DE1292932B

DE1292932B - Turbocharged four-stroke V-piston engine

Info

Publication number: DE1292932B
Application number: DEK48533A
Authority: DE
Inventors: Fritz Emil
Original assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Current assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Priority date: 1962-12-20
Filing date: 1962-12-20
Publication date: 1969-04-17

Description

Die Erfindung betrifft eine achtzylindrige, unter Ausnutzung der Abgasenergie aufgeladene Viertakt-Brennkraftkolbenmaschine mit zwei je aus vier Arbeitszylindern bestehenden, in V-Form zueinander angeordneten Zylinderreihen und einer Kurbelwelle mit sternförmig versetzten Kröpfungen.The invention relates to an eight-cylinder, four-stroke internal combustion piston engine, charged using exhaust gas energy, with two rows of cylinders each consisting of four working cylinders, arranged in a V-shape to one another and a crankshaft with offset cranks.

Bei einer vielzylindrigen Viertakt-Brennkrafthubkolbenmaschine können einer Düse der den Aufladeverdichter antreibenden Abgasturbine die Abgasleitungen von höchstens drei Zylindern zugeführt werden, sofern die Zündabstände nicht zu stark wechseln, außerdem auf eine möglichst gleichmäßige Beaufscblagung der Turbine Wert gelegt wird und schließlich eine gegenseitige Störung der Zylinder vermieden werden soll. Es stehen 720' Kurbelwinkel je Arbeitsspiel zur Verfügung, so daß sich, diesen Winkel durch die Zylinderzahl Drei dividiert, ein Zündabstand von 2401 von Zylinder zu Zylinder ergibt, wie Ab b. 3 der Zeichnung veranschaulicht. Von diesem Wert sollte bei Zusammenfassuna von drei Zvlindern nicht zu stark abgewichen werden. Bei &i- eingangs beschriebenen achtzylindrigen V-Brennkraftmaschine, die aus Gründen eines guten Massenausgleichs eine Kurbelwelle mit sternförmig versetzten Kröpfungen aufweist, sind die Voraussetzungen für eine gleichmäßige Beaufschlagung der Abgasturbine insofern schlechter, als der Abgasausstoß aus den Zylindern jeder Reihe recht unstet erfolgt. Wie Ab b. 2 der Zeichnung erkennen läßt, schiebt in der Reihe mit den Zylindern 1 bis 4 letzterer seine Abgase nach ersterem um eine Zeitspanne später aus, die einem Kurbelwinkel von 1800 entspricht. Nach dem Zylinder 4 schiebt Zylinder 3 um 270' Kurbelwinkel später aus, nach Zylinder 3 der Zylinder 2 um 180' später und nach Zylinder 2 der Zylinder 1 um 901 später. Man sieht, daß die Zylinder 4, 3 und 2 untereinander in nicht zu stark unterschiedlichen Zeitabständen auspuffen, nämlich 270', 180', 270', 2701 Kurbelwinkel usw. Gestört wird die an sich brauchbar gleichmäßige Folge allerdings durch den Zylinder 1, der jeweils ganz kurz hinter dem Zylinder 2, d. h. um nur 90' Kurbelwinkel später, auspufft. Analog stört in der anderen Zylinderreihe der Zylinder 5. In a multi-cylinder four-stroke internal combustion piston engine, the exhaust lines of a maximum of three cylinders can be fed to a nozzle of the exhaust gas turbine driving the supercharging compressor, provided that the ignition intervals do not change too much, value is placed on the turbine being as uniform as possible and, finally, mutual interference between the cylinders is avoided shall be. There are 720 ' crank angles available per working cycle, so that when this angle is divided by the number of cylinders three, the result is an ignition interval of 2401 from cylinder to cylinder, as in Ab b. 3 of the drawing illustrates. This value should not be deviated too much when summarizing three rooms. In the eight-cylinder V-type internal combustion engine described at the beginning, which has a crankshaft with offset cranks in the shape of a star for reasons of good mass balancing, the prerequisites for uniform admission to the exhaust gas turbine are poor in that the exhaust gas is emitted from the cylinders in each row rather unsteadily. Like Ab b. 2 of the drawing reveals, in the row with cylinders 1 to 4, the latter pushes out its exhaust gases after the former by a period of time which corresponds to a crank angle of 1800. After cylinder 4, cylinder 3 extends crank angle 270 ' later, after cylinder 3 cylinder 2 extends 180' later and after cylinder 2 cylinder 1 extends 901 later. It can be seen that the cylinders 4, 3 and 2 exhaust each other at not too much different time intervals, namely 270 ', 180', 270 ', 2701 crank angle, etc. However, the actually usable even sequence is disturbed by the cylinder 1, which in each case very shortly behind cylinder 2, d. H. just 90 ' crank angle later, exhausts. In the same way, cylinder 5 interferes in the other cylinder bank.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht nun darin, auch eine solche Brennkraftmaschine ab-asseiti- so auszubilden, daß bei nicht störendem baulichem Aufwand noch eine für die Praxis ausreichend gleichmäßige Beaufschlagung der Abgasturbine gewährleistet ist.The object on which the invention is based is now also to train such an internal combustion engine in such a way that when there is no disturbance structural effort still a sufficiently even loading for practice the exhaust gas turbine is guaranteed.

Erreicht wird dieses Ziel erfindungsgemäß dadurch, daß jeder Zylinderreihe, wie an sich bei Brennkraftmaschinen mit mehreren Zylinderreihen bekannt, ein eigener Abgasturbolader mit einer von zwei getrennten Gasströmen beaufschlagten Turbine zugeordnet ist und daß diese Turbine über einen Eingangsquerschnitt von den Abgasen dreier Zylinder der betreffenden Reihe mit möglichst wenig unterschiedlichen Zündabständen im Stoßbetrieb und über einen zweiten Eingangsquerschnitt von den Abgasen des vierten Zylinders über einen Auspuffbehälter im Staubetrieb beaufschlagt wird.This goal is achieved according to the invention in that each cylinder bank, as is known per se in internal combustion engines with several rows of cylinders, one of its own Exhaust gas turbocharger with a turbine acted upon by two separate gas flows is assigned and that this turbine has an inlet cross section of the exhaust gases three cylinders of the relevant row with as few different ignition intervals as possible in burst mode and via a second inlet cross-section from the exhaust gases of the fourth Cylinder is acted upon via an exhaust tank in accumulation mode.

Bei der bekannten Brennkraftmaschine gemäß der USA.-Patentschrift 2245326 mit mehreren Zylinderreihen, wobei jeder Zylinderreihe ein eigener Abgasturbolader mit einer von zwei getrennten Gasströmen beaufschlagten Turbine zugeordnet ist, handelt es sich um eine achtzylindrigge Boxermaschine, bei der grundsätzlich die Abgase von je zwei und zwei Zylindern einer Reihe einem Eingangsquerschnitt einer Abgasturbine zugeführt werden. Eine Anwendung dieser paarweisen Zusammenfassung von Zy- lindern auf die erfindungsgemäß vorangestellte Maschine beispielsweise derart, daß bei letzterer in der einen Reihe die Abgase der Zylinder 1 und 2 bzw. 3 und 4 und in der anderen Reihe die Abgase der Zylinder 5 und 6 bzw. 7 und 8 je einem Eingangsquerschnitt einer Turbine zugeführt werden, würde folgendes Ergebnis zeitigen. Zylinder 2 würde siebenmal 90' = 630' Kurbelwinkel nach Zylinder 1 und Zylinder 1 wiederum 90' nach Zylinder 2 auspuffen. Als nächster würde dann wiederum der Zylinder 2 nach 6301 ausschieben. Zylinder 4 der anderen Gruppe würde 4501 nach Zylinder 3 und letzterer wiederum 2701 nach Zylinder 4 auspuffen. Man sieht, daß die der betreffenden Reihe zugeordnete Turbine so ungleichmäßig beaufschlagt wird, daß von einer ordnungsgemäßen Aufladung keine Rede mehr sein könnte. Eine nennenswerte Verbesserung würde auch nicht durch eine andere Paarung in jeder Reihe erreicht werden.In the known internal combustion engine according to the USA. Patent 2245326 having a plurality of cylinder banks, each cylinder bank is assigned a separate turbocharger with an applied by two separate gas streams Turbine, it is a achtzylindrigge Boxer engine, in which in principle the exhaust gases from two and two Cylinders of a row are fed to an inlet cross section of an exhaust gas turbine. An application of this paired combination of cylinders to the machine in front of the invention, for example, in such a way that in the latter the exhaust gases from cylinders 1 and 2 or 3 and 4 in one row and the exhaust gases from cylinders 5 and 6 or in the other row. 7 and 8 are each fed to an inlet cross section of a turbine, would produce the following result. Cylinder 2 would exhaust seven times 90 '= 630' crank angle to cylinder 1 and cylinder 1 again 90 ' to cylinder 2. Next, cylinder 2 would again extend to 6301. Cylinder 4 of the other group would exhaust 4501 to cylinder 3 and the latter in turn 2701 to cylinder 4. It can be seen that the turbine assigned to the row in question is acted upon so unevenly that there is no longer any question of proper charging. A notable improvement would also not be achieved by a different pairing in each row.

Bezüglich der Abgasführung desienigen Zylinders einer vielzvlindrigen ab-asturboaufgeladenen Brennkraftmascliine, der von7 einem der Zylinder einen störend kleineren Zündabstand aufweist, sei noch auf die Maschine nach der deutschen Patentschrift 639 972 verwiesen. Dieser Patentschrift ist die Lehre zu entnehmen, der Abgasleitung des in der Zündfolge stark abweichenden Zylinders eine solche Länge zu geben, daß die Abgase dieses Zylinders zu einem späteren Zeitpunkt an der Turbine ankommen, als dem kleineren Zündabstand an sich entsprechen würde. Diese Anordnung hat den Nachteil, daß sich für diese Leitung meist eine undiskutabel große Länge er,-eben würde. Um beispielsweise bei der erfindungsgemäß vorangestellten Brennkraftmaschine eine fiktive Vergrößerung des Zündabstandes von 90' von 150' Kurbelwinkel zu erreichen, müßte bei einer Maschinendrehzahl von n = 1200 UpM die Abgasleitung des Zylinders 1 bzw. des Zylinders 5 eine Länge von etwa 12 in aufweisen. Die erfindungsgemäße Lösung wird demgegenüber den Erfordernissen der Praxis weitaus besser gerecht und ist somit fortschrittlicher. Es sei noch darauf hingewiesen, daß für die erfindungsgemäße Zusammenfassung der Zylinder mit Rücksicht darauf, daß das kleinste Zündintervall zwischen zwei zum Stoßbetrieb zusammengefaßten Zylindern 1801 beträgt, der Verzicht auf eine Spülung der Toträume Voraussetzung ist, sofern nicht durch eine zweckmäßige gasdynamische Abstimmung der Abgasleitungen nach Länge und Weite ein Rückströmen der Abgase in die Zylinder während des kleinen Zündintervalls unterbunden wird.Regarding the exhaust gas routing of the cylinder of a multi-cylinder, turbo-charged internal combustion engine, which has a disturbingly smaller ignition interval from one of the cylinders, reference is also made to the machine according to German patent specification 639 972 . The teaching of this patent specification is to give the exhaust pipe of the cylinder which differs greatly in the firing order of such a length that the exhaust gases from this cylinder arrive at the turbine at a later point in time than would correspond to the smaller firing interval per se. This arrangement has the disadvantage that this line would usually be of an undisputable length. For example, in order to achieve a fictitious increase in the ignition interval of 90 ' by 150' crank angle in the internal combustion engine according to the invention, the exhaust pipe of cylinder 1 or cylinder 5 would have to have a length of about 12 in at an engine speed of n = 1200 rpm. In contrast, the solution according to the invention meets the requirements of practice far better and is therefore more progressive. It should also be pointed out that for the combination of the cylinders according to the invention, taking into account that the smallest ignition interval between two cylinders combined for burst operation is 1801 , the waiver of purging of the dead spaces is a prerequisite, provided that this is not done by appropriate gas-dynamic coordination of the exhaust pipes Length and width a backflow of the exhaust gases into the cylinder is prevented during the small ignition interval.

In der Zeichnung ist eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine beispielsweise dargestellt.In the drawing, an internal combustion engine according to the invention is for example shown.

A b b. 1 zeiat schematisch in Draufsicht eine aufge-C ladene Achtzylinder-Viertakt-V-Brennkraftmaschine; A b b. 2 dient der näheren Erläuterung der Abgasleitungsführung an der Maschine nach Ab b. 1; Ab b. 3 veranschaulicht das Zündverhalten einer eine ausreichend gleichmäßige Beaufschlagung der Abgasturbine gewährleistenden aufgeladenen Viertakt-Brennkraftmaschine. A b b. 1 shows a schematic plan view of a supercharged eight-cylinder four-stroke V internal combustion engine; A b b. 2 provides a more detailed explanation of the exhaust pipe routing on the machine according to Ab b. 1; From b. 3 illustrates the ignition behavior of a supercharged four-stroke internal combustion engine that ensures a sufficiently uniform admission of the exhaust gas turbine.

Die Zylinder 1 bis 8 der Brennkraftmaschine nach A b b. 1 sind in zwei Gruppen aufgeteilt. Jede Gruppe bildet eine Zylinderreihe, und beide Reihen wiederum sind in V-Forin zueinander unter einem Winkel von 90' angeordnet. Die Brennkraftmaschine ist im Interesse der Erzielung eines guten Massenausgleichs C C mit einer Kurbelwelle mit sternförinig versetzten Kröpfungen ausgeriistet. Jeder Zylinderreihe ist ein ei ener Abgasturbolader 9 bzw. 10 zugeordnet. Die 9 C Zylinder zünden in der Folge 1 - 8 - 4 - 5 - 7 - 3 - 6 - 2. Dies ergibt, wie aus A b b. 2 zu er- sehen ist, für beide Zylinderreihen Zündabstände von 1800--1703-1,800-90' untereinander. Diese untersebiedl;chen Zündabstände ergeben an sich eine recht un,#leiclimäßi-e BeaufschlaGeno der Ab-as- tufbinen. Zwecks Vereleichrnäßianng der Turbinen- bcaufschlagung werde's jeder Turbine zwei getrennte Gasströnie zuggeführt, d. n- die Turbine der Lager- weist zwei Eintriltsqtiersc'(,lii;#-,ell und 12 l'iir die Zylinderreilie 1 bis 4 und die Aufladegruppe 10 zwei EinIrittsquerschnitte 13 und 14 für die Zylinderreilie 5 bis 8 auf. Abgasseitig sind aus jeder Zylinderreilie je drei Zylinder 2, 3 und 4 bzw. 6, 7 und 8 zusammengefaßt, deren Zündintervalle maxi- ZD mal uni 90' voneinander abweichen, wie Ab b. 3 erkennen läßt. Diese drei Zylinder arbeiten dann jeweils im Stoßbetrieb auf die EintrittsquerschnhLte, 12 bzw. 14 der Turbinen der Ladegruppe 9 bzw. 10. Der Zylinder 1, der in der einen Reihe in einem Ab- stand von 90' hinter dem Zylinder2 zündet, sowie der Zylinder5 der anderen Reihe, der mit gleichem Abstand vor dem Zylinder 7 dieser Reihe zündet, arbeiten je über einen Auspuffbehälter 15 bzw. 16 im Staubetrieb auf die noch freien Eintrittsquerschnitte 11 bzw. 13. Auf diese Weise ist eine befriedigende Aufladung der Brennkraftmaschine gewährleistet.The cylinders 1 to 8 of the internal combustion engine according to A b b. 1 are divided into two groups. Every group forms a row of cylinders, and both rows in turn are in V-Forin at an angle of 90 ' arranged. The internal combustion engine is in Interest in achieving a good mass balance CC offset with a crankshaft with a star shape Cranked out. Every bank is one ei ener exhaust gas turbocharger 9 and 10 , respectively. the 9 C Cylinders fire in sequence 1 - 8 - 4 - 5 - 7 - 3 - 6 - 2. This results, as shown in A b b. 2 to can be seen, for both rows of cylinders, ignition intervals of 1800--1703-1,800-90 ' among each other. These different ignition intervals result in one right un, # leiclimäßi-e BeaufschlaGeno the Ab-as- tufbinen. In order to simplify the turbine There will be two separate seperate turbines for each turbine Gas flow, d. n- the turbine of the bearing has two Eintriltsqtiersc '(, lii; # -, ell and 12 For the cylinder range 1 to 4 and the charging group 10 two entry cross sections 13 and 14 for the Cylinder line 5 to 8 . On the exhaust side are everyone Three cylinders each 2, 3 and 4 or 6, 7 and 8 , the ignition intervals of which are maxi- ZD times uni 90 ' differ from each other, as shown in fig. 3 reveals. These three cylinders then work in each case in burst operation on the inlet cross-passages, 12 or 14 of the turbines of loading group 9 or 10. The cylinder 1 in a row in a waste stood from 90 ' behind cylinder2 ignites as well the cylinder5 of the other row, the one with the same Distance in front of cylinder 7 of this row ignites, each work via an exhaust tank 15 or 16 in the Back-up operation on the inlet cross-sections that are still free 11 or 13. In this way, satisfactory charging of the internal combustion engine is guaranteed.

Claims

Claims: 1. Eight-cylinder, four-stroke internal combustion engine, charged using exhaust gas energy, with two rows of cylinders, each consisting of four working cylinders, arranged in a V-shape to one another and a crankshaft with star-shaped offset cranks, characterized in that each row of cylinders (1, 2 , 3, 4 or 5, 6, 7, 8), as is known per se in internal combustion engines with several Zviinderreilien, a single Ab2asturbo-I - --e charger (9 or 10) with one of two separate gas flows Turbine is assigned and that this turbine via an inlet cross-section (12 or 1.4) from the exhaust gases of three cylinders (2, 3, 4 or 6, 7, 8) of the row in question with as little different ignition intervals as possible in burst operation and via a second inlet cross-section (11 or 13) is acted upon by the exhaust gases of the fourth cylinder (1 or 5) via an exhaust tank (15 or 16) in accumulation mode.

2. Internal combustion engine according to claim 1 -, characterized in that the unaleichförrni-speed still remaining in the burst operation is compensated for in the application by an appropriate gas-dynamic coordination according to the length and width of the three exhaust pipes. CC