Verbrennungsmotoranlage. Die Erfindung betrifft eine Verbren nungsmotoranlage mit mehrzylindrigem Ver brennungsmotor und einer Turbine zur Aus- nützung der Energie der Auspuffgase, die beispielsweise Gebläse antreibt, welche die Verbrennungsluft unter gewöhnlichem oder unter einem erhöhten Druck ("Uberladung") in die Motorzylinder einführen.
Bei den bekannten Verbrennungsmotor anlagen solcher Art ist es üblich, die Aus puffrohre der einzelnen Zylinder durch Sam- melrohre zu Turbinendüsen zu führen. Da bei können aber scharfe Biegungen und plötz liche Querschnittsänderungen der Leitungen in dem zwischen den Motorzylindern und der Turbine liegenden Leitungssystem nicht ver mieden werden, zurn Beispiel an den Stellen, wo der Auspuff eines Zylinders in das Sam- melrohr einmündet.
Dieser Umstand bewirkt, dass die Auspuffgase bei ihrer Strömung plötzliche Richtungs- und Geschwindigkeits änderungen erfahren, die mit einem grossen Energieverlust verbunden sind, da die Aus puffgase die den betreffenden Änderungen entsprechenden Widerstände überwinden müs sen.
Gemäss der Erfindung sind an der Tur bine Vorkammern vorgesehen, welche mit je einem Arbeitsraum in einem Motorzylinder durch ein gesondertes Auspuffrohr in Ver bindung stehen.
Die einzelnen Auspuffrohre können. un mittelbar an einem Auspuffflansch des Mo torzylinders angeschlossen sein und ohne plötzliche Änderungen ihrer Richtung und ihrer lichten Weite zu einem Flansch der Vorkammern führen.
Die Vorkammern können durch je eine Öffnung mit einer Turbinendüse und mit einem zweckmässig ringförmigen Aus- puffsamm.elrohr verbunden sein. Die beiden Öffnung.3n können durch Ventile, Schieber oder andere Abschlussorgane abschliessbar sein, die miteinader verbunden oder in einem Stück hergestellt sind, so da.ss bei dem Ver schliessen der einen Öffnung die andere ge öffnet wird, und umgekehrt.
Die Zeichnung betrifft zwei Ausfüh rungsbeispiele der Verbrennungsmotoranlage gemäss der Erfindung, und zwar zeigt Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Ab gasturbine für einen sechszylindrigen Ver brennungsmotor, der selbst nicht dargestellt ist, Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie A-A der Fig. 1, und Fig.3 schematisch einen Grundriss des zweiten Ausführungsbeispiels, welches eben falls einen sechszylindrigen Motor besitzt.
Gemäss Fig. 1 und 2 sind um die Tur binenwelle<I>g</I> sechs Vorkammern<I>a</I> mit Flan schen b für den Anschluss von je einem ge sonderten Auspuffrohr eines der sechs Zy linder des Verbrennungsmotors angeordnet, welche Rohre nicht dargestellt sind. Jede Vorkammer a steht durch eine Ausström- öffnung c mit einer Düse d des Turbinen gehäuses e in Verbindung, welches eine Aus- strömöffnung s aufweist. An diese ist eine nicht dargestellte Auspuffleitung ange schlossen, welche entweder unmittelbar oder durch einen Schalldämpfer, Dampfkessel oder dergleichen zur Verwertung der Wärme der Auspuffgase ins Freie führt. Durch das Turbinengehäuse e ist die Turbinenwelle g.
auf der das Laufrad f sitzt, mittelst Stopf büchsen h luftdicht geführt. An der Mün dung der Öffnungen c hat jede Vorkammer a einen Ventilsitz i, der einer Sitzfläche eines mittelst einer Spindel q im Turbinengehäuse e geführten Ventilkörpers k entspricht. Die Spindeln<I>q</I> sind mit einem Handrad<I>r</I> und zweckmässig mit Gewinde versehen. Der Öffnung c gegenüber besitzt jede Vorkammer a eine Öffnung m mit einem Ventilsitz l, dem eine zweite Sitzfläche am Ventilkörper k entspricht.
Die Öffnungen m führen in ein ringförmiges Auspuffsammelrohr n, das unten einen Anschlussflansch o für eine nicht dargestellte Auspuffleitung besitzt, durch welche die Auspuffgase entweder unmittel bar oder durch einen Schalldämpfer, einen Dampfkessel oder dergleichen zur Verwer tung der Wärme der Auspuffgase ins Frei geleitet werden. Die beiden Ventilsitze i, l sind gleich gross, so dass der Ventilkörper k die Form eines Doppelkegelventils besitzt.
In der gezeichneten Lage liegen die Ven tilkörper<I>k</I> gegen die Ventilsitze<I>L</I> an, so dass die Öffnungen c frei sind. Die von den ver schiedenen Zylindern des Verbrennungsmo tors durch die einzelnen Auspuffrohre zu den Vorkammern a kommenden Auspuffgase strömen daher durch die Öffnungen c und die Turbinendüsen d mit grosser Geschwindig keit gegen die Schaufeln des Laufrades f, worauf sie durch die Öffnung s des Turbinen gehäuses e zu der nicht dargestellten Aus puffleitung abströmen, durch die sie entwe der unmittelbar oder durch einen Schall- däaupfer, Dampfkessel oder dergleichen ins Freie geleitet werden.
Durch die Handräder r der Spindeln q kann man den Ventilkörper k zum Aufsitzen auf den Ventilsitz i bringen, so dass die Auspuffgase der betreffenden Vorkammern in das ringförmige Auspuff sammelrohr n und in die Auspuffleitung strömen.
Auf diese Weise kann man die in die Tur bine geleitete Menge von Auspuffgasen zum Beispiel je nach der Belastung eines von der Turbine getriebenen Gebläses einstellen.
In Fig. 3 sind die Zylinder des Verbren- nungsmotars .mit 1, 2, d, 4, 5, 6 und die von jedem Zylinder zu den Vorkammern führen den gesonderten Auspuffrohre mit y@-ye be- bezeichnet,. Die Auspuffrohre y1, y2, y4 sind an Flanschen b1, b2, b4 von drei Vorkam mern einer Turbine t' angeschlossen, -die auf -dem Umfang gleichmässig verteilt sind (was aus der schematischen Zeichnung nicht her vorgeht, wo die drei Flansche der Einfach heit halber sämtlich nach oben gerichtet dar gestellt sind).
Die drei Vorkammern sind in ähnlicher Weise wie in Fig. 1 und 2 zeit einem Auspuffsammelrohr n' und Turbinen düsen durch mittelst Ventilkörper an Spin- deln. q mit Handrädern<I>r</I> abschliessbare Öff nungen verbunden.
Die Turbine t' ist unmit telbar mit einem Schleudergehlä.se u' gekup pelt, mittelst -dessen Verbrennungsluft durch nicht dargestellte Rohrleitungen in die Mo- torzylinder eingeführt werden kann. Die Auspuffrohre y3, y5, y6 sind in glei cher Weise an Flanschen b3, b5, b6 von Vor kammern angeschlossen, die an der Turbine t" entgegen der schematischen Zeichnung in einem Winkelabstand von 120' voneinander angeordnet sind. Im übrigen sind ein Aus- puffsammelrohr n" und Gebläse u" gleich wie oben beschrieben angeordnet.
Von den Auspuffsammelrohren n', n" führen Verbin dungsrohre v1, v3 zu einem gemeinsamen Auspuffrohr x, zu welchem ferner von den Turbinen t', t" Rohre v2, v4 führen. Das ge meinsame Auspuffrohr x leitet die Auspuff gase entweder unmittelbar oder durch einen Schalldämpfer, Dampfkessel oder dergleichen ins Freie.
Bei Motoren mit grösserer Zylinderanzahl werden zweckmässig mehr als zwei Turbinen angewendet, wobei die Zylinder in eine der Anzahl von Turbinen entsprechende Anzahl von gleich oder annähernd gleich grossen Gruppen eingeteilt sind. Die Zylinder jeder Gruppe werden mit den Vorkammern je einer Turbine durch gesonderte Auspuffrohre für jeden Zylinder verbunden. Hierdurch wird es möglich, die Auspuffrohre relativ kurz zu halten. Bei doppeltwirkenden Motoren kann z. B. eine Auspuffturbine mittelst gesonder ten Auspuffrohren mit sämtlichen oder mit einer Anzahl der innern Zylinderseiten ver bunden sein, während eine andere Turbine in entsprechender Weise mit sämtlichen oder einigen der äussern Zylinderseiten verbunden ist.
Mehrere Turbinen an einem und demsel ben Motor können entweder jede ein beson deres Gebläse antreiben, welche Gebläse die Luft an eine gesonderte Einlassleitung oder an eine Sammelleitung für mehrere oder alle Gebläse abgeben kann, oder die Turbinen können zusammengekuppelt sein und gemein sam ein einziges Gebläse antreiben.
Bei Anlagen mit mehreren Verbrennungs- motoren können Zylinder mehrerer Motoren mit gesonderten Auspuffrohren, insbeson dere können auch alle Zylinder der Motoren in dieselbe Turbine auspuffen. Bei den Anlagen gemäss der Erfindung können die gesonderten, von den Zylindern zu den Vorkammern führenden Auspuff rohre mit gleichbleibendem Durchströmungs querschnitt gebaut und derart geführt wer den, dass scharfe Knickungen und Bie gungen vermieden werden, so dass man die Energie des Auspuffes besser ausnützen kann.
Die Erfindung bietet besonders bei Schiffsanlagen grosse Vorteile, da die Vor kammern nur geringen Raum einnehmen. Bei den dargestellten Anlagen besteht weiter der Vorteil, dass die Ventile zur Regelung ,des Auspuffes von :den einzelnen Zylindern dicht aneinander angebracht sind.
Bei Anlagen mit einem Dampfkessel, der mit den Auspuffgasen geheizt wird, ist es oft erwünscht, im Dampfkessel einen mög lichst grossen Teil der Auspuffenergie aus zunutzen, wenn die Turbine mit einer ge ringeren Belastung arbeitet. Dies ist bei den dargestellten und beschriebenen Ausfüh rungen in einer einfachen Weise durch Um stellen eines oder mehrerer ,der Vork.ammer- ventile möglich, wodurch die Auspuffgase von !dem oder den betreffenden Zylindern mit möglichst geringem Wärmeverlust un mittelbar zu dem Dampfkessel geleitet wer ,den.
Internal combustion engine system. The invention relates to an internal combustion engine system with a multi-cylinder internal combustion engine and a turbine to utilize the energy of the exhaust gases, which drives, for example, fans that introduce the combustion air into the engine cylinders under normal or under increased pressure ("overloading").
In the known internal combustion engine systems of this type, it is customary to lead the exhaust pipes of the individual cylinders through collecting pipes to turbine nozzles. However, sharp bends and sudden cross-sectional changes in the lines in the line system between the engine cylinders and the turbine cannot be avoided, for example at the points where the exhaust of a cylinder opens into the manifold.
This fact causes the exhaust gases to experience sudden changes in direction and speed as they flow, which are associated with a large loss of energy, since the exhaust gases must overcome the resistances corresponding to the changes in question.
According to the invention, pre-chambers are provided on the turbine, each of which is connected to a working space in an engine cylinder through a separate exhaust pipe.
The individual exhaust pipes can. be directly connected to an exhaust flange of the engine cylinder and lead to a flange of the antechamber without sudden changes in their direction and inside width.
The antechambers can each be connected to a turbine nozzle and an appropriately annular exhaust manifold through an opening. The two openings.3n can be closed by valves, slides or other closing organs that are connected to one another or made in one piece, so that when one opening is closed, the other is opened, and vice versa.
The drawing relates to two Ausfüh approximately examples of the internal combustion engine system according to the invention, namely Fig. 1 shows a longitudinal section through a gas turbine from a six-cylinder Ver internal combustion engine, which is not shown, Fig. 2 is a section along the line AA of FIG. and FIG. 3 schematically shows a plan view of the second exemplary embodiment, which also has a six-cylinder engine.
According to Fig. 1 and 2 are around the turbine shaft <I> g </I> six pre-chambers <I> a </I> with flanges b for the connection of a ge separate exhaust pipe of one of the six cylinders of the internal combustion engine which pipes are not shown. Each prechamber a is connected through an outflow opening c to a nozzle d of the turbine housing e, which nozzle has an outflow opening s. An exhaust pipe, not shown, is connected to this, which leads either directly or through a silencer, steam boiler or the like to utilize the heat of the exhaust gases. The turbine shaft g is through the turbine housing e.
on which the impeller f sits, guided airtight by means of stuffing boxes h. At the mouth of the openings c, each prechamber a has a valve seat i which corresponds to a seat surface of a valve body k guided by means of a spindle q in the turbine housing e. The spindles <I> q </I> are provided with a handwheel <I> r </I> and appropriately with a thread. Opposite the opening c, each prechamber a has an opening m with a valve seat l to which a second seat surface on the valve body k corresponds.
The openings m lead into an annular exhaust manifold n, which has a connecting flange o below for an exhaust pipe, not shown, through which the exhaust gases are either passed directly or through a silencer, a steam boiler or the like for the recovery of the heat from the exhaust gases. The two valve seats i, l are of the same size, so that the valve body k has the shape of a double cone valve.
In the position shown, the valve bodies <I> k </I> rest against the valve seats <I> L </I> so that the openings c are free. The exhaust gases coming from the various cylinders of the combustion engine through the individual exhaust pipes to the antechambers a therefore flow through the openings c and the turbine nozzles d at high speed against the blades of the impeller f, whereupon they e through the opening s of the turbine to the exhaust pipe, not shown, through which they are either passed directly or by a sound däupfer, steam boiler or the like into the open air.
The handwheels r of the spindles q can be used to bring the valve body k to sit on the valve seat i, so that the exhaust gases from the relevant pre-chambers flow into the annular exhaust manifold n and into the exhaust line.
In this way, the amount of exhaust gases fed into the turbine can be adjusted, for example, depending on the load on a fan driven by the turbine.
In FIG. 3, the cylinders of the internal combustion engine are denoted by 1, 2, d, 4, 5, 6 and those from each cylinder to the antechamber lead the separate exhaust pipes with y @ -ye. The exhaust pipes y1, y2, y4 are connected to flanges b1, b2, b4 of three antechambers of a turbine t 'which are evenly distributed over the circumference (which is not evident from the schematic drawing where the three flanges of the simple for the sake of all is shown directed upwards).
The three antechambers are, in a manner similar to that in FIGS. 1 and 2, with an exhaust manifold and turbines jetting through valve bodies on spindles. q connected with handwheels <I> r </I> lockable openings.
The turbine t 'is directly coupled to a centrifugal casing u', by means of which combustion air can be introduced into the engine cylinder through pipes not shown. The exhaust pipes y3, y5, y6 are connected in the same way to flanges b3, b5, b6 of front chambers, which are arranged on the turbine t "contrary to the schematic drawing at an angular distance of 120 'from one another. puff manifold n "and blower u" arranged in the same way as described above.
From the exhaust manifolds n ', n "lead connecting pipes v1, v3 to a common exhaust pipe x, to which also lead from the turbines t', t" pipes v2, v4. The common exhaust pipe x conducts the exhaust gases either directly or through a silencer, steam boiler or the like to the outside.
In engines with a larger number of cylinders, more than two turbines are expediently used, the cylinders being divided into groups of the same or approximately the same size corresponding to the number of turbines. The cylinders of each group are connected to the pre-chambers of a turbine by separate exhaust pipes for each cylinder. This makes it possible to keep the exhaust pipes relatively short. With double-acting motors z. B. an exhaust turbine by means of gesonder th exhaust pipes with all or a number of the inner cylinder sides be connected, while another turbine is connected in a corresponding manner to all or some of the outer cylinder sides.
Several turbines on one and the same engine can either each drive a special fan, which fan can deliver the air to a separate inlet line or to a manifold for several or all fans, or the turbines can be coupled together and jointly drive a single fan .
In systems with several internal combustion engines, cylinders of several engines can have separate exhaust pipes, in particular all cylinders of the engines can exhaust into the same turbine. In the systems according to the invention, the separate exhaust pipes leading from the cylinders to the pre-chambers can be built with a constant flow cross-section and guided in such a way that sharp kinks and bends are avoided so that the energy of the exhaust can be better utilized.
The invention offers great advantages, especially in ship systems, since the front chambers only take up little space. The systems shown have the further advantage that the valves for regulating the exhaust from: the individual cylinders are attached close to one another.
In systems with a steam boiler that is heated with the exhaust gases, it is often desirable to use as much of the exhaust energy as possible in the steam boiler when the turbine is working with a lower load. In the embodiments shown and described, this is possible in a simple manner by changing one or more of the pre-chamber valves, whereby the exhaust gases from the cylinder or cylinders in question are routed directly to the steam boiler with as little heat loss as possible. the.