DE2219680A1

DE2219680A1 - Supercharged two-stroke internal combustion engine

Info

Publication number: DE2219680A1
Application number: DE19722219680
Authority: DE
Inventors: Göran Sigvard; Olsson Rolf Eingar Magnus; Göteborg Dahlbring (Schweden). P
Original assignee: Aktiebolaget Götaverken, Göteborg (Schweden)
Priority date: 1971-04-13
Filing date: 1972-04-21
Publication date: 1972-11-09

Description

betreffend Aufgeladener Zweitakt-VerbrennungsmotorRegarding supercharged two-stroke internal combustion engine

Die Erfindung bezieht sich auf einen Zweitakt-Verbrennungsmotor, dem die Verbrennungsluft während des normalen Betriebs durch eine Verdichteranlage zugeführt wird, die durch Abgasturbinen angetrieben¹ wird. Die Nachfrage nach einer höheren spezifischen Motorleistung hat dazu geführt, daß der Druck der einem solchen Motor zugeführten Luft etwa auf einen Wert erhöht wird, der den Atmosphärendruck um mehr als 100% überschreitet; hieaus ergeben sich bestimmte Anforderungen an die Verdichteranlage. Ein einstufiger Schleuderverdichter arbeitet nicht mit einem hohen Wirkungsgrad, wenn das Verhältnis zwischen den Drücken am Einlaß und am Auslaß einen Wert von 1:2 überschreitet, und daher hat es sich als zweckmäßig erwiesen,, die Verdichtung der Luft in zwei Stufen durchzuführen. Hierbei ergibt sich ein weiterer Vorteil, der darin besteht, daß man zwischen den beiden Verdichtern einen Kühler anordnen kann. Hieraus ergeben sich wiederum bestimmte Anforderungen an den Turbinenteil der Anlage, denn einerseits ist es erwünscht, die Verwendung von Einheiten in Standardgrößen zu ermöglichen, und andererseitsThe invention relates to a two-stroke internal combustion engine to which the combustion air is supplied during normal operation by a compressor system which is driven ¹ by exhaust gas turbines. The demand for a higher specific engine power has led to the fact that the pressure of the air supplied to such an engine is increased approximately to a value which exceeds atmospheric pressure by more than 100%; this results in certain requirements for the compressor system. A single stage centrifugal compressor does not operate with high efficiency if the ratio between the pressures at the inlet and the outlet exceeds a value of 1: 2, and therefore it has been found useful to carry out the compression of the air in two stages. This results in a further advantage, which consists in the fact that a cooler can be arranged between the two compressors. This in turn results in certain requirements for the turbine part of the system, because on the one hand it is desirable to enable the use of units in standard sizes, and on the other hand

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ist es erwünscht, die Turbinen so anzuordnen, daß die Anlage mit einem hohen mittleren Wirkungsgrad arbeitet.it is desirable to arrange the turbines so that the system operates with a high average efficiency.

Gemäß der Erfindung wird nunmehr vorgeschlagen, die Verdichteranlage so auszubilden, daß sie mindestens eine Gruppe von zwei Verdichtern umfaßt, die mit einem zwischen ihnen angeordneten Kühler in Reihe geschaltet sind, dessen leistung so bemessen ist, daß er bewirkt, daß die Luft in den zweiten Verdichter im wesentlichen mit der gleichen Temperatur eintritt wie die Luft, die aus der Atmosphäre durch den ersten Verdichter angesaugt wird, und daß jeder Verdichter durch eine gesonderte Abgasturbine angetrieben wird; diese Abgasturbinen sind hintereinandergeschaltet, die erste Abgasturbine ist an einen dem Motor zugeordneten Abgasaufnehmer angeschlossen, der ein solches Fassungsvermögen hat, daß das der ersten Turbine während des normalen Betriebs zugeführte Abgas nur kleine Druckschwankungen zeigt, der Auslaß der ersten Abgasturbine ist direkt, d.h. ohne Zwischenschaltung eines Aufnehmers mit dem Einlaß der zweiten Abgasturbine verbunden, und die Anordnung ist derart, daß die beiden Verdichter-Turbinen-Aggregate annähernd mit dem gleichen Energieverbrauch arbeiten.According to the invention it is now proposed to design the compressor system so that it has at least one Group of two compressors, which are connected in series with a cooler arranged between them, the power is so dimensioned that it causes the air in the second compressor enters at substantially the same temperature as the air coming from the atmosphere is sucked in by the first compressor, and that each compressor is driven by a separate exhaust gas turbine will; these exhaust gas turbines are connected in series; the first exhaust gas turbine is connected to an exhaust gas receiver assigned to the engine connected, which has a capacity such that that of the first turbine during normal operation supplied exhaust gas shows only small pressure fluctuations, the outlet of the first exhaust gas turbine is direct, i.e. without Interposition of a pick-up connected to the inlet of the second exhaust gas turbine, and the arrangement is such that the two compressor-turbine units work with approximately the same energy consumption.

Wenn man die Abgasturbinen nach dem Gleichdruckprinzip arbeiten laßt, ist es möglich, einen hohen Wirkungsgrad zu erzielen, und die Abgasturbinen können gegenüber dem Motor an jeder geeigneten Stelle angeordnet werden, was bei nach dem Impulsprinzip arbeitenden Abgasturbinen nicht möglich ist. Hierdurch läßt sich eine erhebliche Vereinfachung der Anordnung im Motorenraum erzielen.If you let the exhaust gas turbines work according to the principle of equal pressure, it is possible to achieve a high degree of efficiency to achieve, and the exhaust gas turbines can be arranged opposite the engine at any suitable point, which is at according to the impulse principle working exhaust gas turbines is not possible. This allows a considerable simplification achieve the arrangement in the engine compartment.

Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden anhand einer schematischen Zeichnung an einem Ausfüiirungsbeispiel näher erläuterteThe invention and advantageous details of the invention are described below with reference to a schematic drawing explained in more detail using an exemplary embodiment

Die Zeichnung zeigt schematisch einen ZweitakWVerbrennungsmotor mit sechs Zylindern in Verbindung mit den zugehörigen Abgasturbinen und Verdichtern.The drawing shows schematically a two-cylinder combustion engine with six cylinders in connection with the associated exhaust gas turbines and compressors.

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Die sechs Zylinder 10 des Motors sind an eine Luftansaugleitung 11 und einen Abgasaufnehmer 12 angeschlossen. Der Abgasaufnehmer ist genügend groß, so daß er die Abgasimpulse der verschiedenen Zylinder ausgleicht.The six cylinders 10 of the engine are connected to an air intake line 11 and an exhaust gas receiver 12. The exhaust gas sensor is large enough so that it detects the exhaust gas pulses of the different cylinders.

An den Äbgasaufnehmer 12 sind zwei gleichartige Abgasturbinen 15 und 14 so angeschlossen, daß die erste Abgasturbine 13 durch eine Rohrleitung 19 mit dem Abgasaufnehmer 12 verbunden ist, während der Auslaß der ersten Abgasturbine über eine Bohrleitung 20 direkt an die zweite Abgasturbine 14 angeschlossen ist. Die Abgasturbine 14 treibt einen ersten Verdichter 15 an, während die Abgasturbine 13 einen zweiten Verdichter 16 antreibt. Zwischen den beiden Verdichtern ist ein erster Kühler 17 angeordnet, und dem zweiten VerdichterTwo exhaust gas turbines of the same type are attached to the exhaust gas sensor 12 15 and 14 connected so that the first exhaust gas turbine 13 through a pipe 19 to the exhaust gas receiver 12 is connected, while the outlet of the first exhaust gas turbine via a drilling line 20 directly to the second exhaust gas turbine 14 is connected. The exhaust gas turbine 14 drives a first compressor 15, while the exhaust gas turbine 13 drives a second Compressor 16 drives. A first cooler 17 is arranged between the two compressors and the second compressor

16 ist ein zweiter Kühler 18 nachgeschaltet. Die Lufttemperatur im Motorenraum kann etwa 20° C betragen, während die verdichtete Luft am Auslaß der ^verdichter eine Temperatur von etwa 90° C haben kann,. Die Leistung des ersten Kühlers16, a second cooler 18 is connected downstream. The air temperature in the engine compartment can be at about 20 ° C, while the compressed air at the outlet of a temperature ^v forger may have from about 90 ° C ,. The performance of the first cooler

17 ist so gewählt, daß die Luft vor ihrem Eintreten in die zweite Verdichterstufe 16 im wesentlichen auf die Temperatur der Umgebungsluft oder mindestens auf etwa 30° C abgekühlt wird. Die Zunahme der Temperatur der Luft in dem zweiten Verdichter ist etwa die gleiche wie in dem ersten Verdichter, doch die der Ansaugleitung 11 zugeführte Luft braucht nicht im gleichen Ausmaß abgekühlt zu werden, wie zwischen den beiden Verdichtern; vielmehr wird die Luft jenseits des zweiten Verdichters nur auf z.B. 45° C abgekühlt, und dies bedeutet, daß der Kühler 18 etwas kleiner sein kann als der Kühler I7.17 is chosen so that the air before it enters the second compressor stage 16 essentially to the temperature the ambient air or at least to about 30 ° C. The increase in the temperature of the air in the second Compressor is about the same as in the first compressor, but the air supplied to the suction line 11 needs not being cooled to the same extent as between the two compressors; rather, the air becomes beyond the second compressor only cooled to e.g. 45 ° C, and this means that the cooler 18 can be slightly smaller than the Cooler I7.

Um günstige Betriebsbedingungen aufrechtzuerhalten und den Energiegehalt der Abgase des Motors wirtschaftlich auszunutzen, ist die Anlage so ausgebildet, daß die beiden Verdichter annähernd mit dem gleichen Energieverbrauch arbeiten. Da der zweite Verdichter 16 bereits vorverdichtete Luft zu verdichten hat, und da es mit Hilfe des Zwischenkühlers möglich ist, das Volumen der Luft weiter zu ver-To maintain favorable operating conditions and the energy content of the exhaust gases from the engine economically To take advantage of this, the system is designed in such a way that the two compressors work with approximately the same energy consumption. Since the second compressor 16 already has to compress pre-compressed air, and since it is done with the aid of the intercooler it is possible to further reduce the volume of the air

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kleinern, hat der zweite Verdichter 16 etwas kleinere Abmessungen als der erste Verdichter 15· Die Abgasturbine 13 kann ohne weiteres etwas kleiner sein als die Abgasturbine 14, d.h. ihre Größe kann unter Berücksichtigung des'verfügbaren Raums so gewählt werden, daß sie sich dem zweiten Verdichter 16 leichter zuordnen läßt. Hierbei muß jedoch darauf geachtet werden, daß der Durchtrittsquerschnitt der Turbineneinlässe so gewählt wird, daß die erforderliche Leistung erzielt wird»smaller, the second compressor 16 has somewhat smaller dimensions as the first compressor 15 · the exhaust turbine 13 can easily be somewhat smaller than the exhaust gas turbine 14, i.e. its size can, taking into account what is available Space can be chosen so that it can be assigned to the second compressor 16 more easily. Here, however, you have to pay attention care must be taken that the passage cross-section of the turbine inlets is chosen so that the required power is achieved »

Bei Motoren mit einer großen Zahl von Zylindern ist es natürlich möglich, mehrere Gruppe entsprechend der dargestellten Gruppe anzuordnen, so daß zu Jeder Gruppe zwei Verdichter und zwei an einen gemeinsamen Abgasaufnehmer angeschlossene Abgasturbinen gehören· Auf diese Weise ist es möglich, die Abmessungen der einzelnen Abgasturbinen- und Verdichteraggregate selbst bei einer sehr großen Motorenanlage in vertretbaren Grenzen zu halten»In the case of engines with a large number of cylinders, it is of course possible to have several groups according to the one shown Arrange group so that for each group two compressors and two connected to a common exhaust gas collector Exhaust gas turbines include · In this way it is possible to determine the dimensions of each exhaust gas turbine and Keeping compressor units within reasonable limits even with a very large engine system »

Alle in den Unterlagen offenbarten Angaben und Merkmale, insbesondere die offenbarte räumliche Ausgestaltung, werden, soweit sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind, als erfindungswesentlich beansprucht.All information and features disclosed in the documents, in particular the disclosed spatial design, are as far as they are individually or in combination new compared to the state of the art, claimed as essential to the invention.

Anspruch:Claim: 209846/0817209846/0817

Claims

CLAIM

Two-stroke internal combustion engine, the charge air under an overpressure of at least 1 bar by an exhaust turbine-driven Compressor system is supplied, characterized in that to the 'compressor system at least a group of two interconnected compressors (15, 16), between which a cooler (17) is available, the power of which is sufficient to allow the air passed through to the second compressor of the relevant group to enter at essentially the same temperature as the ambient air of the first Compressor is sucked in that each compressor is driven by an exhaust gas turbine (14, 13) that these exhaust gas turbines are connected in series that the first exhaust gas turbine (13) to an exhaust gas receiver assigned to the engine (12) is connected, which has such a capacity that that of the first exhaust gas turbine during normal operation supplied exhaust gas shows only slight pressure fluctuations that the outlet (20) of the first exhaust gas turbine directly to the inlet the second exhaust gas turbine (14) is connected without a sensor being present between the exhaust gas turbines, and that the arrangement is such that the two compressor exhaust turbineη units with approximately the same energy consumption work.

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