DE1526446C3

DE1526446C3 - Reciprocating internal combustion engine

Info

Publication number: DE1526446C3
Application number: DE1526446A
Authority: DE
Inventors: Cornelis Rozenburg Hubers (Niederlande)
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1966-01-12
Filing date: 1966-01-12
Publication date: 1974-08-29
Also published as: DE1526446B2; DE1526446A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Hubkolbenbrennkraftmaschine, bei der auf nahezu Verbrennungsdruck verdichtete Luft zu Beginn des Expansionshubes in den Zylinder eingeführt und der Brennstoff während oder am Ende der Luftzufuhr zugeführt wird.The invention relates to a reciprocating piston internal combustion engine, in which the combustion pressure is almost at compressed air is introduced into the cylinder at the beginning of the expansion stroke and the fuel during or at the end of the air supply.

Eine derartige Hubkolbenbrennkraftmaschine, bei der praktisch die gesamte Luftmenge durch Fremdverdichtung auf den notwendigen Druck gebracht wird, während der Kolben praktisch kompressionslos in seine obere Stellung verbracht wird, ist bereits aus der schweizerischen Patentschrift 179 538 sowie der deutschen Patentschrift 525 527 bekanntgeworden. Diese bekannten Anordnungen stellen das Gegenstück zu den üblichen Hubkolbenbrennkraftmaschinen dar, bei denen die notwendige Verbrennungsluft im Zylinder selbst verdichtet wird und in der Nähe des oberen Totpunktes lediglich noch der Brennstoff eingespritzt werden muß.Such a reciprocating internal combustion engine in which practically the entire amount of air is produced by external compression is brought to the necessary pressure, while the piston is practically compression-free is brought into its upper position, is already from the Swiss patent 179 538 and the German patent 525 527 became known. These known arrangements represent the counterpart to the usual reciprocating internal combustion engines, in which the necessary combustion air is compressed in the cylinder itself and in the vicinity of the top dead center only the fuel must be injected.

Diese Anordnungen, bei denen die auf nahezu Verbrennungsdruck verdichtete Luft zu Beginn des Expansionshubes in den Zylinder eingeführt wird, haben den Vorteil, daß der auf diese Weise kompressionslos arbeitende Motor infolge des Fehlens des Gegendrucks bei der Kolbenbewegung vom unteren zum oberen Totpunkt eine größere Leistung liefern kann und diese Leistung noch dadurch gesteigert werden konnte, daß man eine entsprechend größere Füllung mit komprimierter Luft bzw. dem brennbaren Gemisch in den Motor einführte. Auf der anderen Seite haben dafür diese kompressionslos mit Fremdverdichtung arbeitenden Anordnungen den Nachteil, daß ein beträchtlicher Teil der Energie über die Abgase verlorengeht, der auch nicht annähernd dadurch einer sinnvollen Nutzung zugeführt werden kann, daß man, wie bei der deutschen Patentschrift 525 527, das brennbare Gemisch aus Luft und Brennstoff durch einen von den Abgasen betriebenen Wärmeaustauscher vorwärmt und damit einen Teil der Restwärme der Abgase nützlich verwendet.These arrangements, in which the air compressed to almost combustion pressure at the beginning of the Expansion stroke is introduced into the cylinder, have the advantage that the in this way without compression working engine due to the lack of back pressure in the piston movement from the bottom can deliver a greater power to the top dead center and this power is increased as a result could be that you have a correspondingly larger filling with compressed air or the combustible Introduced mixture into the engine. On the other hand, they have compression-free External compression working arrangements have the disadvantage that a considerable part of the energy is lost via the exhaust gases, which is not even remotely brought to a meaningful use can be that, as in German Patent 525 527, the combustible mixture of air and preheating fuel by a heat exchanger operated by the exhaust gases and thus a Part of the residual heat of the exhaust gases is usefully used.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Hubkolbenbrennkraftmaschine zu schaffen, die eine besonders weitgehende Ausnutzung der Verbrennungsenergie des Brennstoffs ergibt und eine Erhöhung der Motorleistung je Zylinder gestattet. Dabei soll der Maximalverbrennungsdruck in bezug' auf einen verhältnismäßig hohen mittleren Kolbendruck relativ niedrig sein.The invention is based on the object to provide a reciprocating internal combustion engine that has a particularly extensive utilization of the combustion energy of the fuel results and an increase the engine power per cylinder. The maximum combustion pressure should be in relation to a relatively high mean piston pressure can be relatively low.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einer Hubkolbenbrennkraftmaschine der eingangs genannten Art gemäß der Erfindung vorgesehen, daß die Zufuhr der verdichteten Luft zusätzlich zur im Zylinder verdichteten Luftmenge erfolgt und daß die Verdichtung der zusätzlichen Luft mittels Abgasturbolader vorgenommen ist.To solve this problem is in a reciprocating internal combustion engine of the type mentioned provided according to the invention that the supply of compressed air takes place in addition to the amount of air compressed in the cylinder and that the compression the additional air is made by means of the exhaust gas turbocharger.

Die erfindungsgemäße Anordnung stellt somit nicht, wie die vorstehend beschriebenen bekannten Anordnungen, das reine Gegenstück eines mit Eigenverdichtung arbeitenden Motors dar, sondern im Prinzip einen mit Eigenverdichtung arbeitenden Motor, bei dem durch die zusätzliche Einführung vonThe arrangement according to the invention is therefore not, as is the case with the known ones described above Arrangements, the pure counterpart of an engine working with self-compression, but in the Principle an engine that works with self-compression, in which the additional introduction of

ίο auf nahezu Verbrennungsdruck verdichteter Luft zu Beginn des Expansionshubes lediglich eine Erhöhung der Zylinderfüllung erreicht wird, wobei es im Sinne der Lösung der vorstehend genannten Aufgabe wesentlich ist, daß diese zusätzlich eingebrachte fremdverdichtete Luft mit Hilfe eines an sich zur Verdichtung bekannten Abgasturboladers verdichtet wird, wodurch der bei den bekannten mit Fremdverdichtung arbeitenden Motoren auftretende starke Druckabfall vermieden ist.ίο towards almost combustion pressure compressed air At the beginning of the expansion stroke, only an increase in the cylinder charge is achieved For the purpose of solving the above-mentioned problem, it is essential that these are additionally introduced Externally compressed air is compressed with the help of an exhaust gas turbocharger known per se for compression is, whereby the strong occurring in the known engines working with external compression Pressure drop is avoided.

Diese Erhöhung der Füllung unterscheidet sich dabei prinzipiell bedeutend von der am Ende einer normalen Zylinderverbrennung zusätzlichen Einführung eines Brennstoff-Luft-Gemisches, wie es in der deutschen Patentschrift 525 527 vorgeschlagen ist, da im vorliegenden Fall kein Brennstoff-Luft-Gemisch, sondern lediglich eine zusätzliche verdichtete Luftmenge eingebracht wird und darüber hinaus das Einbringen dieser Luftmenge erfolgt, ehe überhaupt Brennstoff in den Zylinder eingebracht wird.In principle, this increase in the filling differs significantly from that at the end of a normal one Cylinder combustion additional introduction of a fuel-air mixture, as it is in German Patent 525 527 is proposed because in the present case not a fuel-air mixture, but only an additional compressed amount of air is introduced and, moreover, the introduction this amount of air takes place before fuel is even introduced into the cylinder.

Es hat sich gezeigt, daß der mittlere Kolbendruck in dem erfindungsgemäßen Verbrennungsmotor etwa bei 15 bis 20atü bei einem Maximalverbrennungsdruck von 35 bis 50 atü liegt.It has been shown that the mean piston pressure in the internal combustion engine according to the invention is approximately 15 to 20 atmospheres with a maximum combustion pressure of 35 to 50 atmospheres.

Da bei dem Verbrennungsmotor gemäß der Erfindung die Verbrennungsgase unter großem Druck und mit hoher Temperatur aus dem Zylinder austreten, kann er zur Vermeidung von Schäden an den Schaufeln der Abgasturbine infolge zu hoher Temperaturen durch Überlastung des Motors mit einer Umlaufleitung zwischen dem Kompressorauslaß und dem Einlaß der Abgasturbine ausgerüstet sein, wobei diese Umlaufleitung ein in Abhängigkeit von der Temperatur der Abgase am Turbineneinlaß regelbares Ventil aufweist.Since in the internal combustion engine according to the invention, the combustion gases under high pressure and Exiting the cylinder at a high temperature can prevent damage to the blades the exhaust gas turbine as a result of excessively high temperatures due to overloading the engine with a circulation line be equipped between the compressor outlet and the inlet of the exhaust gas turbine, wherein this circulation line is adjustable as a function of the temperature of the exhaust gases at the turbine inlet Has valve.

Die Erfindung ist in der nachfolgenden Beschreibung in zwei Ausführungsbeispielen sowie an Hand der Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigtThe invention is shown in the following description in two exemplary embodiments as well as on hand the drawing explained in more detail. Here shows

Fig. 1 das Schaltschema für einen Verbrennungsmotor und1 shows the circuit diagram for an internal combustion engine and

F i g. 2 das Schaltschema für eine zweite Ausführungsform mit einem Sammelgefäß für die Abgase.F i g. 2 shows the circuit diagram for a second embodiment with a collecting vessel for the exhaust gases.

Der in F i g. 1 dargestellte Motor weist eine Anzahl von Zylindern 1 auf, deren Auslaßöffnungen über eine gemeinsame Auslaßleitung 2 an eine durch die Abgase antreibbare und mit einem mehrstufigen Luftkompressor 4 gekuppelte Turbine 3 angeschlossen sind.The in F i g. 1 shown engine has a number of cylinders 1, the exhaust ports Via a common outlet line 2 to a drivable by the exhaust gases and with a multi-stage Air compressor 4 coupled turbine 3 are connected.

Am Ende der ersten Stufe des Luftkompressors 4 befindet sich ein Auslaßstutzen, von dem eine Leitung 5 zu einem Windkessel 6 führt. Dieser dient als Spülluftbehälter und ist über Leitungen? mit den Spulöffnungen der verschiedenen Zylinder 1 verbunden. Ein Auslaßstutzen am Ende der letzten Stufe des Kompressors 4 ist über eine Leitung 8 an einen Behälter 9 für die Zusatzluft zur Zwischenaufladung angeschlossen, von dem eine Leitung 10 mit Abzweigungen zu den verschiedenen Zylindern 1 führt. In jedem Zylinderkopf ist in einem VerbindungskanalAt the end of the first stage of the air compressor 4 there is an outlet connection from which a line 5 leads to an air chamber 6. This serves as a purge air tank and is via lines? with the Purge openings of the various cylinders 1 connected. An outlet port at the end of the last stage of the compressor 4 is via a line 8 to a container 9 for the additional air for intermediate charging connected, from which a line 10 with branches leads to the various cylinders 1. In each cylinder head is in a connecting channel

zwischen dem Ende der Abzweigung zur Leitung 10 Um zu verhindern, daß die Schaufeln der Tur-between the end of the junction to line 10 To prevent the blades of the tur-

und dem Zylinderraum ein gesteuertes Einlaßventil bine 3 durch eine zu hohe Temperatur der Abgaseand the cylinder chamber a controlled inlet valve bine 3 by an excessively high temperature of the exhaust gases

11 vorgesehen. beschädigt werden, ist zwischen dem Kompressor-11 provided. damaged is between the compressor

Nach dem Anlassen dieses Motors mittels eines auslaß und dem Turbineneinlaß eine Umlaufleitung Anlaßluftgefäßes wird die Brennstoffzufuhr einge- 5 12 mit einem Ventil 13 vorgesehen, welches in Abschaltet. Der Brennstoff zündet, und der Motor dreht hängigkeit von der Temperatur der Gase am Turbisich mit eigener Kraft weiter. Die Abgase des Motors neneinlaß gesteuert wird. Hierdurch öffnet sich das treiben die Turbine 3, und diese betätigt den Korn- Ventil 13 bei zu hoher Temperatur der Gase am Turpressor4. Dieser liefert die Spülluft für die Zylin- bineneinlaß und läßt eine Menge komprimierter Luft der 1, so daß beim Senken des Kolbens, wenn dieser io zum Turbineneinlaß strömen, welche sich mit den ; die Spülöffnungen freigibt, die Spülluft aus dem Be- heißen Gasen vermischt und diese kühlt. j hälter 6 in die Zylinder 1 strömt und die Gase zur Bei der zweiten Ausführungsform des Verbren- j Leitung2 abgeführt werden. Beim entgegengesetzten, nungsmotors nach Fig.2 ist zwischen der Leitung2 j also nach oben gerichteten Kolbenhub werden zuerst und den verschiedenen Zylinderauslaßöffnungen ein j die Auslaßöffnungen und sodann die Spülöffnungen 15 gemeinsames Sammelgefäß 14 angeordnet, um den im Zylinder 1 geschlossen, wonach ein Rest von Druck der Abgase in der Leitung 2 zu vergleichmäßi-Spülluft komprimiert wird. gen. Dies bringt den erheblichen Vorteil, daß als Ab- After starting this engine by means of an outlet and the turbine inlet a circulation line starting air vessel, the fuel supply is switched on with a valve 13 which switches off. The fuel ignites and the engine continues to turn on its own, depending on the temperature of the gases at the turbine. The engine's exhaust gas inlet is controlled. This opens the drive of the turbine 3, and this actuates the grain valve 13 when the temperature of the gases on the turpressor 4 is too high. This supplies the scavenging air for the cylinder inlet and lets a quantity of compressed air of the 1, so that when the piston is lowered, when it flows to the turbine inlet, which flow with the; releases the scavenging openings, the scavenging air from the hot gases mixes and cools them. j container 6 flows into the cylinder 1 and the gases are discharged to the second embodiment of the combustion j line 2. In the opposite, voltage motor according to Figure 2 is between the line 2 j so upwardly directed piston stroke first and the various cylinder outlet openings a j the outlet openings and then the flushing openings 15 are arranged common collecting vessel 14, closed around the cylinder 1, after which a remainder of pressure the exhaust gases in line 2 is compressed to uniform scavenging air. gen. This has the considerable advantage that

Zu Beginn des nach unten gerichteten Kolbenhu- gasturbine 3 eine Gleichdruckturbine VerwendungAt the beginning of the downwardly directed piston-stroke gas turbine 3, a constant pressure turbine is used

bes oder kurz danach wird das Einlaßventil 11 geöff- finden kann. Ferner ist bei dieser AusführungsformBeside or shortly afterwards the inlet valve 11 can be opened. Furthermore, in this embodiment

net, und es strömt hochkomprimierte Luft aus dem 20 — im Gegensatz zu der Umkehrspülung der Zylindernet, and highly compressed air flows out of the 20 - in contrast to the reverse flushing of the cylinders

Behälter 9 für Zwischenaufladeluft in den Zylinder 1. nach F i g. 1 — die günstigere Längsspülung der Zy-Container 9 for intermediate charging air in the cylinder 1 according to FIG. 1 - the cheaper longitudinal flushing of the cylinder Nach erneutem Schließen des Ventils 11 wird der linder angewandt. Dazu ist in jedem Zylinderkopf einAfter closing the valve 11 again, the linder is applied. There is also a in each cylinder head

Brennstoff zugeführt, und es erfolgt die Zündung. Da gesteuertes Auslaßventil 15 vorgesehen,
sich der Kolben inzwischen bereits mit ziemlich gro- Im Rahmen der Erfindung liegt eine Vielzahl ver- Fuel is supplied and ignition takes place. Since controlled exhaust valve 15 is provided,
the piston is already quite large in the meantime.

ßer Geschwindigkeit nach unten bewegt, steigt der 25 schiedener Änderungen an den wiedergegebenen An-If the speed decreases, the 25 different changes to the reproduced

Druck im Zylinder nur wenig über den nach dem Ordnungen. So können beispielsweise statt der Aus-Pressure in the cylinder only slightly above that according to the order. For example, instead of training Einleiten der Zwischenaufladeluft im Zylinder herr- laß- und Spülöffnungen Ventile vorgesehen werden,Introducing the interim charging air in the cylinder, venting and scavenging openings valves are provided,

sehenden Druck. Man erhält dadurch eine große Zy- Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn an Stelle seeing pressure. This gives a large ZY This is particularly advantageous when in place

linderfüllung und demzufolge einen großen mittleren des Stoßsystems für das Speisen des Aufladers ein relieving filling and hence a large middle of the shock system for the food of the supercharger

Kolbendruck, ohne daß ein hoher Maximalverbren- 30 Gleichdrucksystem unter Zwischenschaltung eines Piston pressure without a high maximum combustion 30 constant pressure system with the interposition of a

nungsdruck auftritt. Pufferbehälters Verwendung findet.pressure occurs. Buffer container is used.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Claim:

Reciprocating internal combustion engine in which air is compressed to almost combustion pressure at the beginning of the expansion stroke is introduced into the cylinder and the fuel is introduced during or at the end the air supply is supplied, characterized in that the supply of the compressed Air takes place in addition to the amount of air compressed in the cylinder and that the compression of the additional air is made by means of the exhaust gas turbocharger.