DE768043C

DE768043C - Method for operating a power generation system, in particular for vehicles

Info

Publication number: DE768043C
Application number: DEJ63576D
Authority: DE
Inventors: Waldemar Dipl-Ing Hryniszak; Max Adolf Dipl-Ing Mueller
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1939-01-26
Filing date: 1939-01-26
Publication date: 1955-05-26

Description

Verfahren zum Betrieb einer Krafterzeugungsanlage, insbesondere für Fahrzeuge Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Krafterzeugungsanlage, insbesondere für Fahrzeuge, welche einen als Kolbenbrennkraftmaschine ausgebildeten Hochdruckteil und einen als zusätzliche Entspannungsmaschine (z. B. Gasturbine, Rückstoßdüse) ausgebildeten Näederdruckteil sowie einen Luftverdichter umfaßt, wobei ein Teil der verdichteten Luft zur Spülung und Aufladung der Brennkr.aftmaschine dient. Ferner betrifft die Erfindung Einrichtungen zur Durchführung dieses Verfahrens.Method for operating a power generation system, in particular for Vehicles The invention relates to a method for operating a power generation system, especially for vehicles that have a piston engine High-pressure part and one as an additional expansion machine (e.g. gas turbine, Recoil nozzle) formed Näederdruckteil and an air compressor comprises, wherein part of the compressed air for flushing and charging the internal combustion engine serves. The invention also relates to devices for carrying out this method.

Es ssnd verschiedene Brennkraftmaschinen bekanntgeworden, die in irgendeiner Form zum Antrieb eines Fahrzeuges, besonders aber eines. Luftfahrzeuges, dienen sollen und bei welchen Luft verdichtet, in dieser Luft Brennstoff verbrannt und das Druck- bzw. Temperaturgefälle der Brenngase gegenüber einem anderen Gas, z. B. der Außenluft in einer Turbine, in mechanische Leistung umgesetzt wird. Je nach der Art des Triebwerkes kann auch ein Teil des Gefälles in einer Rückstoßdüse entspannt werden.Various internal combustion engines have become known that are used in any one Form for driving a vehicle, but especially one. Aircraft, serve should and with which air is compressed, in this air fuel is burned and the pressure or temperature gradient of the fuel gases compared to another gas, e.g. B. the outside air in a turbine, is converted into mechanical power. Depending on Depending on the type of engine, part of the slope can also be relaxed in a thrust nozzle will.

Die Turbine, und ähnliche Gesichtspunkte gelten in verstärktem Maße auch :für die Rücks,toßdüse, hat gegenüber der Kodbenbrennkraftmaschine den Vorteil, daß sie leicht ist und eine große Leistung ermöglicht. Es ist jedoch bekannt, daß der Wirkungsgrad der Turbine lediglich bei geringen Drücken besser ist als der Wirkungsgrad einer unter den gleichen Verhältnissen arbeitenden Kolbenmaschine. Bei den heute üblichen Geschwindigkeiten der Fahrzeuge, insbesondere der Lufifahrzeuge, gilt unter der Voraussetzung eines guten dynamischen Wirkungsgrades das gleiche für die Rückstoßdüse. Bei Wärmekraftmaschinen mit unmittelbarer Erwärmung des Energieträgers (Brennkraftmaschine) ist der thermische Wirkungsgrad um so größer, je höher der Anfangsdruck des Energieträgers (Brenngase) ist. Es ist aus diesem Grunde gerade bei der Brennkraftmaschine eine an sich auch bei der Dampfmaschine.bekannte Unterteilung des nutzbaren Gefälles : in- einen Hochdruckteil, der der Kolbenmaschitie zugeordnet wird, und in einen N N iederdru#k-teil, der der Turbine oder der Rückstoßdüse .zugeordnet wird, Bedingung zur Erzielung eines hohen Wirkungsgrades.The turbine and similar considerations apply to an even greater extent also: for the rear nozzle, has the advantage over the internal combustion engine that it is light and enables great performance. However, it is known that the efficiency of the turbine is better than the efficiency only at low pressures a piston engine working under the same conditions. With today normal speeds of vehicles, especially air vehicles, apply below the requirement a good dynamic efficiency the same for the thrust nozzle. In the case of heat engines with direct heating of the energy source (Internal combustion engine), the higher the thermal efficiency, the greater the Is the initial pressure of the fuel (fuel gases). It is for this very reason in the case of the internal combustion engine, a subdivision known per se also in the case of the steam engine of the usable gradient: into a high pressure part, which is assigned to the piston machine is, and in a low pressure part, which is assigned to the turbine or the thrust nozzle is a condition for achieving a high degree of efficiency.

Ein Verfahren mit Unterteilung des nutzbaren Gefälles in einer Kolbenbrennkraftmaschine und einer Gasturbine konnte aber bisher, wenn man von der Ausnutzung der Abgasenergie in den Abgasturbinen der Brennkraftmaschinen, bei «-elchen aber von einer zweckmäßigen Gefällsteilung nicht gesprochen werden kann, absieht, zu nennenswerter praktischer Bedeutung nicht gebracht «-erden. Setzt man eine voll beaufschlagte, d. h. wirtschaftliche Turbine voraus, so wird die sekundlich durch die Turbine strömende Gasmenge groß sein. Bei den üblichen Geschwindigkeiten muß zur Erzielung einer genügend großen Vortriebskraft die durch eine voll beaufschlagte Ausströmdüse strömende sekundliche Gasmenge ebenfalls groß und unter Umständen: noch größer als bei der Turbine sein. Bei den bisher üblichen Drehzahlen sind also große und schwere Kolbenbrennkraftmaschinen vonnöten, um die für die Turbine oder die Ausströmdüse notwendige große sekundliche Gasmenge liefern zu können. Kommt eine Turbine zur Anwendung, so muß man zwischen der Turbine und der Brennkraftmaschine schwere, leistungszehrende Getriebe anordnen, wenn man nicht schwere, unwirtschaftliche Turbinen in Kauf nehmen will. Dadurch wird aber die gesamte Krafterzeugungsanlage, bestehend aus Kolbenbrennkraftmaschine und Turbine oder Ausströmdüse, schwer und unübersichtlich im Aufbau und besonders zum Antrieb von Luftfahrzeugen ungeeignet.A method with subdivision of the usable gradient in a reciprocating internal combustion engine and a gas turbine could so far, if one of the utilization of the exhaust gas energy in the exhaust gas turbines of internal combustion engines, but in the case of «-elchen» of an expedient one Gradient division cannot be talked about, apart from being noteworthy practical Meaning not brought «- earth. If you set a fully loaded, d. H. economic Turbine ahead, then the amount of gas flowing through the turbine second becomes large be. At the usual speeds, in order to achieve a sufficiently large Propulsion force is the secondary force flowing through a fully pressurized discharge nozzle The amount of gas is also large and, under certain circumstances, even greater than that of the turbine. At the speeds that have been customary up to now, there are large and heavy piston internal combustion engines necessary to achieve the large secondary To be able to deliver the amount of gas. If a turbine is used, one must between place heavy, power-consuming gears on the turbine and the internal combustion engine, if you don't want to put up with heavy, uneconomical turbines. Through this but the entire power generation system, consisting of a piston engine and turbine or discharge nozzle, heavy and confusing in structure and special unsuitable for propelling aircraft.

Es ist nun an sich bekannt, die Leistung und damit auch die sekundliche Gasmenge, die nach ihrer Teilentspannung der Kolbenbrennkraftmaschine entströmt, dadurch zu vergrößern, daß man die Drehzahl der Kolbenbrennkraftmaschine erhöht. Eine weitere Möglichkeit, das Leistungsgewicht bzw. die Leistung einer Kolbenbrennkraftmaschine zu erhöhen, besteht in der Anwendung des Zweitaktverfahrens und in der Anordnung doppelt wirkender Arbeitszylinder. Die :Möglichkeiten zur Erhöhung der Drehzahl sind jedoch bei bisherigen Anordnungen begrenzt. Ausschlaggebend für die höchstzulässige Grenze der Drehzahl ist die Hubgröße und die dadurch bedingte zulässige mittlere bzw. maxi male Kolbengesch"v indigkeit. Diese ist ihrerseits durrch die zulässige mechanische und thermische Beanspruchung des Kolbens und der Kraftübertragungsteile (Pleuelstange. Kolbenstange usw.) bedingt. Die höchstzulässige Drehzahl ist ferner durch die zulässige mechanische und thermische Beanspruchung der Arbeitszylinder der Brennkraftmaschine begrenzt. Die bekannten Verfahren zur Kühlung des Kolbens und zur Auf ladung waren von dem Gedanken getragen, daß die Beschaffung der Kühlluft auf Kosten der Leitung der betreffenden Brennkraftmaschine geht. Deshalb wurde die Kühlluftmenge so gering als möglich bemessen. Bei hohen und bei den höchsten Drehzahlen von Brennkraftmaschinen genügt eine solche Kühlung aber nicht mehr. Die gleichen Gesichtspunkte gelten auch für die durch Preßluft gekühlten Arbeitszylinder. -Noch ein weiterer Umstand läßt die bisher angewendete Kühlung der Arbeitszylinder und des Arbeitskolbens als ungenügend erscheinen. Es ist bekannt, daß eines der größten Hindernisse zur Verwirklichung der Gasturbine die hohen Temperaturen der Brenngase darstellen. Auch in der Ausströmdüse ist eine hohe Temperatur der Brenngase aus thermischen Rücksichten unerwünscht. je geringer aber das in der Kolbenbrennkraftmaschine umgesetzte Gefälle ist, desto größer ist die Temperatur der austretenden Gase. Diese Temperatur ist in hohem Maße von der Kühlung des Arbeitszylinders und des Arbeitskolbens abhängig. Bei den bisher verwirklichten Verfahren war man aus thermischen Gründen bestrebt, einen möglichst geringen Teil der Wärme an das Kühlmittel, insbesondere Kühlluft, abzugeben. da diese Wärme auf Kosten des Wirkungsgrades meistens ganz oder fast ganz verlorenging. Zufolge der geringen Wärmeaufnahme des Kühlmittels waren aber die Temperaturen der austretenden Gase selbst bei größtmöglicher Entspannung in der Kolbenbrennkraftmaschine zu hoch, um zweckmäßig in einer anschließenden Turbine verwertet werden zu können.It is now known per se, the performance and thus also the secondary Amount of gas that escapes from the piston engine after its partial expansion, to increase by increasing the speed of the piston engine. Another possibility, the power-to-weight ratio or the performance of a reciprocating internal combustion engine to increase, consists in the application of the two-stroke process and in the arrangement double-acting working cylinder. The: ways to increase the speed however, are limited with previous arrangements. Decisive for the highest permissible The limit of the speed is the stroke size and the resulting permissible mean or maximum piston speed. This in turn is the permissible one mechanical and thermal stress on the piston and the power transmission parts (Connecting rod, piston rod, etc.) conditionally. The maximum permissible speed is also due to the permissible mechanical and thermal stress on the working cylinder the internal combustion engine is limited. The known methods of cooling the piston and to charge were carried by the thought that the procurement of the cooling air goes at the expense of the management of the internal combustion engine in question. That's why the Keep the amount of cooling air as small as possible. At high and at the highest speeds Such cooling is no longer sufficient for internal combustion engines. The same Considerations also apply to the working cylinder cooled by compressed air. -Yet Another circumstance leaves the previously used cooling of the working cylinder and of the working piston appear to be insufficient. It is known to be one of the greatest Obstacles to the realization of the gas turbine are the high temperatures of the fuel gases represent. A high temperature of the combustion gases is also evident in the discharge nozzle thermal considerations undesirable. but the lower that is in the piston internal combustion engine implemented gradient, the greater the temperature of the escaping gases. These Temperature is largely dependent on the cooling of the working cylinder and the working piston addicted. The processes implemented so far were for thermal reasons strives to get as little heat as possible to the coolant, in particular Cooling air to deliver. since this heat is mostly entirely at the expense of efficiency or almost entirely lost. Due to the low heat absorption of the coolant but were the temperatures of the escaping gases even with the greatest possible relaxation too high in the piston engine to be expedient in a subsequent turbine to be exploited.

Bereits bei den heute üblichen Drehzahlen von Kolbenbrennkraftmaschinen, die nach dem Viertaktverfahren und einfach wirkend arbeiten, macht die Aufladung der Arbeitszylinder durch Gebläse weitgehende Schwierigkeiten. Durch den raschen Wechsel der Eröffnung und Schließung der Einlaßöffnung kommt die Masse der Spül- und Ladeluft in periodische Schwingungen, die sich bis in das Gebläse fortpflanzen. und hemmend auf die Ladung und Spülung wirken. Die Frequenz der Schwingungen ist weitgehend von der Drehzahl der Maschine abhängig. Man war daher unter anderem auch aus diesen Gründen genötigt, die Drehzahl der nach dem Zweitaktverfahren arbeitenden Drennkraftmaschinen gegenüber solchen, die nach dem Viertaktverfahren arbeiten, herabzusenken. Bei den bisher üblichen Verfahren zum Spülen und Laden ist der Betrieb von Kolbenbrennkraftmaschinen, insbesondere solchen, die nach dem Zweitaktverfahren arbeiten, bei sehr hohen Drehzahlen unmöglich.Even at the speeds of piston internal combustion engines that are common today, which work according to the four-stroke process and single-acting, makes the charging the working cylinder by blower extensive difficulties. Through the rapid Change the opening and closing of the inlet port, the mass of the flushing and charge air in periodic oscillations that propagate into the fan. and restraining on the charge and The conditioner works. The frequency of the Vibration is largely dependent on the speed of the machine. One was therefore For these reasons, among other things, the speed of the two-stroke process is required working rotary engines compared to those that work according to the four-stroke process work to lower it. With the previously common methods of flushing and loading is the operation of reciprocating internal combustion engines, especially those that are after Two-stroke processes work, impossible at very high speeds.

Es kann also gesagt werden, daß Kolbenbrennkraftmaschinen bei den heute üblichen normalen Drehzahlen für eine Zusammenarbeit auf Grund einer Gefällsteilung mit einer Turbine oder einer Rückstoßdüse nicht geeignet sind, da die Drehzahlen zu niedrig sind und das Leistungsgewicht gegenüber dem der Turbine bzw. der Ausströmdüse unverhältnismäßig groß ist. Bei den bisher üblichen Verfahren zum Kühlen und Laden solcher Kolbenbrennkraftmaschinen ist eine wesentliche Steigerung der Drehzahl nicht möglich. Sowohl in baulicher alsauch in thermischer Hinsicht entsprechen daher die nach den Verfahren arbeitenden Kolbenbrennkraftmaschinen nicht den-hier gestellten Forderungen.It can therefore be said that reciprocating internal combustion engines in the Normal speeds that are common today for cooperation on the basis of a gradient with a turbine or a thrust nozzle are not suitable, as the speeds are too low and the power-to-weight ratio compared to that of the turbine or the discharge nozzle is disproportionately large. With the previously common methods of cooling and charging Such piston internal combustion engines are not a significant increase in speed possible. Both from a structural and thermal point of view, the Piston internal combustion engines operating according to the method are not the ones presented here Requirements.

Aufgabe der Erfindung ist nun die Schaffung eines Verfahrens und einer Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens für den Betrieb einer Krafterzeug@ungsandage, insbesondere für Fahrzeuge, welche einen als Kolbenbrennkraftmaschine ausgebildeten Hochdruckteil und einen als zusätzliche Entspannungsmaschne (Gasturbine, Rückstoßdüse) ausgebildeten Niederdruckteil sowie einen Luftverdichter umfaßt, @vobei ein Teil der verdichteten Luft zur Spülung und Aufladung der Brennkraftmaschine dient.The object of the invention is now to provide a method and a Equipment for the implementation of this procedure for the operation of a force generating device, especially for vehicles that have a piston engine High pressure part and one as an additional relaxation machine (gas turbine, thrust nozzle) includes trained low pressure part and an air compressor, @vobei a part the compressed air is used to flush and charge the internal combustion engine.

Gemäß :der Erfindung wird ein solches Verfahren dadurch verwirklicht, daß der Spül-und Ladeluftstrom ständig strömt, und zwar während des Verdichtungs- und Arbeitshubes des Kolbens durch einen vom Brennraum des Zylinders getrennten Zylinderteil und während. des übrigen Teils des Arbeitsspiels, d. h. während der Spül- und Ladeperiode, entweder ganz durch den Brennraum oder zum Teil durch den Brennraum, zum anderen Teil am Brennraum vorbei.According to: the invention, such a method is implemented by that the scavenging and charge air flow flows continuously, namely during the compression and working stroke of the piston by a separate from the combustion chamber of the cylinder Cylinder part and during. the remaining part of the work cycle, d. H. during the Flushing and loading period, either entirely through the combustion chamber or partly through the Combustion chamber, on the other hand past the combustion chamber.

Im weiteren Ausbau der Erfindung wird der ständig strömende- Spül- und Ladeluftstrom gemeinsam mit der um den Zylinder herumgeführten Kühlluft mit zur Leistungsabgabe herangezogen. Der ständig strömende Spül- und Ladeluftstrom nimmt dabei Wärme bei zweckmäßig hohen und annähernd gleichmäßigen Drücken -von den von ihm berührten erhitzten Teilen der Brennkraftmaschine auf. Bei einer nach diesem Verfahren. arbeitenden Krafterzeugungsanlage wird der ständig strömende Spül- und Ladeluftstrom erfindungsgemäß durch den Kolben der Brennkraftmaschine in der Weise gesteuert, daß der Luftstrom während des Verdichtungs- und Arbeitshubes des Kolbens durch einen: vom Brennraum des Zylinders getrennten Zylinderteil und während der Spül- und Ladepe#jode entweder ganz durch den Brennraum oder zum Teil durch den Brennraum, zum anderen Teil am Brennraum vorbeiströmt. Ein solcher vom Brennraum getrennter Raum wird zweckmäßig durch den Arbeitskolben selbst und durch einen Teil des Arbeitszylinders begrenzt. Ferner werden zweckmäßig Mittel zur Erzielung einer praktisch verlust- und staufreien Strömung des Arbeitsmittels vorgesehen. Die Führung des ständig strömenden Spül- und Ladeluftstromes erfolgt gemäß dem weiteren Ausbau der Erfindung so, daß der Spül- und Ladeluftstrom gemeinsam mit dem Kühlluftstrom in einer Entspannungsvorrichtung, z. B. einer Turbine oder Rückstoßdüse, Arbeit leistet. Die Brennkraftmaschine und die Gasturbine besitzen dabei zweckmäßig gleiche oder annähernd gleiche Drehzahlen, so daß diese beiden Maschinen und gegebenenfalls auch der Verdichter eine gemeinsame Welle besitzen können. Im Falle des Vorhandenseins einer weiteren, als Ausströmdüse eingerichteten Entspannungsvorrichtung wird diese gleichachsig mit der gemeinsamen Welle des Maschinensatzes angeordnet. Die Kolbenbrennkraftmaschine arbeitet, um die vorstehend erwähnte Anordnung zu ermöglichen, mit hohem Ladedruck, kleinem Hub und hoher Drehzahl, und sie wird zweckmäßig als Sternmotor ausgebildet. Bei einer solchen Maschinenform können die Strömungswege der Spül- und Ladeluft parallel zur Drehachse der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine und in gleichen Winkelabständen um diese herum angeordnet werden. Die Kolbenbrennkraftmaschine kann dabei vorteilhaft nach dem Zweitaktverfahren arbeiten, und sie kann als doppelt wirkende Maschine ausgebildet sein.In the further development of the invention, the constantly flowing flushing and charge air flow together with the cooling air circulating around the cylinder used for output. The constantly flowing purge and charge air stream takes heat at appropriately high and approximately uniform pressures -from the heated parts of the internal combustion engine that it touches. At one after this procedure. working power generation system, the constantly flowing flushing and charge air flow according to the invention through the piston of the internal combustion engine in the Way controlled that the air flow during the compression and power stroke of the Piston by a: from the combustion chamber of the cylinder separate cylinder part and during the flushing and loading tube either completely or partially through the combustion chamber the combustion chamber, the other part flows past the combustion chamber. One from the combustion chamber separate space is expediently provided by the working piston itself and by a part of the working cylinder limited. Furthermore, appropriately means to achieve a practically loss-free and congestion-free flow of the working medium provided. The leadership of the constantly flowing purge and charge air flow takes place in accordance with the further expansion of the invention so that the flushing and charge air flow together with the cooling air flow in a relaxation device, e.g. B. a turbine or thruster, work perform. The internal combustion engine and the gas turbine are expediently the same or approximately the same speeds, so that these two machines and possibly the compressor can also have a common shaft. In the case of presence Another expansion device set up as an outlet nozzle is this arranged coaxially with the common shaft of the machine set. The piston internal combustion engine works to enable the aforementioned arrangement, with high boost pressure, small stroke and high speed, and it is expediently designed as a radial engine. With such a machine shape, the flow paths of the scavenging and charge air parallel to the axis of rotation of the crankshaft of the internal combustion engine and at equal angular intervals be arranged around them. The piston internal combustion engine can be advantageous work according to the two-stroke process, and it can be used as a double-acting machine be trained.

Das Verfahren und die Einrichtungen nach der Erfindung ermöglichen eine praktisch durchführbare Gefällsteilung eines hochgespannten und unmittelbar erhitzten Gases und Nutzung der Teilgefälle in einer Kolbenbrennkraftmaschine und einer mit dieser Kolbenbrennkraftrnaschine unmittelbar zusammenarbeitende Gasturbine oder Rückstoßdüse. Dies wird dadurch erreicht, daß die Kolbenbrennkraftmaschine mit Drehzahlen betrieben werden kann, die den Drehzahlen der heute üblichen Turbinen und Turboverdichter gleichkommt. Diese Drehzahlen können sogar von Kolbenbre-nnkraftmaschinen eingehalten «erden, die nach dem Zweitaktverfahren und doppelt wirkend arbeiten. Dadurch wird das Leistungsgewicht der Kolbenbrennkraftmaschine dem Leistungsgewicht der Gasturbine weitgehend angepaßt. Außer diesem Vorteil wird die gesamte Verbrennungswärme nutzbar gemacht, d. h. der thermische Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine in seiner Gesamtheit weitgehend verbessert.The method and the devices according to the invention enable a practically feasible gradient division of a high-tension and immediate heated gas and use of the partial gradient in a reciprocating internal combustion engine and a gas turbine that works directly with this reciprocating internal combustion engine or thrust nozzle. This is achieved in that the piston internal combustion engine can be operated at speeds that match the speeds of today's turbines and turbo compressors. These speeds can even be used by piston-type internal combustion engines adhered to «Earth based on the two-stroke process and double-acting work. As a result, the power-to-weight ratio of the reciprocating internal combustion engine becomes the power-to-weight ratio largely adapted to the gas turbine. In addition to this benefit, the total heat of combustion is used harnessed, d. H. the thermal efficiency of the internal combustion engine in its Overall largely improved.

Die Erfindung ermöglicht also eine leichte und wirtschaftliche Kraftanlage großer Leistung, die sich ganz besonders zum Antrieb von Fahrzeugen und insbesondere Luftfahrzeugen eignet, sei es mittels eines durch diese Kraftanlage angetriebenen Propellers, sei es mittels einer Rückstoßdüse (Düsenmotor.The invention thus enables a light and economical power plant great performance, which is particularly useful for propelling vehicles and in particular Suitable for aircraft, be it by means of one driven by this power plant Propellers, be it by means of a thrust nozzle (jet engine.

In den Abb. i bis 3 werden verschiedene Ausführungsformen der Erfindung dargestellt. Es zeigt Abb. i den Schnitt durch eine Krafterzeugungsanlage, bestehend aus einem Axialv erdichter, einer einfach wirkenden Zweitaktkolbenmaschine und einer Ausströmdüse, Abb. i a einen Arbeitszylinder der Kolbenbrennkraftmaschine nach Abb. i mit dem in der oberen Totlage befindlichen Arbeitskolben, Abb. 2 den Schnitt durch eine Krafterzeugungsanlage, bestellend aus zwei Axialverdichtern, einer doppelt wirkenden, nach dein Zweitaktverfahren arbeitenden Kolbenbrennkraftmaschine, einer Gasturbine und einer Rückstoßdüse, Abb. 3 den Schnitt durch eine Krafterzeugungsanlage, bestehend aus einem Axialverdichter, einer doppelt wirkenden, nach dem Zweitaktverfahren arbeitenden Brennkraftmaschine und einer Ausströmdüse.Various embodiments of the invention are shown in FIGS shown. Fig. I shows the section through a power generation system, consisting of from an axial compressor, a single-acting two-stroke piston engine and a Outlet nozzle, Fig.i a working cylinder of the piston internal combustion engine according to Fig. i with the working piston in the upper dead position, Fig. 2, the section through a power generation system, ordering from two axial compressors, one double acting piston internal combustion engine working according to your two-stroke process, a Gas turbine and a thrust nozzle, Fig. 3 the section through a power generation system, Consists of an axial compressor, a double-acting one based on the two-stroke process working internal combustion engine and an exhaust nozzle.

Gemäß Abb. i treibt eine nach dem Zweitaktv erfahren arbeitende Kolbenkraftmaschine i das auf dem einen Ende ihrer `Zelle 2 befestigte Laufrad 3 eines Radialverdichters .I an. Dieses Laufrad ist in bekannter Weise mit einer doppelten Beschaufelung 5a und 5b ausgestattet, so daß mit diesem Laufrad Luft auf verschieden hohen Druck getrennt verdichtet werden kann. Die Zylinder 6 der Kolbenbrennkraftmaschine sind sternförmig und einreihig angeordnet und mit Kühlrippen versehen. In dem Arbeitszylinder 6 gleitet der Arbeitskolben 7. Dieser Arbeitskolben begrenzt mit seinen Teilen 711 und 7 `' zusammen mit einem Teil des Arbeitszylinders 6 einen vom Brennraum 611 des Arbeitszylinders getrennten Raum 6b. Hierbei ist der gegen den Brennraum 611 abdichtende Teil 711 des Arbeitskolbens 7 deckelförmig ausgebildet, während der andere Teil 7b des Arbeitsl-zolbens aus einem in dem Arbeitszylinder gleitenden Teil 8 und einem in Abstand von der Lauffläche des Arbeitszylinder: angeordneten Teil 9 besteht. Der Teil g des Arbeitslzolbens 7 dient zur Lagerung des Kolbenbolzens io, der zusammen mit der Pleuelstange i i zur Kraftübertragung auf die Welle 2 dient. Die Einlaßöitnung 12 des Arbeitszi-linders 6 steht iiii-r die Leitung 13 mit der Beschaufelung ;1' des Verdichters in Verbindung, während die Beschaufelung 511 des Verdichters mit einer ringförmigen Sammelleitung 14 in Verbindung steht, in die andererseits durch Führungswände 15 gebildete, die Arbeitszvlinder 6 einschließende Leitungen münden. Diese Leitungen stehest auch mit der Ausströ mdüse 16 in Verbindung, in die außerdem die Ausströmleitung 17 des Arbeitszylinders 6 mündet. Die Ausströmdüse 16 wird einerseits von der die gesamte Krafterzeugungsanlage «-iderstandsarm einhüllenden Verkleidung i,#, andererseits von einer inneren Verkleidung i9 gebildet. Die äußere Verkleidurg 18 bildet an der Einströrnöffnung des Verdichters eine Verdichtungsdüse.According to Fig. I, a piston engine i working according to the two-stroke process drives the impeller 3 of a centrifugal compressor 1, which is attached to one end of its cell 2. This impeller is equipped in a known manner with double blading 5a and 5b, so that air can be compressed separately to different pressures with this impeller. The cylinders 6 of the piston internal combustion engine are arranged in a star shape and in one row and are provided with cooling fins. The working piston 7 slides in the working cylinder 6. This working piston, with its parts 711 and 7 '''together with part of the working cylinder 6, delimits a space 6b that is separate from the combustion chamber 611 of the working cylinder. Here, the part 711 of the working piston 7 sealing against the combustion chamber 611 is designed in the shape of a cover, while the other part 7b of the working piston consists of a part 8 sliding in the working cylinder and a part 9 arranged at a distance from the running surface of the working cylinder. The part g of the working piston 7 is used to support the piston pin io which, together with the connecting rod ii, is used to transmit power to the shaft 2. The inlet opening 12 of the working cylinder 6 is connected to the line 13 with the blading; 1 'of the compressor, while the blading 511 of the compressor is connected to an annular collecting line 14, into which the other hand is formed by guide walls 15, the Working cylinder 6 enclosing lines open. These lines are also connected to the outflow nozzle 16 into which the outflow line 17 of the working cylinder 6 also opens. The discharge nozzle 16 is formed, on the one hand, by the lining i, #, which envelops the entire power generation system with low resistance, and, on the other hand, by an inner lining i9. The outer casing 18 forms a compression nozzle at the inlet opening of the compressor.

Die an der Stirnseite der Verkleidung 18 durch die üffnung 1911 eintretende Luft wird vor ihrem Eintritt in das Laufrad des Verdichters auf Grund ihrer Strömungsgeschwindigkeit vorverdichtet. Ein Teil dieser Luft wird in der Beschaufelung 311 des Laufrades 3 des mechanischen Verdichters weiterverdichtet und in den ringförmigen Sammelraum 1.1 gefördert. Von dieseln tritt die verdichtete Luft in die von den Führungstvänden i-# gebildete Leitung ein, innerhalb welcher sich der Arbeitszvliltder 6 mit seinen Kühlrippen 6c befindet, so daß dieser von der verdichteten Luft zweckmäßig bei annähernd gleichem Druck gekühlt wird. Die dabei erwärmte. verdichtete Luft tritt durch die Üifnultg 20 in die Rückstoßdüse 16 ein, ist welcher sie sich entspannt und hierbei ihr Arbeitsvermögen unter Erzeugung einer Rückstoßkraft in mechanische Leistung umsetzt. Der andere Teil der vorverdichtetest Luft wird durch die Beschaufelung 5b des Verdichters 3 weiterverdichtet. Die verdichtete Luft strömt durch den Kanal 13 zu der Einlaßöffnung 12 des Zylinders 6. Je nach der Lage des Arbeitskolbens 7 bzw. seines Teiles 711 durchströmt mindestens ein Teil dieser verdichteten Luft während der Spül- und Ladeperiode den Brennraum 611 des Arbeitszylinders 6, während der andere Teil dieser Luft in der erwähnten Zeit und während der restlichen Dauer des Arbeitsspieles die gesamte Spül- und Ladeluft durch den vorn Kolben ; und einem Teil des Arbeitszylinders 6 gebildeten Raum 64 des Arbeitskolben: hindurchströmt. Die in dein Brennraten 6° während der Spül- und Ladeperiode ströinende Luftmenge ist so bemessen. daG außer einer genügenden Spülung eine -,%-eitgeltertde Wärmeaufnahme von der Zvliliderol,)erfläche her erfolgt. Die durch den Raum 66 des Kolbens 7 strömende Luft nimmt ihrerseits Wärme von einem Teil der Zylinderinnenfläche, von den Stegen der Ein- und Auslaßschlitze und vom heißen Kolbenboden 7a auf. Die durch die Einlaßöffnung 12 ständig durch den Arbeitszylinder 6 strömende Luft verläßt, durch die Verbrennung im Brennraum 611 mittelbar oder unmittelbar erwärmt, durch die Auslaßleitung 17 den Arbeitszylinder 6 und wird zusammen mit der den Arbeitszylinder 6 von außen umströmenden Kühlluft in der Ausströ,mdüse 16 leistungsabgebend entspannt.The air entering through the opening 1911 on the face of the cladding 18 is precompressed due to its flow velocity before it enters the impeller of the compressor. Part of this air is further compressed in the blading 311 of the impeller 3 of the mechanical compressor and conveyed into the annular collecting space 1.1. From diesels, the compressed air enters the line formed by the guide walls i- #, within which the working valve 6 is located with its cooling fins 6c, so that it is expediently cooled by the compressed air at approximately the same pressure. The warmed up. Compressed air enters the recoil nozzle 16 through the Üifnultg 20, which is what it relaxes and converts its work capacity into mechanical power by generating a recoil force. The other part of the pre-compressed air is further compressed by the blades 5b of the compressor 3. The compressed air flows through the channel 13 to the inlet opening 12 of the cylinder 6. Depending on the position of the working piston 7 or its part 711, at least part of this compressed air flows through the combustion chamber 611 of the working cylinder 6 during the flushing and loading period, during the other part of this air in the mentioned time and during the remaining duration of the work cycle the entire purge and charge air through the front piston; and a part of the working cylinder 6 formed space 64 of the working piston: flows through. The amount of air flowing into your burning rate of 6 ° during the rinsing and loading period is measured in this way. that, in addition to sufficient rinsing, there is a% - reduced heat absorption from the Zvliliderol,) er surface. The air flowing through the space 66 of the piston 7 in turn absorbs heat from part of the inner surface of the cylinder, from the webs of the inlet and outlet slots and from the hot piston head 7a. The air flowing continuously through the working cylinder 6 through the inlet opening 12 leaves the working cylinder 6 through the outlet line 17 and is heated indirectly or directly by the combustion in the combustion chamber 611 and together with the cooling air flowing around the working cylinder 6 from the outside in the outflow nozzle 16 relaxed in terms of performance.

Gemäß Abb. ja befindet sich der Arbeitskolben in der oberen Totläge. Die ganze durch die Einlaßöffnung 12 strömende Luft durchströmt in diesem Falle den vom Zylinder 6 und vom Kolben 7 gebildeten Raum 6b, d. h. im Zeitpunkt der größten Wärmeabgabe (Verbrennung, Entspannung) steht die ganze, ständig durch den Arbeitszylinder 6 strömende Luft zur Kühlung des Kolbens 7, insbesondere des den Brennraum 6a abschließenden Teiles 7a zur Verfügung.According to Fig. Yes, the working piston is in the top dead center. All of the air flowing through the inlet opening 12 flows through in this case the space 6b formed by the cylinder 6 and the piston 7, d. H. at the time of the greatest Heat emission (combustion, relaxation) stands the whole, constantly through the working cylinder 6 flowing air for cooling the piston 7, in particular that closing off the combustion chamber 6a Part 7a available.

Der Druck der ständig durch die Arbeitszylinder 6 der Kolbenbrennkraftmaschine i strömenden Luft wird so hoch bemessen, daß die Kolbenbrennkraftmaschine zufolge ihres geringen Hubes ohne Überschreitung der zulässigen Kolbengeschwindigkeit auch bei den üblichen hohen Drehzahlen von Radial- und Axialverdichtern betrieben werden kann, so daß leistungszehrende Getriebe zwischen Kolbenbrennkraftmaschine und Verdichter nicht vonnöten sind.The pressure of the constant through the working cylinder 6 of the piston engine i flowing air is dimensioned so high that the piston internal combustion engine according to their small stroke without exceeding the permissible piston speed be operated at the usual high speeds of centrifugal and axial compressors can, so that power-consuming gears between the piston engine and compressor are not necessary.

Entsprechend der Abb. 2 sind ein mechanischer Verdichter 21, eine doppelt wirkende, nach dem Zweitaktverfahren arbeitende Kolbenbrennkraftmaschine 22 und eine Rückstoßdüse 24 zu einer Krafterzeugungsanlage vereinigt, indem Verdichter, Kolbenbrennkraftmaschine und Gasturbine auf eine gemeinsame Welle 25 wirkend angeordnet sind. Die Ausströmdüse 24 ist achsgleich zu dieser gemeinsamen Welle 25. Die Welle 25 überträgt einen Teil der an sie abgegebenen Leistung über eine Kupplung 26 und ein Untersetzungsgetriebe 27 auf eine Druckschraube 28. Die Zylinder 29 der Kolbenbrennkraftmaschine sind sternförmig angeordnet und tragen zur besseren Wärmeabgabe Kühlrippen 3o. Der Arbeitskolben. besteht im wesentlichen aus zwei deckelförmigen Teilen 31' und 3ib, die durch einen hülsenförmigen Teil 32 in Abstand voneinander verbunden sind. Durch den hülsenförmigen Teil 32 führt die Kolbenstange 33, wobei die feste Verbindung dieser beiden Teile durch Muttern 34 erfolgt. Die Kolbenstange 33 ist in beiden Zylinderdeckeln geführt und überträgt die Kolbenkraft über den Bolzen 35 und die Pleuelstange 36 auf die Welle 25. Wieder bilden die Teile Va und 3Ib des Arbeitskolbens zusammen mit dem Arbeitszylinder 29 einen von den Brennräumen 37a und 37b des Arbeitszylinders 29 getrennten Raum, der mit den Einlaßöffnungen 38 und den Auslaßöffnungen 39 des Arbeitszylinders 29 in einer eine Leitung bildenden Verbindung steht. An die Einlaßöffnung 38 schließt sich eine Leitung q:oa an, die in einen ringförmigen Sammelraum 41 mündet, der über eine Leitung 42 mit der Beschaufelung 43a des Verdichterlaufrades 44 in Verbindung steht. Die Auslaßöffnung 39 hingegen mündet mittels einer Leitung 40b in einen ringförmigen Sammelraum 46. Eine weitere Beschaufelung 43b des Verdichterlaufrades 44 steht mit einem Sammelraum 47 in Verbindung. Diesen Sammelraum 47 und den Mischraum 46 verbinden durch Führungswände 48 gebildete Leitungen, innerhalb welcher sich, zweckmäßig angeordnet, die luftgekühlten Arbeitszylinder 29 befinden. An den Sammelraum 46 schließt sich ein Leitschaufelkranz 49, an diesen, unter Zwischenschaltung eines weiteren feststehenden Schaufelkranzes 5o, das zweikränzige Laufrad der Gasturbine 23 an. Anschließend ist die Ausströmdüse 24 angeordnet. Die ganze Kraftanlage ist dnzrch eine äußere windschnittige Verkleidung 51 umgeben, die an der Eintrittsseite des Verdichters eine Verdichterdüse 5 ja bildet.According to Fig. 2, a mechanical compressor 21, a double-acting piston internal combustion engine 22 working according to the two-stroke process and a thrust nozzle 24 are combined to form a power generation system in which the compressor, piston internal combustion engine and gas turbine are arranged to act on a common shaft 25. The discharge nozzle 24 is coaxial with this common shaft 25. The shaft 25 transmits part of the power delivered to it via a clutch 26 and a reduction gear 27 to a pressure screw 28. The cylinders 29 of the piston engine are arranged in a star shape and have cooling fins 3o for better heat dissipation . The working piston. consists essentially of two cover-shaped parts 31 ' and 3ib, which are connected by a sleeve-shaped part 32 at a distance from one another. The piston rod 33 leads through the sleeve-shaped part 32, these two parts being firmly connected by nuts 34. The piston rod 33 is guided in both cylinder covers and transmits the piston force via the bolt 35 and the connecting rod 36 to the shaft 25. Again, the parts Va and 3Ib of the working piston together with the working cylinder 29 form one separate from the combustion chambers 37a and 37b of the working cylinder 29 Space which is in a conduit-forming connection with the inlet openings 38 and the outlet openings 39 of the working cylinder 29. A line q: oa connects to the inlet opening 38 and opens into an annular collecting space 41 which is connected via a line 42 to the blades 43a of the compressor impeller 44. The outlet opening 39, on the other hand, opens into an annular collecting space 46 by means of a line 40b. A further blading 43b of the compressor impeller 44 is connected to a collecting space 47. This collecting space 47 and the mixing space 46 connect lines formed by guide walls 48, within which, expediently arranged, the air-cooled working cylinders 29 are located. A guide vane ring 49 adjoins the collecting space 46, and the two-ring impeller of the gas turbine 23 adjoins this with the interposition of a further stationary blade ring 50. The discharge nozzle 24 is then arranged. The entire power plant is surrounded by an outer, streamlined cladding 51 , which forms a compressor nozzle 5 on the inlet side of the compressor.

Der Arbeitsvorgang ist im wesentlichen der gleiche wie bei einer in Abb. i und ja beschriebenen Einrichtung, mit dem Unterschied, daß das Iu,ft-Abgas-Gemisch !in dem Mischraum 46 einen Teil seines Arbeitsvermögens an das Laufrad 23 der Gasturbine abgibt, ehe es sich in der Ausströmdüse 24 auf den Außendruck entspannt, und daß nicht die gesamte mechanische Leistung an den Verdichter 44 abgegeben wird, sondern ein Teil dieser von der Kolbenbrennkraftmaschine 22 und der Gasturbine 23 an die Welle 25 abgegebenen -Leistung zum Antrieb der Luftschraube 28 dient.The operation is essentially the same as that of an in Fig. I and ja described device, with the difference that the Iu, ft exhaust gas mixture In the mixing chamber 46, part of his work capacity is transferred to the impeller 23 of the gas turbine releases before it relaxes in the discharge nozzle 24 to the external pressure, and that not the entire mechanical power is delivered to the compressor 44, but a part of this from the reciprocating internal combustion engine 22 and the gas turbine 23 to the Shaft 25 output power to drive the propeller 28 is used.

Die Abb. 3 zeigt eine Anordnung ähnlich der der Abib. i und 2. Ein AxiaaIverdichter 52 verdichtet die in der Düse 53 vorverdichtete Luft auf ihren Enddruck. Ein Teil der verdichteten Luft strömt in der bereits beschriebenen Weise durch den doppelt wirkend ausgebildeten Arbeitszylinder 54. Der andere Teil der verdichteten Luft umströmt die Außenwand dieses Arbeitszylinders und kühlt denselben. Die beiden Luftströme werden in einem Raum 55 wieder vereinigt und in der Ausströmdüse 56 auf den Außendruck entspannt. Die aus der Öffnung 57 ausströmenden Gase erzeugen in bekannter Weise eine Rückstoßkraft. Wieder ist der Verdichter 52 und die Brennkraftmaschine 58 auf gleiche Welle wirkend, und wieder ist die Ausströmdüse 56 mit dieser Welle gleichachsig angeordnet. Ähnlich wie bei einer Einrichtung nach Abb. 2 können sich die erwärmten und gespannten Gase nach Verlassen des Mischraumes 55 auch teilweise in der gestrichelt gezeichneten Gasturbine 59 entspannen, die auf die dem Verdichter 52 und der Kolbenbrennkraftmaschine 58 gemeinsamen Welle wirkt und die ebenso wie letztere ihre gesamte mechanische Leistung an den Verdichter 52 und gegebenenfalls an die Hilfseinrichtungen (Pumpe usw.) abgibt.Fig. 3 shows an arrangement similar to that of Abib. i and 2. a Axial compressor 52 compresses the air pre-compressed in the nozzle 53 on its Final pressure. Part of the compressed air flows in the manner already described by the double-acting working cylinder 54. The other part of the compressed air flows around the outer wall of this working cylinder and cools it. The two air flows are combined again in a space 55 and in the discharge nozzle 56 relaxed to the external pressure. Generate the gases flowing out of the opening 57 in a known way a recoil force. Again is the compressor 52 and the internal combustion engine 58 acting on the same shaft, and again the discharge nozzle 56 arranged coaxially with this shaft. Similar to a facility after Fig. 2, the heated and pressurized gases can be released after leaving the mixing room 55 also partially relax in the gas turbine 59 shown in dashed lines, the on the shaft common to the compressor 52 and the reciprocating internal combustion engine 58 acts and which, like the latter, transfers all of its mechanical power to the compressor 52 and, if necessary, to the auxiliary equipment (pump, etc.).

Claims

PATENT CLAIMS: i. Procedure for operating a power generation system, especially for vehicles that have a piston engine High-pressure part and one as an additional expansion machine (e.g. gas turbine, Recoil nozzle) formed low-pressure part and an air compressor comprises, wherein part of the compressed air for flushing and charging the internal combustion engine serves, characterized in that the flushing and charge air stream flows continuously, and although during the compression and working stroke of the piston through one of the combustion chamber cylinder part separated from the cylinder and during the remaining part of the working cycle, d. H. during the flushing and loading period, either all the way through the combustion chamber or to the Part through the combustion chamber, the other part past the combustion chamber.

2. Procedure according to Claim i, characterized in that the continuously flowing scavenging and charge air flow together with the cooling air routed around the cylinder for power output is used.

3. The method according to claim i and 2, characterized in that the constantly flowing scavenging and charge air stream absorbs heat at appropriately high and approximately uniform pressures from the heated parts of the machine touched by it. Device for carrying out the method according to one of claims i to 3 in a power generation system, in particular for vehicles, which comprises a high-pressure part designed as a piston internal combustion engine and a low-pressure part designed as an additional expansion machine (e.g. gas turbine, recoil nozzle) and an air compressor, with a Part of the compressed air is used for purging and charging the internal combustion engine, characterized in that the control of the constantly flowing scavenging and charge air stream in such a way that during the compression and working stroke a from the combustion chamber (6a, 37a) of the working cylinder (6, 29j separate space (6b, 37c) and during the remaining part of the working cycle the combustion chamber (6a, 37 ") of the working cylinder (6, 29) is flowed through by this air, takes place through the working piston (7, 3 i) of the internal combustion engine . Device according to claim .4, characterized in that the working piston (7, 31) and part of the working cylinder ers (6, 29) delimit a space (6b.37) which is separate from the combustion chamber (6a, 37a) and through which compressed air flows at least during part of the work cycle, namely during the compression and working stroke. 6. Device according to claim 4 or 5, characterized in that means are provided for achieving a practically loss-free and congestion-free flow of the working medium. 7. Device for performing the method according to claim 2 and one of claims .4 to 6, characterized in that the constantly flowing flushing and charge air flow together with the cooling air flow in a relaxation device, for. B. a gas turbine or a thrust nozzle, does work. B. Device according to claim 7, characterized in that the internal combustion engine and gas turbine have the same or approximately the same speeds. 9. Device according to one of claims 4 to 8, characterized. that the piston internal combustion engine has a high speed at high boost pressure and low stroke. ok Device according to one of Claims d to 9, characterized. that the flow, vege of the scavenging and charge air are arranged parallel to the axis of rotation of the crankshaft of the internal combustion engine and at the same angular intervals around it. To distinguish the subject matter of the invention from the state of the art, the following publication was considered in the grant procedure: French patent specification \ r. 798 .189.