DE437498C

DE437498C - Internal combustion engine, especially a four-stroke diesel engine, with increased power through recharging

Info

Publication number: DE437498C
Application number: DEK92821D
Authority: DE
Original assignee: Fried Krupp Germaniawerft AG
Current assignee: Fried Krupp Germaniawerft AG
Priority date: 1925-02-08
Filing date: 1925-02-08
Publication date: 1926-11-22

Description

Verbrennungskraftmaschine, insbesondere Viertaktdieselmaschine, mit Leistungserhöhung durch Nachladen. Die Erfindung bezieht sich auf V erbrennungskr aftmaschinen, insbesondere Viertaktdieselmaschinen, mit Leistungserhöhung durch Nachladen von vorverdichteter Luft. Sie betrifft im besonderen solche Maschinen, bei denen am Ende des Ausdehnungshubes ein Teil der Abgase abgezapft wird, welcher in eine Abgasturbine geleitet wird und zum Antrieb des Verdichters für die Nachladeluft dienen kann, während der übrige Teil während des Ausschubhubes ins Freie gedrückt wird.Internal combustion engine, in particular a four-stroke diesel engine, with Increase in performance through reloading. The invention relates to combustion cranks aft engines, especially four-stroke diesel engines, with increased performance Reloading of pre-compressed air. It concerns in particular such machines, in which at the end of the expansion stroke some of the exhaust gases are drawn off, which is fed into an exhaust gas turbine and to drive the compressor for the post-charge air can serve, while the remaining part is pushed into the open during the extension stroke will.

Die Erfindung bezweckt, eine Maschine dieser Art zu schaffen, bei welcher die das Abzapfen der Abgase und das Einführen der Nachladeluft steuernden Teile in ihrer Anordnung besonders einfach und dabei betriebstechnisch sehr zuverlässig sind. Dieser Zweck wird der Erfindung gemäß dadurch erreicht, daß das Abzapfen der Verbrennungsgase und das Nachladen der Luft durch eine in der Wandung des Arbeitszylinders angeordnete gemeinsame Schlitzreihe erfolgt, die vom Arbeitskolben in seiner unteren Totlage freigelegt und durch einen Steuerschieber abwechselnd mit der Ableitung für die Abgase und der Zuleitung für die Nachladeluft in Verbindung gebracht wird.The aim of the invention is to create a machine of this type which controls the extraction of the exhaust gases and the introduction of the recharge air Parts are particularly simple in their arrangement and at the same time very reliable in operational terms are. This purpose is achieved according to the invention in that the tapping of the Combustion gases and the reloading of the air through one in the wall of the working cylinder arranged common row of slots takes place, which is from the working piston in its lower Dead position exposed and alternating with the discharge by a control slide for the exhaust gases and the supply line for the recharge air is brought into connection.

Auf der Zeichnung ist der Gegenstand der Erfindung in einem Ausführungsbeispiel dargestellt, und zwar zeigen Abb. i bis q. im Längsschnitt den Zylinder einer einfach wirkenden Viertaktmaschine nebst Kolben und zugehörigen Steuerungsteilen in den vier verschiedenen Lagen eines Arbeitsspiels, Abb. 5 einen Schnitt nach Linie 5-5 der Abb. 2 und Abb. 6 einen Schnitt nach Linie 6-6 der Abb. 3.In the drawing, the subject of the invention is in one embodiment shown, namely Fig. i to q. in the longitudinal section the cylinder one simple acting four-stroke engine together with pistons and associated control parts in the four different positions of a work cycle, Fig. 5 a section along line 5-5 Fig. 2 and Fig. 6 show a section along line 6-6 in Fig. 3.

Der gekühlte Arbeitszylinder A ist nach oben zu durch den ebenfalls gekühlten Dekkel B abgeschlossen, der das Einlaßventil C, das Auspuffventil D und das Brennstoffeinspritzventil E in sich aufnimmt. In dem Zylinder A arbeitet der Kolben F. Dieser legt in seiner unteren Totpunktlage (Abb._ a und q.) eine Schlitzreihe a1 in der Zylinderwand frei, die in eine mit Rücksicht auf die Größe des schädlichen Raumes sehr niedrig gehaltene Seitenkammer G von etwa der Höhe der Schlitze a1 mündet. Diese Kammer wird von einem Schieberzylinder H durchsetzt, in dem eine Schlitzreihe hl angeordnet ist, die von einem Kolbenschieber .T gesteuert wird. An das obere Ende .des Schieberzylinders H ist mittels eines rechtwinklig umbiegenden Stutzens h2 eine z. B. nach einer (nichtdargestellten) Abgasturbine führende Leitung K angeschlossen, während entsprechend an einen am unteren Ende des Schieberzylinders H angeordneten Stutzen h3 eine von einem (ebenfalls nichtdargestellten) Verdichter kommende Leitung L angeschlossen ist. Die Schieberstange PI führt durch eine Stopfbüchse h¢ hindurch zu einem Kreuzlcopf N, der durch eine Schubstange 0 mit einem Kurbeltrieb P in Verbindung steht. Die Welle O der Kurbel P wird von der Motorwelle mit halber Drehzahl angetrieben. Unterhalb der Schlitzreihe a1 des Arbeitszylinders ist eine zweite Schlitzreihe a2 vorgesehen, die in einen in der Zylinderwand angeordneten Kanal a3 mündet, .der durch einen Stutzen a4 und eine (nichtdargestellte) Rohrleitung mit der Auspuffleitung in Verbindung steht (siehe Abb. 6). Durch eine im Kolben F vorgesehene Ausnehmung von halbkreisförmigem Querschnitt f l können die Schlitzreihen a1 und a2 in der oberen Totpunktlage des Kolbens miteinander verbunden werden.The cooled working cylinder A is closed at the top by the likewise cooled cover B, which accommodates the inlet valve C, the exhaust valve D and the fuel injector E. In cylinder A, piston F works. In its bottom dead center position (Fig._ a and q.), It exposes a row of slots a1 in the cylinder wall, which leads into a side chamber G of about the height of the slots a1 opens. This chamber is penetrated by a slide cylinder H, in which a row of slots hl is arranged, which is controlled by a piston slide .T. At the upper end .des slide cylinder H is a z. B. is connected to a (not shown) exhaust gas turbine leading line K, while a line L coming from a (also not shown) compressor is connected to a connector h3 arranged at the lower end of the slide cylinder H. The slide rod PI leads through a stuffing box h to a cross head N, which is connected to a crank drive P by a push rod 0. The shaft O of the crank P is driven by the motor shaft at half speed. Below the row of slots a1 of the working cylinder, a second row of slots a2 is provided, which opens into a channel a3 arranged in the cylinder wall, which is connected to the exhaust line through a nozzle a4 and a pipe (not shown) (see Fig. 6). The rows of slots a1 and a2 can be connected to one another in the top dead center position of the piston by a recess of semicircular cross-section fl provided in the piston F.

Die Wirkungsweise der Maschine ist fol= gende: In Abb. z nimmt der Kolben F seine obere Totlage am Ende des Kompressionshubes ein, und der Schieber T befindet sich in derjenigen Stellung, in welcher er die Schlitzreihe a1 abdeckt. Die hierauf erfolgende Zündung und Verbrennung treibt den Kolben abwärts, wobei die Verbrennungsgase sich entspannen. Am Ende des Ausdehnungshubes (Abb. a) hat die obere Steuerkante des Kolbens F die Schlitzreihe a1 freigelegt. Gleichzeitig befindet sich auch der Schieber l ungefähr in seiner unteren Totlage, so daß die Schlitze hl ganz offen sind. Die im Zylinder befindlichen Verbrennungsgase, die noch eine bestimmte Spannung, z. B. etwa o,7 Atm. Überdruck, besitzen, strömen nun durch die Schlitze a1 in die Seitenkammer G und von da: durch die Schlitze hl in den Raum le und über die Leitung K etwa in die Abgasturbine, wo sie Arbeit leisten. Bei der nun folgenden Aufwärtsbewegung schließt der Kolben F die $chlitzea' wieder ab und schiebt die noch im. Zylinder befindlichen Abgase durch das sich öffnende Auslaßventil D ins Freie. Gleichzeitig hat sich auch der Schieber 1 nach oben :bewegt und nimmt bei der oberen Totpunktlage des Kolbens F die aus Abb. 3 ersichtliche Stellung ein. Diese Aufwärtsbewegung des Schiebers setzt sich auch während des folgenden abwärts gerichteten Ansaugehubes des Kolbens F fort, und sobald der Kolben F am Ende des Ansaugehubes mit seiner oberen Steuerkante die Schlitze a1 wieder geöffnet hat (Abb.4), befindet sich der Kolbenschieber T etwa in seinem oberen Totpunkt, so daß die Verbindung des Zylinderinnern über a1, G, hl, h' mit der Preßluftleitung L hergestellt ist. In dieser Stellung (Abb. 4) strömt vom Verdichter her durch die Leitung L Luft, die auf etwa o,7 Atm. Überdruck verdichtet ist, in den Arbeitszylinder A. Durch diese Nachladung wird die im Zylinder befindliche angesaugte Luft auf ebenfalls ungefähr o,7 Atm. verdichtet, was eine Leistungssteigerung von etwa 50 Prozent zur Folge hat, wenn der Luftüberschuß für den Arbeitsvorgang .derselbe bleibt wie beim Betrieb ohne Vorverdichtung.The mode of operation of the machine is as follows: In Fig. Z, the piston F assumes its upper dead position at the end of the compression stroke, and the slide T is in the position in which it covers the row of slots a1. The ensuing ignition and combustion drives the piston downward, releasing the combustion gases. At the end of the expansion stroke (Fig. A) the upper control edge of the piston F has exposed the row of slots a1. At the same time, the slide l is also approximately in its lower dead position, so that the slots hl are completely open. The combustion gases in the cylinder that still have a certain voltage, e.g. B. about 0.7 atm. Excess pressure, have, now flow through the slots a1 into the side chamber G and from there: through the slots hl into the space le and via the line K into the exhaust gas turbine, for example, where they do work. During the upward movement that now follows, the piston F closes the slot again and pushes it in. Cylinder exhaust gases through the opening exhaust valve D to the outside. At the same time, the slide 1 has also moved upwards and assumes the position shown in FIG. 3 when the piston F is in the top dead center position. This upward movement of the slide continues during the following downward suction stroke of the piston F, and as soon as the piston F has reopened the slots a1 with its upper control edge at the end of the suction stroke (Fig. 4), the piston slide T is approximately in its top dead center, so that the connection of the cylinder interior via a1, G, hl, h 'with the compressed air line L is established. In this position (Fig. 4), air flows from the compressor through line L, which is set to about 0.7 atm. Overpressure is compressed into the working cylinder A. By this reloading, the air sucked in the cylinder is also about 0.7 atm. compressed, which results in an increase in performance of about 50 percent if the excess air for the work process remains the same as when operating without pre-compression.

Bei dem beschriebenen Vorgange stellt sich aber folgende Schwierigkeit ein: Nachdem die Abgase am Ende des Ausdehnungshubes (Abb. a) durch die Schlitze a1 und lal und die Leitung K hindurch an die Verbrauchsstelle, z. B. in die Abgasturbine, übergeströmt sind und die Schlitze a dann durch den Kolben F wieder verschlossen sind, bleibt die Kammer G noch mit Abgasen gefüllt. Wenn dann am Ende des Ansaugehubes (Abb. 4) die vorverdichtete Luft in den Arbeitszylinder A eingeführt wird, würde diese die in der Kammer G zurückgebliebenen Abgase vor sich her in das Zylinderinnere blasen, wodurch die angestrebte gute Verbrennung stark beeinträchtigt werden würde. Dieser Nachteil wird vermieden durch die Anordnung der Schlitze a2 und der Einschnürung f1 im Kolben F, Wenn nämlich nun der Kolben am Ende des Auspuffhubes seine obere Totpunktlage (Abb. 3) erreicht hat, so sind .die Schlitze a1 und a2 durch die Einschnürung f1 miteinander verbunden. Die Anordnung ist nun so getroffen, daß in der oberen Totpunktlage (Abb. 3) der Kolbenschieber I von unten kommend die Schlitzreilie hl mit seiner unteren Steuerkante schon ein klein wenig geöffnet hat. Es strömt dann schon eile kleine Menge Luft vom Verdichter über L_ und h3 in die Kammer G und spült die darin befindlichen Abgase auf dem Wege dl, f l-, a' in den Ringkanal a' (Abb. 6) und von da in die Abgasleitung. Bei Beginn der Nachladung ist daher die ganze Kammer G bereits mit reiner Luft gefüllt.In the process described, however, the following difficulty arises: After the exhaust gases at the end of the expansion stroke (Fig. A) through the slots a1 and lal and the line K through to the point of consumption, z. B. in the exhaust gas turbine, and the slots a are then closed again by the piston F, the chamber G remains filled with exhaust gases. If the pre-compressed air is then introduced into the working cylinder A at the end of the intake stroke (Fig. 4), it would blow the exhaust gases remaining in the chamber G into the interior of the cylinder, which would severely impair the desired good combustion. This disadvantage is avoided by the arrangement of the slots a2 and the constriction f1 in the piston F. If the piston has now reached its top dead center position (Fig. 3) at the end of the exhaust stroke, the slots a1 and a2 are through the constriction f1 connected with each other. The arrangement is such that in the top dead center position (Fig. 3) the piston slide I, coming from below, has already opened the slot line hl a little with its lower control edge. A small amount of air then quickly flows from the compressor via L_ and h3 into chamber G and flushes the exhaust gases contained therein on the path dl, f l-, a 'into the annular channel a' (Fig. 6) and from there into the Exhaust pipe. When reloading begins, the entire chamber G is therefore already filled with pure air.

Die Verbindung der Schlitze a1 und a2 durch die Einschnürurig f1 des KQlbens tritt aber auch bei der -auf den Verdichtungsbub folgenden oberen Totlage des Arbeitskolbens (Abb. i) ein. Würde in dieser Lage der Schieber J entsprechend wie vorher die Schlitze hl bereits, und zwar diesmal mit seiner oberen Steuerkante, um einen kleinen Betrag geöffnet haben, so würde ein Teil der im Schieberzy linder H bzw. im Stutzen h2 und der Leitung K befindlichen Abgase in die Kammer G eintreten und nach Verdrängen der dort eingeschlossenen reinen Luft auf dem Wege a1, f l.' a2, a3, a1 ins Freie ausströmen. Das würde aber einen Leistungsverlust für die Turbine bedeuten, und außerdem würde das häufige Hindurchströmen der heißen Abgase durch die Schlitze hl eine zu rasche Abnutzung derselben zur Folge haben. Dieses unerwünschte vorzeitige Öffnen der Schlitzehe und dessen nachteilige Folgen werden nun in einfacher Weise dadurch verhindert, daß die Kurbelwelle Q seitlich neben die Achse der Schieberstange M verlegt ist. Bei dieser Anordnung wird nämlich der Hubverlauf des Schiebers unsymmetrisch. Durch entsprechend weiter seitliches H.erausverlegen der Kurbelwelle Q läßt sich dabei erreichen, daß der Schieber bei seinem Abwärtsgang die Schlitze hl später öffnet als beim Aufwärtsgang, so daß während der Zeit, in der die Einschnürung f1 nach dem Verdichtungshub die Schlitze a1 und a2 miteinander verbindet, die Schlitze hl noch vollkommen geschlossen sind. Ein Verdrängen der in der Kammer eingeschlossenen reinen Luft und Ausströmen der Abgase ins Freie wird hierdurch mit Sicherheit vermieden. Hierbei wird zugleich noch der Vorteil erreicht, daß die Steuerungsteile N, 0, P, Q leicht zugänglich und der Einwirkupg der heißen Abgase vollständig entzogen sind.The connection of the slots a1 and a2 through the constriction f1 of the piston also occurs in the upper dead position of the working piston following the compression stroke (Fig. I). If, in this position, the slider J would already have opened the slots hl by a small amount, this time with its upper control edge, some of the exhaust gases in the Schieberzy cylinder H or in the connector h2 and the line K would be enter chamber G and, after displacing the pure air enclosed there, on path a1, f l. ' a2, a3, a1 flow into the open air. However, this would mean a loss of power for the turbine, and moreover, the frequent flow of the hot exhaust gases through the slots hl would cause the same to wear out too quickly. This undesired premature opening of the slotted marriage and its disadvantageous consequences are now prevented in a simple manner in that the crankshaft Q is moved laterally next to the axis of the slide rod M. With this arrangement, the stroke of the slide becomes asymmetrical. By moving the crankshaft Q further to the side, it can be achieved that the slide opens the slots hl later in its downward gear than in the upward gear, so that during the time in which the constriction f1 after the compression stroke the slots a1 and a2 with each other connects, the slots are still completely closed. Displacement of the pure air trapped in the chamber and leakage of the exhaust gases into the open is hereby avoided with certainty. This also has the advantage that the control parts N, 0, P, Q are easily accessible and the action of the hot exhaust gases is completely withdrawn.

Die Erfindung ist natürlich nicht auf die Verwendung eines Kurbeltriebes mit seitlichem Angriff beschränkt, sondern die beschriebene Wirkungsweise des Schiebers kann auch durch andere Arten von Steuerungen, beispielsweise mit Hilfe einer Nockenscheibe, erzielt werden.The invention is of course not limited to the use of a crank mechanism limited with lateral attack, but the described mode of operation of the slide can also be done by other types of controls, for example with the help of a cam disk, be achieved.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Internal combustion engine, in particular a four-stroke diesel engine, with increased power through recharging, in which part of the exhaust gases is tapped at the end of the expansion stroke and is expediently fed to an exhaust gas turbine which is used to drive an air compressor, the compressed air generated from which is used to recharge the working cylinder, characterized in that the The combustion gases are drawn off and the air is reloaded through a common row of slots (a1) arranged in the wall of the working cylinder (A), which is exposed by the working piston (F) in its lower dead position and alternated by a control slide (J) with the discharge line (K ) for the exhaust gases and the supply line (L) for the recharge air. a. Internal combustion engine according to claim i, characterized in that the control slide (J) is designed as a piston slide, the cylinder (H) of which is provided with a row of slots (k1) and has a flat side chamber (G) connected to the row of slots (a1) approximately the height of the slots (a1) enforced. 3. Internal combustion engine according to claim i, characterized in that below the main row of slots (a1) in the cylinder a second row of slots (a2) is arranged which opens into an annular channel (a3) leading to the exhaust line and through a constriction provided in the working piston (F) (f1) is brought into connection with the main slot row (al) during the upper dead position of the piston. 4 .. Four-stroke internal combustion engine according to claim 3, characterized in that the slide (J) is controlled in such a way that it keeps the row of slots (h) of the slide cylinder (H) closed in the upper dead position of the piston following the compression stroke, while in the top dead center following the exhaust stroke has already partially opened the slots. 3. Four-stroke combustion engine according to claim q., Characterized in that the control slide (J) is driven by a crank mechanism, the crankshaft (Q) of which is moved out of the axis of the slide rod (NI) and between the cross head (N) and the control slide (J) lies.