CS226180B2 - Filling system of multi-cylinder internal combustion engines - Google Patents

Description

(54) Plnicí systém viceválcového spalovacího motoru

Vynález se týká plnicího systému víceválcového spalovacího motoru, který je opatřen dvěma na straně výfuku a na straně přívodu vzduchu paralelně spojenými turbodmychadly, z nichž každé má turbínu a komprsor, přičemž druhé turbodmmohadlo, připojené přes zpětný ventil ne plnicí potrubí, je pro spodní obXest otáček motoru odpo^alné.

Je všeobecně známé, že objemový proud, který vtéká do motoru, se u mmlých a rychloběžných spalovacích motorů v vysokých otáček mění v poměru od zhruba · 1:5 až zhruba

1:6 v závislosti· na různých provozních stavech.

Protože turbodmychadla s radiálním kompresorem nejsou vzhledem ke své tlakově objemové οΚθιΠ^^αΗοο schopná pokrýt celou provozní oblast takových spalovacích motorů, mohou jednak při nízkých otáčkách motoru a provozu při plném zatížení vzniknout takové provozní stavy, které jsou vlevo od čerpadlové chareattrrstíky komprrsoru, případně od meze odtrhnutí, a jednak při vysokých otáčkách motoru a provozu při plném zatížení vpravo od charakteristiky komprsoru a meze zahlcení.

Z tohoto důvodu je obvyklé vytvářet turbodmychadla tak, aby , se nepřetarooila mez čerpání, ·případně odtržení při nízkých otáčkách motoru a při částečném, případně plném za tížení směrem vlevo.

Uspořádáním odpooštěcí regulace ne komprsorové straně nebo obtokové regulace na straně turbiny se dbá o to, eby se nevytvářel při vysokých otáčkách mooořu přilit vysoký plnicí tlak, který by byl motoru škodlivý· V obou.případech se velmi snižuje účinnost turbodmychadla, čímž je třeba vysokého роШМи před turbinou, aby se dosáhlo určitého plnicího tlk^u.

Pro lepší přizpůsobení plnicího systému vícevélcového spalovacího motoru, zejména pro lepší přizpůsobení jeho účinnosti ne provozní podmínky spalovacího motoru je již znémé upravit jednoduchý a řadový systém turbodmchhdel, u kterého jsou alespoň na výfukové ' straně obě turbodmychadla paralelně spojena. Uspořádáním přídavného kommresoru u řadového turbodmychhdlového systému se zajistí nucené vyplachování zatoraňňjjcí samočinnému škrcení, viz například zveřejněná přihláška vynálezu NSR č. 1.576 222. Tento plnicí systém je však pro spalovací motory s velkou oblastí otáček velmi nákladný.

Jsou rovněž známe dvě turbodmychadla v paralelním zapojení s příčiým spojením mmzi >

různými skupinami plnicích ' potrubí, přiřazených k válcům motoru, u kterých je toto příčné spojení vytvořeno jako větrník, který tlumí výfukové rázy, viz například britský patent č. 1 164 018. U tohoto pULcího systému, vytvořeného pro pommluběžné dieselový motory, u kterého se předpokládá jen částečné paaraelní spojení jednotlivých válců, se mé' přiřazením větrníku, které se uskutečňuje v závislosti na otáčkách, zajjstit, aby se při nízkých otáčkách motoru pracovalo rázovým plněním a při vysokých otáčkách motoru dynamickým plněním. .

Tímto známým plnicím systmmem však nelze řešit výše uvedené problémy u-víceválcových spalovacích motorů s velkou oblastí otáček.

U jiného známého plnicího systému jsou skupiny více válců spalovecího motoru v paralelním zapojení připojeny přes samootatné turbodmychadla ke společnému plnicímu potrubí ’ pro všechny - válce. Společné plnicí potrubí má .mezi sloučenými skupinami motorových válců uzavírací venntl s výpustným otvorem pro . převod dílčí části stlačeného vzduchu z nerušené části plnicího potrubí do toho úseku plnicího potrubí, ke kterému je přiřazena skupina válců motoru, v nichž dochtázX k poruchám. Tak se mé umoonnt nouzový provoz, který zabrání čerpacímu účinku dimyhedla.

Pro poiam^^ž! dieselový motory je také známý plnicí systém již uvedeného druhů, vLz například německý patent č. 850 965, u kterého jsou obě paralelně spojená tuabodmychadla vytvořena pro podíly normmáního objemu a vzduchu.

Pro nízkou oblast otáček lze jedno z turbodmychadel odppjjt, takže na druhé turbodmychadlo působí příslušně větší objemový proud, takže postytuje v nízké oblasti otáček'vyšší plnicí tlak.

U tohoto plnicího systému může při nízkých otáčkách tomto™ při zatížení nebo v oblasti plného zatížení to turbodmychadlo, které dodává plnicí tlak, pracovat s přízi! vější. . .účinností.

Ani tento známý plnicí systém však nemůže bez dalších úprav poskytovat a přizpůsobovat průběh plnicího tlaku po celé oblasti otáček a zatížení motoru tak, aby bylo možné přizpůsobit průběh plnicího tlaku při rychlé změně mmzi vysokými a ' nízkými otáčkami provozním podmínkám motoru tak, aby se v celé oM-nslti. otáček motoru dosahovalo optimální účinnooti.

VynUez . si klade za úkol vytvořit plnicí systém vícevtlcoitho spalovacího motoru s velkou omastí otáček mm toru, u kterého by se energie výfukových - plynů optimálně využívala i u kterého - by se dosáhlo optimálního plnění tomto™ v celém rozsahu otáček mmtoru.

Přitm se má umožžnt rychlý přechod z nízkých oblaatí otáček motoru do vysokých oblastí i průběh plnicího tlaku má být snadno přizpůsobitelný provozní hhθаrltteiitihe motoru. *

Tento úkol se řeší uvedeným plnicím scstУmey podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že turbina pro spodní - oblast otáček motoru odppjitelného druhého turbodmychadla je spojena přes obtokový venntl s výfukovým potrubím, že obtokový vennil je připojen svým ovládacím potrubím na první ' spojorocí potrubí prvního turbodmychadla k plnicím potrubím, že ve spojovacím potrubí druhého turbodmychadla k plnicím potrubím je uspořádán výpustný ventil, že ovládací potrubí výpustného ventilu je připojeno k odtokové části druhého spojovacího potrubí, a že výpustný venU! je uzavřen při plnicím tlaku druhého turbodmychadla stejně velkém, jako je plnicí ' tlak prvního turbodmychadla.

H.avní výhody plnicího systému podle vyááizz:;spočívejí v tom, že u malých rychloběžných spalovacích motorů s velkou oblastí otáček motoru lze při nízkých otáčkách i plném zatížení zatoárnt plnicímu čerpadlovému efektu.

U tohoto systému se také zabrání vytváření příliš vysokého plnícího tlaku, ' který by přetěžoval motor, a byl příčinou vysoké spotřeby paliva při plném zatížení, tak, jak je tomu u regulace odpouštěním při plném zatížení.

Obtoková regulace a vypouštění stlačeného vzduchu ve střední oblasti otáček umožníme pracovat s prvním turbodmychadlem s takovou provozní charakttristikou, která - má optimální účinnost v blízkosti meze odtrhutí, přičemž se rovněž umožňuje přizpůsobovat optimálně průběh plnicího tlaku k chaa8αtiristice provozu motoru. To se umožňuje jednoduchým přizpůsobováním provozní chereltiristity obtokového ¥«^1^.

Vrnniez je v dalším po^o^ěji vysvětlen. na příkladech provedení vr spojení s výkresovou částí, kde na obr. 1 je schematicky znázorněn plnicí systém podle vynálezu pro víceválcový spalovací motor a na obr 2 další příklad provedejní plnicího systému pro víceválcový spalovací motor.

U příkladů pzrovedenX, znázorněných ne výkresech, spolupracuje plnící systém podle vynálezu se šestiváccoým spalovacím motorem 10. jehož výfuková potrubí 11 jsou sloučepa a jsou spojená s paralelně spojenými turbinami, a to turbinou £3 prvního turbodmychadle £5 i turbinou 14 druhého turbodmychadla 16.

PIILcí potrubí 12 spalovacího motoru 10 jsou rovněž spojena a jsou také spojena s paralelně spojenými kommrrsory, a to kompresorem 17 prvního turbodmychadla 15 a kompresorem 18 druhého turbodmychadle £6.

Komprrsor . 17 je přitom připojen přímo na pin.cí potrubí 12, zatímco ve druhém spojovacím potrubí 2.6 od kommresoru 18 k plnicím potrubím 12 je uspořádán zpětný vonitl 19 г - výpustný venntl 21·

Vr spojovacím potrubí od turbiny kr slcuxčeným výfUkotyp potrubím 11 jr podle obr. 1 upraven obtokový vennil 22. jehož ovládací potrubí 23 je připojeno k prvnímu spojovacímu potrubí 21, které přivádí stlačený vzduch od kompresoru 17 prvního turbodmychadle 15 do plnicích potrubí 12· potrubí 23 k obtokovému vonnUu 22 lze všek, jak je to znázorněno na obr. 2, - připojit rovněž k výfukovým potrubím H, takže lze ovládat obtokový venntl 22 v záv0slj8ti nr tlaku výfukových plynů víceválcového spalovacího motoru 10.

V provozu je první turbodmychadlo - 12 v oblasti nízkých otáček spalovacího motoru 10 ovládáno toliko výfukovými plyny, protože obtokový venntl 22 jr uzavřen. Toto první.turbodmpyhedlo £5 je ^z h^jdiska své kompresorové charalttriaiikc přizpůsobeno oblasti nízkých otáček, takže se jeho čerpadlová mez, případně mez odtažení nepřekrooí ani při zatížení v obl^i^j^'t:L nízkých otáček.

První turbodmychadlo 15 pracuje samo například v oblasti otáček až do 40 % ppad.mPlníchotáček motoru. Pro tuto oblast otáček nepootáčí plnicí tlak ve spojovacím', potrubí 24 k tomu, aby přes ovládací pátrubí 23 otevřel obtokový venntl 22. .

Ve střední obleati otáček spalovacího motoru 10. která může být mezi 40 % ež 65 % maximálních otáček, je obtokový ventil 22 působením plnicího tlaku kompresoru 17 prostřednictvím ovládacího potrubí 2Д postupně otevírán tak, jek vzrůstají otáčky spalovacího motoru 10 a tím i objem výfukových plynů proudících výfukovým potrubím 11.

Od okamžiku otevření obtokového ventilu 22 expandují výfukové plyny vytékající výfukovým potrubím 11 nejen přes turbinu £3 prvního turbodmychadle 15. evSek také přes turbinu 14 druhého turbodmychadle £5»

Vzduch nasátý a stlačený kompresorem 18 druhého turbodmychadla 16 se nejprve vyfukuje přes výpustný ventil 21 . takže druhé turbodmychadlo 16 pracuje v oblasti středních otáček spalovacího motoru 10 jako obtok.

Ovládáním obtokového ventilu 22 plnicím tlakem za kompresorem 17 se dosáhne, že plnicí tlak v prvním spojovacím potrubí 24 je v oblasti středních otáček v podstatě konstantní nebo jen nepatrně vzrůstá.

Výpustné potrubí 25. výpustného ventilu 21 má takové rozměry, že kompresor 18 pracuje na v podstatě parabolické křivce kompresorové charakteristiky, která prochází blízko meze odtrhávání. Zpětný ventil 19 zabraňuje zpětnému proudění stlačeného vzduchu přes druhé turbodmychadlo £5, který se přivádí prvním spojovacím potrubím 24 z kompresoru 17 do plnicích potrubí £2. Tento zpětný ventil 19 se otevře tehdy, má-li ve vyšší oblasti středních otáček spalovacího motoru £2, druhé turbodmychadlo 16 stejný plnicí tlak jako první turbodmychadlo 15.·

Tento stav je snímán prostřednictvím ovládacího potrubí 27 na výpustném ventilu 21 na straně plnicího potrubí 12, přičemž výpustný ventil 21 při tomto stavu uzavírá výpustné potrubí 25. Při uzavírání výpustného potrubí 25 vzrůstají otáčky druhého turbodmychadla 16 a tím i plnicí tlak. Tento vyšší plnicí tlak působí na zpětný ventil 19 a otevře jej, čímž druhé turbodmychadlo začne pracovat.

Pracovní nesezení druhého turbodmychedle 16 začíná u daného příkladu provedení otáček spalovacího motoru 12,. Od tohoto okamžiku je první turbodmychadlo 15. a druhé turbodmychadlo 16 v plném paralelním provozu.

Při klesajících otáčkách spalovacího motoru 10 se uskutečňuje regulace v opačném sledu.

činnosti výpustného ventilu 21 s výpustným potrubím 22 ^lz® dosáhnout také tak, jak je to znázorněno ne obr. 2, kdy druhé spojovací potrubí 22 druhého turbodmychadle ££ je spojeno přímo přes zpětný ventil 12 s plnicími potrubími 12 e ne vstupu kompresoru J8 je uspořádáno vstupní rozváděči ústrojí J2.·

Toto vstupní rozváděči potrubí 30 je přestavítelné v závislosti ne plnicím tlaku, který se přivádí ovládacím potrubím 31 od plnicích potrubí 12. Tímto vstupním rozváděcím ústrojím 30 lze zajistit změnu momentu hybnosti e tele udřžovet plnicí tlak v oblasti středních otáček v podstatě konstantní nebo jen nepatrně stoupající.

V tomto případě se nevypouští žádný stlačený vzduch, nýbrž objemový proud a zvýšení tlaku kompresoru 18 druhého turbodmychadla 16 se známým způsobem přizpůsobuje požadavkům.

Nastavením ovládací charakteristiky obtokového ventilu 22 β nastavením ovládací charakteristiky výpustného ventilu 21 je umožněno dosáhnout požadovaného průběhu plnicího tlaku v širokých mezích. Hlavní výhodou obtokové regulace přizpůsobené oblasti středních otáček je ta skutečnost, že ztráta energie, vznikající vypouštěním, še uskutečňuje v příznivé oblasti provozní charakteristiky spalovacího motoru 10 8 při plném zatížení v horní oblasti otáček motoru pracuje první turbodmychadlo £5. a druhé turbodmychadlo £6 s optimální účinností, což se zvláště příznivě odráží na spotřebě paliva.

Ovládání obtokového ventilu 22, závislé v oblasti nízkých otáček na plnicím tlaku kompresoru 17 prvního turbodmychadla 15 umožňuje, že kompresor 16 druhého turbodmychedle 16 pracuje optimálně poblíž meze odtrhávání, čímž se spolehlivě zamezí vzniku čerpadlového efektu, což se příznivě odráží na celém plnicím systému.

Současně tak lze dosáhnout ploché charakteristiky kompresorového pole při plném zatížení, což je rovnocenné příznivějšímu tlakovému zatěžování spalovacího motoru 10.

Claims (4)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   1. Plnicí systém víceválcového spalovacího motoru, který je opatřen dvěma na straně výfuku a na straně přívodu vzduchu paralelně spojenými turbodmychadly, z nichž každé má turbinu a kompresor, přičemž druhé turbodmychadlo, připojené přes zpětný ventil na plnicí potrubí, je pro spodní oblast otáček motoru odpojitelné, vyznačený tím, že turbina (14) pro spodní oblast otáček motoru odpojitelného druhého turbodmychadle (16) je spojena přes obtokový ventil (22) s výfukovým potrubím (11), že obtokový ventil (22) je připojen svým ovládacím potrubím (23) na první spojovací potrubí (24) prvního turbodmychadle (15) к plnicím potrubím (12), že ve spojovacím potrubí (26) druhého turbodmychadla (16) к plnicím potrubím (12) je uspořádán výpustný ventil (21), že ovládací potrubí výpustného ventilu (21) je připojeno к odtokové části druhého spojovacího potrubí (26), a že výpustný ventil (21) je uzavřen při plnicím tlaku druhého turbodmychadle (16) stejně velkém, jako je plnicí tlak prvního turbodmychadle (15)·
2. 2. Plnicí systém podle bodu 1, vyznačený tím, že obtokový ventil (22) se svým ovládacím potrubím (23*) je připojen к výfukovému potrubí (11).
3. 3. Plnicí systém podle bodu 1, vyznačený tím, že druhé spojovací potrubí (26) druhého turbodmychadle (16) je vedeno přes zpětný ventil (19) к plnicím potrubím (12) a Že kompresor (16) druhého turbodmychadle (16) je opatřen vstupním rozváděcím ústrojím (30), jehož ovládací potrubí (31) je připojeno к odtokové části druhého spojovacího potrubí (26) od zpětného ventilu (19) к plnicím potrubím (12).
4. 4. Plnicí systém podle jednoho nebo několika z bodů 1 až 3, vyznačený tím, že paralelně zapojené první turbodmychadlo (15) e druhé turbodmychadlo (16) mají různé tlakově objemové charakteristiky.