CH122664A - Verbrennungskraftmaschine. - Google Patents

Description

      Yerbr        ennungskr        aftmasehine.            DieErfindung    bezieht sich auf     eineVerbren-          nungskraftmaschine    mit     Vorverdichter    und  Abgasturbine. Gemäss der Erfindung sind die  Abgasleitung zwischen der     Verbrennungs-          kraftmaschine    und der Abgasturbine, sowie  der Eintrittsquerschnitt der letzteren so klein,  dass nach Beginn des Auspuffes in einem  Verbrennungszylinder der Druck vor der Tur  bine ansteigt und gegen Ende desselben sinkt.  Durch diesen Anstieg des Druckes vor der  Turbine erhält man eine grössere Turbinen  leistung.

   Wenn die Turbine den     Vorverdicbter     antreibt, so ermöglicht das, mehr     Aufladeluft     zu fördern oder sie auf höheren Druck zu  verdichten. Durch den niedrigeren Druck in  den Verbrennungszylindern am Ende des       Auspuffvorganges    wird vermieden, dass am  Ende des     Auspuffes    eine grosse Abgasmenge  in diesen Zylindern verbleibt, wodurch die  Menge der neu     eingeführten        Ladung    nur er  wärmt und verkleinert würde.  



  Auch bei Viertaktmotoren sind die Ab  messungen 'der die Abgase zur Turbine füh  renden Leitungen vorteilhaft derart, dass der  niedrigste Druck vor der Turbine wenigstens  bei bestimmten Belastungen tiefer ist als der    Druck der vorverdichteten Ladung, damit  jeder Verbrennungszylinder mit neuer Ladung  gespült werden kann, indem die Ein- und       Auslassorgane    eines Verbrennungszylinders  während des Spülvorganges gleichzeitig ge  öffnet sind und bei     Mehrzylindermaschinen     das Auspufforgan des nächsten zum     Auspuffen     der Verbrennungsgase gelangenden Zylinders  so spät öffnet, dass kein zu rascher, die Spül  wirkung behindernder Druckanstieg in der  Leitung zur Turbine erfolgt.

   Aus diesem  Grunde erfolgen bei     Mehrzylindermaschinen     die Öffnung des     Einlassorgans    der Verbren  nungszylinder zweckmässig früher und die       Öffnung    der     Auspufforgane    später als wie  bisher bei gewöhnlichen Viertaktmotoren, dies  insbesondere, wenn gegen Ende der Auspuff  hübe ein möglichst niedriger Druck erreicht  werden soll.  



  Wenn mehr als drei bis vier Zylinder von  im Viertakt arbeitenden Maschinen in eine  gemeinsame Abgasleitung     auspuffen,    so kann  insbesondere bei höherer Belastung der Druck  vor der Turbine nicht, oder zu wenig lange  unter den     Aufladedruck    sinken, indem sich  die Auspuffe der einzelnen Verbrennungszy-      linder zu rasch folgen. In diesem Fall sind  vorteilhaft mehrere Abgasleitungen angeordnet,  derart, dass höchstens drei bis vier Zylinder,  deren Auspuffvorgänge sich möglichst in  gleichen Zeitabständen folgen,. je eine gemein  same Abgasleitung besitzen. Dadurch wird  ein Spülen und ein gleichmässiges Aufladen  und     Auspuffen    der einzelnen Verbrennungs  zylinder erreicht, indem die Druckverhältnisse  in den verschiedenen Verbrennungszylindern  gleiche sind.

   Die verschiedenen Abgasleitungen  können in eine oder mehrere Turbinen münden.  



  Bei     Zweitaktmaschinen    können mehrere  Zylinder in eine Abgasleitung     auspuffen,    ohne  die Spülung zu beeinträchtigen, da der Aus  puff kürzer ist.  



  Die zwei Zeichnungen betreffen Ausfüh  rungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes.       Fig.    1 zeigt den Druckverlauf in den  Zylindern einer     Vierzylinder-Viertaktver-          brennungskraftmaschine    während zwei Um  drehungen der Maschine;       Fig.    2 stellt ihre Kurbelwelle dar;

         Fig.3    zeigt den Druckverlauf vor der  Turbine, und       Fig.    4 die Ventilerhebungen der Ein- und       Auslassventile;          Fig.    5 zeigt schematisch eine Achtzylinder  Viertaktmasehine mit zwei Abgasturbinen, und       Fig.    6 die     Kurbelwelle;          Fig.    7 und 8 zeigen Abgasturbinen.  



  In den     Fig.    1-4 sind I,     II,        III        bezw.    IV  die vier Zylinder in der Ordnung, wie sie  nebeneinander liegen, entsprechend der- Kur  belanordnung nach     Fig.    2. In ihnen folgen  sich die Arbeitsvorgänge entsprechend den  Zahlen 1, 4, 2     bezw.    3 derart, dass sich nach  je<B>180'</B> Umdrehung der Kurbelwelle jeder       Vorgang    wiederholt. In     Fig.    1 stellen die  Linienzüge     pi    die Drücke in den Verbren  nungszylindern und     p"    den Atmosphärendruck  dar.

   Verfolgen wir in     Fig.    1 den Druckver  lauf im Zylinder     I.II    (2), so findet von 0 bis  180   Verbrennung und Expansion statt. Vor  Erreichung der 180   öffnet sich das Auspuff  ventil     all[.    Die     Abmessungen    der Zuleitung  zur Turbine sind nun aber so bemessen, dass  der Auspuffdruck, vom Moment der     Öffnung       des Auspufforgans nicht plötzlich, sondern  verhältnismässig langsam während der Wellen  drehung von 180 bis 360   unter den Ruflade  druck sinkt, welcher im Zylinder während  des Saughubes von 360-540   Wellendrehung  herrscht.

   Der Rufladedruck ist natürlich höher  als der Atmosphärendruck     p".    Während der  weiteren Drehung der Maschine von     540--720      wird die im Zylinder befindliche Ladung  verdichtet. Das Ende der Verdichtung, sowie  die Verbrennung und der Anfang der Expan  sion ist für das Verständnis der Erfindung  ohne Bedeutung und deshalb durch die Linien  züge     pi    nicht darestellt. Die Verbrennung  kann zum Beispiel, wie eine Explosion oder  unter konstantem Druck verlaufen.  



       Fig.    3 zeigt den     Druck    vor der Abgas  turbine.     Kurz    nach<B>180'</B> steigt der Druck     p=     infolge des Auspuffes des Zylinders     III    stark  an, um später wieder zu sinken und vor  360   unter den Rufladedruck     2)o    zu fallen.  Um 360  herum beginnt dann wieder der  steile Anstieg, der nun durch die ausströmen  den Auspuffgase aus Zylinder IV hervor  gerufen wird, und so fort.  



  Die     Ventilerhebungskurven        aai    (Auspuff  ventil) und     b111        (Einlassventil)    des Zylinders       III    zeigen, dass kurz vor 180   sich das Aus  pufforgan     öffnet.    Im Moment, wo während  der Wellendrehung von 180  -360   der Druck       p2    vor der Turbine den Druck     p"    unterschreitet,  wird, wie die Öffnungskurve     bui    zeigt, das       Einlassorgan    im Zylinder     III    geöffnet und nun  wird der Zylinder     III    durch die frische Ladung  ausgespült.

   Bald darauf     öffnet    das Auspuff  ventil des Zylinders IV entsprechend der       Ventilerhebungskurve        cr"    und der Druck     p2     vor der Abgasturbine steigt wieder infolge des       Auspuffes    aus dein Zylinder IV. Nach dem  Totpunkt 360  , im Moment, wo er grösser  als der Rufladedruck     po    wird, schliesst das       Auspuffventil    des Zylinders     III    und die  Spülung ist beendigt. Nach dem Saughub im  Zylinder     III    bei 540' wird auch das Saug  ventil desselben geschlossen.

   Die Spülperiode  ist in den     Öffnungskurven    der     Einlassorgane          bI,        b".        b.,        bezw.        bi,    jeweils durch horizontale       Schraffur        hervorgehoben.    Die Auspufforgane           öffnen    zweckmässig nicht zu früh, damit die  Spülung nicht durch frühzeitigen Druckanstieg  gestört wird.  



  In der     Fig.    5 ist eine     Achtzylinder-Vier-          taktmaschine    dargestellt. Die Kurbelwelle 11  besitzt acht Kurbeln für die Zylinder I,     II,        IH,     IV, V,     TI,        VII    und     VIII    auf dem Maschinen  ständer 10 mit den Deckeln 13, 14, 15, 16,  17, 18, 19 und 20. Gemäss     Fig.    6 erfolgt die  Verbrennung in den Zylindern in der Reihen  folge IV,     VII,        VIII,    HI, I,     II,    V,     VI,    IV. Die  Auspuffleitungen 13', 16', 17' und 20' der  Zylinder I.

   IV, V und     VIII    und die Auspuff  leitungen 14', 15', 18' und 19' der Zylinder       II,        III,        VI    und     VII,    deren Kurbeln je in einer  Ebene liegen, münden in je eine Abgasleitung  21,     bezw.    22, welche die Abgase zu einer  Turbine 23     bezw.    24, mit der     Auspuffleitung     26     bezw.    27 führen. Beide Turbinen 23 und  24 sitzen auf der gleichen Welle 25.

   Die  Verbrennungen in den Zylindern, die an die  selbe Abgasleitung 21     bezw.    22 angeschlossen  sind, folgen sich also nach je 180   Wellen  drehung; die Verbrennungen der andern vier  Zylinder sind ihnen gegenüber um 90   versetzt.  



  Statt zwei Turbinen kann auch nur eine an  geordnet sein, wie dies in     Fig.    7 dargestellt ist.  Oder die zwei Turbinen können, wie     Fig.    8  darstellt, zu einer     Doppelturbine    mit der  Welle 25 zusammengebaut sein, derart, dass  alle     achsial    wirkenden Drücke sich gegen  seitig aufheben. Diese Turbine besitzt zwei       Eintrittleitapparate    28 und 32, in welche die  Gase durch die beiden Abgasleitungen 21 und  22 gelangen, ferner je zwei Laufräder 29 und  31,     bezw.    33 und 35 mit je einem dazwischen  liegenden Leitrad 30     bezw.    84.

   Aus den Tur  binen gelangen die Abgase in die Leitungen  26 und 27 und von dort direkt oder durch  weitere Vorrichtungen ins Freie.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH: Verbrennungskraftmaschine mit Vorver- dichter und Abgasturbine, dadurch gekenn zeichnet, dass die Abgasleitung zwischen der Verbrennungskraftmaschine und der Abgas turbine, sowie der Eintrittsquerschnitt der letzteren so bemessen sind, dass nach Beginn des Auspuffes in einem Verbrennungszylinder der Druck vor der Turbine ansteigt und gegen Ende desselben sinkt.

   UNTERANSPRüCHE 1. Viertakt-Verbrennungskraftmaschine nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens bei gewissen Belastungen der Druck vor der Turbine gegen Ende des Auspuffes unter den Aufladedruck sinkt. 2.

   Mehrzylinder - Verbrennungskraftmaschine nach Patentanspruch, dadurch gekenn zeichnet, dass zwecks Spülens der Ver brennungszylinder das Einlassorgan geöffnet wird, bevor das Auslassorgan schliesst, und dass das Auslassorgan des folgenden, in die gleiche Abgasleitung auspuffenden Zylin ders so spät geöffnet wird, dass der Druck anstieg in der Leitung die Spülwirkung nicht mehr beeinträchtigt. 3.

   Mehrzylinder - Verbrennungskraftmaschine nach Patentanspruch,- dadurch gekenn zeichnet, dass mehrere voneinander unab hängige Abgasleitungen zwischen der Verbrennungskraftmaschine und der Ab gasturbine angeordnet sind, in welche je nur ein Teil der Verbrennungszylinder auspufft. 4. Mehrzylinder - Verbrennungskraftmaschine nach Patentanspruch und Unteranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ver brennungszylinder, die in eine gemeinsame Abgasleitung auspuffen, dies innert gleicher Zeitabstände tun. 5.

   Mehrzylinder - Verbrennungskraftmaschine nach Patentanspruch, gekennzeichnet durch mehrere voneinander unabhängige Abgas leitungen, von denen jede an eine beson dere Turbine angeschlossen ist.