DE520570C

DE520570C - System consisting of internal combustion engine and exhaust gas turbine

Info

Publication number: DE520570C
Application number: DER77596D
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1929-03-20
Filing date: 1929-03-20
Publication date: 1931-03-12

Description

Aus Brennkraftmaschine und Abgasturbine bestehende Anlage Es ist bekannt, die Abgase einer Brennkrafttnaschine zwecks besserer Ausnutzung ihrer Energie beim Austritt aus der Brennkraftmaschine in Teile höherer und niedrigerer Temperatur und in Teile höheren und niederen Druckes zu zerlegen und dabei einen Teil der Abgase einer ersten Turbinenstufe zuzuführen und den übrigen Teil entweder frei entweichen zu lassen oder in tiefere Stufen der Abgasturbine zu leiten.System consisting of internal combustion engine and exhaust gas turbine It is known the exhaust gases of an internal combustion engine for the purpose of better utilization of their energy during Exit from the internal combustion engine in parts of higher and lower temperature and to break it down into parts of higher and lower pressure and thereby part of the exhaust gases a first turbine stage and the remaining part either escape freely to leave or to lead into lower stages of the exhaust gas turbine.

Diese Ausführungen haben jedoch nur den Zweck, die Abgasturbinenleistung zu steigern ohne Rücksicht auf die dabei auftretenden Betriebstemperaturen der ersten Stufe der Gasturbine. Da diese Temperaturen bald eine im Dauerbetrieb nicht mehr zulässige Grenze erreichen, ist die mögliche Leistungssteigerung der Abgasturbine begrenzt und insbesondere durch starke Beanspruchung des Materials der Lebensdauer der Turbine nachteili.However, these designs only have the purpose of exhaust gas turbine performance to increase regardless of the operating temperatures of the first Stage of the gas turbine. Since these temperatures will soon be a no longer in continuous operation Reaching the permissible limit is the possible increase in performance of the exhaust gas turbine limited and in particular by heavy stress on the material of the service life the turbine disadvantagei.

Es ist' auch von Gasturbinen bekannt, die Schaufelung dadurch zu kühlen, daß Treib-,gase und Kühlluft nacheinander durch dieselben Düsen oder die Gase vor der Zuführung zur Turbine durch einen Kühler geleitet werden. Diese Art der Kühlung erfordert nicht nur verhältnislnäßi.g umfangreiche Einrichtungen, sondern vergrößert auch die Wärmeverluste.It is also known from gas turbines to cool the blades by that propellant, gases and cooling air one after the other through the same nozzles or the gases the feed to the turbine can be passed through a cooler. That kind of cooling not only requires relatively extensive facilities, but also enlarged also the heat losses.

Die Erfindung bezweckt,- bei Brennkraftmaschinen mit Abgasturbinen eine Erhöhung der Leistung durch Aufladung zu erreichen, ohne ein von der Brennkraftmaschine unabhängiges Kühlmittel oder einen Zwischenkühler für die die Abgasturbine beaufschlageraden Gase anwenden zu müssen und ohne zu hohe Betriebstemperaturen in der Gasturbine sowie Staudruckrückwirkungen im Zylinder der Brennkraftmaschine zu erreichen.The invention aims - in internal combustion engines with exhaust gas turbines to achieve an increase in power by charging, without any of the internal combustion engine independent coolant or an intercooler for which the exhaust gas turbine is charged Having to use gases and without excessively high operating temperatures in the gas turbine and to achieve dynamic pressure feedback in the cylinder of the internal combustion engine.

Die Erfindung besteht darin, daß die Auspuffgase, nachdem sie in bekannter Weise in zwei oder mehr Stufen verschiedenen Drukkes und verschiedener Temperatur zerlegt sind, auf ein für alle diese Stufen gemeinsames erstes oder einziges Turbinenlaufrad geleitet werden, derart, daß die hocIigespannten Auspuffgase vorwiegend die Antriebsleistung der Turbine übernehmen, während die niedrig gespannten und mit Spülluft v erm:ischten Auspuffgase vornehmlich zur Kühlung der Turbine dienen.The invention consists in that the exhaust gases after they are in known Way in two or more stages with different pressures and different temperatures are disassembled, on a common first or single turbine wheel for all these stages are conducted in such a way that the high-pressure exhaust gases predominantly drive power take over the turbine, while the low-tensioned and purged air are used Exhaust gases are primarily used to cool the turbine.

Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes ist auf der Zeichnung schematisch dargestellt.An embodiment of the subject matter of the invention is shown in the drawing shown schematically.

Die Arbeitsräume i und 2 des Zylinders 3 einer doppeltwirkenden Zweitaktbrennkraftmaschine sind durch den Auslaßschlitz 4. mit einem Raum 5 verbunden. An diesen Raum ist eine Auspuffleitung 6 und eine zweite Auspuffleitung 7 angeschlossen, welche einerseits durch gesteuerte Ventile 8 und 9, andererseits durch Klappen io und i i abschließbar gemacht sind. Die Leitungen 6 und 7 münden in den Düsenring 12 der Turbine 13, deren Radid..auf derWellei5 fliegendangeordnetist.The working spaces i and 2 of cylinder 3 of a double-acting two-stroke internal combustion engine are connected to a space 5 through the outlet slot 4. There is one in this room Exhaust line 6 and a second exhaust line 7 connected, which on the one hand lockable by controlled valves 8 and 9, on the other hand by flaps io and i i are made. The lines 6 and 7 open into the nozzle ring 12 of the turbine 13, the Radid..is arranged on the fly on the shaft 5.

Für die Zufuhr von Frischluft ist eine Leitung 16 vorgesehen, aus welcher die Luft durch das Ventil 17 in den Arbeitsraum i und durch das Ventil i8 in den Arbeitsraum 2 des Zylinders 3 eingeführt wird. Die Leitung 16 kann z. B. von einem von der Turbine 13 angetriebenen, nicht gezeichneten Verdichter .gespeist werden.A line 16 is provided for the supply of fresh air, from which the air is introduced through the valve 17 into the working space i and through the valve i8 into the working space 2 of the cylinder 3. The line 1 6 can, for. B. be fed by a compressor (not shown) driven by the turbine 13.

Die mittleren Schlitze i9 des Zylinders 3 werden nach den Schlitzen. q. von Kolben abgedeckt und sind an eine Luftleitung 2o angeschlossen, welcher die Luft ebenfalls aus einem von der Turbine angetriebenen Verdichter oder auch von einem von der Brennkraftmaschine oder :davon unabhängig angetriebenen Verdichter .geliefert wird.The middle slots i9 of the cylinder 3 are after the slots. q. covered by pistons and are connected to an air line 2o, which the Air also from a compressor driven by the turbine or from one of the internal combustion engine or: independently driven compressor . is delivered.

Für die Steuerung der Ventile 8 und g sind 'Nackenwellen 22 und 23 vorgesehen, die bei Verwendung einer doppeltwirkenden Zweitaktbrennkraftmaschine mit der doppelten Drehzahl der Maschine umlaufen. Für das Ventil 8 ist der Eingriffspunkt des Nokkens veränderlich, indem durch eine Regelvor richteng 2:1, welche z. B. unter dem Einfluß des Druckes der durch die Leitung 16 zugeführten Frischluft.steht, .die Rolle 25 früher oder später mit dein Nocken 26 in Eingriff gebracht und dadurch die Zeitpunkte von Eröffnung und Abschluß sowie die Dauer des Öffnens des Ventils 8 verändert werden können.Neck shafts 22 and 23 are used to control the valves 8 and g provided that when using a double-acting two-stroke internal combustion engine rotate at twice the speed of the machine. For the valve 8 is the point of engagement of the cam changeable by directing 2: 1 through a Regelvor, which z. More colorful the influence of the pressure of the fresh air supplied through line 16, .die Roller 25 sooner or later brought into engagement with your cam 26 and thereby the times of opening and closing as well as the duration of the opening of the valve 8 can be changed.

Bei Mehrzylindermaschinen sind vorteilhafterweise die Abgasleitungen 6, 7 und 27 mit den Klappen io und ii sowie die Luftleitungen 16 und 2o für alle oder für Gruppen von Zylindern gemeinsam. Ebenso können auch die Leitungen 16 und 2o miteinander verbunden sein.In the case of multi-cylinder machines, the exhaust pipes are advantageously 6, 7 and 27 with the flaps io and ii as well as the air lines 16 and 2o for all or common for groups of cylinders. Likewise, the lines 16 and 2o be connected to each other.

Die Arbeitsweise ist die folgende: Das Anlassen erfolgt in bekannter Weise vermittels Druckluft (besondere Ventile). Während der ersten Arbeitshübe können die Leitungen 6 und 7 durch die Klappen io und i i abgeschlossen werden, wobei der Auslaß der Abgase durch die Leitung 27 erfolgt. Sobald der Auspuff sauber ist, werden die Klappen. io und i i geöffnet und die Turbine 13 in Betrieb gesetzt. Die Steuerung wird gemäß der Erfindung nun ,derart eingestellt, daß die zuerst aus den Zylindern unter höherem Druckausströmenden Auspuffgase durch die Leitung 6 und die unter niedrigerem Druck aus den Zylindern austretenden Auspuffgase durch die Leitung 7 in die Turbine geleitet werden. Die Steuerung der Ventile 8 und g wird infolgedessen vorteilhafterweise so ausgebildet, daß der Druck in der Abgasleitung 6 höher, der Druck in der Abgasleitung 7 niedriger als der Spülluftdruck ist, damit einerseits viel Abgasenergie für den Turbinenantrieb gewonnen wird und andererseits die Arbeitszylinder wirksam :gespült werden können. Beide Ventile 8 und g können geschlossen werden, noch bevor die Auslaßschlitze q. vom Arbeitskolben überdeckt sind, damit die Aufladung des Zylinders mit frischer Luft gefördert wird.The working method is as follows: The tempering is carried out in a known manner Way by means of compressed air (special valves). During the first working strokes you can the lines 6 and 7 are closed by the flaps io and i i, the The exhaust gases are discharged through line 27. Once the exhaust is clean, it will be the flaps. io and i i are opened and the turbine 13 is put into operation. The control is now set according to the invention in such a way that the first from the cylinders Exhaust gases flowing out under higher pressure through line 6 and those under lower pressure Pressure from the cylinders exiting exhaust gases through line 7 into the turbine be directed. The control of the valves 8 and g becomes advantageous as a result designed so that the pressure in the exhaust pipe 6 is higher, the pressure in the exhaust pipe 7 is lower than the purge air pressure, so that on the one hand a lot of exhaust gas energy for the Turbine drive is obtained and on the other hand the working cylinder effective: flushed can be. Both valves 8 and g can be closed even before the outlet slots q. are covered by the working piston, so that the charging of the cylinder with fresher Air is promoted.

Die Regelvorrichtung 24 ist derart eingestellt, daß sie .unter dem Einfluß des in der Leitung 16 herrschenden Druckes bei Verkleinerung seines Druckes die Eröffnungsdauer des Ventils 8 verlängert sowie den Ouerschnitt des Ventils 8 vergrößert und dadurch mehr Gase in die Turbinenleitung 6 eintreten läßt, so daß die Turbine größere Leistung an den Verdichter abgibt. Dies bewirkt eine Erhöhung des Druckes in der Leitung 16.The control device 24 is set such that they .under the Influence of the pressure prevailing in line 16 when its pressure is reduced the opening time of the valve 8 and the cross-section of the valve 8 are extended enlarged and thereby allows more gases to enter the turbine line 6, so that the turbine delivers more power to the compressor. This causes an increase of the pressure in line 16.

Bei zu hohem Druck in der Leitung 16 wird -die Vorrichtung 24 derart verschoben, daß das Ventil 8 früher schließt und weniger weit öffnet. Dann fließt ein kleinerer Teil der Abgase unter hohem Druck durch die Leitung 6 und ein größerer Teil unter niedrigem Druck durch die Leitung 7 zur Turbine und verkleinert deren Leistung. Das Ventil g kann in ähnlicher Weise wie das Ventil 8 gesteuert werden.If the pressure in the line 16 is too high, the device 24 becomes like this moved that the valve 8 closes earlier and opens less. Then flows a smaller part of the exhaust gases under high pressure through line 6 and a larger one Part under low pressure through line 7 to the turbine and reduced its size Power. The valve g can be controlled in a similar way to the valve 8.

Das Anwendungsgebiet erstreckt sich nicht nur auf doppeltwirkende und im Zweitakt arbeitende Brennkraftmaschinen, sondern auch auf andere, z. B. im Viertakt arbeitende und einfachwirkende Maschinen.The area of application does not only extend to double-acting and two-stroke internal combustion engines, but also on others, e.g. B. in Four-stroke and single-acting machines.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Consisting of an internal combustion engine and an exhaust gas turbine System in which the exhaust gases of the internal combustion engine in two or more stages different pressures and different temperatures, characterized in that that the exhaust gases on a first or only one common to all these stages Turbine runner are directed in such a way that the high-pressure exhaust gases predominate take over the drive power of the turbine, while the low-voltage and with Purge air mixed exhaust gases are mainly used to cool the turbine.

2. Plant according to claim i, characterized in that the step-wise derivation of the Exhaust gases are controlled by valves, of which at least the higher pressure level operating valve is adjustable. -3. Plant according to claim 2, characterized in that that the controls between the exhaust chamber and exhaust line close before the connection between the cylinder and the exhaust chamber is interrupted.