DK144860B - Fremgangsmaade ved start og drift af en trykladet firtaktsforbraendingsmotor med kompressionstaending samt trykladet firtaktsforbraendingsmotor til udoevelse af fremgangsmaaden - Google Patents

Description

144860

Opfindelsen angår en fremgangsmåde ved start og drift af en trykladet firtakts forbrændingsmotor med kompressionstænding og en turbokompressorgruppe omfattende en af en turbine drevet kompressor og en omløbs-5 kanal, som forbinder kompressorudløbet med turbineindløbet, samt en startmotor for denne gruppe, hvor omløbskanalen er indrettet til at lede hele den luftmængde, som ikke går gennem motoren, fra kompressoren til turbinen, hvorhos motoren har mindst ét arbejdskammer med 10 variabelt volumen, som via en tilførselsledning er forbundet med kompressorudløbet og via en udstødsledning med omløbskanalen på en sådan måde, at arbejdskammeret er forbundet parallelt med en mellemstrækning af omløbskanalen, samt ind- og udstrømningsventiler til arbejds-15 kamrene styret på en sådan måde, at de holder åbent til tilførsels- og udstødsledningerne samtidig i det mindste under en del af hver skylle- og ladeperiode, hensigtsmæssigt under slutningen af udstødsperioden og begyndelsen af indstrømningsperioden, og omløbskanalen har et 20 hjælpeforbrændingskammer til opvarmning af den gas, som strømmer til turbinen, omfattende et luftindløb og et gasudløb forbundet med omløbskanalen før det punkt af denne, hvori udstødsledningen udmunder.

Ved udtrykket "forbrændingsmotor med et arbejdskam-25 mer med variabelt volumen" skal forstås alle motorer med mindst ét arbejdskammer, hvori tilførsels-, kompressions-, forbrændings og ekspansions- samt udstødningsfaserne foregår. Det drejer sig generelt om motorer, hvor arbejdskammeret eller -kamrene er afgrænset af et 30 bevægeligt stempel, der i forhold til en cylinder eller kappe udfører en frem- og tilbagegående bevægelse eller en roterende bevægelse som i Wankel-motorer og lignende motorer, i modsætning til forbrændingsmotorer med et arbejdskammer, der har konstant volumen, såsom gasturbi-35 ner. Udtrykket "skylle- og ladeperioden" betegner i det følgende den del af hver arbejdscyklus for motoren, som omfatter den samlede udstødsperiode* hvor arbejdskammeret tømmes for udstødsgas, og tilførselsperiode, 2 1U3S0 hvor frisk luft ledes til arbejdskammeret.

Udtrykket "motor med et arbejdskammer" omfatter motorer med et enkelt arbejdskammer såvel som motorer med flere arbejdskamre. Tilsvarende gælder, når det 5 eksempelvis siges, at turbokompressorgruppen omfatter en kompressor og en turbine, eller at hjælpeforbrændingskammeret omfatter et luftindløb, at en sådan gruppe omfatter mindst én kompressor og mindst én turbine, og at hjælpeforbrændingskammeret har mindst 10 ét luftindløb. De anvendte udtryksformer er kun valgt for at simplificere fremstillingen af opfindelsen.

Motorer af ovennævnte art er forklaret i forskellige skrifter, specielt i DK-PS nr. 140.291.

Det er kendt, at start og tomgang af motorer 15 med kompressionstænding giver problemer, som er desto vanskeligere at løse, jo lavere omgivelsestemperaturen er. Ved dieselmotorer er disse problemer særlig alvorlige, hvis motorens kompressionsforhold er lavt, f.eks. under 12. Den væsentligste grund til dette ligger i den 20 uønskede forlængelse af tændingsforsinkelsen af luft/ brændselsblandingen i cylinderen ved afslutningen af kompressionsslaget. Denne tændingsforsinkelse afhænger hovedsagelig af blandingens temperatur og i mindre grad af trykket.

25 For at løse dette problem har man foreslået for skellige foranstaltninger og fremgangsmåder, af hvilke skal nævnes : - sådanne ved hvilke turbokompressorgruppen igangsættes ved hjælp af igangsætningsorganer forud for moto- 30 rens start, se US-PS nr. 2.633.698, FR-PS nr. 1.574.193 og ovennævnte DK-PS nr. 140.291, - og sådanne som hviler på tilbageføring til arbejdskammeret af varm gas, der består af motorens udstødsgas eller af gas tilført fra et hjælpeforbræn- 35 dingskammer eller af en blanding af udstødsgas og gas tilført fra et hjælpeforbrændingskammer, se US-PS nr. 2.633.698, GB-PS nr. 998.888 og FR-PS 1.497.428.

144860 3

Med forudgående igangsætning af turbokompressorgruppen er det muligt ved motorens indsugning at opnå termodynamiske tryk- og temperaturtilstande, som tillader en selvtænding af luft/brændseIsblandingen ved 5 slutningen af kompressionsslaget selv under ugunstige ydre klimatiske tilstande, ved at den nødvendige energi til drift af turbokompressorgruppen under disse betingelser leveres af et hjælpeforbrændingskammer, der er placeret før turbinen, og som får tilført brændsel i en 10 sådan mængde, at disse termodynamiske tryk- og temperaturtilstande opnås.

Jo lavere motorens kompressionsforhold og jo lavere omgivelsestemperaturen er, jo mere brændsel må der brændes i hjælpeforbrændingskammeret. Imidlertid 15 skal visse motorer arbejde i lange perioder i tomgang eller med lille ydelse. Dette er f.eks. tilfældet med en marinemotor, som driver en skrue med fast stigning, der optager ca. 12% af den maksimale ydelse ved halvdelen af den maksimale hastighed og ca. 2% af den maksi-20 male ydelse ved en fjerdedel af den maksimale hastighed.

Det er klart, at motorer, som drives på denne måde, får deres samlede forbrug forøget i betydelig grad på grund af den mængde brændsel, som må tilføres 25 hjælpeforbrændingskammeret.

Tilbageføring af varm gas, som hovedsagelig udgøres af motorens udstødsgas eventuelt efter passage gennem et hjælpeforbrændingskammer, finder sted mellem turbokompressorens ledninger for indsugning og udstød-30 ning, som det er forklaret i US-PS nr. 2.633.698 og GB-PS nr. 998.888.

Dette system har den ulempe, at volumenmængderne bliver meget store, og at motorenheden så at sige bliver et appendix til et stort system af indsugnings- og 35 udstødsledninger.

I sådanne motorer med en omløbskanal, der forbinder kompressorudløbet med turbineindløbet, og med et hjælpeforbrændingskammer foran turbinen, kan den 4 U4860 varme gas, som kommer dels fra motoren, dels fra for-brændingskammeret, gennem ledninger føres enten til motorens indstrømningssamlerør eller til motorens udstødsrør, eller til et punkt mellem forbrændings-5 kammeret og turbinen. For at der skal finde en strømning sted, må trykket i udstødssamlerøret være større end trykket i indstrømningssamlerøret. Til opnåelse heraf er det foreslået som forklaret i US-PS nr. 2.633.698 og FR-PS nr. 1.479.428 at anvende midler, 10 som skaber et trykfald mellem kompressorudløbet og indstrømningssamlerøret. Sådanne midler vil imidlertid hæmme skylning af motorens arbejdskammer, hvilket er en væsentlig ulempe.

Når motoren har en omløbskanal uden drøvleor-15 ganer, som muliggør direkte og permanent strømning fra kompressoren mod turbinen og er dimensioneret til at lade hele luftmængden fra kompressoren passere, DK-PS nr. 140.291, vil det statiske tryk ved indgangen til turbinen altid være mindre end det statiske tryk 20 ved kompressorudgangen, når der foregår strømning i kanalen. Dette trykfald vil blive meget større, hvis der findes drøvleorganer i denne omløbskanal.

Uden særlige foranstaltninger vil det altså ikke være muligt at recirkulere den varme gas fra forbræn-25 dingskammeret. En sådan recirkulation er imidlertid af betydning. Hvis turbokompressorgruppen indeholder organer, som muliggør dens igangsætning inden starten af motoren, vil det være muligt ved motorens indstrømning at skabe termodynamiske værdier af tryk og tempe-30 ratur, som muliggør motorens start og tomgang. Denne mulighed er forklaret i ovennævnte DK-PS nr. 140.291.

Til dette formål tilføres forbrændingskammeret brændsel i en sådan mængde, at luften fra kompressoren bringes til at antage de nødvendige termodynamiske værdier af 35 tryk og temperatur.

En sådan fremgangsmåde er imddlertid bekostelig i jo højere grad jo lavere motorens kompressionsforhold er, og jo lavere omgivelsestemperaturen er.

144860 5

En motor på 3000 HK og kompressionsforhold på 7 vil eksempelvis let kunne startes og køre i tomgang, hvis temperaturen af den tilførte luft er 110°C.

Med en omgivelsestemperatur på -30°C vil opvarmning 5 til denne temperatur ved adiabatisk kompression af luften i kompressoren med en virkningsgrad på 0,75 kræve et trykstigningsforhold på 3,5. Dette kan opnås, hvis forbrændingskammeret får tilført en brændselsmængde på 140 1 pr. time.

10 Opfindelsen tilsigter at eliminere eller i det mindste at formindske ovennævnte ulemper.

Dette opnås ifølge opfindelsen med en fremgangsmåde af den indledningsvis nævnte art ejendommelig ved, at turbokompressorgruppen efter igangsætning 15 ved hjælp af startmotoren får tilført brændsel til hjælpeforbrændingskammeret i en tilstrækkelig mængde til at muliggøre selvstændig drift af turbokompressorgruppen, og at tværsnittet af lufttilførselsledningen indstilles på en sådan mindste værdi, at 20 der under motorens igangsætning fremkommer periodisk tilbagestrømning mod arbejdskammeret af gas fra hjælpeforbrændingskammeret i tilstrækkelig mængde til tænding af brændsels-luftblandingen, hvorefter turbokompressorgruppens hastighed holdes over en sådan minimums-25 værdi i alle motorens funktionstilstande, omfattende tomgang og lav belastning, at der ved indstilling af lufttilførselsledningens gennemstrømningsareal holdes en tilstrækkelig trykforskel mellem motorens udstødsledning og tilførselsledning under den samtidige 30 åbningsperiode for ind- og udstrømningsventilerne, til at blandingen af luft fra kompressoren til motorens arbejdskammer via tilførselsledningen og fra hjælpeforbrændingskammeret til motorens arbejdskammer via udstødsledningen antager sådanne temperatur- og 35 trykværdier, at selvtænding af brændsel i arbejdskammeret ved afslutningen af kompressionsslaget altid er mulig.

6 144860

Der sker på denne måde i hver arbejdscyklus en tilbagestrømning af en variabel del af den varme gas på 400-600°C fra hjælpeforbrændingskammeret, så at temperaturen af den til motorens arbejdskamre førte luft 5 ved store kuldegrader, f.eks. med omgivelsestemperatur omkring -30°C, kan være af størrelsesordenen 20°C og temperaturen af udstødsgassen være mindre end 200°C, dvs. væsentlig mindre end temperaturen af den varme gas fra hjælpeforbrændingskammeret. Denne varme gas 10 opvarmer arbejdskamrenes vægge og eventuelt væggen i den sidste del af tilførselsledningen og blander sig i øvrigt med luften fra kompressoren, som tilføres motorens arbejdskamre gennem tilførselsledningen.

Koldstart, tomgang og kørsel med lille ydelse er på 15 denne måde gjort lettere.

Opfindelsen angiver også et motoranlæg til udøvelse af fremgangsmåden ifølge opfindelsen med en firtakts forbrændingsmotor med kompressionstænding med en turbokompressorgruppe omfattende en af en 20 turbine drevet kompressor og en omløbskanal, der forbinder kompressorudløbet med turbineindløbet, samt en startmotor for denne gruppe, hvor omløbskanalen er indrettet til at lede hele den luftmængde, som ikke går gennem motoren,fra kompressoren til turbinen, og 25 hvor motoren har mindst ét arbejdskammer med variabelt volumen, som via en tilførselsledning er forbundet med kompressorudløbet og via en udstødsledning med omløbskanalen på en sådan måde, at arbejdskammeret er forbundet parallelt med en mellemstrækning af omløbskana-30 len, samt ind- og udstrømningsventiler til arbejds- kamrene styret på en sådan måde, at de holder samtidigt åbent til tilførsels- og udstødsledningerne i det mindste under en del af hver skylle- og ladeperiode, hensigtsmæssigt under slutningen af udstødsperioden og 35 begyndelsen af indstrømningsperioden, og omløbskanalen har et hjælpeforbrændingskammer omfattende et luftindløb og et gasudløb forbundet med omløbskanalen før det 7 144860 punkt af denne, hvori udstødsledningen udmunder, ejendommeligt ved, at der i tilførselsledningen findes drøvleorganer til at formindske trykket i indstrømningsledningen efter drøvleorganerne til et 5 sådant niveau i forhold til det tryk, som på samme tid hersker i udstødsledningen (8), at der muliggøres en periodisk tilbagestrømning af gas, der er opvarmet i hjælpeforbrændingskammeret, og at drøvleorganerne er indrettet til at træde i funktion, når den luft, 10 der tilføres arbejdskammeret gennem indstrømningsledningen, såfremt der ikke var periodisk tilbagestrømning, ville befinde sig under temperatur- og trykbetingelser, der er utilstrækkelige til at muliggøre kompressionstænding af brændslet i arbejdskammeret.

15 Ifølge opfindelsen kan drøvleorganerne i tilførselsledningen være styret på en sådan måde af en regulator, der påvirkes af trykket på et ønsket sted i omløbskanalen, navnlig lufttrykket ved kompressorudløbet, at drøvleorganernes gennemstrømnings-20 areal for luft i lufttilførselsledningen antager en maksimal værdi, når dette tryk overstiger den grænseværdi, ved hvilken tryk og temperatur af den af kompressoren leverede luft er tilstrækkelig til at sikre kompressionstænding af brændslet i arbejdskammeret ved 25 kompressionsslagets afslutning.

For hver værdi af det tværsnit, som af ar-bejdskammerets ind- og udstrømningsventiler holdes åbent for tilbagestrømning mod arbejdskammeret fra udstrømningsledningen, afhænger den mængde gas, som 30 strømmer tilbage, af den trykforskel, som kan skabes mellem tilførselsledningen og udstrømningsledningen ved hjælp af drøvleorganerne, og i øvrigt af det tidsrum, i hvilket ventilerne er samtidigt åbne, dvs. principielt af motorens omdrejningstal.

8 144360

Til kompensation for det med tiltagende hastighed af motoren aftagende samtidige åbningstids-rum for dennes ventiler kan ifølge opfindelsen drøvle-organernes regulator være indrettet til også at påvir-5 kes af motorens hastighed på en sådan måde, at åbningstværsnittet for en værdi af trykket, der ligger under grænseværdien, ændrer sig i modsat retning af omdrejningshastigheden.

Denne regulering i funktion af motorens om-10 drejningshastighed kan ske under påvirkning af styreorganerne ved hjælp af et tachometer, men kan dog også på simplere måde ifølge opfindelsen opnås ved, at drøvle-organernes regulator er indrettet til også at påvirkes af trykforskellen mellem udstødsledningen og tilførsels-15 ledningen efter drøvleorganerne på en sådan måde, at denne trykforskel løbende justeres af regulatoren til en hovedsagelig konstant værdi, når drøvleorganerne er mindre end fuldt åbne.

På denne måde indsuger motoren i begyndelsen af 20 den del af skylle- og ladeperioden, hvor tilførsels- og udstødsledningerne er forbundet, gas fra hjælpeforbrændingskammeret . Hertil skal det således indsugede gasvolumen være større end volumenet af udstødsledningen, mellem arbejdskammeret og omløbskanalen efter hjælpeforbrændingskammeret . Den gasmængde, som periodisk 9 144860 strømmer tilbage, er på denne måde uafhængig af motorens omdrejningshastighed.

Det har været nævnt i det foregående, at kompressionsforholdet var utilstrækkeligt til under visse om-5 stændigheder at muliggøre selvtænding af brændslet blandet med luft, som tilføres arbejdskammeret under omgivelsernes tryk og temperatur. Det er umuligt at give et nøjagtigt tal på kompressionsforholdet, under hvilket der ikke længere kan ske tænding ved kompression.

10 Det er kendt, at den kemiske kinetik ved slutningen af kompressionen kan skabe sådanne betingelser, at tændingsforsinkelsen er tilstrækkelig kort ved alle omdrejningshastigheder og belastninger og navnlig også ved tomgang. Denne forsinkelse afhænger af det 15 tryk og den temperatur, som nås ved slutningen af kompressionen, og som selv afhænger af tilførselsbetingelserne og kompressionsforholdet. Denne talværdi, som kan bestemmes på grundlag af forsøg, ligger mellem stort set 12 for stempelmotorer med stor cylinderdia-20 meter og 17 for stempelmotorer med lille cylinderdiameter.

Opfindelsen forklares nærmere i det følgende ved hjælp af udførelseseksempler på et motoranlæg ifølge opfindelsen og under henvisning til tegningen, hvor 25 fig. 1 skematisk viser dels i planbillede, dels i snit et motoranlæg med en trykladet dieselmotor indrettet til udøvelse af fremgangsmåden ifølge opfindelsen, fig. 2 ligesom fig. 1 et motoranlæg med en trykla-30 det dieselmotor ifølge en første variant med visse af elementerne i fig. 1 udeladt for tydeligheds skyld, fig. 3 et diagram over forskellige tryk i motoranlægget ifølge fig. 2, fig. 4 ligesom fig. 1 et motoranlæg med en trykla-35 det dieselmotor ifølge en anden variant, og fig. 5 en motor i en yderligere ændret udførelse.

I fig. 1 og 2 er vist en dieselmotor 1, som er trykladet ved hjælp af en turbokompressorgruppe omfat- 10 144860 tende en. kompressor 3, en turbine 2, som driver kompressoren 3 ved hjælp af en aksel 4, og en omløbskanal 5, som fortrinsvis permanent forbinder udløbet fra kompressoren 3 med indløbet til turbinen 2. Strøm-5 ningsretningen for luft og andre gasblandinger er i fig.

1 og 2 angivet ved hjælp af pile.

Motoren 1 har flere arbejdskamre 6, i fig. 1 fire kamre og i fig. 2 tre kamre, med variabelt volumen, og disse kamre er ved hjælp af en ledning eller et tilfør-10 selssamlerør 7 forbundet med udløbet fra kompressoren 3, sædvanligvis ved hjælp af det første stykke af amløbskanalen 5, og ved hjælp af en ledning eller et udstødssamlerør 8 med omløbskanalen 5 på en sådan måde, at arbejdskamrene 6 er beliggende i parallel 15 mellem ledningerne 7 og 8 med en del af omløbskanalen 5. Én ikke vist køler for ladeluften er indbygget i ledningen 7.

Motoranlægget har desuden opvarmningsorganer i form af et hjælpeforbrændingskammer 9 omfattende en 20 lufttilførsel 10 og et gasudløb 11, som er forbundet med omløbskanalen 5 før det punkt 12 i denne, hvor udstrømningsledningen 8 munder ud. Hjælpeforbrændingskammeret får tilført luft gennem omløbskanalen 5 og brændsel ved hjælp af et tilførselssystem 13.

25 Mellem afgreningsstedet for indstrømningsledningen 7 og det punkt 12 af omløbskanalen 5, hvor udstrømningsledningen 8 munder ind, har kanalen drøvleorga-ner 14, over hvilke der opstår en trykforskel, som for en given værdi af trykket umiddelbart foran disse 30 organer 14 er uafhængig af den gennemstrømmende luftmængde, men vokser med dette tryk. Disse drøvleorganer 14 er fortrinsvis indrettet som forklaret i beskrivelsen til fransk patent 2.179.310 og 2.222.537, ifølge hvilke det i øvrigt er forudset at virke på tilførsels-35 systemet 13 og på den luftmængde, som tilføres hjælpeforbrændingskammeret 9's primære zone, på en sådan måde, at der mellem luftmængden og brændselsmængden 1U860 11 holdes et forhold, som sikrer en god forbrændingsstabi-litet. Turbokompressorgruppen 2, 3 har også en skematisk antydet startmotor 19, der er i stand til at igangsætte rotorerne i turbinen 2 og kompressoren 3.

5 Naturligvis er motoren 1 også udstyret med en starter.

Tilstrømningsledningen 7 og udstrømningsledningen 8 er tilsluttet motorens ind- og udstrømningsventiler 15 og 16 for de forskellige arbejdskamre 6 10 og disse ventiler er indrettet til at holde samtidigt åbent til begge ledningerne 7 og 8 for hvert kammer 6 i det mindste i en del af hver skylle- og ladeperiode, fortrinsvis mod slutningen af udstødsperioden og i begyndelsen af tilførselsperioden. Denne samtidige åbning er 15 naturligvis faseforskudt fra det ene arbejdskammer til det andet. Endvidere findes derdrøvleorganer 18 i tilførselsledningen 7 til frembringelse af et trykfald i denne ledning i strømningsretningen efter drøvleorganerne til et niveau, som med det tryk, der på 20 dette tidspunkt hersker i udstrømningsledningen 8, muliggør en periodisk tilbagestrømning af gas, som er opvarmet i forbrændingskammeret 9, til arbejdskammeret 6. Drøvleorganerne 18 er indrettet til at træde i funktion, når den luft, der tilføres arbejdskammeret 25 6, uden denne tilbagestrømning ville have utilstrække lig temperatur og tryk til at muliggøre selvtænding.

Som det fremgår af fig. 1, 2 og 4 er hjælpeforbrændingskammeret 9 indskudt i omløbskanalen 5, og dettes lufttilførsel 10 udgøres således af i det 30 mindste en del af eller som vist hele denne kanal.

Drøvleorganerne 18 styres af organer, der er følsomme over for lufttrykket ved udløbet fra kompressoren 3, på en sådan måde, at gennemstrømningsarealet for luften i tilførselsledningen 7 vokser med 35 voksende tryk og opnår en maksimal værdi ved en grænseværdi af trykket, som er tilstrækkelig til at sikre selvtændingsbetingelser for brændslet i arbejdskammeret 6 på et tidspunkt i dettes arbejdscyklus, som 144860 12 ligger i nærheden af afslutningen af kompressionsslaget. Lufttrykket ved udløbet fra kompressoren 3 kan i øvrigt i denne henseende erstattes af et tryk i et hvilket som helst andet punkt af omløbskanalen 5, eftersom 5 der til en bestemt værdi af et af disse tryk svarer én og kun én værdi af det andet tryk.

I eksemplet i fig. 1 styres drøvleorganerne 18, som f.eks. udgøres af et drejespjæld, ved hjælp af et stempel 20, som glider i en cylinder 21, og som mod 10 trykket fra luften P3 ved udløbet fra kompressoren 3 overført gennem en kanal 17 er underkastet den kombinerede påvirkning af en fjeder 22 og et variabelt modtryk p. Det variable modtryk p skabes gennem en forbindelse mellem stemplet 20's to sider ved hjælp 15 af en åbning 23 med et lille konstant tværsnit og fortrinsvis gående gennem selve stemplet 20 og ved hjælp af en indstillelig afluftning til omgivelserne fra cylinderen 21.

I en fordelagtig udformning er denne indstille-20 lige afluftning tilvejebragt ved hjælp af en dyse 24, hvis tværsnit varierer i samme retning som temperaturen af den luft, som indsuges af kompressoren 3, og/el-ler en dyse 25, hvis tværsnit varierer modsat motorens omdrejningshastighed. Til dette formål kan cylinderen 25 21 være forbundet ved hjælp af en ledning 26 dels med et hus 27 med dysen 24, hvormed der samvirker en nåleventil 28 påvirket af en sammentrykkelig bælg 29 i indsugningsledningen 30 til kompressoren 3, dels med et hus 31 med dysen 25, hvormed der samvirker en 30 nåleventil 32 påvirket af en mekanisme 33, der påvirkes af motorens omdrejningshastighed, og som rent skematisk er vist i fig. 1 i form af en centrifugalregulator.

Der vil således i tilførselsledningen 7 efter 35 drøvleorganerne 18 herske et tryk P^, som under start og drift med lav belastning er mindre end trykket Pg i udstrømningsledningen 8, hvilket giver tilbagestrømning i hver skylle- og ladeperiode mod cylin 144860 13 drene eller arbejdskamrene 6 af en del af den gas, som er opvarmet ved hjælp af forbrændingskammeret 9.

På denne måde opvarmes dels cylindervæggene, dels luften fra kompressoren til cylindrene ved blanding 5 af denne luft og den varme gas, hvilket i hver arbejds-cyklus muliggør selvtænding af brændsel, som tilføres cylindrene eller arbejdskamrene 6. Når trykket P^ når op på en bestemt grænseværdi, er drøvleorganerne 18 helt åbne, og motoren arbejder da under sædvanlige 10 betingelser, det vil sige uden tilbagestrømning af varm gas fra udstrømningsledningen 8. Den nævnte grænseværdi for trykket er desto lavere jo højere temperaturen Tq af kompressorens indsugningsluft er, styret af den variable dyse 24, og jo lavere 15 motorhastigheden er, styret af den variable dyse 25, når disse dyser 24 og/eller 25 anvendes.

I eksemplet i fig. 2 reguleres det fri gennnem-strømningstværsnit af drøvleorganerne 18 ikke på samme måde som ved tilfældet i fig. 1. Indstillingen af 20 drøvleorganerne 18 i fig. 2 bestemmes af trykforskellen mellem tilførslen og udstrømningen og afhænger i modsætning til drøvleorganerne 18 i fig. 1 ikke direkte af trykket P^ af den fra kompressoren 3 leverede luft og heller ikke af motorens omdrejnings-25 hastighed. Afhængigt af motoren Vs drift er drøvleorganerne 18 i fig. 2 indrettet til at åbne sig eller lukke sig for at holde konstant trykforskel mellem tilførslen og udstrømningen, så længe nævnte grænse-trykværdi ikke er nået. Når trykket P3 af ladeluften 30 nærmer sig denne grænseværdi, åbnes drøvleorganerne 18 gradvis, indtil den maksimale åbningsværdi, og trykforskellen mellem indstrømningen til og udstrømningen fra motoren mindskes og svarer til den værdi, som skyldes drøvleorganer 14, der sædvanligvis findes 35 i omløbskanalen 5.

Drøvleorganerne 18, der kan være en almindelig ventil, et drejespjæld eller andet organ, aktiveres ved hjælp af et hydraulisk hjælpeaggregat 34. Dette 14

14486 O

aggregat omfatter et stempel 35, der glider i en cylinder 36 og er underkastet modsat rettede tryk fra en fjeder 37 på den ene side og fra et fluidum, der udfylder cylinderen 36's kammer 38. Dette kammer 38 5 tilføres fluidum under tryk gennem en fast dyse 39 ved hjælp af en pumpe 40, som holder et konstant tryk, f.eks. en tandhjulspumpe, som arbejder mod en reguleringsventil. Fluidtrykket i kammeret 38 reguleres ved hjælp af to variable dyser 41 og 42, som regule-10 rer returstrømning til en beholder 43, når der som fluidum anvendes en væske, gennem rør 44 og 45. De frie tværsnit af disse dyser 41 og 42 reguleres henholdsvis, ved hjælp af et styreorgan 46 og et styreorgan 47.

15 Hvis f.eks. styreorganet 47 fastholdes, vil det gennemstrømningstværsnit, som holdes åbent af drøvleorganerne 18, bero på trykforskellen mellem udstrømningsledningen 8 (Pg) og tilførselsledningen 7 efter drøvleorganet (Py). Til dette formål har 20 styreorganet 46 et stempel 48, som glider i en cylinder 49, og som er underkastet modsat rettede tryk, nemlig på den ene side trykket Pg og på den anden side trykket P^ understøttet af en fjeder 50. På denne måde befinder stemplet 48 sig i ligevægt, når tryk-25 forskellen Pg-P7 er lig med kraften fra fjederen 50 divideret med tværsnitsarealet af stemplet 48. En nål 51 ud i ét med stemplet 48 og samvirkende med en åbning med givet tværsnit muliggør således regulering af det frie tværsnit af den variable dyse 41.

30 Hvis trykfaldet i tilførselsledningen 7 er meget stort, dvs. Py meget lille, forøges det frie tværsnit af den variable dyse 41 ved forskydning af stemplet 48 og nålen 51 mod højre i fig. 2,- og trykket i kammeret 38 formindskes, hvilket bevirker en sænkning af stemplet 35 35 i aggregatet 34 og en åbning af drøvleorganerne 18, indtil trykket Py har genantaget sin normale værdi.

Styreorganet 47 muliggør forskydning af aktiveringszonen for styreorganet 46. Dette styreorgan 47 144860 15 udgøres af et stempel 52, der gilder i en cylinder 53 og er ud i ét med en nål 54, der samvirker med en fast åbning og muliggør variation af det frie tværsnit af den variable dyse 42. Dette stempel 52 er underkastet 5 modsat rettede påvirkninger, nemlig på den ene side fra trykket P5g, som hidrører fra et ønsket punkt af omløbskanalen 5 og overføres til kammeret 56 i cylinderen 53, samt på den anden side den samlede virkning af en fjeder 55 og et modtryk Ρ57» som hersker i cylin-10 deren 53's kammer 57 modsat kammeret 56. I det forklarede eksempel er trykket P^g, som overføres gennem kanalen 17, lig med trykket P3 ved udgangen fra kompressoren 3. Modtrykket Pg7 ligger mellem det atmosfæriske tryk og det fra kanalen 5 aftagne tryk P^g. Trykket 15 P57 tilføres gennem en fast dyse 58 fra ladeluften og afluftes i øvrigt til atmosfæren gennem en variabel dyse 24 indrettet som vist i fig. 1. På denne måde vokser trykforskellen P5g-P57 mellem de to sider af stemplet 52 gradvis, efterhånden som ladetrykket P^ 20 vokser. Efterhånden som trykket af ladeluften forøges, dvs. efterhånden som den effekt, der leveres af motoren 1 stiger, bevæger stemplet 52 sig og forøger det frie tværsnit af den variable dyse 42. Trykket i kammeret 38 har således tendens til at falde og 25 drøvleorganerne 18 til at åbne sig. Styreorganet 46 træder da i funktion og korrigerer stillingen af drøvleorganerne 18 for at holde trykforskellen P7~Pg på en konstant værdi, indtil styreorganet 46 går mod et stop.

Fra dette tidspunkt er styreorganet 46 neutraliseret.

30 Tilførselstrykket til styreorganet 47 fortsætter med at stige, og det frie tværsnit af den variable dyse 42 stiger, indtil drøvleorganerne 18 er fuldstændigt åbne. Trykket for hvilket styreorganet 46 gik mod et stop, bestemmer således den ovenfor omtalte grænse-35 værdi.

Det fremgår, at denne grænseværdi nås, desto hurtigere, det vil sige, at styreorganet 46 kommer hur- 144860 16 tigere mod stop, jo hurtigere det frie tværsnit af den variable dyse 42 åbner sig, dvs. jo mindre trykket i kammeret 57 er.

Man har på denne måde et middel til at for-5 mindske eller forøge grænseværdien af trykket ved at regulere det frie tværsnit af den variable dyse 24. Denne dyse 24's frie tværsnit vokser med temperaturen TQ af kompressoren 3's indsugningsluft. På denne måde falder trykket P57 1 kammeret 57, når temperaturen TQ vokser, 10 og som følge heraf nås grænseværdien af ladetrykket Pg, hvorefter drøvleorganerne 18 er helt åbne, hurtigere.

Herved neutraliseres drøvleorganerne 18, som bevirker periodisk tilbagestrømning af udstødsgassen, og holdes uvirksomme over en vis effekt af motoren 1, og den 15 effekt, hvor drøvleorganerne neutraliseres er desto mindre, jo højere temperaturen TQ af kompressoren 5's indsugningsluft, dvs. omgivelsestemperaturen, er.

Fig. 3 viser øverst variationen af trykkene Pgg og Ρ^γ og nederst trykforskellen Pg-Py som funktion 20 af ladetrykket Pg. Den grænseværdi af trykket, hvorfra drøvleorganerne 18 holdes inaktive, er betegnet ved Pa.

Betydningen af placeringen af forbrændingskammeret 9 inden det stykke 12 af omløbskanalen 5, 25 hvori udstødsrøret 8 munder ind, skal understreges.

Det er denne placering, som muliggør, at den varme gas fra forbrændingskammeret 9 periodisk strømmer tilbage mod arbejdskammeret 6, hvilket ikke var muligt, hvis forbrændingskammeret var placeret efter stykket 12 30 af omløbskanalen 5.

Start af motoren foregår på følgende måde. Turbokompressorgruppen 2,3,4 sættes i gang ved hjælp af startmotoren 19, og der tilføres ved hjælp af systemet 13 brændsel til hjælpeforbrændingskammeret 9 35 i en tilstrækkelig mængde til at bringe turbokompressorgruppen til at køre selvstændigt. Med drøvleorganerne 18 reguleres det frie tværsnit for luften i tilførselsledningen ned til sin minimale værdi, så at der, når 144860 17 motoren 1 startes, frembringes periodisk tilbagestrømning af den fra hjælpeforbrændingskammeret 9 tilførte forbrændingsgas i en tilstrækkelig mængde til at muliggøre kompressionstænding i motorens arbejdskammer.

5 Turbokompressorgruppen 2, 3, 4 holdes i gang med mere end minimal hastighed i alle motoren 1's funktionstilstande, herunder tomgang og kørsel under lille ydelse, og ved hjælp af drøvleorganerne 18 skabes der mellem udstødsledningen 8 og tilfør-10 selsledningen 7 den nævnte trykforskel, som, så længe de naturlige tryk- og temperaturbetingelser uden drøvleorganerne ikke ville muliggøre selvtænding i arbejdskammeret, modificerer disse betingelser på en sådan måde, at selvtænding muliggøres.

15 En væsentlig fordel ved opfindelsen er, at den muliggør en kraftig formindskelse af forbruget af brændsel fra systemet 13 for at sikre en hastighed af turbinen 2, som er tilstrækkelig til at muliggøre selvtænding i arbejdskamrene 6 under alle omstændig-20 heder.

Som vist i flg. 4 kan drøvleorganerne 18 være styret således, at de er enten lukkede eller åbne.

Til dette formål kan drøvleorganerne styres af et stempel 59, der er bevægeligt i en cylinder 60. Stemplet 25 59 kan forskydes til lukning af drøvleorganerne 18 mod påvirkning af en skruefjeder 61. Denne forskydning kan ske ved hjælp af trykket fra en væske, som tilføres ved hjælp af en pumpe 40 mage til den, der er vist i fig. 2. Mellem pumpen 40 og cylinderen 60 er der 30 indskudt en ventil 62 med en glider 63. Denne er bevægelig i en cylinder 64, som i den ene ende er forbundet med omløbskanalen 5 ved hjælp af en ledning 17 og i den anden ende med en dyse 24 ved hjælp af en ledning 26.

35 De to sider af glideren 63 er forbundet gennem en åbning med meget lille tværsnit 23, og en fjeder 22 påvirker glideren 63. Elementerne 17, 22, 23, 24 og 26 i fig. 4 svarer til dem, som er vist med samme hen- 144860 18 visningsbetegnelser i fig. 1 og 2. I den viste stilling forbinder ventilen 62 pumpen 40 med cylinderen 60 på en sådan måde, at drøvleorganerne 18 er i deres mest lukkede stilling. Hvis temperaturen af den til kom-5 pressoren 3 førte luft stiger, åbner dysen 24 sig, og trykfaldet over åbningen 23 stiger. Der kommer dermed et tidspunkt, hvor dette trykfald er tilstrækkeligt til at overvinde fjederen 22 og forskyde glideren 63, indtil forbindelsen afbrydes mellem pumpen 10 40 og cylinderen 60, hvilket muliggør, at fjederen 61 kan åbne drøvleorganerne 18 helt, og dette sker for et tryk P^ via ledningen 17, som ændres i funktion af temperaturen via bælgen 29.

I fig. 1, 2 og 4 opsamles udstødsgassen fra hvert 15 arbejdskammer eller cylinder 6 ved hjælp af et udstødssamlerør forbundet ved hjælp af en enkelt ledning 8 til et udløb, der ligger efter det punkt, hvor gassen kommer ud fra hjælpeforbrændingskammeret 9. I visse tilfælde giver dette system ikke en korrekt funktion.

20 Det er væsentligt, at gassen tilbageføres ved modskylning fra hjælpeforbrændingskammeret i form af meget varm gas uden eller med kun lidt uforbrændt brændsel. Hvis rumfanget af udstødssamlerøret og ledningen 8 er meget stort, vil den tilbageførte gas ikke komme fra 25 hjælpeforbrændingskammeret, men fra nabocylindrene 6.

Den ønskede virkning vil dermed ikke blive opnået, og man risikerer, at motoren 1 kvæles ved genindsugning af sine uforbrændte produkter.

For at eliminere denne ulempe er det hensigtsmæssigt 30 som vist i fig. 5 at udelade udstødssamlerøret og at forbinde de enkelte cylindre 6 ved hjælp af individuelle udstødsrør til gasudløbet 11 fra hjælpeforbrændingskammeret 9. Nærmere betegnet bør det rumfang gas, som recirkuleres ved tilbageskylning, være større 35 end rumfanget af hvert rør 8a, som forbinder udstødshuset for den tilsvarende cylinder 6 med gasudløbet 11 fra forbrændingskammeret 9. På denne måde er man sikker på, at det bliver brændselsgas fra dette kammer,

Claims (5)

144860 som tilbageføres til arbejdskammerat.

1. Fremgangsmåde ved start og drift af en trykladet firtakts forbrændingsmotor (1) med kompressionstænding og en turbokompressorgruppe omfattende 5 en af en turbine (2) drevet kompressor (3) og en omløbskanal (5) , som forbinder kompressorudløbet med turbineindløbet, samt en startmotor (19) for denne gruppe, hvor omløbskanalen (5) er indrettet til at lede hele den luftmængde, som ikke går gennem motoren, fra kom-10 pressoren til turbinen, hvorhos motoren har mindst ét arbejdskammer (6) med variabelt volumen, som via en tilførselsledning (7) er forbundet med kompressorudløbet og via en udstødsledning (8) med omløbskanalen på en sådan måde, at arbejdskammeret er forbundet paral-15 lelt med en mellemstrækning af omløbskanalen (5), samt ind- og udstrømningsventiler (15 og 16) til arbejds-kamrene styret på en sådan måde, at de holder åbent til tilførsels- og udstødsledningerne (7,8) samtidig i det mindste under en del af hver skylle- og ladepe-20 riode, hensigtsmæssigt under slutningen af udstødsperioden og begyndelsen af indstrømningsperioden, og omløbskanalen har et hjælpeforbrændingskammer (9) til opvarmning af den gas, som strømmer til turbinen omfattende et luftindløb (10) og et gasudløb (11) for-25 bundet med omløbskanalen (5) før det punkt af denne, hvori udstødsledningen (8) udmunder, kendetegnet ved, at turbokompressorgruppen efter igangsætning ved hjælp af startmotoren (19) får tilført brændsel til hjælpeforbrændingskammeret (9) i en tilstrækkelig 30 mængde til at muliggøre selvstændig drift af turbokompressorgruppen, og at tværsnittet af .lufttilførsels ledningen (7) indstilles på en sådan mindste værdi, at der under motorens igangsætning fremkommer periodisk tilbagestrømning mod arbejdskammeret (6) af 35 gas fra hjælpeforbrændingskammeret (9) i tilstrækkelig mængde til tænding af brændsels-luftblandingen, hvor- 144860 efter turbokompressorgruppens (2,3) hastighed holdes over en sådan minimumsværdi i alle motorens funktionstilstande, omfattende tomgang og lav belastning, at der ved indstilling af lufttilførselsledningens (7) 5 gennemstrømningsareal holdes en tilstrækkelig trykforskel mellem motorens udstødsledning (8) og tilførselsledning (7) under den samtidige åbningsperiode for ind-og udstrømningsventilerne, til at blandingen af luft fra kompressoren (3) til motorens arbejdskammer (6) via til-10 førselsledningen (7) og fra hjælpeforbrændingskammeret (9) til motorens arbejdskammer (6) via udstødsledningen (8) antager sådanne temperatur- og trykværdier, at selvtænding af brændsel i arbejdskammeret (6) ved afslutningen af kompressionsslaget altid er mulig.

2. Trykladet firtaktsforbrændingsmotor med kompressionstænding til udøvelse af fremgangsmåden ifølge krav 1 med en turbokompressorgruppe omfattende en af en turbine (2) drevet kompressor (3) og en omløbskanal (5), der forbinder kompressorudløbet med tur-20 bineindløbet, samt en startmotor (9) for denne gruppe, hvor omløbskanalen (5) er indrettet til at lede hele den luftmængde, som ikke går gennem motoren,fra kompressoren til turbinen, og hvor motoren har mindst ét arbejdskammer (6) med variabelt volumen, som via en 25 tilførselsledning (7) er forbundet med kompressorudløbet og via en udstødsledning (8) med omløbskanalen (5) på en sådan måde, at arbejdskammeret (6) er forbundet parallelt med en mellemstrækning af omløbskanalen (5), samt ind- og udstrømningsventiler (15 og 16) 30 til arbejdskamrene styret på en sådan måde, at de holder samtidigt åbent til tilførsels- og udstødsledningerne (7,8) i det mindste under en del af hver skylle-og ladeperiode, hensigtsmæssigt under slutningen af udstødsperioden og begyndelsen af indstrømningsperioden, 35 og omløbskanalen (5) har et hjælpeforbrændingskammer (9) omfattende et luftindløb (10) og et gasudløb (11) forbundet med omløbskanalen (5) før det punkt (12) af 144860 denne, hvori udstødsledningen (8) udmunder, kendetegnet ved, at der i tilførselsledningen (7) findes drøvleorganer (18) til at formindske trykket i indstrømningsledningen (7) efter drøvleorganerne 5 (18) til et sådant niveau i forhold til det tryk, som på samme tid hersker i udstødsledningen (8), at der muliggøres en periodisk tilbagestrømning af gas, der er opvarmet i hjælpeforbrændingskammeret (9), og at drøvleorganerne (18) er indrettet til at træde i 10 funktion, når den luft, der tilføres arbejdskammerat (6) gennem indstrømningsledningen (7), såfremt der ikke var periodisk tilbagestrømning, ville befinde sig under temperatur- og trykbetingelser, der er utilstrækkelige til at muliggøre kompressionstænding af 15 brændslet i arbejdskammeret.

3. Trykladet firtaktsforbrændingsmotor ifølge krav 2, kendetegnet ved, at drøvleorganerne (18) i tilførselsledningen (7) er styret på en sådan måde af en regulator, der påvirkes af trykket 20 på et ønsket sted i omløbskanalen (5), navnlig lufttrykket (Pg) ved kompressorudløbet, at drøvleorga-nernes gennemstrømningsareal for luft i lufttilførselsledningen (7), antager en maksimal værdi, når dette tryk overstiger den grænseværdi, ved hvilken tryk og 25 temperatur af den af kompressoren leverede luft er tilstrækkelig til at sikre kompressionstænding af brændslet i arbejdskammeret ved kompressionsslagets afslutning.

4. Trykladet firtaktsforbrændingsmotor 30 ifølge krav 3, kendetegnet ved, at drøvle-organernes (18) regulator er indrettet til også at påvirkes af motorens omdrejningshastighed på en sådan måde, at gennemstrømningstværsnittet for en værdi af trykket, der ligger under grænseværdien, ændrer sig 35 i modsat retning af motorens omdrejningshastighed.

5. Trykladet firtaktsforbrændingsmotor ifølge krav 3, kendetegnet ved, at drøvle-