DE1751083A1 - Process for charging internal combustion engines with compression ignition and device for carrying out this process - Google Patents
Process for charging internal combustion engines with compression ignition and device for carrying out this processInfo
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Description
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Verfahren zur Aufladung von Verbrennungskraftmaschinen mit Kompressionszündung und Einrichtung zur Durchführung dieses VerfahrensMethod for charging internal combustion engines with compression ignition and the facility to carry out this process
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Aufladung von Verbrennungskraftmaschinen mit Kompressionszündung und auf eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.The invention relates to a method for supercharging internal combustion engines with compression ignition and a device for performing this procedure.
Schnellaufende Dieselmotoren mit einem erhöhten Gesohwindigkeitsverhältnis N 1| N 2 - wobei der Wert N 1 die maximale Drehgeschwindigkeit, und der Wert N 2 die minimale Drehgeschwindigkeit bedeuten sind nur sehr schwer mit einem iPurbokompreeeor genauHigh-speed diesel engines with one increased speed ratio N 1 | N 2 - where the value N 1 the maximum speed of rotation, and the Value N 2 mean the minimum rotational speed very difficult with an iPurbokompreeeor exactly
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aufzuladen, welcher von den Abgasen beaufschlagt wird. Wenn die Dimensionierung des Turbokompressors, insbesondere aber der Strömungsquerschnitt des Leitrades der Turbine so gewählt sind, daß bei der maximalen Geschwindigkeit N 1 die gewünschte Aufladung mit Luft erreicht wird, so wird diese Aufladung für eine minimale Geschwindigkeit N 2 unzureichend und sogar inexistent.charge, which is acted upon by the exhaust gases. If the dimensioning of the turbo compressor, in particular but the flow cross-section of the stator of the turbine are chosen so that at the maximum Speed N 1 the desired charging with air is reached, this charging is for a minimum Speed N 2 insufficient and even non-existent.
Wie aus Fig. 1 der Zeichnung hervorgeht, in welcher auf der Abszisse die Drehgesohwindigkeiten K 2 bis N 1 des Motors, und auf der Ordinate der Koeffizient der Aufladung - bezogen auf das LuftgewiohtT aufgetragen sind, erreicht die Kurve A des von einem Turbokompressor aufgeladenen Motors bei minimaler Geschwindigkeit N 2 die Kurve B des Motors, welcher atmosphärische Luft derart ansaugt, daß die Aufladung für diese minimale Geschwindigkeit N 2 gleich Null ist.As can be seen from Fig. 1 of the drawing, in which on the abscissa the total rotational speeds K 2 to N 1 of the engine, and on the ordinate the coefficient of supercharging - based on the LuftgewiohtT curve A of the turbo-charged engine reaches N 2 at minimum speed curve B of the engine, which takes in atmospheric air in such a way that the supercharging for this minimum speed N 2 is zero.
Daraus ergibt sich - wie am besten in dem Schaubild in Figur 2 ersiohtlich, in welchem auf der Abszisse die Drehgeschwindigkeiten N 2 bis N 1 und auf der Ordinate die Leistung des Motors aufgetragen sind - daß die Kurve 0 für die Leistung des aufgeladenen Motors die Kurve D für die Leistung des Motors erreicht, weloher atmosphärische Luft ansaugt. Es ergibt sich ferner, daß die Aufladung bei der minimalen Geschwindigkeit N 2 zu keinerlei Leistungs steigerung führt. Die mangelhafte Aufladung bei relativ geringen Geschwindigkeiten des Motors liegt in der Tatsaohe As can best be seen in the diagram in FIG. 2, in which the rotational speeds N 2 to N 1 are plotted on the abscissa and the power of the engine on the ordinate, curve 0 is the curve for the power of the supercharged engine D is reached for the power of the engine from which atmospheric air is drawn in. It can also be seen that charging at the minimum speed N 2 does not lead to any increase in performance. Inadequate charging at relatively low engine speeds is a fact
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begründet, daß die Geschwindigkeit des Turbokompressors schnell abnimmt, während die Geschwindigkeit des Motors sich verringert, und zwar während die in den Abgasen enthaltene Energie abnimmt.establishes that the speed of the turbo compressor decreases rapidly while the speed of the engine decreases, while the energy contained in the exhaust gases decreases.
Um diesem Mangel abzuhelfen, ist es bekannt, den Durchgangsquerschnitt des Leitrades der Turbine au verkleinern, um die Geschwindigkeit des mit kleiner Drehzahl laufenden Turbokompressors zu steigern. Hier- -In order to remedy this deficiency, it is known to increase the passage cross-section of the stator of the turbine au to increase the speed of the turbo compressor running at low speed. Here- -
durch kann - von einer bestimmten, erhöhten Geschwindigkeit "des Motors an - eine erhöhte Geschwindigkeit des Turbokompressors erreicht werden, und man muß für die Abgase eine Umgehungsleitung benutzen, welche entweder von einem federbelasteten Ventil oder aber von einem geschwindigkeitsabhängigen Regler gesteuert wird.through can - from a certain, increased speed "of the motor - an increased speed of the Turbo compressor can be achieved, and you have to use a bypass line for the exhaust gases, which either is controlled by a spring-loaded valve or by a speed-dependent controller.
Die Umgehungsleitung hat den Zweck, lediglich einen Teil der Abgase in die Turbine des Turbokomprescors zu leiten. Diese Einrichtung ist aber für schnelle Motoren mit einem erhöhten Geschwindigkeitsverhältnis N 1 : IT2 insofern ungeeignet, als man durch den minimalen Strömungsquerschnitt zwischen den Schaufeln des Leitrades schnell begrenzt ist, welcher mit einer guten Strömung der Abgase vereinbar sein muß.The purpose of the bypass line is to feed only part of the exhaust gases into the turbine of the turbo compressor to direct. However, this device is for fast motors with an increased speed ratio N 1: IT2 is unsuitable in that the minimal Flow cross-section between the vanes of the stator is quickly limited, which with a good The flow of the exhaust gases must be compatible.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Aufladung von Verbrennungskraftmaschinen mit Kompressionszündung, wobei zumindest eine Turbokompressoren-Gruppe verwendet wird. Die Erfindung kennzeichnet sichThe invention relates to a method for charging internal combustion engines with compression ignition, at least one group of turbo compressors being used. The invention is characterized
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dadurch, daß die Gesamtheit der Gase minimaler und maximaler Geschwindigkeiten in zumindest ein Turbinenleitrad geleitet wird, dessen Querschnittsfläche für die minimalen Geschwindigkeiten kleiner ist als für die maximalen Geschwindigkeiten. in that all the gases of minimum and maximum velocities are passed into at least one turbine stator whose cross-sectional area is smaller for the minimum speeds than for the maximum speeds.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus nachstehender Beschreibung und der Zeichnung ~ hervor, welche eine einzige Ausführungsform der Erfindung erläutern. In der Zeichnung zeigen in rein scheinatischer WeisejFurther features and advantages of the invention emerge from the following description and the drawing ~ which illustrate a single embodiment of the invention. In the drawing show in purely apparent form Wayj
Fig.1 ein Schaubild, welches in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des Motors den Koeffizienten der Aufladung veranschaulicht.Fig. 1 is a diagram which shows the Coefficients of charging illustrated.
Fig. 2 ein Schaubild, in welcher in AbhängigkeitFIG. 2 is a diagram in which, as a function of
der Geschwindigkeit des Motors die Leistung veranschaulicht ist.the speed of the engine the performance is illustrated.
Pig. 3 eine Ansicht, teilweise im Schnitt, der Einrichtung zur Aufladung einer Verbrennungskraftmaschine gemäß der Erfindung.Pig. 3 is a view, partly in section, of the device for supercharging an internal combustion engine according to the invention.
Fig. 4 einen Schnitt durch eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemüßen Einrichtung zur Aufladung einer Verbrennungskraftmaschine ·4 shows a section through a further embodiment of the device according to the invention for charging an internal combustion engine ·
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In Mg. 3 der Zeichnung ist ein Einlaßsammler 1 mit mehreren Einlaßstutzen 1a, 1b angedeutet, welche zu verschiedenen Zylindern einer Verbrennungsmaschine mit Kompressionszündung führen, wobei der Einlaßsammler über die beiden Stutzen 2, 2a mit Verbrennungsluft versorgt wird. Diese'beiden Stutzen 2, 2a sind mit Auslaßleitungen 3»3a der beiden Kompressoren 4»4a verbunden, deren Ansaugstutzen 5,5a mit der Atmosphäre in Verbindung stehen.In Mg. 3 of the drawing is an inlet header 1 indicated with several inlet ports 1a, 1b, which lead to different cylinders of an internal combustion engine lead with compression ignition, the intake manifold is supplied with combustion air via the two nozzles 2, 2a. These two nozzles 2, 2a have outlet lines 3 »3a of the two compressors 4» 4a connected, their suction ports 5,5a in connection with the atmosphere stand.
Die Kompressoren 4,4a werden von Turbinen 7»7a angetrieben, mit welchen sie zwei Gruppen von verschiedenen Turboantrieben 6,6a bilden.The compressors 4,4a are driven by turbines 7 »7a driven, with which they form two groups of different turbo drives 6,6a.
Diese Turbinen 7»7a weisen Einlaßstutzen 8,8a und Auslaßstutzen 9»9a auf, wobei die Einlaßstutzen 8,8a über ein Hosenstück 1o an einen Auslaßsammler 11 des Motors angeschlossen sind.These turbines 7 »7a have inlet nozzles 8, 8a and outlet nozzles 9» 9a, the inlet nozzles 8,8a Via a trouser piece 1o to an outlet collector 11 of the Motors are connected.
Xn dtm einen Schenkel des Hosenstüokes 1o 1st ein Versohlußorgan 12 angeordnet, welches in der Veraohlußetellung des Schenkels 1oa des Hosenstüokee 1o die mit einem gestrichelten Linienzug dargestellte Lage einnimmt. In der Offenstellung des Verschluflorganes 12 wird die Verbindung des Auelafleamulers 11 mit dem Xinlaß-Btutaen 8j der Turbine hergestellt. Der andere Schenkel 1ob de· Hostnetüok·» 1o enthalt kein Vtreohlußorgan und verbindet; den Au»lft£e&MOler 11 alt dem linlaßetutzen 8a der Xn dtm one leg of the trouser piece 1o is arranged a Versohlußorgan 12, which assumes the position shown with a dashed line in the Verohlußetellung of the leg 1oa of the trouser piece 1o. In the open position of the closure member 12, the connection of the Auelafleamulers 11 with the Xinlaß-Btutaen 8j of the turbine is established. The other leg 10ob de · Hostnetüok · »1o does not contain a central stem and connects; the outer tube 11 old the liner nozzle 8a of the
- 6 BAD ORiQiNAL- 6 BAD ORiQiNAL
Bei minimalen Geschwindigkeiten N 2 des Motors ist der Schenkel 1oa des Hosenstückes To durch das Ve; schlußorgan 12 verschlossen, wobei die aus dem Sammler 11 kommenden Abgase über den Schenkel 1ob in die Turbine 8a geleitet werden, die den Kompressor 4a antreibt, der seinerseits den Einlaßsammler 1 mit Luft versorgt.At minimum speeds N 2 of the motor, the leg 1oa of the trouser piece To is through the Ve; Closing member 12 closed, the exhaust gases coming from the collector 11 via the limb 1ob into the turbine 8a which drives the compressor 4a, which in turn supplies the inlet manifold 1 with air.
Bei maximalen Geschwindigkeiten ΪΙ 1 des Motors befindet sich das Verschlußorgan 12 in der Offenstellung, die in der Zeichnung mit einem durchgehenden Linienzug dargestellt ist. Die aus dem Sammler 11 kommenden Abgase werden über die Schenkel 1oa und 1ob des Hosenstückes 1o den Turbinen 7,7a zugeleitet, welche die Kompressoren 4»4a antreiben, die wiederum gleichzeitig den Einlaßsammler 1 über die Leitungen 2,2a versorgen.At maximum speeds ΪΙ 1 of the motor, the closure member 12 is in the open position, which is shown in the drawing with a continuous line of lines. The exhaust gases coming from the collector 11 are over the legs 1oa and 1ob of the pants piece 1o the turbines 7,7a fed to the compressors 4 »4a drive, which in turn at the same time supply the inlet manifold 1 via the lines 2, 2 a.
Die Abmessungen eines jeden Turbokompreseors 6,6a sind kleiner ale diejenigen eines normalerweise verwendeten Turbokompressors. Sie sind so gewählt, dsl ei· der genauen Aufladung des Motors durch einen Turbokompreeeer mit minimaler Geschwindigkeit 17 2 entsprechen. The dimensions of each turbo compressor 6,6a are smaller than those of a turbo compressor normally used. They are selected in such a way that they correspond to the exact supercharging of the engine by a turbo compressor with minimum speed 17 2.
Die Leiträder der beiden Turbinen 7,7a können unterschiedlich sein» um an die niedrigen oder hohen Geschwindigkeiten des Motors angepaßt werden *u können.The guide wheels of the two turbines 7, 7a can be different in order to be adapted to the low or high speeds of the engine.
Gemäß der Aueführungeform naoh figur 4 der Zeiohnung wird eine einzige Turbokoapressortn-Gruppe verwendet,According to the design in Figure 4 of the newspaper, a single turbo-co-apprenticeship group is used,
' wobei mit 13 die Turbine btzelohnet ist. Diese Turbine 13'where at 13 the turbine is paid off. This turbine 13
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besitzt ein Laufrad 14, das über das Leitrad 15 beaufschlagt wird. Das Laufrad H der Turbine 13 treibt einen-Kompressor an, welclier - v/le vorstehend näher erläutert den Einlaßsammler des Yerbrennungsmotors, versorgt.has an impeller 14 which acts on it via the stator 15 will. The impeller H of the turbine 13 drives a compressor to, welclier - v / le explained in more detail above Inlet manifold of the internal combustion engine, supplied.
Die Turbine 1? besitzt einen Diffusor mit zwei Kanälen 16,17, von welchen der eine Kanal 16 in einen reduzierten Winkelteil S des Leitrades einmündet, während der andere Kanal 17 in den verbleibenden Teil des Leitrades A einmündet. Die Kanäle 1 δ und 17 des Leitrades sind mit dem Austrittssammler 18 über zwei parallel zu-einander liegende Stutzen 19 und 2o verbunden. In dem Stutzen 2o ist ein Verschlußorgan 21 gelagert, welches eine Lage einnehmen kann, die in der Zeichnung miteinem gestrichelten Linienzug angedeutet ist. In dieser Stellung ist der Durchgang durch den Stutzen 2o unterbunden. -.The turbine 1? has a diffuser with two channels 16, 17, of which one channel 16 opens into a reduced angular part S of the stator, while the other channel 17 opens into the remaining part of the stator A. The channels 1 δ and 17 of the stator are connected to the outlet header 18 via two connecting pieces 19 and 2o lying parallel to one another. A closure member 21 is mounted in the connecting piece 2o and can assume a position which is indicated in the drawing with a dashed line. In this position, the passage through the connecting piece 2o is prevented. -.
. . : Bei minimalen, Geschwindigkeiten IT 2, des Motors befindet sich· das ire.r3.chl«ßorgan 21 in der Schließstellung, und die aus dein Austrittssammler 18 kommenden Austrittsgase werden in ihrer Gesamtheit über den Stutzen 19 in das reduzierte Winkelstück S des Leitrades 15 geleitet, um das Laufrad 14 anzutreiben.. . : At minimum, speeds IT 2, of the motor the ire.r3.chl «ßorgan 21 is in the closed position, and the exhaust gases coming from your exhaust manifold 18 are passed in their entirety via the connection 19 into the reduced angle piece S of the stator 15, to drive the impeller 14.
Durch die Verwendung des Winkelstückes S des Leitrades 15 wird ein hinreichend kleiner AusströmquerschiJiltt der Abgase durch das Leitrad hindurch er-By using the contra-angle handpiece S of the stator 15 is a sufficiently small outflow cross-section the exhaust gases through the diffuser
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halten, wobei für die Gase ein hinreichend großer Durchgangsquerschnitt zwischen den Schaufeln aufrechterhalten wird.hold, with a sufficiently large passage cross-section for the gases is maintained between the blades.
Für die maximalen Geschwindigkeiten N 1 des Motors und von einer bestimmten Geschwindigkeit an wird das Verschlußorgan 21 in die Offenstellung überführt, und die Abgase werden dem Sammler 18 entnommen und über die Stutzen 19, 2o und die beiden Kanäle 16,17 des Diffusors in das gesamte Leitrad 15 der Turbine geleitet.For the maximum speeds N 1 of the engine and from a certain speed onwards the closure member 21 is transferred into the open position, and the exhaust gases are removed from the collector 18 and over the nozzle 19, 2o and the two channels 16, 17 of the diffuser passed into the entire stator 15 of the turbine.
In den beiden Verwirklichungsformen der Einrichtung gemäß der Erfindung kann das Verschlußorgan analog denjenigen einer Bremse mit Entlüftung sein.In the two forms of implementation of the device according to the invention, the closure member be analogous to that of a brake with ventilation.
In diesen beiden Fällen kann die fragliche Einrichtung durch eine Umgehungsleitung für die Abgase ergänzt werden, welche bei einer Geschwindigkeit einsetzt, die größer ist als die Öffnungsgeschwindigkeit des Verschlußorganes 12 oder 21.In both of these cases, the device in question can bypass the exhaust gases added, which starts at a speed that is greater than the opening speed of the closure member 12 or 21.
Die Erfindung ist keineswegs auf die beschriebenen und dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Es sind vielmehr noch weitere Verwirklichungsformen denkbar, ohne daß hierdurch der Rahmen der Grundkonzeption gesprengt wird.The invention is in no way restricted to the embodiments described and illustrated. There are rather, other forms of realization are conceivable without breaking the framework of the basic concept.
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10981Q/0693 ' ,10981Q / 0693 ',
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