DE3200521A1 - Supercharged combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
3 2 υ i ι .-ι 213 2 υ i ι.-Ι 21
AUFGELADENER VERBRENNUNGSMOTORCHARGED COMBUSTION ENGINE
Die Erfindung betrifft einen aufgeladenen Verbrennungsmotor mit einem von einer Abgasturbine getriebenen Ladeluftkompressor und mit Steueranordnungen für die Steuerung der Abgase von dem Motor zu der Abgasturbine.The invention relates to a supercharged internal combustion engine with a charge air compressor driven by an exhaust gas turbine and with control arrangements for controlling the exhaust gases from the engine to the exhaust gas turbine.
In Verbrennungsmotoren, die mit einer Abgasturbine aufgeladen werden, werden an der Turbine zwei verschiedene bekannte Zulaufverfahren verwendet, und zwar in erster Linie davon abhängend, welche Eigenschaften dem Motor zu geben sind. Gemeinsam für die beiden Zulaufverfahren ist, dass die AbgaseIn internal combustion engines that are charged with an exhaust gas turbine, two different known ones are used on the turbine Feed method used, primarily from it depending on which properties are to be given to the engine. Common to both feed processes is that the exhaust gases
lü von verschiedenen Zylindern oder Zylindergruppen durch wenigstens zwei verschiedene Rohre der Abgasturbine zugeführt werden, welche, wenn das sog. Stossaufladeverfahren verwendet wird, als separate Rohre bis zu der Turbine fortgesetzt werden, aber welche, wenn das sog. Pulskonverterverfahren verwendet wird, unmittelbar vor der Turbine zusammengefasst werden. Stossaufladung ist gewöhnlicherweise vorteilhafter im niedrigeren Drehzahlbereich des Motors, während das Pulskonverterverfahren gewöhnlicherweise vorteilhafter ist im höheren Drehzahl- oder Belastungsbereich des Motors.lü from different cylinders or groups of cylinders at least two different tubes are fed to the exhaust gas turbine, which when the so-called surge charging method is used will be continued as separate pipes up to the turbine, but what if the so-called pulse converter process used, be grouped immediately in front of the turbine. Burst charging is usually more beneficial in the lower speed range of the motor, while the pulse converter method is usually more advantageous in the higher speed or load range of the motor.
Bei dem Zulauf der Abgase in die Abgasturbine sind die strömungstechnischen Faktoren von grösster Bedeutung. Der Strömungskanal enthält gewöhnlicherweise einen Diffusorteil gerade vor der Abgasturbine, um die Strömungsgeschwindigkeit zu erhöhen. Da das ganze Ladeverfahren und dadurch auch der Wirkungsgrad des ganzen Motors in grossem Ausmass von der tadellosen und effektiven Funktion der Abgasturbine abhängt, hat man bis jetzt es als unmöglich gehalten eine Lösung zu finden, durch welche das Stossaufladeverfahren während des normalen Betriebs des Motors ohne weiteres in ein PuIsconverterverfahren umgewandelt werden könnte. Man hat nicht einmal versucht dieses Problem anzugehen.When the exhaust gases flow into the exhaust gas turbine, the fluidic factors are of the greatest importance. Of the The flow channel usually contains a diffuser part just in front of the exhaust gas turbine in order to increase the flow velocity to increase. Since the entire charging process and thus also the efficiency of the entire engine depend to a large extent on the depends on the flawless and effective functioning of the exhaust gas turbine, until now it has been considered impossible to find a solution find by which the burst charging process during the normal operation of the engine into a pulse converter process could be converted. No one has even tried to address this problem.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein System zu schaf-The invention is based on the object of creating a system
fen, mit dem das im vorgehenden Abschnitt genannte Problem so gelöst werden kann, dass die erforderlichen Steueranordnungen der Gasströme das Strömungsbild nicht wesentlich stören. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Steueranordnungen in an sich bekannter Weise für die Leitung der Abgase von verschiedenen Zylindern oder Zylindergruppen in die Abgasturbine wenigstens zwei parallel an der Abgasturbine angeschlossene Strömungskanäle umfassen, und dass diese Strömungskanäle stromaufwärts von der Abgasturbine mit einemwith which the problem mentioned in the previous section so it can be solved that the necessary control arrangements of the gas flows do not significantly disturb the flow pattern. the The invention is characterized in that the said control arrangements in a manner known per se for the line of the exhaust gases from different cylinders or cylinder groups in the exhaust gas turbine at least two in parallel on the exhaust gas turbine include connected flow channels, and that these flow channels upstream of the exhaust gas turbine with a
lü gemeinsamen Kanalteil versehen sind, wo ein Strömungsleiter vorgesehen ist, mit dem die Strömungskanäle alternativ miteinander stromlinienartig verbunden oder als voneinander getrennte Strömungskanäle gehalten werden können. Mit einem in dieser Weise aufgebauten Verbrennungsmotor ist es möglich den Zweck der Erfindung zu erreichen und die Gasströme nach dem vorliegenden Bedarf zu steuern, ohne dass dabei das zu erreichende vorteilhafte Ergebnis vernichtende Strömungsverluste auftreten. lü common channel part are provided where a flow conductor is provided with which the flow channels are alternatively connected to one another in a streamlined manner or as one from one another separate flow channels can be kept. With an internal combustion engine constructed in this way, it is possible To achieve the purpose of the invention and to control the gas flows according to the present needs, without that too Achieving advantageous result destructive flow losses occur.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung'findet eine Zusammenfassung und Trennung der Strömungskanäle, z.B. von dem Ladedruck gesteuert, automatisch statt, so dass wenn der Motor langsam oder unter niedriger Belastung läuft, die genannten Stömungskanäle voneinander getrennt sind, und wenn der Motor schnell oder unter höherer Belastung läuft, die genannten Strömungskanäle zusammengefasst sind. In dieser Weise erhält man eine einfache Konstruktion, da der Ladedruck direkt für den Antrieb der Steueranordnung der Strömung ' in einer geeigneten druckmittelbetätigten Anordnung ausgenützt werden kann. Als Ausgangswert für die Steuerung der Bewegung der 3U Strömungssteueranordnung kann auch die Drehzahl, die Brennstoffzufuhr oder die Belastung des Motors verwendet werden, das letztgenannte z.B. in dem Fall, wenn der Motor einen Generator antreibt. Auch andere automatische Steuerverfahren sind denkbar.In a preferred embodiment of the invention there is a Summary and separation of the flow channels, e.g. controlled by the boost pressure, take place automatically, so that when the engine runs slowly or under low load, said flow channels are separated from each other, and when the engine runs quickly or under higher load, the flow channels mentioned are combined. That way it gets one has a simple design, since the boost pressure is used directly to drive the control arrangement of the flow 'in one suitable pressure medium-actuated arrangement can be used. As a starting value for controlling the movement of the 3U flow control arrangement can also use the speed, the fuel supply or the load on the engine the latter e.g. in the case when the motor drives a generator. Other automatic control methods as well are conceivable.
Eine vorteilhafte und einfache Lösung entsteht, wenn die Steueranordnung der Strömung eine fortlaufend in derAn advantageous and simple solution arises when the control arrangement of the flow is continuously in the
320^21320 ^ 21
Strömungsrichtung bleibende Drehscheibe ist. Dies bedeutet, dass die Drehachse der Drehscheibe in der Strömungsrichtung liegt und dass die Drehscheibe dabei vorzugsweise in der Mitte eines im Querschnitt kreisförmigen Strömungskanals gelagert ist.Direction of flow is permanent turntable. This means, that the axis of rotation of the turntable lies in the direction of flow and that the turntable is preferably in the middle a flow channel with a circular cross-section is.
Die strömungstechnisch vorteilhafteste Lösung entsteht, wenn die genannten Strömungskanäle in der Strömungsrichtung gesehen zuerst zu einem Kanal zusammengefasst werden, dessen Querschnittsfläche ein wenig kleiner als die Querschnittsfläche der dazu führenden Strömungskanäle ist, vorzugsweise 0,5...0,8 mal die genannte Gesamtquerschnittsfläche, und welche Strömungskanäle dann als separate Strömungskanäle von dem genannten gemeinsamen Strömungskanalteil divergieren, in dessen Mitte eine drehbare Zwischenwand gelagert ist, deren Drehachse in der Richtung des gemeinsamen Kanalteils eingestellt ist und in einer bestimmten Lage die genannten Strömungskanäle voneinander getrennt hält und in einer anderen Lage das Zusammenfliessen der Gasströme gestattet.The fluidically most advantageous solution arises when the flow channels mentioned are first combined into one channel, viewed in the direction of flow, of which Cross-sectional area is a little smaller than the cross-sectional area of the flow channels leading thereto, preferably 0.5 ... 0.8 times the total cross-sectional area mentioned, and which flow channels then diverge as separate flow channels from said common flow channel part, in the center of which is supported by a rotatable partition, the axis of rotation of which is in the direction of the common channel part is set and in a certain position keeps said flow channels separated from one another and in another Location allows the gas streams to flow together.
Wenn die Erfindung in Praxis z.B. in einem Viertaktverbrennungsmotor angewendet wird, wird das beste Ergebnis gewöhnlicherweise erzielt, wenn die Zusammenfassung der Strömungskanäle in der oberen Hälfte des Drehzahl- oder Belastungsbereichs des Motors stattfindet.When the invention is practiced in, for example, a four-stroke internal combustion engine is applied, the best result is usually achieved when the pool of flow channels is in the upper half of the speed or Load range of the engine takes place.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand beigefügter Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:The invention is explained in more detail below with reference to the accompanying drawing. Show it:
Fig. 1 die Abgasturbine eines erfindungsgemässen Verbrennungsmotors
■ und die daran angeschlossenen Zulasskanäle der Abgasen, teilweise geschnitten;
Fig. 2 die Anordnung gemäss Fig. 1 in einer anderen Funktionslage;
1 shows the exhaust gas turbine of an internal combustion engine according to the invention and the admission ducts for the exhaust gases connected to it, partially in section;
FIG. 2 shows the arrangement according to FIG. 1 in a different functional position; FIG.
Fig. 3 den Schnitt III-III der Fig. 1;
Fig. 4 den Schnitt IV-IV der Fig. 2.3 shows the section III-III of FIG. 1;
FIG. 4 the section IV-IV of FIG. 2.
In der Zeichnung bezeichnet 1 eine Abgasturbine und 2 das an der Turbine angeschlossene Zulaufrohrsystem der Abgase. DasIn the drawing, 1 denotes an exhaust gas turbine and 2 denotes the intake pipe system for the exhaust gases connected to the turbine. That
Zulaufrohrsystem 2 umfasst zwei separate Rohre 3 und 4, in welchen die Abgase von verschiedenen Zylindern oder Zylindergruppen geleitet werden. Die Rohre 3 und 4 werden zu einem gemeinsamen Kanalteil 5 zusammengefasst, von dem sie wieder als separate Rohre divergieren, die direkt an der Abgasturbine 1 angeschlossen sind. In der Mitte des gemeinsamen Kanalteils 5 ist eine Drehscheibe 6 gelagert, die eine in der Strömungsrichtung gelagerte Drehwelle 7 hat. An dieser Drehwelle kann ein Kettenrad 8, ein Dreharm oder ein anderes Kraftübertragungselement angeschlossen sein, mit dem die erforderliche Drehkraft der Welle 7 übermittelt wird. In den Figuren 3 und 4 ist eine druckmittelbetätigte Drehkrafteinheit 9 dargestellt. In der Steuerung der Regelanordnung können verschiedene Ventilkonstruktioner als Hilfsmittel verwendet werden, z.B. Magnetventile, 'die ihre Steuerimpulse von einer die Drehzahl des Motors' messender Vorrichtung oder von einem die Belastung des Motors steuerender Prozessor erhalten. Es ist wichtig, dass die Drehscheibe 6 mit Sicherheit eine von den möglichen· Endlagen einnimmt und nicht irrtümlicherweise inInlet pipe system 2 comprises two separate pipes 3 and 4, in which the exhaust gases from different cylinders or groups of cylinders be directed. The tubes 3 and 4 are combined into a common channel part 5, from which they again diverge as separate pipes which are connected directly to the exhaust gas turbine 1. In the middle of the common part of the canal 5, a rotary disk 6 is supported, which has a rotary shaft 7 supported in the flow direction. Can on this rotating shaft a sprocket 8, a rotary arm or another power transmission element can be connected with which the required torque of the shaft 7 is transmitted. In Figures 3 and 4 is a fluid-actuated rotary force unit 9 shown. Various valve designers can be used as aids in the control of the regulating arrangement e.g. solenoid valves, which receive their control impulses from a the speed of the engine 'measuring device or obtained from a processor controlling the load on the engine. It It is important that the turntable 6 assumes one of the possible end positions and not erroneously in
2ü irgendeiner unbestimmten, das Strömungsbild störenden Zwischenlage bleiben kann.2ü any indefinite intermediate layer that disturbs the flow pattern can remain.
Wie es den Figuren zu entnehmen ist, werden bei der gezeigten Ausführungsform in den beiden Funktionslagen besonders stromlinienförmige Strömungskanäle gebildet, in denen die Strömungsverluste klein sind. Die freie Querschnittsfläche des gemeinsamen Kanalteils 5 ist etwa 0,7 nial der Gesamtquerschnittsfläche der darin zusammengefassten Strömungskanäle.As can be seen from the figures, in the embodiment shown, the two functional layers are particularly streamlined flow channels formed in which the Flow losses are small. The free cross-sectional area of the common channel part 5 is approximately 0.7 nial of the total cross-sectional area of the flow channels combined in it.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellte Ausf üh rung ε. form ■ beschränkt,' sondern verschiedene Abwandlungen der Erfindung sind innerhalb des Rahmens der Patentansprüche möglich.The invention is not limited to the embodiment shown. form ■ limited, 'but various modifications of the invention are possible within the scope of the claims.
Claims (5)
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8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: OY WARTSILA DIESEL INTERNATIONAL LTD., HELSINKI, F |
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D2 | Grant after examination | ||
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