DK146745B - Fremgangsmaade til brug ved ombygning af turboladede dieselmotorer - Google Patents

Description

i 146745

Opfindelsen angår en fremgangsmåde til brug ved ombygning af impulsturboladede 2-takts dieselmotorer med 3 og 4 cylindergrupperinger, hvor tændingsafstanden er henholdsvis 120° og 90° krumtapvinkel ,til jævntryksladede dieselmotorer med skyl-5 le- og ladeluftoptagende receiver eller receivere.

Der kendes to former for 2-takts turboladede dieselmotorer, nemlig motorer, hvis turboladere er impulsdrevne, og motorer, hvis turboladere er jævntryksdrevne. Ved impulsturboladede motorer bestemmes cylindergrupperingen til hver udstødsgasdrevet 10 turbolader af tændingsafstanden mellem cylinderne. For 6, 9 og 12 cylindrede motorer er tændingsfølgen normalt valgt således, at grupper på hver tre cylindre har en jævn tændingsafstand på 120°, og hver gruppe er forbundet med en dertil hørende turbolader. For 4 og 8 cylindrede motorer forekommer der på samme måde 15 cylindergrupper med en jævn tændingsafstand på 90°, og hver grup pe bestående af fire cylindre er forbundet med en dertil hørende turbolader. Impulsturboladede motorer har et relativt lille rørvolumen før turboladernes turbiner med store trykimpulser, når udstødsgassen strømmer ud af cylinderen gennem udstødsåbningen 20 til turbinen. Motorerne kræver som følge heraf forholdsvis tid lig åbning af motorens udstødsåbninger for at opnå en tilstrækkelig stor forafstrømning til afspænding af cylindertrykket ned til skylletrykket, når motorstemplet åbner skylleportene. Impulsturboladningsprincippet giver en stor energimængde til drift af 25 turboladerne, men på bekostning af et unødigt højt brændselsolie forbrug .

Det er formålet med den foreliggende opfindelse at anvise en let fremgangsmåde, når ombygning af turboladede dieselmotorer fra impulsturboladning til jævntryksturboladning er aktuel til 30 opnåelse af en reduktion i det specifikke brændselsolieforbrug.

Man kunne tænke sig at ombygge en motor med impulsdrevne turboladere til en motor med jævntryksladede turboladere ved at omdanne den pågældende motor til en motor med det ladesystem, som er konventionelt for motorer, hvis turbolader eller turbola-35 dere er jævntryksdrevne. En konventionel motor af den sidstnævnte art har en for samtlige cylindre fælles udstødsgassamlebeholder, som fører motorens turbolader eller turboladere i jævntryksdtift.

2 146745

En for samtlige cylindre fælles udstødssamlebeholder indebærer den fordel, at der opnås en god udjævning af trykimpulserne fra alle de tilhørende cylindre, og derigennem en tilnærmelsesvis konstant ladning af den eller de til den pågældende udstødsgas-5 samlebeholder sluttede turboladere.

Den foreliggende opfindelse bygger på den erkendelse, at en montering af en fælles udstødsgassamlebeholder på en eksisterende motor, som ikke oprindeligt er udformet med henblik herpå, medfører betydelige vanskeligheder både pladsmæssigt, men også 10 på grund af de forholdsregler, der må træffes på grund af de store længdeudvidelser,som en sådan fælles udstødsgassamlebe-holder vil undergå ved opvarmning til driftstemperatur. Envidere ville en sådan ombygning eventuelt kræve en dæmpning af tryk-svingningerne i en lang stor udstødsgassamlebeholder for at mod-15 virke forstyrrelser i de enkelte motorcylindres skylle- og ladningsforhold .

Fremgangsmåden ifølge den foreliggende opfindelse er ejendommelig ved, at de forbindelser, der ved en motor med ellers impulsdrevne turboladere, forbinder hver af de nævnte cylindergrup-20 pers turboladeres turbiner med cylindergruppens udstødsåbninger, for hver turbines vedkommende erstattes med en for den pågældende turbine separat udstødsgassamlebeholder, som indkobles mellem den pågældende turbines indløb og de til den pågældende cylindergruppe hørende udstødsåbninger, og som har et volumen, der er 25 således afpasset i størrelse, at udstødsgasudstrømningen fra cylindrene ikke øger trykket i udstødsgassamlebeholderen, før turbinen udover middeltrykket i motorens skylle- og ladeluftsopta-gende receiver eller receivere.

Herved opnås det, at ombygningen kan foretages på simpel måde, 30 idet der undgås den for konventionelle motorer med jævntryksdre-ven eller jævntryksdrevne turboladere fælles udstødsgassamlebeholder, og i stedet anvendes der en udstødsgassamlebeholder for hver af den pågældende motors eksisterende turboladere, hvorved installationsarbejdet foretages let og sikkert, samtidig med at 35 der undgås de store udvidelser og sammentrækninger på grund-af de pågældende separate udstødsgassamlebeholderes moderate dimensioner.

Man behøver heller ikke at frygte uberegnelige svingninger, som ville kræve dæmpning, da man ikke behøver at tage hensyn til 3 146745 eventuelle resonans- eller inteferensfænomener, som vil kunne optræde ved anvendelse af en for samtlige cylindre fælles udstøds-ga s samlebeholder.

En udførelsesform for fremgangsmåden ifølge opfindelsen er 5 ejendommelig ved, at der anvendes udstødsgassamlebeholdere, som sammen med deres forbindelser til henholdsvis de tilhørende gruppers cylindre og den tilhørende turbine har et volumen, der er ca. 2,3 gange så stort som det samlede slagvolumen af de til den pågældende udstødsgassamlebeholder sluttede cylindre. Denne udfø-10 relsesform er hensigtsmæssig, idet de pågældende udstødsgassamle-beholdere derved opnår et passende lille volumen til sikring af let montering og håndtering, og samtidigt bliver de pågældende udstødsgassamlebeholderes volumen tilstrækkeligt stort til at undgå væsentlig tilbagestrømning fra udstødsgassamlebeholderne 15 og til cylindrene under skylleperiodens begyndelse.

Ved en optimaljustering af aktiveringskammene til åbning af udstødsåbningerne svarende til den fremtidige motorbelastning og den fremtidige drift af turbinerne som jævntryksdrevne turbiner opnås den maksimale besparelse i specifik brændselsolieforbrug.

20 Ifølge en udførelsesform for fremgangsmåden justeres aktiveringskammene til åbning af udstødsåbningerne til en forøgelse af forsinkelsen af disse åbningers åbning udover, hvad der er praksis ved sædvanlig ombygning til jævntryksturboladning, såfremt den fremtidige maksimale motorbelastning reduceres. En forøgelse 25 af forsinkelsen svarende til ca. 1° krumtapvinkel for hver 10%, den maksimale fremtidige motorbelastning nedsættes, er fundet hensigtsmæssig.

Opfindelsen skal herefter forklares nærmere under henvisning til tegningen, hvor 30 fig. 1 og 2 viser en motor, set henholdsvis fra siden og fra fra enden, som er velegnet til at blive ombygget under anvendelse af fremgangsmåden ifølge opfindelsen, og fig. 3, 4 og 5 en motor, set henholdsvis fra siden, fra enden og fraoven, efter at være ombygget under anvendelse 35 af fremgangsmåden ifølge opfindelsen.

Den i fig. 1 og 2 viste motor er en sekscylindret dieselmotor, der er turboladet ved hjælp af to turboladere 1 og 2, hvis turbineindløb, henholdsvis 3 og 4, er forbundet med motorens udstødsåbninger. Hver af turbineudløbene 3 og 4 er således forbundet med 146745 4 tre af motorens cylindre, nemlig ved hjælp af tre udstødsrør.

Både i fig. 1 og 2 er kun de to udstødsrør, som er forbundet med hver af de to turboladere 1 og 2, synlige, og disse udstødsrør er betegnet med henholdsvis 5,6 og 7,8. Det drejer sig om for-5 holdsvis korte udstødsrør, og udstødsrørene til hver turbolader er forbundet med cylindre, der arbejder faseforskudt 120^ i forhold til hinanden. De to turboladere 1 og 2's turbiner fødes således i impulsdrift, idet forafstrømnings- og udstødsimpulserne fra hver cylinder føres direkte til et delindløb i den tilhørende 10 turbines turbineindløb. Dette kræver en forholdsvis stor forafstrømning for at opnå tilstrækkelig effekt af turboladerne. På den anden side er turboladerne i stand til at føde motorcylindrene, også selv ved meget små belastninger. Denne fødning sker over en skylle- og ladeluftreceiver 9.

15 Fig. 3, 4 og 5 viser en tolvcylindret dieselmotor af prin cipielt samme opbygning som dieselmotoren ifølge fig. 1 og 2, men efter at være ombygget fra impulsdrift til jævntryksdrift af turboladerne ved hjælp af fremgangsmåden ifølge den foreliggende opfindelse.

20 Som det vil ses ved sammenligning af de to motorer, er de direkte forbindelser mellem udstødsåbningerne til hver cylindergruppe med tre cylindre og den tilhørende turbolader, henholdsvis 11, 12, 13 og 14, erstattet med en for hver turbine separat udstødsgassamlebeholder, henholdsvis 15, 16, 17 og 18, 25 som ved hjælp af et enkelt udløb, henholdsvis 20, 21, 22 og 23, er sluttet til den tilhørende turboladers turbineudløb, henholdsvis 25,26,27 og 28, og endvidere er hver udstødsgassamlebeholder forbundet med den tilhørende gruppe cylindres udstødsåbninger ved hjælp af tre korte rørbøjninger, henholdsvis 30a,30b, 30 30c og 30d. Som disse forbindelser 30a,30b,30c og 30d kan der i og for sig udmærket anvendes dele af de rørforbindelser,som oprindeligt forbandt de pågældende turboladere direkte med de pågældende cylindre, nemlig den i forhold til den pågældende cylinder nærmeste del af de pågældende ledninger, jfr. den 35 nedadgående bøjning i fig. 1 og 2, som i fig. 4 er drejet 190° efter at være gennemskåret et passende sted.

Hver af de enkelte cylindergruppers individuelle udstøds-gassamlebeholdere 15,16,17 og 18 fødes således af tre cylin- 5 1A 6 7 A 5 dre, der er faseforskudt 120° i forhold til hinanden..Udstødsgas-samlebeholderne 15,16,17,18 har et sådant volumen, at trykket deri ikke kommer til at overstige middeltrykket i motorens skylle- og ladeluftreceiver 31.

5 Ved motorer med grupper på hver fire cylindre forsynes hver gruppe med en udstødsgassamlebeholder som. forklaret i det foregående .

Ved ombygningen af den i fig. 3, 4 og 5 viste motor er der yderligere foretaget en justering af de kamme, der aktiverer moto-10 rens udstødsventiler, nemlig til forsinkelse af disses åbning og svarende til den påtænkte drift af turbinerne som jævntryks-drevne. Herunder har en forøgelse af forsinkelsen af udstødsåbningernes åbning svarende til ca. 1° krumtapvinkel for hver 10%, den maksimale fremtidige motorbelastning nedsættes, vist 15 sig at give optimalt resultat.

Ved den på tegningen viste udførelsesform er volumenet af hver af udstødsgassamlebeholderne 15,16,17 og 18 inklusive deres forbindelser 25,26,27 og 28 samt 30a,30b,30c og 30d valgt svarende til ca. 2,3 gange det samlede slagvolumen af de til hver ud-20 stødsgassamlebeholder sluttede cylindre.

I kraft af ombygningen opnås der så store oliebesparelser, at disse mere end opvejer de i forbindelse med ombygningen ifølge opfindelsen forbundne omkostninger set over motorens levetid.

Som det fremgår af det foregående, foregår ombygningen endvidere 25 forholdsvis simpelt, idet udstødsgassamlebeholderne takket være deres forholdsvis lille længde let lader sig anbringe på en allerede installeret motor, og desuden kan de oprindelige turboladere indgå i det ombyggede ladesystem efter tilpasning til den ønskede kapacitet og det ønskede tryk.