ideallängen sein.There are a large number of exhaust line systems suitable for the application of the corrugated tube principle according to the invention, and if these are also permuted with the possible number of engine cylinders, the possible number of cylinder inlets and the number of engines, it is impossible to give examples for all possibilities. The length of the various lines and pipes and the exhaust arrangement in the various cylinders should be such that the main pressure surges of one cylinder do not adversely affect the purging and loading of the remaining cylinders connected to it. A popular type of two-stroke engine operates with three cylinders in line and has a wide speed range. As in Fig. 5, the three separate first lines 26 from the exhaust ports 2 of the three cylinders are connected at a single junction 4 a with a single second line 5 b leading to the engine 10. In this novel arrangement, when a cylinder is exhausted and flushed, the exhaust ports of the other two cylinders connected to the branch point 4a are closed so that the lines 26 connected to these two cylinders can form the shaft tubes for the first cylinder. In this embodiment, the lines 26 thus assume the dual function of a first line and a corrugated tube, and consequently their length must be a compromise between the ideal lengths desired for each individual purpose.

Wie in F i g. 6 dargestellt ist, wird ein zufriedenstellender Kompromiß in den Druckschwankungen an der Auspufföffnung und der Turbine dadurch erreicht, daß die ersten Leitungen 26 dreiviertelmal so lang wie die halbe Wellenlänge des primären Gasimpulses und damit eineinhalbmal so lang wie die in F i g. 2 dargestellte Leitung 3 sind und die zweite Leitung 5 b halbmal so lang wie die Wellenlänge des primären Gasimpulses, und damit halbmal so lang wie die in F i g. 2 dargestellte Leitung 5 ist. Der den primären Gasimpuls bildende Anfangsauspuffdruckstoß 27 und die Verdünnungswelle 28 sind den in Zusammenhang mit F i g. 2 beschriebenen gleichartigen Druckstößen 11 und 12 ähnlich, jedoch tritt die Welle 28 ein wenig später auf. Die zwei in F i g. 6 punktiert gezeichneten Druckstöße 29 sind die positive Reflexion eines Teiles des an den geschlossenen Auspufföffnungen der beiden anderen Leitungen 26 reflektierten Druckstoßes 27, und obwohl dieser Druckstoß nicht an der Auspufföffnung des zu spülenden Zylinders auftritt, wird er dennoch zwecks Verfolgung des Ursprungs des Druckstoßes 30 in F i g. 6 dargestellt. Er entsteht dadurch, daß der Druckstoß 29 ohne Vorzeichenwechsel von den geschlossenen Öffnungen der zwei nicht geladenen Zylinder reflektiert wird, in den beiden Leitungen 26 bis zur Abzweigung 4a entlangläuft und nach Aufteilung an dieser Stelle zu einem Teil in der Leitung zum geladenen Zylinder bis zu dessen Auspufföffnung zurückkehrt. Druckstoß 31 ist ein Teil der positiven Reflexion des den ersten Teilimpuls bildenden Druckstoßes 33 an der Turbine 10, Druckstoß 32 ist sowohl ein Teil der Reflexion des den zweiten Teilimpuls bildenden Druckstoßes 34 an der Turbine 10 als auch derjenige Teil des Druckstoßes 33, der in die Leitungen 26 der nicht geladenen Zylinder einläuft, an deren geschlossenen Öffnungen ohne Vorzeichenwechsel reflektiert wird, zur Abzweigung 4 a zurückläuft und nach Aufteilung an dieser Stelle zu einem Teil in die Leitung 26 des geladenen Zylinders bis zu dessen Auspufföffnung läuft. In dem Druckdiagramm an der Turbine 10 ist der Druckstoß 33 ein Teil des an der Turbine ankommenden Anfangsdruckstoßes 27 und Druckstoß 34 ein Teil der Reflexion des Druckstoßes 29 an den geschlossenen Auspufföffnungen der beiden anderen Rohre. Die bei der Ausdehnung des rücklaufenden Druckstoßes 33 an der Abzweigung 4a auftretende Verdünnungswelle ruft bei ihrer Rückkehr zur Turbine nur geringe Wirkungen hervor. Die in F i g. 6 dargestellten Druckschwankungen sind für eine mittlere Drehzahl eines Motors mit großem Drehzahlbereich geeignet. Der Kompromiß ist derart, daß Drehzahländerungen nach oben oder unten innerhalb eines normalen Bereichs weder die Verdünnungswelle 28 aus der Spülperiode noch die anderen Druckstöffe 31, 30, 32 aus der Ladeperiode herausverlagem.As in Fig. 6, a satisfactory compromise in the pressure fluctuations at the exhaust port and the turbine is achieved by making the first conduits 26 three-quarters as long as half the wavelength of the primary gas pulse and thus one and a half times as long as that in FIG. 2 and the second line 5b are half times as long as the wavelength of the primary gas pulse, and thus half times as long as that in FIG. 2 is the line 5 shown. The initial exhaust surge 27, which forms the primary gas pulse, and the dilution wave 28 are those described in connection with FIG. 2 similar pressure surges 11 and 12 described , but the wave 28 occurs a little later. The two in Fig. 6 dotted pressure surges 29 are the positive reflection of part of the pressure surge 27 reflected at the closed exhaust ports of the two other lines 26, and although this pressure surge does not occur at the exhaust port of the cylinder to be scavenged, it is nevertheless used to trace the origin of the pressure surge 30 in F i g. 6 shown. It arises from the fact that the pressure surge 29 is reflected without a change in sign from the closed openings of the two uncharged cylinders, runs along the two lines 26 to the junction 4a and, after splitting at this point, partly in the line to the charged cylinder up to it Exhaust port returns. Pressure surge 31 is part of the positive reflection of the pressure surge 33 forming the first partial pulse on the turbine 10, pressure surge 32 is both a part of the reflection of the pressure surge 34 forming the second partial pulse on the turbine 10 and that part of the pressure surge 33, which in the Lines 26 of the uncharged cylinder runs in, at the closed openings of which there is reflected without a change in sign , runs back to junction 4 a and, after splitting at this point, runs partially into line 26 of the charged cylinder up to its exhaust opening. In the pressure diagram at turbine 10 , pressure surge 33 is part of the initial pressure surge 27 arriving at the turbine and pressure surge 34 is part of the reflection of pressure surge 29 at the closed exhaust openings of the other two pipes. The dilution wave that occurs when the returning pressure surge 33 expands at the junction 4a has only minor effects on its return to the turbine. The in F i g. 6 illustrated pressure fluctuations are suitable for a medium speed of a motor with a large speed range. The compromise is such that speed changes up or down within a normal range neither shift the dilution shaft 28 out of the purge period nor the other pressurized substances 31, 30, 32 out of the charge period.

F i g. 6 zeigt noch einen Effekt, der erreicht wird, wenn das Wellenrohr länger als die zu der Turbine führende zweite Leitung gemacht wird und darin besteht, daß der in F i g. 2 dargestellte, verhältnismäßig intensive Druckstoß 13 durch die bezüglich Amplitude verkleinerten, aber bezüglich Gesamtdauer verlängerten Druckstöße 31, 30 und 32 ersetzt wird. Bei gegebenen Umständen kann ein ähnliches Ergebnis dadurch erreicht werden, daß man die zweite Leitung länger als das Wellenrohr macht.F i g. 6 shows another effect that is achieved when the corrugated tube is made longer than the second line leading to the turbine and consists of that the in F i g. 2 shown, relatively intense pressure surge 13 by the Pressure surges reduced in amplitude but lengthened in overall duration 31, 30 and 32 is replaced. Given the circumstances, a similar result can be obtained can be achieved by making the second line longer than the corrugated tube.

Ein Dreizylindermotor kann wie drei einzelne Zylinder behandelt werden. Bei dieser Ausgestaltung der erfindungsgemäßenAuspuffleitungsanlage können die voneinander getrennten ersten Leitungen, ähnlich den in F i g. 5 mit 26 bezeichneten, an der Abzweigung je mit einer besonderen, je zu einem besonderen Maschineneinlaß führenden zweiten Leitung verbunden sein, während die einzelnen Wellenrohre von die ersten Leitungen umgebenden Rohren mit größerer Querschnittsfiäche gebildet werden, die je am Ort der Abzweigung zur zweiten Leitung offen und am zylinderseitigen Ende geschlossen sind. Da alle Leitungen und Rohre praktisch die gleiche Länge wie die in F i g. 5 haben, werden die Druckschwankungen an den Auspufföffnungen und an der Turbine denen von F i g. 6 gleich sein, abgesehen davon, daß ihre Amplitude anders ist, weil jeder Druckstoß an der Abzweigung zwischen erster und zweiter Leitung und Wellenrohr zweigeteilt und nicht wie an der Abzweigung 4 a in F i g. 5 dreigeteilt wird.A three cylinder engine can be treated like three individual cylinders. In this embodiment of the exhaust line system according to the invention, the separate first lines, similar to those in FIG. 5 denoted by 26, on the Branch each with a special one, each leading to a special machine inlet second line, while the individual shaft tubes of the first Lines surrounding pipes are formed with a larger cross-sectional area, the each open at the location of the branch to the second line and at the end on the cylinder side are closed. Because all lines and pipes are practically the same length as that in Fig. 5, the pressure fluctuations at the exhaust ports and at the Turbine those of F i g. 6 will be the same except that their amplitude is different is because every surge at the junction between the first and second line and shaft tube divided into two parts and not as at junction 4 a in FIG. 5 divided into three parts will.

Bei einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Auspuffleitungsachse können die voneinander getrennten ersten Leitungen, ähnlich wie die in F i g. 1 mit 3 bezeichneten, an der Abzweigung je mit einer besonderen, zu einem besonderen Turbineneinlaß führenden zweiten Leitung, ähnlich der in F i g. 1 mit 5 bezeichneten, und je mit einem besonderen Wellenrohr in Gestalt eines die zweite Leitung umgebenden Rohres mit größerer Querschnittsfläche verbunden sein, das am Ort seiner Abzweigung von der ersten Leitung offen und an seinem turbinenseitigen Ende geschlossen ist. Die Leitungen und Rohre haben praktisch die gleiche Länge wie die in F i g. 1 dargestellten Rohre, und die Druckschwankungen in bezug auf die einzelnen Zylinder ähneln denen in F i g. 2.In another embodiment of the exhaust line axis according to the invention can the separated first lines, similar to the one in FIG. 1 marked with 3, at the junction each with a special, to a special Second line leading to the turbine inlet, similar to that in FIG. 1 marked 5, and each with a special corrugated tube in the form of a tube surrounding the second line Pipe with a larger cross-sectional area, which is at the point of its junction is open from the first line and closed at its turbine-side end. The lines and pipes are practically the same length as those in FIG. 1 shown Tubes, and the pressure fluctuations with respect to the individual cylinders are similar to those in Fig. 2.

Ein Sechszylindermotor kann wie zwei Dreizylindermotore behandelt werden, indem die sechs Zylinder zu zwei Gruppen mit je drei Zylinderaggregaten entsprechend irgendeiner der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen vereinigt sind. Ein Beispiel einer geeigneten Ausführungsform ist in den F i g. 7 und 8 dargestellt. Die Leitungen und Rohre können die zur Erzielung der gewünschten gleichen Länge der einzelnen Leitungs- und Rohrtypen unter Herabsetzung des Gesamtbauraums und zur baulichen Annäherung von Turbine und Motor notwendige Gestalt besitzen. Zu diesem Zweck wird eine spiralförmige Auspuffleitung benutzt, d. h. eine einzige Leitung mit drei spiralförmig angeordneten Abschnitten, von denen je einer mit einem Zylinder verbunden ist. Diese Anordnung hat den Vorteil eines langen Druckstoßlaufweges bei gegebener Außenleitungslänge, und außerdem sind die Wärmeverluste dabei geringer als bei getrennten Rohren.A six cylinder engine can be treated like two three cylinder engines by dividing the six cylinders into two groups of three cylinder units each united according to any of the embodiments described above are. An example of a suitable embodiment is shown in FIGS. 7 and 8 shown. The lines and pipes can be designed to achieve the same length as desired the individual line and pipe types while reducing the overall installation space and have the necessary shape for the structural convergence of the turbine and engine. To this Purpose a spiral exhaust pipe is used, i. H. a single line with three spirally arranged sections, one of which each with a cylinder connected is. This arrangement has the advantage of a long surge travel path given external line length, and also the heat losses are lower than with separate pipes.

In den F i g. 7 und 8 besteht die erste Leitung eines jeden Zylinders aus einem der voneinander getrennten Leitungen 3 b und einem Abschnitt der Spiralleitung 3 c. Die Wellenrohre der einzelnen Zylinder werden von den ersten Leitungen der beiden anderen Zylinder jeder Dreiergruppe gebildet. Wie vorstehend beschrieben, tritt die Ausdehnung an der Abzweigung 4 b auf, und die Gase werden durch die Leitung 3 c zur Maschine 10 geleitet.In the F i g. 7 and 8 is the first line of each cylinder from one of the separate lines 3 b and a section of the spiral line 3 c. The shaft tubes of the individual cylinders are connected to the first lines of the the other two cylinders of each group of three. As described above, the expansion occurs at junction 4b, and the gases are passed through the pipe 3 c passed to machine 10.

Die Anwendung der Erfindung auf Gasgeneratoren vom Freikolben- oder Kurbelwellentyp braucht nicht eigens beschrieben zu werden, nur muß erwähnt werden, daß die erfindungsgemäße Auspuffleitungsanlage zwischen den Verbrennungszylindern und der Gasturbine angeordnet ist. Die Arbeitszyklen derartiger Gasgeneratoren sind denen eines Zweitaktmotors sehr ähnlich, und die Erfindung bezieht sich nicht auf die mechanische Anordnung der verschiedenen gaserzeugenden Einheiten. Der zyklische Betrieb der Kolben und die Gasvorgänge in der Auspuffleitungsanlage sind in allen erwähnten Typen einander ähnlich, und auch die zyklischen Frequenzen können ähnlich sein. Somit sind die vorbeschriebenen Konstruktionsüberlegungen auch auf Gasgeneratoren vom Freikolben- und Kurbelwellentyp anwendbar.The application of the invention to gas generators from the free piston or The type of crankshaft does not need to be specifically described, it just has to be mentioned that the exhaust line system according to the invention between the combustion cylinders and the gas turbine is arranged. The duty cycles of such gas generators are very similar to those of a two-stroke engine, and the invention does not relate to the mechanical arrangement of the various gas generating units. The cyclical one Operation of the pistons and the gas processes in the exhaust system are common to all mentioned types are similar to each other, and also the cyclic frequencies can be similar be. Thus, the design considerations described above also apply to gas generators of free piston and crankshaft types applicable.

In den vorbeschriebenen Beispielen wurde das Hauptaugenmerk auf die Erhaltung gleicher Leitungs- und Rohrlänge für jeden Zylinder eines Vielzylindermotors gerichtet, weil sie für einen Motor mit konstanter Drehzahl die günstigste Anordnung darstellt. Praktische Maschinenversuche haben jedoch gezeigt, daß bei der Anwendung dieser Auspuffleitungsanlage auf über einen größeren Drehzahlbereich hinweg arbeitende Maschinen im Interesse wirtschaftlicher und praktischer Erfordernisse Abweichungen von den günstigsten und gleichen Längen zulässig sind, wobei trotzdem noch eine sehr hohe Leistung der Maschine erzielt wird. Bei Maschinen mit veränderlicher Drehzahl genügt eine Wellenrohrsystemkonstruktion, die sich der Drehzahl anpaßt, bei der das höchste Drehmoment verlangt wird.In the examples described above, the main focus was on the Maintaining the same line and pipe length for each cylinder of a multi-cylinder engine directed because it is the most favorable arrangement for a motor with constant speed represents. However, practical machine tests have shown that in the application this exhaust line system to work over a larger speed range Machines in the interest of economic and practical requirements deviations of the cheapest and the same lengths are permissible, but still one very high performance of the machine is achieved. For machines with variable speed A shaft tube system construction that adapts to the speed at which the highest torque is required.

Im vorstehenden wurde nur das Verhalten der Hauptdruckstöße ins einzelne gehend beschrieben, jedoch sind verständlicherweise auch Nebendruckstöße einschließlich der Reflexionen von in die Zylinder eingetretenen und von den Einlaßöffnungen und Kolben oder Zylinderköpfen reflektierten Druckstößen vorhanden. Wiederum zeigen praktische Maschinenversuche, daß derartige Vorgänge den verbesserten Wirkungsgrad der Maschine nicht sonderlich beeinträchtigen, vorausgesetzt, daß dafür Sorge getragen wird, daß solche Nebendruckstöße, falls sie schädlich sein sollen, so schwach wie möglich gehalten werden oder daß sie in Abschnitten des Arbeitszyklus auftreten, in denen ihre Wirkung nützlich ist.In the foregoing, only the behavior of the main pressure surges has been discussed in detail described in detail, however, it is understandable that secondary pressure surges are also included of reflections from entering the cylinders and from the intake ports and Pistons or cylinder heads reflected pressure surges. Show again practical machine tests that such processes the improved efficiency not affect the machine in particular, provided that care is taken becomes that such secondary pressure surges, if they are to be harmful, as weak as be kept possible or that they occur in sections of the work cycle, in which their effect is useful.

Die vorstehend beschriebenen Anordnungen können in für den Fachmann ersichtlicher Weise auch dahin erweitert werden, daß dafür gesorgt wird, daß die Maschine für jeden einzelnen Zylinderdruckstoß mehr als zwei Hauptdruckstöße empfängt, indem beispielsweise die Wellenrohre 6 a gemäß F i g. 3 in ihrer Anzahl Vermehrt und bezüglich ihrer Länge variiert werden.The arrangements described above can be used by those skilled in the art obviously also be expanded to ensure that the Machine receives more than two main pressure surges for each individual cylinder pressure surge, by, for example, the shaft tubes 6 a according to FIG. 3 in their number Increased and varied in terms of their length.

Bei Maschinen mit Auspuffschlitzen in den Zylinderwänden oder mit mehr als einem Auspuffventil im Zylinderkopf können mehr als eine Auspuffleitung pro Zylinder verwendet werden. Derartige Auspuffleitungen können verschiedene Längen aufweisen oder an Stellen verbunden sein, so daß gewährleistet ist, daß die Druckgasablieferung an die Turbine auf einen noch längeren Zeitraum und die zu den Auspufföffnungen reflektierten Wellen über einen noch größeren Teil der Ladeperiode ausgedehnt werden.For machines with exhaust ports in the cylinder walls or with More than one exhaust valve in the cylinder head can have more than one exhaust pipe can be used per cylinder. Such exhaust lines can be of various lengths have or be connected at points, so that it is ensured that the pressurized gas delivery to the turbine for an even longer period of time and to the exhaust ports reflected waves can be extended over an even greater part of the charging period.

Claims

Claims: 1. Exhaust pipe system between an exhaust gas turbine and a reciprocating internal combustion engine with at least one cylinder from its exhaust ports the gaseous products of combustion periodically at high temperature under pressure be delivered via the line system to the turbine, the system a first Has line pipe, the respective from the exhaust ports of the individual cylinders primary gas pulse leads to a branching point, where a division of the gas pulse into a first partial pulse that goes through a second pipe directly to the turbine is performed, and a second partial pulse takes place, which is via at least one shaft tube is performed after phase shift to the turbine, characterized in that the Length of the shaft tube (6, 6a, 26) is at least half as long as the wavelength of the primary gas pulse, with all of them in the case of the use of several shaft tubes practically the same length.

2. Exhaust pipe system according to claim 1, characterized characterized in that they are used for the cylinders of a multi-cylinder engine, their exhaust strokes do not overlap significantly, have only a single branch point (4).

3. Exhaust line system according to claim 1 or 2 for multi-cylinder piston internal combustion engines, characterized in that for the cylinder (1) whose exhaust strokes are not substantially overlap, a special one, to a branch point (4) in a second Line (5 b) leading line (26) is provided, each of which is practically the same Length is at least half as long as the wavelength of the primary gas pulse.

4. Exhaust pipe system according to one of the preceding claims, characterized in that that the line cross-section at the branch point (4) is greater than that of the first line (3, 26), which is so long that the through the expansion the dilution wave generated at the branch point (4) caused the low-pressure phase occurs at the cylinder outlet at the end of the purge period.

5. Exhaust pipe system to one of claims 1 to 4, characterized in that the second line (5) is so long that reflected from the turbine (10) and via the lines (3, 26, 5) pressure impulses returning to the cylinder only after they are practically complete Achieve completion of his flush.

6. Exhaust pipe system according to one of claims 1 to 5, characterized in that the shaft tube is closed at its end (9) remote from the branch point (4) and the length of the shaft tube is dimensioned so that on the one hand the total travel of the part (15, 34 ) of the divided partial pulse to the machine is longer than the length of the direct path established by the second line (5) and that on the other hand at least one other part (13, 30) of the divided partial pulse returning to the cylinder via the first line (3, 26) this reached only after practically complete completion of its flushing. Considered publications: German Patent Specifications No. 956 823, 842 873; Swiss patents No. 188 402, 136735.