DE588416C

DE588416C - Multi-cylinder internal combustion engine with utilization of exhaust gases in exhaust gas turbines

Info

Publication number: DE588416C
Application number: DE1930588416D
Authority: DE
Original assignee: Rateau SA
Current assignee: Rateau SA
Priority date: 1930-05-10
Filing date: 1930-12-11
Publication date: 1933-11-27

Description

Mehrzylindrige Brennkraftmaschine mit Verwertung der Abgase in Abgasturbinen Eine Erhöhung der Energieausnutzung der Abgase mehrzylindriger Brennkraftmaschinen in Abgasturbinen läßt sich erfindungsgemäß dadurch erreichen., daß an jeden Arbeitszylinder, und zwar unmittelbar vor der Auspufföffnung, eine Abgasturbine angeschlossen ist, deren Gehäuse und deren Welle mit denen der anderen Turbinen in keiner Verbindung stehen.Multi-cylinder internal combustion engine with exhaust gas recovery in exhaust gas turbines An increase in the energy utilization of the exhaust gases of multi-cylinder internal combustion engines in exhaust gas turbines can be achieved according to the invention. That to each working cylinder, an exhaust gas turbine is connected directly in front of the exhaust opening, their housing and their shaft in no connection with those of the other turbines stand.

Es ist zwar bereits vorgeschlagen worden, die Beaufschlagungsstelle einer Abgasturbine unmittelbar an die Auspufföffnung des Kraftmaschinerizylinders zu setzen, jedoch nur für den Fall einer Einzylindermaschine mit Vorauspufföffnung. In diesem Falle treten aber die Schwierigkeiten, welche durch die vorliegende Erfindung überwunden werden sollen, nicht auf, da dann nicht die Gefahr besteht, daß der Auspuffvorgang und die Abgasverwertung des einen Zylinders auf die Arbeitsvorgänge in einem der anderen Zylin, der schädigend rückwirkt. Auch wird durch den Vorauspuff nicht die Gesamtabgasmenge durch die angeschlossene Turbine ausgenutzt. Soll aber, insbesondere für Zweitaktmaschinen, bei denen die Temperaturen der Auspuffgase niedriger sind als bei Viertaktmaschinen, während eine ausreichende Spülung des Zylinderinhaltes noch wichtiger ist als bei jenen, die in den Abgasen noch vorhandene ausnutzbare Energie ausreichen, um die für die Spülung erforderliche Luft zu verdichten, so darf nicht nur die durch einen Vorauspuff ausströmende Gasmenge zum Antrieb des Turbinenverdichtersatzes benutzt werden, vielmehr ist dann die volle Auspuffgasmenge erforderlich.It has already been proposed, the loading agency an exhaust gas turbine directly to the exhaust port of the engine cylinder to be set, but only in the case of a single-cylinder machine with a pre-exhaust port. In this case, however, the difficulties caused by the present invention arise should not be overcome, since then there is no risk of the exhaust process and the exhaust gas utilization of one cylinder on the work processes in one of the other cylinder, which has a damaging effect. Also, the pre-puff does not make the Total amount of exhaust gas used by the connected turbine. But should, in particular for two-stroke machines where the exhaust gas temperatures are lower than with four-stroke engines, while the cylinder contents are adequately flushed is even more important than those that can still be exploited in the exhaust gases Sufficient energy to compress the air required for flushing, so not only the amount of gas flowing out through a pre-exhaust to drive the Turbine compressor set are used, rather the full amount of exhaust gas is then necessary.

Außerdem aber muß diese Auspuffgasmenge bei Mehrzylindermaschinen in einer für jeden Maschinenzylinder besonderen, vollständig unabhängigen Turbine verwertet wer-' den, da nur so der Gefälle- und Energieverlust zu vermeiden ist, welcher in einem zwischen den Auspuffstellen von Mehrzylindermaschinen und einer . mehreren Zylindern gemeinsamen Abgasturbine einzuschaltenden Gassammler oder in einer Rohrleitung entsteht. In solchem Gassammler stellt sich ein mittlerer, etwa dem gleichmäßigen Ausströmen der Gase durch die Turbinenleitvorrichtung entsprechender Druck ein, der nicht unwesentlich niedriger ist als der zu Beginn der Auspuffung herrschende Abgasdruck. Der durch den unausgenutzten Druckabfall' entstehende Energieverlust ist stets so groß, daß die Verdichterleistung des Abgasturbinensatzes zur erforderlichen Spülung der IVIehrzylindermaschine nicht mehr ausreicht.In addition, however, this amount of exhaust gas must be used in multi-cylinder engines in a special, completely independent turbine for each machine cylinder recycled, as this is the only way to avoid the loss of gradient and energy, which in one between the exhaust points of multi-cylinder engines and one . multiple cylinders common exhaust gas turbine to be switched on or in a pipe arises. In such a gas collector there is an average, about the even outflow of the gases through the turbine guiding device A pressure that is not insignificantly lower than that at the beginning of the exhaust prevailing exhaust gas pressure. The energy loss resulting from the unused pressure drop is always so large that the compressor output of the exhaust gas turbine set is required Flushing the IV multi-cylinder machine is no longer sufficient.

Im-Gegensatz zu einem solchen mittleren Druck eines die gemeinsame Abgasturbine speisenden Gassammlers kann bei der Verwehdung getrennter Abgasturbinen für jeden Zylinder der niedrigste Druck, mittels welchem die Turbine noch zu beaufsch.lagen ist, erheblich niedriger und damit das durch den Tui-boverdichtersatz ausnutzbare Gesamtgefälle erheblich vergrößert werden.In contrast to such a medium pressure one the common The gas collector feeding the exhaust gas turbine can be used in the case of separate exhaust gas turbines for each cylinder the lowest pressure by which the turbine can still be acted upon is, considerably lower, and therefore thanks to the Tui-bo compressor set usable overall gradient can be increased considerably.

Auf der Zeichnung, welche schematisch als Beispiele einige Ausführungsformen der Anordnung gemäß der Erfindung veranschaulicht, stellt Fig. r einen Axialschnitt durch einen Zylinder eines Viertaktdieselmotors dar, der in eine Turbine auspufft.On the drawing, which schematically shows some embodiments as examples of the arrangement according to the invention, Fig. r shows an axial section by a cylinder of a four-stroke diesel engine that exhausts into a turbine.

Fig. 2 ist der dazugehörige Grundriß.Fig. 2 is the associated plan.

Fig. 3 zeigt einen Axialschnitt durch den Zylinder eines doppelt wirkenden Zweitaktmotors, der mit einer Abgasturbine in Verbindung steht.Fig. 3 shows an axial section through the cylinder of a double-acting Two-stroke engine that is connected to an exhaust gas turbine.

Bei Verwendung eines Viertaktmotors nach Fig. i und 2 ist die Turbine a unmittelbar am Auspuff b des Zylinders c angeorI-iet. Durch diese Ausbildung erhält man an der Turbinenwelle die größtmögliche Energieausnutzung der Abgase. Der Leistungsüberschuß gegenüber der bisher gebräuchlichen Anordnung kann in beliebiger Weise ausgenutzt werden; die Turbine treibt eine bei d angedeutete Arbeitsmaschine beliebiger Art an.When using a four-stroke engine according to FIGS. I and 2, the turbine is a is located directly on the exhaust b of the cylinder c. Receives through this training the greatest possible energy utilization of the exhaust gases is achieved on the turbine shaft. The excess of power compared to the previously common arrangement can be used in any way will; the turbine drives a working machine of any kind indicated at d at.

Wenn die Turbine mit einem Gebläse oder einem Luftverdichter zur Speisung des Motors verbunden ist, so kann man die mehr gewonnene Leistung dazu ausnutzen, den Druckunterschied zwischen dem mittleren Auspuffgasdruck und dem Enddruck des Gebläses zu steigern.If the turbine is powered by a fan or an air compressor of the engine is connected, the more power gained can be used to the pressure difference between the mean exhaust gas pressure and the final pressure of the Increase blower.

Der Druckstutzen des Gebläses kann mit dem Gaseintritt des Motorzylinders in der Weise verbunden sein, daß die Motordrehmomente auf diese Art in der zweckmäßigsten Weise den Widerstandsmomenten angepaßt werden. Die Druckstutzen der Gebläse können auch in einen Hauptsammler münden, aus welchem alle Zylinder gespeist werden.The pressure port of the blower can be connected to the gas inlet of the motor cylinder be connected in such a way that the engine torques in this way in the most expedient Way to be adapted to the moments of resistance. The pressure ports of the blower can also open into a main collector, from which all cylinders are fed.

Ein Vorteil dieser Anordnung besteht darin, daß, wenn man die Auspuffleitung der Turbine z. B. durch einen Wasserumlauf kühlt, keine Rohrleitungen mehr vorhanden sind, durch welche die Temperatur des Maschinenräumes sich steigern kann.An advantage of this arrangement is that when you look at the exhaust pipe the turbine z. B. cools by circulating water, there are no more pipelines which can increase the temperature of the machine room.

Da es bei den bekannten Vorrichtungen im Gegensatz hierzu notwendig ist, die Gase so heiß wie möglich zur Turbine zu schaffen, durften auch die Abgasrohrleitungen zur Turbine nicht gekühlt werden, und hierdurch bleiben stets wärmeabgebende Teile in dem Maschinenraum.Since it is necessary in contrast to this in the known devices is to get the gases as hot as possible to the turbine, the exhaust pipes were also allowed to the turbine are not cooled, and this means that there are always heat-emitting parts in the engine room.

Die Anordnung nach Fig. i' und 2 mit einer Turbine für jeden Zylinder eignet sich besonders für Motoren mit großer Leistung. Eine andereAnwendungsmöglichkeitbesteht in der Überdruckspeisung von Zweitaktmotoren, bei welchen bisher die Abgasgebläse meistens mit Zusatzenergiezufuhr betrieben werden mußten. Dies hatte seine Ursache in den niedrigen Gastemperaturen und der Notwendigkeit, in solchem Falle einen beträchtlichen Druckunterschied zwischen dem Beaufschlagungsdruck des Motors und dem Auspuffdruck zur Verfügung zu haben, um ein gutes Ausspülen. des Verbrennungsraumes während des sehr kurzen Zeitabschnittes zu ermöglichen, in welchem sich die Gaszufuhr und der Auspuff abspielen.The arrangement according to FIGS. I 'and 2 with a turbine for each cylinder is particularly suitable for engines with high performance. Another application is possible in the overpressure feed of two-stroke engines, which previously used the exhaust fan mostly had to be operated with additional energy supply. This had its cause in the low gas temperatures and the need, in such a case a considerable one Pressure difference between the engine admission pressure and the exhaust pressure available to have a good rinse. of the combustion chamber during the to enable a very short period of time in which the gas supply and the Play exhaust.

Durch die nun an der Turbinenwelle zur Verfügung stehende größere Leistung reicht das von ihr angetriebene Gebläse aus, um die Überdruckspeisung und die Spülung des Motorzylinders durchzuführen, wobei es noch möglich ist, die Leistung des Hiifsspülgebläses, welches mit dem Gebläse des Abgaskreiselgebläses hintereinandergeschaltet ist und durch einen besonderen Motor angetrieben wird, erheblich zu verringern oder unter Umständen sogar diese Hilfsspülgebläse völlig zu entbehren.Due to the larger one that is now available on the turbine shaft The blower it drives is sufficient for the overpressure feed and to perform the purging of the engine cylinder, it is still possible to increase the power of the auxiliary flushing fan, which is connected in series with the fan of the exhaust gas centrifugal fan is and is driven by a special motor, significantly reduce or under certain circumstances even this auxiliary flushing fan can be completely dispensed with.

Die besondere Ausbildung der Teile eines doppelt wirkenden Zweitaktmotors ermöglicht auch eine besonders einfache und zweckentsprechende Ausgestaltung und Anwendung des Erfindungsgegenstandes. Hierbei nutzt die Auspuffturbine a die beiden Auspuffströme ein und desselben Zylinders c aus. Die Turbine ist in diesem Falle in der Mitte des Zylinders an der den beiden Zylinderseiten gemeinsamen Auspufföffnung e angebracht, wie dies Fig. 3 veranschaulicht. Diese Abbildung zeigt den Antrieb eines Gebläses f seitens der Turbine, das die Eintrittsteilen g, g' speist. .The special design of the parts of a double-acting two-stroke engine also enables a particularly simple and appropriate design and Application of the subject matter of the invention. Here the exhaust turbine a uses the two Exhaust flows from one and the same cylinder c. The turbine is in this case in the middle of the cylinder at the exhaust port common to both cylinder sides e attached, as Fig. 3 illustrates. This figure shows the drive a fan f on the part of the turbine, which feeds the inlet parts g, g '. .

Man kann bei einer Gasmaschine die Ausnutzung der rückgewonnenen Leistung auch in von der Abgasturbine betriebenen Dynamomaschinen vorsehen, welche parallel zum Hauptnetz arbeiten.You can use the recovered power with a gas engine also provide in dynamo machines operated by the exhaust gas turbine, which run in parallel work to the main network.

Claims

PATENT CLAIM: Multi-cylinder internal combustion engine with utilization of the Exhaust gases in exhaust gas turbines, characterized in that each working cylinder, and although immediately in front of the exhaust port, an exhaust gas turbine is connected, whose Housing and its shaft are not connected to those of the other turbines.