DE19528342A1 - Four=stroke compound diesel IC engine - Google Patents
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Abstract
Description
Die bessere Ausnutzung des Heiz- und Brennwertes des Kraftstoffes ist gleichzeitig mit der Verbesserung des Wirkungsgrades, d. h. der Aufladung, der Verbrennung selbst, der Verbrennungsgüte und der Abgasverwertung und schließlich die Reduzierung aller Reibungsverluste.The better use of the heating and calorific value of the fuel is at the same time as the improvement efficiency, d. H. the charging, the combustion itself, the combustion quality and the Exhaust gas recycling and finally the reduction of all friction losses.
Bekannte Verfahren, die dies verfolgen, sind Verbundverfahren, die den Turbolader, den Verbrennungsmotor und die Abgasturbine miteinander auf einen Abtriebsstrang kuppeln. In der deutschen Zeitschrift MTZ, Jahrgang 21, Heft 1, Januar 1960, Seite 8, sind mit einem derartigen Verfahren für hochaufgeladene Viertakt-Dieselmotoren erhöhte Wirkungsgrade nachgewiesen. Die Ladung stellt sich so besser bedarfsgerecht ein und vor allem das aufgestaute Abgas wird wie Treibgas in nachgeschalteten Turbinen je nach Anfall verwendet.Known methods that pursue this are composite methods that the turbocharger, the internal combustion engine and couple the exhaust gas turbine to one another on a drive train. In the German magazine MTZ, Volume 21, Issue 1, January 1960, page 8, are using such a method for highly charged Four-stroke diesel engines demonstrated increased efficiency. The cargo turns out better as required, and above all the pent-up exhaust gas becomes like propellant gas in downstream turbines used after seizure.
Dagegen sind die heute üblich freilaufenden, nicht am Abtrieb gekuppelten Abgasturbolader nicht als Verbundanlagen zu verstehen, da diese immer mit der Ladeleistung im Gleichgewicht stehen und nach außen keine Nutzleistung abgeben, denn die Ladeleistung ist von Abgasanfall und vom optimalen Betriebspunkt der Turbine abhängig, da so, entweder zuviel als auch zu wenig Ladeleistung zur Verfügung stehen kann, bzw. Leistungsvermögen verlorengeht.On the other hand, the exhaust gas turbochargers that are currently free-running and are not coupled to the output are not as Compound systems to understand, as these are always in balance with the charging performance and after Do not give any useful power on the outside, because the charging power depends on the amount of exhaust gas and the optimum Depending on the operating point of the turbine, either too much or too little charging power is available can stand or performance is lost.
Mit der Hochaufladung allgemein sind derzeit für Dieselmotoren, allerdings nur in bestimmten Betriebspunkten, thermische Wirkungsgrade bis zu 70% möglich. Die Spitzen der Leistungssteigerung bzw. Drehmomentensteigerung im praktischen Hochaufladebetrieb betragen dementsprechend 100%.With the supercharging in general are currently for diesel engines, but only in certain Operating points, thermal efficiencies up to 70% possible. The peaks of performance increase or Torque increase in practical high-charge operation is accordingly 100%.
Der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, die einzeln gewonnenen Ergebnisse konsequent konstruktiv in ein geeignetes Verbundsystem umzugestalten. Durchgehend soll über den gesamten Arbeitsbereich mit einem noch höheren Wirkungsgrad eine folgliche Kraftstoffeinsparung entstehen und eine weitere erhebliche Leistungsausbeute, sowie eine verbesserte Motorcharakteristik herbeigeführt werden. The invention specified in claim 1 is based on the problem, the individually obtained Constructively transforming results into a suitable composite system. Throughout should the entire work area with an even higher efficiency, a consequent fuel saving arise and a further significant power yield, as well as an improved engine characteristics be brought about.
Dieses Problem wird durch die im Patentanspruch 1 ausgeführten Merkmale gelöst.This problem is solved by the features set out in claim 1.
Die erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß auf vorhandene Motoren aufgebaut werden kann und somit erhebliche Entwicklungskosten eingespart werden können. Lediglich der Zylinderkopf und das Steuerregime der Ventile muß geändert werden, bzw. in einer weiteren Ausführung ist zusätzlich der Kolbendurchmesser zu verändern.The advantages achieved are, in particular, that existing motors can be built on and thus considerable development costs can be saved. Only the cylinder head and that Control regimes of the valves must be changed, or in a further version, the Change piston diameter.
Die Frischluftladung mit Kolben (analog Kolbenkompressor) ermöglicht über den gesamten Drehzahlbereich die proportionale und nach oben max. mögliche Verdichtung der Ladeluft und auch deren Kühlung.Fresh air charging with pistons (analogous to piston compressors) enables the entire speed range the proportional and upwards max. possible compression of the charge air and also its cooling.
Das noch reichlich energiehaltige Abgas, das von dem nachgeordneten Kolben verarbeitet wird, ist bis zum Abfall auf den atmosphärischen Zustand nutzbar, bzw. Restverbrennungen aus dem Hauptbrennraum können noch zusätzlich von diesem übernommen werden.The still abundant energy-containing exhaust gas, which is processed by the downstream piston, is up to Waste can be used to the atmospheric state, or residual burns from the main combustion chamber can also be taken over by this.
Der Vergleich der thermischen Wirkungsgrade zum o. g. Stand ergibt am dargestellten Beispiel die Steigerung auf 84%.The comparison of the thermal efficiencies to the above. In the example shown, the stand gives the Increase to 84%.
Ebenfalls ist gemäß dem Beispiel, der dargelegten Verbundeinheit mit einem Arbeitvolumen von 0,3 bis 0,4 Liter, bei einer Motordrehzahl von 4000 min-1 eine Leistungsausbeute von 45 bis 60 kW (∼60 bis 80 PS) machbar.Likewise, according to the example, the composite unit shown with a working volume of 0.3 to 0.4 liters, at an engine speed of 4000 min -1, a power yield of 45 to 60 kW (∼60 to 80 hp) is feasible.
Das belegt den möglichen Einsatz der neuen Verbundanlage insbesondere in kleinen Dieselmotoren, für die bisher noch kein effektives Ladeverfahren bestand. Damit ist auch die Grundlage für ein Sparauto mit dem niedrigsten Verbrauch gelegt.This proves the possible use of the new composite system, especially in small diesel engines for which So far there has been no effective charging process. This is also the basis for an economy car with the lowest consumption.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung ist, daß die Frischluftladung und die Abgasverarbeitung nur von einem einzigen aber kombinierten Kolben übernommen werden kann (Fig. 3 u. 4).A further advantageous embodiment is that the fresh air charge and the exhaust gas processing can only be carried out by a single but combined piston ( FIGS. 3 and 4).
Die Umweltfreundlichkeit zeichnet sich bei etwa 25% niedrigerem konstruktiven Bauaufwand (kg/kW), besonders durch den geringeren Kraftstoffverbrauch, eine vollkommenere Verbrennung und geringerer Hinterlassung von Verbrennungsrückständen (CO₂, CO, NOx, CxHx) aus.The environmental friendliness is characterized by approximately 25% lower construction costs (kg / kW), especially by the lower fuel consumption, more perfect combustion and less residue from combustion residues (CO₂, CO, NO x , C x H x ).
Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigtTwo embodiments of the invention are shown in the drawings and are described below described in more detail. It shows
Fig. 1 ein Kolbentriebwerk mit drei gleich großen Zylindern, wobei der erste als Frischluftkompressor im Zweitaktverfahren, der zweite als Arbeitszylinder im üblichen Viertaktverfahren und der dritte als Treibgaszylinder für das Abgas im Zweitaktverfahren gestaltet und insgesamt mit einem gemeinsamen Ventilregime gesteuert ist, Fig. 1 shows a piston engine with three equal-sized cylinders, the first as a fresh air compressor in the two-stroke method, the second is as a working cylinder in the conventional four-stroke process, and the third designed as a propellant gas cylinder for the exhaust gas in the two-stroke process and overall controlled with a common valve regime
Fig. 2 eine Ansicht von unten auf den dazugehörenden abgenommenen Zylinderkopf und der für den Gasaustausch erforderlichen Kühl- und Stauräume, Fig. 2 is a view from below of the associated cylinder head removed and the necessary gas exchange cooling and storage spaces,
Fig. 3 ein Kolbentriebwerk mit zwei verschieden großen Zylindern, wobei der größere als Frischluftkompressor im Zweitaktverfahren, der kleinere als Arbeitszylinder im üblichen Viertaktverfahren und wiederum der größere kombiniert als Treibgaszylinder für das Abgas im Zweitaktverfahren gestaltet und insgesamt mit einem gemeinsamen Ventilregime gesteuert ist, Fig. 3, a piston engine with two different sized cylinders, the greater is as a fresh air compressor in the two-stroke method, the smaller designed as working cylinders in the normal four-stroke cycle and in turn, the greater combined as propellant gas cylinder for the exhaust gas in the two-stroke process and overall controlled with a common valve regime
Fig. 4 eine Ansicht von unten auf den dazugehörenden abgenommenen Zylinderkopf und den für den Gasaustausch erforderlichen Kühlraum. Fig. 4 is a bottom view of the associated removed cylinder head and the cooling space required for gas exchange.
Die Details sind in der Zeichenerklärung einzeln erläutert. Dem Gasaustausch ist der Pfeilrichtung zu folgen. Das Beispiel ist mit dem Kolbendurchmesser 80 mm, Hub 80 mm bzw. den Kolbendurchmessern 70/120 mm quantifiziert ausgelegt.The details are explained individually in the explanation of symbols. The gas exchange is in the direction of the arrow consequences. The example is with the piston diameter 80 mm, stroke 80 mm or the piston diameters 70/120 mm quantified.
ZeichenerklärungExplanation of symbols
1 Brennraumkurbeltrieb (Viertakt-Dieselmotor)
2 Laderkurbeltrieb (Frischluftkompressor)
3 Abgasarbeitskurbeltrieb (Treibgasmotor)
4 Brennraumkolben (Arbeitsraum)
5 Laderkolben
6 Abgasarbeitskolben
7 Pleuelstangen
8 Laderansaugventil (Frischluft)
9 Laderauslaßventil
10 Ladeluftstau- und Ladeluftkühlraum (Luft- oder Wasserwärmetauscher)
11 Brennraumeinlaßventil
12 Kraftstoffeinspritzdüse
13 Brennraumauslaßventil
14 Abgasüberströmkanal (wärmeisoliert)
15 Abgasstauraum (wärmeisoliert)
16 Abgasarbeitsraum Einlaßventil
17 Abgasarbeitsraum Auslaßventil (Auspuff) 1 combustion chamber crank drive (four-stroke diesel engine)
2 supercharger crank drive (fresh air compressor)
3 exhaust working crank mechanism (LPG engine)
4 combustion chamber pistons (working space)
5 loader pistons
6 exhaust gas pistons
7 connecting rods
8 charger intake valve (fresh air)
9 charger exhaust valve
10 charge air stowage and charge air cooling room (air or water heat exchanger)
11 combustion chamber inlet valve
12 fuel injector
13 combustion chamber outlet valve
14 exhaust gas overflow duct (heat-insulated)
15 exhaust gas storage space (heat-insulated)
16 Exhaust work space intake valve
17 Exhaust work room exhaust valve (exhaust)
Claims (1)
- - daß an einem Brennraumkurbeltrieb (1) zwei angekuppelte Kolbenkurbeltriebe (2; 3) so ausgebildet sind, daß der eine zweimal je Arbeitsspiel des Viertaktmotors (1) zum Frischluft ansaugen und ausdrücken und der andere zweimal zum Abgas expandieren und ausstoßen ausgelegt ist, oder
- - daß an einem Brennraumkurbeltrieb (1) ein angekuppelter Kolbenkurbeltrieb (2; 3) so ausgebildet ist, daß er einmal je Arbeitsspiel des Viertaktmotors (1) zum Frischluft ansaugen und ausdrücken und einmal zum Abgas expandieren und ausstoßen ausgelegt ist,
- - daß der Verbindungskanal vom Lader zum Brennraum einen Ladeluftstau- und Ladeluftkühlraum (10) besitzt,
- - daß der Verbindungskanal vom Brennraum zum Abgasarbeitsraum einen wärmeisolierten Abgasüberströmkanal (14) und einen Stauraum (15) besitzt,
- - daß die Ein- und Auslaßventile (8; 9; 11; 13; 16; 17) der Kolbenkurbeltriebe (1; 2; 3) über das Motorregime steuerbar sind.
- - That on a combustion chamber crank mechanism ( 1 ) two coupled piston crank mechanisms ( 2 ; 3 ) are designed so that one twice per cycle of the four-stroke engine ( 1 ) suck in and express fresh air and the other is designed to expand and expel twice for exhaust gas, or
- - That on a combustion chamber crank mechanism ( 1 ) a coupled piston crank mechanism ( 2 ; 3 ) is designed so that it is once for each cycle of the four-stroke engine ( 1 ) suck in and express fresh air and is once designed to expand and expel the exhaust gas,
- - That the connecting channel from the charger to the combustion chamber has a charge air storage and charge air cooling space ( 10 ),
- - That the connection channel from the combustion chamber to the exhaust gas working space has a heat-insulated exhaust gas overflow duct ( 14 ) and a storage space ( 15 ),
- - That the inlet and outlet valves ( 8; 9; 11; 13; 16; 17 ) of the piston crank drives ( 1; 2; 3 ) can be controlled via the engine regime.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19528342A Withdrawn DE19528342A1 (en) | 1995-08-02 | 1995-08-02 | Four=stroke compound diesel IC engine |
Country Status (1)
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- 1995-08-02 DE DE19528342A patent/DE19528342A1/en not_active Withdrawn
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