DE1043707B

DE1043707B - Internal combustion engine with V-shaped cylinders

Info

Publication number: DE1043707B
Application number: DEK24488A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Thomas Wirth
Original assignee: Krauss Maffei AG
Current assignee: Mannesmann Demag Krauss Maffei GmbH
Priority date: 1954-12-31
Filing date: 1954-12-31
Publication date: 1958-11-13

Description

Brennkraftmaschine mit V-förmig angeordneten Zylindern Die Erfindung bezieht sich auf eine, Brennkraftmaschine mit V-förmig angeordneten Zylindern, einem von der Maschine unmittelbar angetriebenen Gebläse und mindestens einem Abgasturbogebläse.Internal combustion engine with cylinders arranged in a V shape. The invention refers to an internal combustion engine with cylinders arranged in a V-shape, a fan directly driven by the machine and at least one exhaust gas turbo fan.

Bei bekannten Bren:nkraftmaschinen dieser Art ist das Turbogebläse mit dem Gebläse zu einer Baueinheit vereinigt und vor einer Stirnseite der Brennkraftmaschine so angeordnet, daß die Längsmittelebene des Turbinengebläseaggregates rechtwinklig zur Längsmittelachse der Kurbelwelle verläuft. Das Turbinenlaufrad ist hierbei einkränzig ausgebildet und durch die Abgase zweier Abgassammelleitun.gen gemeinsam beaufschlagt, die ohne Rücksicht auf die Ausdaßsteuerzeiten an jeweils die halbe Anzahl Zylinder angeschlossen sind. Durch diese Anordnung soll ein organischer Aufbau der Brennkraftmaschine und eine kurze Führung der Spül- und Ladeduft erzielt werden. Es 'hat sich jedoch herausgestellt, da,ß durch diese Turbinengebläseanordnung die Baulänge und Bauhöhe der Bren.nlcraftmaschine wesentlich vergrößert und durch das Überströmen der Abgase aus einem im Auspuffzustand hefindlichen Zylinder über die gemeinsamen Abgassammelleitungen in einen gleichzeitig noch spülenden Zylinder das Aufladen dieser im Spülzustand befindlichen Zylinder beeinträchtigt wird, so daß damit die durch die Aufladung erhöhte Leistung wieder vermindert wird. Die Vergrößerung des Platzbedarfes der Brennkraftmaschine ist insbesondere dann ungünstig, wenn die als Antriebsmotor für ein Kraftfahrzeug, beispielsweise einen Omnibus, dienende Brennkraftmaschine im Heck oder unter dem Fahrzeugboden angeordnet werden soll. Der erhöhte Platzbedarf der Brennkraftmaschine hat hierbei eine Verkleinerung des Fahrgastraumes oder ungünstige Fahreigenschaften des Fahrzeuges durch die Schwerpunkterhöhung zur Folge. Ebenso beeinträchtigt die Leistungsverminderung der Brennkraftmaschine durch die Ladungsverschlechterung die Fahrsicherheit, was sich insbesondere in einem verlangsamten Anfahren und Beschleunigen des Fahrzeuges äußert. Zur Abhilfe dieses Mangels muß daher eine in der Nennleistung größere Brennkraftmaschine vorgesehen werden, wodurch indessen der Platzbedarf, der Brennstoffverbrauch und die Anschaffungskosten weiter ansteigen.In known internal combustion engines of this type, the turbo fan is used combined with the fan to form a structural unit and in front of an end face of the internal combustion engine arranged so that the longitudinal center plane of the turbine blower unit is at right angles runs to the longitudinal center axis of the crankshaft. The turbine runner is single-wreath here formed and acted upon jointly by the exhaust gases from two exhaust manifolds, which, regardless of the exhaust control times, each have half the number of cylinders are connected. This arrangement is intended to create an organic structure for the internal combustion engine and a short guidance of the flushing and charging fragrance can be achieved. It 'has however pointed out that the length and height of this turbine fan assembly the Bren.nlcraftmaschine is significantly enlarged and by the overflow of the exhaust gases from a cylinder in the exhaust state via the common exhaust manifold in a cylinder that is still flushing at the same time, the charging of this in the flushing state located cylinder is impaired, so that by the charge increased performance is reduced again. The increase in the space required by the Internal combustion engine is particularly unfavorable when used as a drive motor for a motor vehicle, for example a bus, serving internal combustion engine in the To be arranged at the rear or under the vehicle floor. The increased space requirement the internal combustion engine has a reduction in the size of the passenger compartment or an unfavorable one Driving characteristics of the vehicle due to the increase in the center of gravity. as well affects the degradation of the internal combustion engine by the deterioration of the charge driving safety, which is particularly evident in slower starting and acceleration of the vehicle. To remedy this deficiency, therefore, one must be in the nominal power larger internal combustion engine are provided, which meanwhile the space requirement, fuel consumption and acquisition costs continue to rise.

Es ist zwar schon bekannt, zur Vermeidung des Überströmens der Abgase die Abgassammellentungen für Gruppen von Zylindern mit nicht überschneidenden Auslaßsteuerzeiten getrennt zu führen. Jedoch ist diese Maßnahme bei Brennkraftmaschinen nach der eingangs angegebenen Gattung noch nicht angewendet worden. Der Grund hierfür ist darin zu sehen, daß bei den bekannten Brennkraftmaschinen dieser Art durch das gemeinsame Beaufschlagen des Turbinenlaufrades durch die getrennt geführten Abgasströme das Überströmen wicht verhindert werden kann, auch wenn diese Abgasströme den Zylindern mit überschneidenden Steuerzeiten getrennt entnommen: werden.It is already known to prevent the exhaust gases from flowing over the exhaust manifold arrangements for groups of cylinders with non-overlapping exhaust valve timing to lead separately. However, this measure in internal combustion engines is according to the initially given genus has not yet been used. The reason for this is in it too see that in the known internal combustion engines of this type by the common The separately conducted exhaust gas flows act on the turbine impeller Overflow weight can be prevented, even if this exhaust gas flows into the cylinders with overlapping control times are taken separately: are.

Es sind auch schon ortsfeste Brennkraftmaschinen mit einem Abgasturbogebläse ohne ein zusätzliches Gebläse bekannt, bei denen die getrennt an. Zylinder mit nicht überschneidenden Auslaßsteuerzeiten angeschlossenen Abgassammelleitungen das Turbinenlaufrad des im Abstand vor der Brennnkraftmaschine angeordneten Abgasturboladers beaufschIagen. Durch eine solche Ausbildung ist weder eine Einchränkung des Platzbedarfes der Brennkraftmaschine möglich, noch läßt sich bei der Beaufschlagung des Turbinenlaufrades mit den beiden Abgasströmen ein iyberströmen der Abgase mit Sicherheit vermeiden. Schließlich ist auch eine Brennkraftmaschine bekannt, bei der die Abgase aus Zylindern mit nicht überschneidenden Auslaßsteuerze.iten je einem Turbinenlaufrad eines Abgas.turbogebläses ohne ein weiteres Gebläse getrennt zugeführt werden. Dieses ist an ,einer Längsseite der B.rennkraftmaschine angeordnet, so daß es erforderlich ist, die, Ladeluftleitung um die Brennkraftmaschine herumzuführen, wodurch deren Bauhöhe vergrößert wird. Die Auspuffleitungen sind hierbei an einer zweikränzigen Leitvorrichtung angeschlossen, deren Trennwand zwischen den Kränzen nicht bis an die Austrittsöffnung .der feststehenden Schaufeln geführt ist, so daß auch hier das Überströmen der Abgase aus einer Abgassammel:leitung in die andere nicht verhindert werden kann.There are already stationary internal combustion engines with an exhaust gas turbo fan known without an additional fan, in which the separately on. Cylinder with no overlapping exhaust control times connected exhaust manifolds to the turbine impeller of the exhaust gas turbocharger arranged at a distance in front of the internal combustion engine. Such a design neither restricts the space required by the internal combustion engine possible, it can still be used when the turbine runner is acted upon with the two Exhaust gas flows definitely avoid an overflow of the exhaust gases. Finally is also an internal combustion engine is known in which the exhaust gases from cylinders with no overlapping outlet control points each have a turbine runner of an exhaust gas turbo blower can be supplied separately without an additional fan. This is on, one long side the B.rennkraftmaschine arranged so that it is necessary, the charge air line to lead around the internal combustion engine, whereby its overall height is increased. The exhaust lines are connected to a two-ring guide device, whose partition wall between the wreaths does not extend to the outlet opening of the stationary ones Shovels is guided, so that here, too, the overflow of the exhaust gases from an exhaust gas collector: line into which others cannot be prevented.

Demgegenüber liegt der Erfindung die, Aufgabe zugrunde, bei einer dem Gattungsbegriff entsprechenden Brennkraftrnaschine die zur Leistungsstetigerung vergesehen@en Turbogebläse so anzuordnen und auszubilden, daß trotz der Leistungssteigerung der Platzbedarf dier Brennkraftmaschine hinsiiehtlidh ihrer Baulänge und Baubreite praktisch nicht vergrößert wird. Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, d'aß in an sich bekannter Weise Abgassammelleitungen für Gruppen von Zylindern mit einander nicht überschneidenden Auslaßsteuerzeiten getrennt geführt sind und jeder Sammelleitung ein Turbinenschaufelkranz zugeordnet ist und daß entweder an jeder Längsseite der Brennkraftmaschine je ein Abgasturbogebläse mit je einem Turbinenschaufelkranz oder an einer Stirnseite der Maschine ein einziges Abgasturbogebläse mit mehreren Turbinenschaufelkränzen angeordnet ist.In contrast, the invention is based on the object in a the internal combustion engine corresponding to the generic term for increasing performance to arrange and train provided turbo blowers in such a way that despite the increase in performance the space required by the internal combustion engine in terms of its length and width is practically not enlarged. The solution to this problem is there therein, d'ass exhaust manifolds for groups of cylinders in a manner known per se are performed separately with exhaust valve timing that does not overlap and each manifold is assigned a turbine blade ring and that either on Each long side of the internal combustion engine has an exhaust gas turbo fan each with a turbine blade ring or a single exhaust gas turbo fan with several on one end of the machine Turbine blade rings is arranged.

Durch diese Maßnahmen gelingt es, den Platzbedarf der Brennkraftmaschine bei voller Ausnutzung ihrer durch das Abgastu:rbogebläse erhöhten Leistung praktisch nicht zu vergrößern, weil die Abgasturbogebläse mit je einem Turbinenschaufelkranz an einer beliebigen, die Bauhöhe nicht beeinflussenden Stelle, z. B. unter den überhängenden Zylindern der beiden V-förmig angeordneten Zylinderreihen, angeordnet werden können. Das einzige Abgasturbogebläse mit einem mehrkränzigen Turbinenrad, das praktisch keine größere axiale Ausdehnung wie ein solches mit einkränzigem Turbinenlaufrad aufweist, ergibt gleichfalls keine nennenswerte Vergrößerung der Baulänge der Brennkraftmaschine, zumal es infolge seiner gleichachsigen Anordnung mit dein Ladegebläse ohne weiteres zu einer Baueinheit vereinigt werden kann. Ein weiterer Vorteil dieser Anordnung ist darin. zu sehen, daß durch die mehrkränzige Ausbildung des Turbinenlaufrades bei getrennter Beaufschlagung der Schaufelkränze mit den aus Zylindern mit nicht überschneidenden Auspuffsteuerzeiten getrennt zugeführten Abgasen ein Überströmen derselben mit Sicherheit vermieden wird.These measures make it possible to reduce the space required by the internal combustion engine practically with full utilization of their increased performance by the exhaust gas fan not to be enlarged because the exhaust gas turbo fan each has a turbine blade ring at any point that does not affect the overall height, e.g. B. under the overhanging Cylinders of the two rows of cylinders arranged in a V-shape can be arranged. The only exhaust gas turbo fan with a multi-ring turbine wheel that is practical no greater axial expansion than one with a single-ring turbine wheel also does not result in any appreciable increase in the overall length of the internal combustion engine, especially since it is due to its equiaxed arrangement with your charger without further ado can be combined into one structural unit. Another advantage of this arrangement is in it. to see that through the multi-crown training of the turbine impeller with separate loading of the blade rings with the cylinders with no overlapping exhaust control times, separately supplied exhaust gases overflow the same is certainly avoided.

Der Erfindungsgegenstand ist in der Zeichnung in mehreren Ausführungsbeispielen: schematisch dargestellt. Es zeigt Ahb.1 eine Stirnansicht einer vierzylindrigen Dieselbrennkraftmaschine mit V-förmig angeordneten Zylinderreihen und je einem einer Zylinderreihe, zugeordneten Turbogebläse mit radialer Schaufelbeaufschlagung, Abb. 2 eine der Abb. 1 entsprechende Dieselbrennkraftmaschine mit einem einzigen Abgasturbogebläse, Ab.b. 3 zwei axial neheneinandar angeordnete Leitvorrichtungen eines Abgasturbogebläses mit radialer Schaufelbeaufschlagung eines einzigen Turbinenlaufrades in einem Längsschnitt, Abb. 4 eine Stirnansicht derLeitvorrichtungen nach Abb. 3, Abh. 5 zwei radial nebeneinander angeordnete Leitvorrichtungen eines Abgasturbogebläses mit axialer Schaufelbeaufschlagun.g eines einzigen Turbinenlaufrades in einem Längsschnitt und Abb. 6 eineStirnansicht der Leitvorrichtungen nach Abb. 5.The subject of the invention is shown in the drawing in several exemplary embodiments: shown schematically. Figure 1 shows an end view of a four-cylinder Diesel internal combustion engine with rows of cylinders arranged in a V-shape and one each Row of cylinders, assigned turbo blower with radial blade admission, Fig. 2 a diesel internal combustion engine corresponding to Fig. 1 with a single exhaust gas turbo fan, Fig. 3 two guide devices of an exhaust gas turbo blower arranged axially next to one another with radial blade loading of a single turbine impeller in a longitudinal section, Fig. 4 is an end view of the guide devices according to Fig. 3, Dep. 5, two radially side by side arranged guide devices of an exhaust gas turbo fan with axial blade loading of a single turbine runner in a longitudinal section and Fig. 6 is a front view of the guiding devices according to Fig. 5.

Dem Ausführungsbeispiel nach. Abh.1 isst eine mehrzylindrige Dieselbrennkraftmaschine 1 mit in V-Form angeordneten Reihen der Zylinder 2 zugrunde gelegt, der für jede Zylinderreihe zum Ausnutzen der in den Abgas--n der Dieselbrennkraftmaschine 1 enthaltenen Energie je ein Abgasturbogebläse 3 mit radialer Schaufelbeaufschlagung zugeordnet ist. Jede Turbine 4 eines Abgasturbogebläses 3 ist koaxial mit dem Gebläse 5 gekuppelt, das zum Vorverdichten der zur Verbrennung des Kraftstoffes erforderlichen Lad°luft auf einen höheren als den atmosphärischen Druck dient. Die vorverdichtete Ladeluft wird zum Erhöhen des Füllungsgrades der Zylinder 2 einer weiteren Drucksteigerung dadurch unterworfen, daß wie von den Gebläsen 5 der Abgasturbogebläse 3 gelieferten Teilluftmengen mittels der Leitungen 6 einem gemeinsamen Spülluftgebläse 7 zugeleitet werden. Die vorverdichtete Ladeluft gelangt unter Zwischenschaltung eines Spülluftaufnehmers 8 in die Zylinder 2. Die sieh in Steuerzeiten nicht überschneidenden Zylinder sind so auf die Zylinderreihern. verteilt, daß die gleichzeitig im Spülzustand befindlichen Zylinder 2 jeweils an verschiedene Abgassammelleitungen 9 angeschlossen sind. Jede Abgassammelleitung 9 ist zu einer Turbine 4 je eines der Abgasturbogebläse 3 geführt. Durch die getrennten Abgassammelleitungen 9 ist gewährleistet, daß die noch unter einem hohen Druck stehenden Abgase eines im Anfangsstadium des Spüleis befindlichen Zylinders 2 nicht in einen im Endzustand des Spülvorganges stehenden und in diesem Zustand einen niedrigen Druck aufweisendem. Zylinder 2 durch die, während des Spülvorganges noch offenen Auspuffschlitze bzw. -ventile in diesen Zylinder gelangen und dessen Füllungsgrad: beeinträchtigen können.According to the embodiment. Abh.1 eats a multi-cylinder diesel internal combustion engine 1 based on rows of cylinders 2 arranged in a V shape, the for each Row of cylinders to utilize those contained in the exhaust gas - n of the diesel internal combustion engine 1 Energy each assigned to an exhaust gas turbo fan 3 with radial blade loading is. Each turbine 4 of an exhaust gas turbo fan 3 is coupled coaxially to the fan 5, the charge air required to pre-compress the fuel required to burn the fuel at a pressure higher than atmospheric. The pre-compressed charge air becomes a further pressure increase to increase the degree of filling of the cylinder 2 subject to the fact that as supplied by the fans 5 of the exhaust gas turbo fan 3 Partial amounts of air are fed to a common scavenging air blower 7 by means of lines 6 will. The pre-compressed charge air arrives with the interposition of a purge air sensor 8 in cylinder 2. The cylinders are not overlapping as seen in valve timing so on the cylinder rows. distributed that the simultaneously located in the rinsing state Cylinder 2 are each connected to different exhaust manifolds 9. Every Exhaust manifold 9 is led to a turbine 4, one of each exhaust gas turbo fan 3. The separate exhaust manifolds 9 ensure that the still under high-pressure exhaust gases from an in the early stages of the sink egg Cylinder 2 is not in a state in the final state of the flushing process and in this Low pressure condition. Cylinder 2 by, during the flushing process still open exhaust ports or valves get into this cylinder and its Degree of filling: can affect.

Beim Ausführungsbeispiel nach. Abh. 2 ist an Stelle der beim Ausführungsbeispiel nach Abh. 1 vorgesehenen zwei Abgasturbogebläse 3 nur ein einziges. Abgasturbogebläse 3 angeordnet. Die Leitvorrichtungen 10 können hierbei, wie die Abb-. 3 und 4 zeigen, axial nebeneinanderliegend am Laufradumfang u vorgesehen und zu einer Baueinheit zusamm@engefaßt sein. Jeder Leitvorrichtung 10 ist je ein Tumbinenschaufelkranz 12 zugeordnet, die auf dem gleichen Turbinenlaufrad 11 vorgesehen sind, so daß das Abgasturbogebläse 3 eine verhältnismäßig geringe axiale Länge aufweist und hierdurch eine kurze Baulänge der Dieselbrennkraftmaschine 1 sicherstellst.In the embodiment according to. Dependent 2, instead of the two exhaust gas turbo blowers 3 provided in the exemplary embodiment according to Dependent 1, is only one. Exhaust gas turbo fan 3 is arranged. The guide devices 10 can, as shown in FIGS. 3 and 4 show, provided axially next to one another on the impeller circumference u and combined to form a structural unit. Each guide device 10 is assigned a respective tumble blade ring 12, which are provided on the same turbine impeller 11, so that the exhaust gas turbo fan 3 has a relatively short axial length and thereby ensures a short overall length of the diesel internal combustion engine 1.

Die Leitvorrichtungen 10 könne: gemäß Abb. 5 und 6 auch in: radialer Richtung nebeneinander an einer Stirnseite .des Turbinenlaufrades 11 vorgesehen und gleichfalls zu: einer Baueinheit vereinigt sonn. In diesem Fallsitzen die Leitvorrichtungen 10 auf verschiedenen Kreisen di, d2, und zwar die eine Leitvorrichtung 10 auf dem Kreis dl und die andere auf dem Kreis d2. Auch hierbei sind sie zur Beaufschlagung getrennter Tarbinensdhaufelkränze 12 ausgebildet, die auf dem gleichen Turbinenlauf.rad 11 angeordnet werden, wodurch eine besonders kurze Baulänge dieser Brennkraftmasch@ine gewährleistet und: das überströmen der Abgase aus einer Abgass:ammelleitung 9 in die andere vermieden ist. Schließlich kann auch das Gebläse 5 des Abgasturbogebläses 3 koaxial zu dem von der Zweitakt-Brennkraftmasch'ine angetriebenen Schaufelrad des Spülluftgebläses 7 angeordnet und von einem gemeinsamen Gehäuse umschlossen sein.The guide devices 10 can: according to FIGS. 5 and 6 also in: radial direction next to one another on one end face of the turbine runner 11 and likewise to: a structural unit united sun. In this case, the guide devices 10 sit on different circles di, d2, namely one guide device 10 on circle d1 and the other on circle d2. Here, too, they are designed to act on separate Tarbinensdhaufelkränze 12, which are arranged on the same turbine runner 11, which ensures a particularly short length of this internal combustion engine and avoids the overflow of the exhaust gases from one exhaust pipe 9 into the other. Finally, the fan 5 of the exhaust gas turbo fan 3 can also be arranged coaxially to the impeller of the scavenging air fan 7 driven by the two-stroke internal combustion engine and enclosed by a common housing.

Claims

PATENT CLAIMS: 1.

Bren: ikraftmasahine with a V-shaped arrangement Cylinders, a fan directly driven by the machine and at least an exhaust gas turbo: blower, characterized in that: in a manner known per se Exhaust manifolds (9) for groups of cylinders. (2) non-overlapping with each other Except for: expensive times are managed separately and each manifold has a turbine blade ring (12) is assigned and that either on each longitudinal side of the internal combustion engine one exhaust gas turbo fan (3) each with a turbine blade ring or on one end face the machine has only one: Exhaust gas: turbo blower with several turbine blade rings is arranged. z. Brenikraftmaschi.ne according to: Claim 1, characterized in that da: B the turbine blade rings (12) on the only turbine run: fraxi (11) are arranged axially next to one another on the circumference and acted upon radially.

3. Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the turbine blade rings (12) on the single turbine wheel (11) are arranged concentrically one inside the other and are acted upon aaxially.

4. Internal combustion engine according to claim. 1, characterized in that the exhaust gas turbo fan (3) on the front side of the machine is combined with the usual scavenging air fan (7) in a manner known per se to form a structural unit. Considered publications: German patent specifications 558 015, 565 468, 568 855, 872 688; Swiss patents No. 138 682, 158334.