DK141260B - Fremgangsmåde og anlæg til igangsætning af en trykladet dieselmotor, der har lavt kompressionsforhold. - Google Patents

Description

(11) FREMLÆ6GELSESSKRIFT 141 260 DANMARK <!” ΙΛαίρ oz b" βΪ/So §(21) Ansøgning nr. 5402/74 (22) Indleveret den 15· Okt. 19?4 (23) Løbedag 15· okt. 1974 (44) Amøgningen fremlagt og

ffemtaggeieeeeknftet offentliggjort den 11· feb. 1 9oO

Dl REKTORATET FOR

PATENT-OG VAREMÆRKEVÆSENET (30) Prforitet begaoret fra den

16. okt. 1975, 7556900, FR 28. dec. 1975, 7546749, FR

i,.

(71) SOCIETE D1 ETUDES BE MACHINES THERMIQUES, 2, Quai de la Seine, 95202 Saint-Benis, FR. : (72) Opfinder: Bernard Treull, 57, rue Condorcet, 75009 Paris, FR.

(74) Fuldmægtig under eegene behandling:

Ingeniørfirmaet Lehmann & Ree.

(54) Fremgangsmåde og anlæg til igangsætning af en trykladet dieselmotor, der har lavt kompressionsforhold.

Opfindelsen angår en fremgangsmåde og et anlæg til igangsætning af en trykladet dieselmotor, der har lavt konpressiansforhold, og af den i indledningen til henholdsvis krav 1 og 2 angivne art, hvor det nævnte kompressionsforhold fortrinsvis er mellem 8 og 12, og hvor trykladningens ladningsforhold f.eks. kan være så højt som 5.

Det er allerede kendt, at man for at øge effekten af en kompressoropladet dieselmotor kan øge trykket i og dermed mængden af den motoren tilførte forkomprimerede forbrændingsluft, samtidig med, at man i tilsvarende grad øger den mængde brændstof, som indsprøjtes under hver arbejds-cyklus· Den komprimerede luft leveres almindeligvis af en eller flere 2 141260 udstødsgasdrevne turbokompressorer, der leverer forbrændingsluften til motorens indsugningsmanifold, og som hver især består af en luftkompressor, der er tilkoblet en almindelig udstødsgasdrevet,og til motorens udstødsmanifold tilsluttet turbine. Almindeligvis er det fordelagtigt eller nødvendigt at afkøle den ved kompressionen opvarmede indsugningsluft ved hjælp af en efter kompressoren indbygget køler, der således ligger mellem indsugningsmanifolden og kompressoren eller den sidste kompressor, hvis der er tale om et antal seriekoblede kompressorer, således at vægten af den i cylindrene tilførte mængde luft øges for samme slagvolumen, samtidig med at man derved opnår, at temperaturen under motorens arbejds-cyklus kommer til at ligge på et fordelagtigt niveau.

Med et vist givet kompressionsforhold for motoren er det imidler tid ikke muligt ubegrænset at øge ladningsforholdet, d.v.s. forholdet mellem den forkomprimerede indsugningslufts tryk og atmosfæretrykket, eftersom dette ville medføre et for højt forbrændingstryk, som ville kunne medføre overbelastning af motordelene. Por at undgå denne ulempe, vil man da være tvunget til at mindske motorens kompressionsforhold. Hvis dette forhold imidlertid synker under en vis grænseværdi, f.eks. 12, vil dette også medføre ulemper, idet motoren bliver vanskelig at starte, hvilket skyldes, at temperaturen i indsugningsluften efter forkompressionen ikke er tilstrækkelig høj til at give en tilfredsstillende selvtænding efter indsprøjtning af brændstoffet.

Fremgangsmåden ifølge opfindelsen er ejendommelig ved de i den kendetegnende del af krav 1 angivne foranstaltninger. Det har i praksis vist sig, at de angivne foranstaltninger er nødvendige og tilstrækkelige til at sikre igangsætning af1en dieselmotor på helt sikker vis og under alle forhold, selvom dieselmotoren er trykladet og har et lavt kompressionsforhold. Som følge af, at stemplerne i den ubelastede motor tørnes et vist antal slag, samtidig med at luften i cylindrene forhindres i at strømme ud i motorens udstødssystem, og at dette sker uden brændstoftilførsel, vil temperaturen for luften i cylindrene stige hurtigt fra den ved forvarmningen opnåede grænseværdi, til den for brændstoffet gældende antændelsestemperatur, således at der, når brændstoftilførslen til cylindrene påbegyndes,samtidig med at forhindringen i udstødssystemet fjernes, med sikkerhed sker en antændelse af det indsprøjtede brændstof og dermed igangsættelse af motoren. Det er yderst vigtigt, at brændstoftilførslen er afbrudt under udøvelse af fremgangsmåden, og især under tørningen af motoren. Ved at undgå at sende brændstof til cylindrene medens stemplerne tørnes for at opvarme luften i cylindrene, undgås dels en kraftig tilsodning af cylindervæggene og dels en ophobning af uforbrændt brændstof i cylindrenes indre. En sådan ophobning af brænd- 3 141260 stof i cylindrene ville bevirke en dårlig forbrænding og frembringe en kraftig udvikling af skadelig eller giftig røg. Samtidig undgås, at luften i cylindrene afkøles af brændstofdampe, hidrørende fra temperaturf©røgelsen, hvilken afkøling ville bevirke en forsinkelse af igangsætningen.

Årsagen til, at det i mere end 3o år ved forsøg hidtil ikke er lykkedes at formindske trykladede dieselmotorers kompressionsforhold, skyldes de store vanskeligheder ved at få motoren igang og endog at få den til at gå ved lav hastighed og/eller belaetning eom følge af* at irtd-sugningsluften under de nævnte forhold ikke opnår tilstrækkelig høj temperatur ved afslutningen af kompressionsslaget til at kunne bevirke selvtænding af dieselbrændstoffet. I alle disse motorer af denne type som er blevet afprøvet i flere årtier, har det således været nødvendigt at ofre eller forbruge store energimængder for at bringe indsugningsluft en op på en temperatur, der før motorens igangsætning var tilstrækkelig høj til at starte motoren,hvis gang eller funktion dernæst var ret ueikker, og hvie anvendelse var ringe,eftersom det til stadighed var nødvendigt at overvåge, at motoren var tilstrækkeligt belastet og havde et tilstrækkeligt stort omdrejningstal til at undgå afkøling,og dermed at motoren af s-ig selv gik i stå. Undersøgelserne af en trykladet dieselmotor med lavt vor lumetrisk kompressionsforhold har meget længe drejet sig om netop oven-, nævnte problem. Ikke desto mindre er denne motortype meget fordelagtig, især til fartøjer, fordi det lave kompressionsforhold gør det muligt, væsentligt at reducere de mekaniske spændinger i motordelene og derved at forøge motorens levetid under anvendelse af mindre kostbare stållegeringer. Ved de ifølge opfindelsen trufne foranstaltninger tilvejebringes en trykladet dieselmotor med lavt kompressionsforhold til meget høje ydelser, og som starter med sikkerhed ved kort igangsætningstid, hvilket ikke mindst er vigtigt for militære fartøjer. Det har i praksis vist sig, at. de ifølge opfindelsen trufne foranstaltninger både er nødvendige og tilstrækkelige til at sikre igangsætning for dieselmotorer.

Eksempelvis kan nævnes, at en trykladet dieselmotor med lavt kompressionsforhold krævede en indsugningslufttemperatur på mindst 492°C for at opnå pålidelig igangsætning af motoren. Hvis man blot tørner motoren og forvarmer indsugningsluften uden brændstoftilførsel, skal indsugningsluften for nævnte motor have en temperatur på 55°C for at opnå ovennævnte igangsætningstemperatur på 492°C. Hvis man imidlertid ifølge opfindelsen både tørner motoren, hindrer brændstoftilførslen og afspærrer udstødssystemet, vil man ifølge opfindelsen opnå nævnte igangsætningstemperatur på 492°C for nævnte motor ved en indsugningsluftsforvarmningstem-, peratur på højst 4o°C.

4 141260

Det i indledningen til krav 2 angivne anlæg er ejendommeligt ved det i den kendetegnende del af krav 2 angivne. Derved tilvejebringes et anlæg til en trykladet dieselmotor, der arbejder ved lavt kompressionsforhold, og hvorved fremgangsmåden ifølge opfindelsen kan udøves med de i forbindelse med denne angivne fordele, og dette anlæg kan opbygges med enkle ikke· særligt omkostningskrævende midler.

Opfindelsen vil i det følgende blive nærmere forklaret i forbindelse med et par udførelseseksempler og under henvisning til tegningen, hvor fig. 1 viser en med kompressoropladning forsynet dieselmotor med et anlæg til udøvelse af fremgangsmåden ifølge opfindelsen, og fig. 2 skematisk udformningen af drøvleorganer i udstødsgasstrømmen og anbragt på forskellige steder i denne til illustration af de mange forskellige muligheder for anvendelse af opfindelsen, som foreligger i praksis.

I fig. 1 ses en dieselmotor med et antal cylindre 2, der er vist anbragt på række, men som naturligvis kan være arrangeret på en for dieselmotoren passende måde, f.eks. som en V-motor. Motoren har mindst én forbrændings- eller indsugningsluftmanifold 3, der er sluttet til motorens forskellige cylindre gennem grenrør 4, og mindst én udstødsmanifold 5, der er sluttet til hver af cylindrene gennem grenrør 6. Motoren forudsættes at have et forholdsvis lavt kompressionsforhold, d.v.s. lavere end 12, såsom 8,5, og den bliver specielt kraftigt trykladet ved et trykladeforhold på 4 eller derover ved hjælp af en eller flere turbokompressorer, hvoraf der her vises 2, nemlig en højtryksturbokompréssor 7 og en lavtryksturbokompressor 8. Hver enkelt turbokompressor har en kompressordel hhv.

7a og 8a, som er koblet til en drivturbine hhv. 7b og 8b, som drives af udstødsgasserne. Indløbet 9 til turbinen 7b, der er en højtryksturbine, er sluttet til udstødsmanifolden 5's nedstrømsende, d.v.s. dennes udløb, medens turbinens udløb 10 gennem en rørledning 11 er sluttet til'indløbet 12 på en lavtryksturbine 8b, hvis udløb 13 står i forbindelse med den omgivende luft gennem en udstødskanal 14, som danner et ekspansionsmundstykke eller en skorstenskanal. Lavtrykskompressoren 8a trækker luft fra den omgivende atmosfære ind gennem et indløb 15 og afgiver den komprimerede luft gennem et luft-afløb 16 og en mellemkøler 17 til indløbet 18 i højtrykskompressoren 7a gennem luftkanaler 19,20, som forbinder hhv. indløb og udløb på mellemkøleren 17 med hhv. udløbet l6 på kompressoren 8a og indløbet 18 på kompressoren 7a. Kompressoren 7a’s luftudløb 21 er gen- 141260 5 nem en kanal 22 sluttet til indløbet på en efterkøler 23, hvis luftudløb er tilsluttet forbrændingsluftmanifolden 3’s opstrømsende. Mellemkøleren 17 og efterkøleren 23 består begge to af en varmeveksler, gennem hvilken en kølemiddelstrøm, f.eks. kølevæske, presses. Kølemidlets strømningskanaler gennem de to varmevekslere er seriekoblet med en kølemiddelforsyning, som passende kan arbejde med vand som kølemiddel. Denne kølemiddelforsyning kan f.eks. bestå af en køleluftgennemstrømmet køler, såsom en ventilatorkølet radiator, en kølemiddelbeholder eller af vandforsyningen.

Ind- og udløb 24,25 på luftkøleren 17 er i den viste udførelsesform forbundet med en koldtvandsforsyning 28 gennem tilgangs- og returledninger, hhv. 26 og 27. På samme måde er ind- og udløb 29 og 30 pp efterkøleren 23 tilsluttet en kølemiddelforsyning 33 gennem tilgangsledninger 31,31a og returledninger 32,32a.

Ved start af motoren fra stilstand, eller når motoren arbejder ved lav belastning eller ved lavt omdrejningstal, opvarmer man luften, når den strømer gemen den normalt til køling af luften indrettede effcer- køler 23, i stedet for at køle den deri. Til dette formål erstattes kølemiddelstrømmen til efterkøleren 23 med et varmemiddel, f.eks. varmt vand eller en anden varm væske, så luftkøleren 23 ændres til og arbejder som en luftvarmer. Til dette formål kan der være indkoblet en trevejsventil, hhv. 34 og 35 i hhv. tilføringsledningen 31, 31a og returledningen 32,32a, hvor den første ventil 3^ med sin ene indgang står i forbindelse med en varmemiddelforsyning 36 gennem en tilføringsledning 31b, medene den anden ventil 35 står i forbindelse med samme varmemiddelkilde 36 gennem en returledning 32b, og ventilerne er således indrettede, at efterkøleren 23 skiftevis kan tilføres kølemiddel fra kølemiddelforsyningen 33 eller varmemiddel fra varmemiddelforsyningen 36. Varmemiddelforsyningen 36 kan f.eks. bestå af en varmtvandskedel eller dampkedel eller bestå af et varmt-vandssystem af anden art. Gennem samtidig manøvrering af ventilerne 34 og 35, hvilket kan ske manuelt eller styret på anden måde, kan efterkøleren 23 successivt eller skiftevis tilsluttes enten til kølemiddelforsyningen 33 til køling af trykladeluften ved normal drift af motoren eller til varmeraiddelkilderi 36 til forvarmning af tryk-ladeluften før eller under start af motoren ved lav belastning eller vedi.lavt omdrejningstal. Når kølemiddelforsyningen 33 udgøres af en ventilatorkølet radiator, kan ventilsystemet 34,35 være anbragt således, at varmemiddelforsyningen 36 kan tilsluttes i serie med luftkøleren 23’s kølekreds 29,30 uden at frakoble køleren 23 fra 141260 6 radiatoren 33, som da hele tiden kan være indkoblet i serie med kølekredsen, d.v.s. til stadighed være forbundet til luftkøleren 23's indløbs- og udløbsrør, hhv« 29 og 30.

Når motoren startes, kan der også anvendes en brænder 37, der er anbragt på eller tæt ind til forbrændingsluftmanifolden 3, hvorved brænderens varme forbrændingsgasser ledes direkte ind i forbrændingsluf'trnanifolden 3, hvor de blandes med trykladeluften, så denne bliver forvarmet.

Motorblokken 2* har på sædvanlig måde et køleanlæg til afkøling af cylindrene, f.eks. med kølevand, med indløbs- og udløbsrør hhv. 38 og 39 tilsluttede til en ydre kølemiddelforsyning 40 gennem tilgangs- og afgangsledninger hhv. 4l og 42.

For at forvarme den motorcylindrene tilførte trykladeluft ved stilstand før start, kan man også lade et varmeoverføringsmid-del strømme gennem motorens kølesystem 38,39 i stedet for det under drift almindeligvis anvendte kølemiddel, således at motorcylindrene og dermed den i disse indstrømmende trykladeluft forvarmes. Hl dette formål kan rørene 38,39 være tilsluttet rørene hhv. 4l og 42 gennem to trevejsventiler hhv. 43 og 44, der igen er tilsluttet en forsyning 47 af hedt var-meoverføringsmiddel gennem ledninger hhv. 45 og 46. Køle- og varme-middelforsyningerne 40 og 47 er således tilsluttede i adskilte grene gennem trevejsventilerne 43 og 44. Gennem samtidig påvirkning af disse ventiler vil det da være muligt efter ønske at tilslutte motorens kølekreds 38,39 successivt eller skiftevis til enten motorens kølemiddelforsyning 40 for at køle cylindrene under normal drift eller til.varmemiddelkilden 47 til forvarmning af motoren ved stilstand før start. Navnlig hvor kølemiddelforsyningen 40 består af en ventilatorkølet radiator kan ventilsystemet 43,44 evt. være indrettet således, at det kan indkoble varmemiddelforsyningen 47 i serie med motorens kølekreds 38,39 uden at kølekredsen udkobles fra køleren 40, som således til stadighed vil være indkoblet i kølekredsen.

Ved start eller lav belastning afbremser, hindrer eller drøvler man udstødsgasstrømmen ved kortvarigt at indføre en hindring, d.v.s. et tryktabsfremkaldende organ i nedstrømsdelen af, d.v.s. ved udløbet fra, udstødsmanifolden 5 eller ved udløbet fra høj tryks turbinen 7b. Et sådant manifolden 5 eller ved udløbet fra højtryksturbinen 7b. Et sådant udstødsgasstrømmen drØvlende organ kan udgøres af et spjæld 48, der kortvarigt-indføres i ledningen 11 efter turbinen 7b1s udløb 10.

141260 7 Når et sådant drøvleorgan påvirkes til at drøvle udstødsgasstrømmen, vil motorcylindrene blive ufuldstændigt tømte, hvorved den tilbageblivende luft, som kort forinden er blevet opvarmet ved kompression, derefter vil forvarme den i cylindrene indførte trykladeluft.

Så snart motoren er ..igang, ophæves den delvise · drøvling i udstødsgasstrømmen, Drøvlingen kan naturligvis tilvejebringes med et vilkårligt til formålet egnet middel, f.eks. en klap 48 eller en i udstødsrøret ved drøvling af udstødsgasstrømmen indskydelig hulskive 49 el. lign. Drøvlingen kan naturligvis også være oprettet på andre steder end det på tegningen viste, f.eks. før turbinen 7b eller efter turbinen 8b.

I den i fig. 2 som eksempel viste udførelsesform for an-læget ifølge opfindelsen er der anbragt et organ 51 til selektiv styring af udstødsgasstrønningen ved ustødsmardfblden 5’s nedstiytasende. Alternative placeringer er antydet med kortstreglinier i røret 11 før turbinen 8b og i udløbet fra denne turbine. I fig. 2 vises desuden alternative placeringer af drøvleorganerne 51 i grenrørene 6 til hver cylinder.

I fig. 1 vises det endvidere, at man kan anbringe motoren 1 i et af vægge 50 omsluttet rum, således at motoren kan forvarmes ved indblæsning af varm luft i rummet. Denne opvarmning standees, når motoren starter.