DK149988B - Udstoedsgasturboladet motoranlaeg indeholdende en forbraendingsmotor, isaer en dieselmotor - Google Patents

Description

i 149988

Den foreliggende opfindelse angår et udstødsgasturboladet motoranlæg indeholdende en forbrændingsmotor, især en dieselmotor med lavt kompressionsforhold, og i øvrigt af den i den indledende del af krav 1 angivne type med hjælpeforbrændingskammer.

05 Opfindelsen er ligeså velegnet i forbindelse med roterende mo torer som i forbindelse med stempelmotorer med frem- og tilbage gående stempelbevægelse. Endvidere er opfindelsen anvendelig i forbindelse med motorer med gnisttænding og særlig egnet ved motorer med kompressionstænding. Motoren ifølge opfindelsen repræsenterer 10 et særligt vigtigt teknisk fremskridt, når der er tale om motoranlæg indeholdende en 4-takt motor, som har et kompressionsforhold under 12 og helt ned til under 6, og som er trykladet af en turbokompressor, der har et højt trykforhold på op til værdien 6 eller mere og arbejder i nærheden af sin pumpelinie og dermed også har en høj 15 nyttevirkning.

Udtrykket "turbokompressor" skal her opfattes som også dækkende tilfælde, hvor der er indrettet flere turbiner og/eller turbinetrin, såvel som det tilfælde, hvor der er indrettet flere kompressorer eventuelt med efter kompressionen følgende luftafkølinger mel-20 lem kompressorerne.

Motoranlæg af den ovenfor angivne type kendes fra beskrivelsen til den ældre danske patentansøgning nr. 1823/73 (nu patent nr. 143.518).

Det deri beskrevne motoranlæg indeholder en til stadighed åben 25 omløbs- eller afledningskanal forsynet med en drøvleindretning, som tildeler den luft, som strømmer fra kompressoren mod turbinen, et tryktab, som er uafhængigt af afgangsmængden, og som stiger lineært med trykket ved kompressorafgangen (almindeligvis repræsenterende 5-15% af dette tryk). Tilstedeværelsen af den til stadighed 30 åbne afledningskanal muliggør, at turbokompressoren kan fungere som en selvstændig gasturbine og giver mulighed for at tilpasse denne til at fungere i umiddelbar nærhed af sin pumpelinie, hvorved kompressoren får en høj nyttevirkning.

Til trods for visse fordele ved sådanne anlæg er de behæftet 35 med en ulempe, som vil blive forklaret nærmere i det følgende.

Turboladeren vælges således, at den er tilpasset til motoren, når denne arbejder i det nominelle driftspunkt, dvs. ved den 2 149988 maksimale ydelse (maksimalt drejningsmoment og maksimal omdrejningstal). Denne tilpasning fordrer generelt, at kompressoren ud over den luftmængde, som forbruges af motoren, tilvejebringer en ekstra mængde af størrelsesordenen 5-15% af den af motoren for-05 brugte mængde, og denne ekstra luftmængde er bestemt til: 1) at opretholde en strømning i afledningskanalen, som giver mulighed for at fiksere trykdifferencen mellem kompressor og turbine, 2) at tilvejebringe den nødvendige oxygen til opretholdelse af 10 en tændflamme i hjælpeforbrændingskammeret, hvis et sådant findes, 3) at føde kølekredsløb for varme motordele (udstødsmanifold, eventuelle tændrør osv.) samt 4) at tilvejebringe den luftmargin, som er nødvendig for at tage hensyn til variationer i omgivelsernes tilstand samt luftfiltrenes 15 tilstopning.

Af økonomiske, konstruktive og driftsmæssige årsager har man tidligere foretrukket at vælge en kompressor, som opfylder ovenstående fordringer, men dette er ikke længere tilfældet.

Hvis man opretholder en i det væsentlige konstant temperatur 20 før den af motoren indsugede luft, vil den kurve, som repræsenterer motorens drift ved konstant omdrejningstal, (tryk/leverings-mængde-karakteristikken) være en ret linie, som passerer gennem nulpunktet i det mindste i forbindelse med en 4-takt motor. Derimod forskyder turbokompressorens driftspunkt sig på en kurve, som har 25 en mod tryk-aksen rettet konkavitet, og som passerer dels gennem et punkt for nominel tilpasning svarende til det nominelle tryk og en leveringsmængde på 5-15% mere end det af motoren forbrugte, og dels gennem et punkt, som repræsenterer en leveringsmængde af værdien nul for et trykforhold lig med værdien 1.

30 De to karakteristikker vil således nødvendigvis skære hinanden uanset motoromdrejningstallet (der kun kommer til udtryk som en formindskelse af hældningen for motorens afgangsmængde/tryk-- karakteristik, når omdrejningstallet aftager). Hvis man lader kom-pressor-trykforholdet falde indtil skæringspunktet og derefter vide-35 re forbi dette, vil der heraf følge en ophævelse og derpå en vending af luftstrømningen i afledningskanalen, hvilket hindrer motorens normale funktion og især enhver acceleration fra tomgang, som det 3 149988 vil fremgå tydeligere af det følgende.

En løsning, som umiddelbart vil komme på tale til afhjælpning af denne ulempe, består i at indsprøjte en brændstofmængde i hjælpeforbrændingskammeret under styring af regulatorindretninger, som 05 hindrer ladetrykket i at falde ned under en værdi, som er en smule større end det tryk, som svarer til kurvernes skæringspunkt. I forbindelse med de fleste motorer er denne løsning imidlertid meget lidt tilfredsstillende, da den i væsentlig grad forøger det totale brændstofforbrug, når motoren arbejder i tomgang eller ved lav be-10 lastning.

Den foreliggende opfindelse har specielt til formål at tilvejebringe et motoranlæg af den aktuelle type, hvori denne ulempe er afhjulpet i videst mulig omfang.

Opfindelsen tager ligeledes sigte på at udnytte eksistensen af 15 en trykdifferens mellem afledningskanalens tilgang og afgang, hvil ken trykdifferens er uafhængig af den luftmængde, som strømmer gennem kanalen (den differens som man genfinder mellem kompressorens afgang og turbinens tilgang), til at løse et problem, som er fælles for alle trykladede motorer med lavt kompressionsforhold, og 20 som en simpel drøvling af indsugningen har tendens til at forværre.

Det pågældende problem vedrører start af motoren og drift ved tomgang og lav ydelse, når omgivelsestemperaturen er meget lav. En løsning, som umiddelbart kommer på tale, består igen i at opretholde ladetrykket på et tilstrækkeligt niveau ved at forbrænde brændstof i 25 hjælpe kammeret. Denne løsning er imidlertid kostbar og kræver en selvstarter med særlig høj effekt.

Der kendes allerede trykladede dieselmotorer forsynet med et drøvlespjæld i motorindsugningen. Motorer af denne type er beskrevet i USA patentskrift nr. 2.633.698. I disse kendte motorer udfø-30 rer drøvlespjældet imidlertid en funktion, som er helt forskellig fra den i forbindelse med opfindelsen påtænkte, og spjældet fører ikke til samme resultat. Nærmere betegnet består det eneste opnåede resultat ved tilstedeværelsen af et spjæld i kendte motorer i en lettelse af motorens start ved lav omgivelsestemperatur. Ved en af-35 bremsning af luftstrømmen ved lukning af spjældet fremkaldes således en opvarmning af luften som følge af kompression før indsugning i motoren.

149988 4 I kendte trykfadede dieselmotorer kan der også være indrettet en recirkulationskanal for udstødsgasser. Det er imidlertid uundgåeligt at forsyne denne kanal med en Indretning til justering af forholdet mellem på den ene side luftmængden, som fremkommer fra en 05 kanal med stor åbning, og på den anden side mængden af udstødsgas. Reguleringen af denne indretning, der almindeligvis styres manuelt, kan kun være meget approksimativ og vil gøre en start i meget kolde omgivelser problematisk, dels hvis man recirkulerer for meget udstødsgas, hvilket gør forbrændingen ufuldstændig med ri-10 siko for at fremkalde kvælning af motoren, og dels hvis man ikke recirkulerer tilstrækkelig udstødsgas, hvilket hæmmer starten. Endvidere beskadiges reguleringsindretningen hurtigt af de gasser med høj temperatur, hvori indretningen er indsat.

Motoranlægget ifølge opfindelsen er ejendommeligt ved det i den 15 kendetegnende del af krav 1 angivne. Til forskel fra et motoranlæg af den type, der kendes fra den ovenfor nævnte patentansøgning nr. 1823/73 med et drøvlespjæld placeret efter kompressoren for at lette trykladede motorers start som i kendte arrangementer, angår den foreliggende opfindelse kombinationen af drøvleventilen og 20 midlerne til styring eller regulering af denne, som ved lav eller slet ingen belastning griber ind til forbedring af motorens driftsegenskaber, således som det vil fremgå af det følgende.

Motoranlægget ifølge opfindelsen afhjælper ovennævnte ulemper både i forbindelse med at opretholde kompressorens afgangstryk 25 over en vis bundgrænse og i forbindelse med start af motoren samt drift ved tomgang og lave motorbelastninger ved lave omgivelsestemperaturer. Med motoranlægget ifølge opfindelsen er der således opnået en forbedret driftsmæssig tilpasning af kompressor og motor og desuden en forbedring af mulighederne for start af motoren ved lave 30 omgivelsestemperaturer. Begge disse virkninger er opnået uden tilsvarende forøgelser af brændstofforbruget.

I anlægget ifølge opfindelsen vil kombinationen af en afledningskanal med et veldefineret tryktab og tilbageføringskanalen med stor åbning tillade en direkte regulering, ikke længere af forholdet 35 mellem de to strømninger, men derimod af lufttilførslen til motoren direkte til en sådan værdi, at motoren ikke vil blive overhedet ved udstødningen. Faktisk frembringer tilstedeværelsen af aflednings- 5 149988 kanalen to trykniveauer, som kunne benævnes "opstrøms" og "ned-strøms", og som er fastlagt entydigt i forhold til hinanden. Når drøvleventilen, som er placeret i motorens indsugning, kun frem-byder et tværsnit for luften, som er utilstrækkeligt til, at trykket i 05 indsugningsmanifolden kan være højere end nedstrømsniveauet, vil tilbageføringen gribe ind for at reetablere dette nedstrømsniveau og søge at fremkalde en varm atmosfære i indsugningsmanifolden ved et tryk svarende til nedstrømsniveauet. Drøvleventilens åbningsgrad er uden indflydelse på dette nedstrømstrykniveau, idet den til motoren 10 førte mængde frisk luft alene er en funktion af det gennemstrømningstværsnit, som drøvleventilen frembyder. Drøvleventilen kan således styres til at opretholde en fastlagt tilstand, eksempelvis opretholde en konstant værdi for motorens indsugningstemperatur, uden at det vil være nødvendigt at indrette en egentlig regulerings-15 sløjfe.

Tilbageføringskanalen kan være indrettet til at tilbageføre udstødsgas fra motoren alene, eller gasser som forlader hjælpekammeret, hvor sidstnævnte mulighed sædvanligvis vil være mest hensigtsmæssig, da den muliggør en forenkling af reguleringen, og de 20 gasser, som udtages ved hjælpekammerets afgang, indeholder kun lidt eller slet ingen uforbrændte kulbrinter i modsætning til udstødsgasserne. Endelig er forbrændingsgasserne langt varmere, hvilket giver mulighed for at recirkulere mindre gasmængder.

Tilbageføringskanalen kan simpelthen være en kanal med stort 25 tværsnit (for ikke at fremkalde tryktab af betydning) forsynet med tilbagestrømningshindrende indretninger (eksempelvis en ventil med en svag fjeder til forspænding mod ventilsædet). Reguleringssystemet for drøvleventilen kan være indrettet til at gribe ind, når motorbelastningen bliver mindre end en værdi, som stadig er større 30 end den værdi, hvor der sker indgreb ved hjælpeforbrændingskammeret med henblik på at opretholde kompressorens afgangstryk på en bundgrænse.

Ved igangsætning af et motoranlæg ifølge opfindelsen sker der en drøvling af motorens luftindtag under tomgang og ved lave ydel-35 ser for at begrænse den luftmængde, som tilføres motoren til en mellemværdi beliggende mellem kompressorens fulde afgangsmængde og den værdi, som ville føre til en for høj temperatur for motorens 149988 6 udstødsgasser. Samtidigt kan der hensigtsmæssigt ske en tilbageføring mod motorens indtag af en brøkdel af motorens udstødsgasser og fortrinsvis forbrændingsgasserne fra hjælpekammeret, uden at disse gasser udsættes for et nævneværdigt trykfald, og man re-05 gulerer den af motoren indtagne luftmængde ved en simpel regulering af gennemstrømningstværsnittet, som står til rådighed for luften.

Opfindelsen skal i det følgende forklares nærmere ud fra konkrete udførelsesformer og under henvisning til tegningen, hvor 10 fig. 1 er et skematisk diagram over et motoranlæg ifølge op findelsen indeholdende et hydromekanisk system til styring af drøv-leventilen, fig. 2 et diagram, som viser hvorledes leveringsmængde/tryk-karakteristikken for en motor og for en turbokompressor kan være 15 kombineret i anlægget ifølge fig. 1, fig. 3 kurver over effektvariationen for en motor, som er anvendelig i anlægget ifølge fig. 1, som funktion af motorens omdrejningstal og for forskellige værdier af udstødstemperaturen Te opstil en største tilladelig værdi på 650°C, og 20 fig. 4 en skematisk afbildning af en variant af anlægget i fig.

1.

Det i fig. 1 viste motoranlæg indeholder en motor 10, der i det foreliggende eksempel kan antages at være en 4-takt dieselmotor med lavt kompressionsforhold (mindre end 12) samt en turbokompressor-25 gruppe til trykladning og sammensat af en turbine 11 og en kompressor 12, hvis rotorer er forbundet med en aksel 13. Ved kompressorens 12 luftindtag, der kan være af centrifugaltypen, er der monteret en elektrisk startmotor 15 koblet til akselen 13 ved hjælp af en kobling 16. Kompressoren 12 har et højt trykforhold, eksem-30 pelvis større end 6. Som bekendt kan sådanne trykforhold opnås med til rådighed værende enkelttrinskompressorer. En luftkøler 17 forsynet med ikke viste midler, som gør det muligt at sætte køleren ud af funktion, er indskudt mellem luftkompressoren 12 og motorens indsugningsmanifold 18. Et hjælpeforbrændingskammer 19 forsynet 35 med en brændstoftilførsel 20 giver mulighed for at genopvarme gasser tilført fra motorens udstødsmanifold 21, før gasserne indføres i turbinen 11 i tilfælde af, at den i disse gasser indeholdte energi er 7 149988 utilstrækkelig til at drive turbinen.

En aflednings- eller omløbskanal 22, som er åben til stadighed under anlæggets drift, tillader, at luft, som er tilvejebragt af kompressoren 12, men som ikke indtages af motoren 10, kan strømme til 05 turbinen. Kanalen forbinder opstrømssiden af køleren 17 med hjælpeforbrændingskammeret 19. I kanalen 22 er der monteret en reguleringsventil 23, som tildeler den luft, som strømmer gennem kanalen mod kammeret 19, et tryktab Δ P = ~ P3/ som vokser i det væ sentlige lineært med trykket P^ ved kompressorudgangen, og som er 10 uafhængigt af den mængdestrøm, som passerer gennem kanalen.

Ventilen 23 kan bl.a. være udformet som en af de udførelsesformer, som er beskrevet i den tidligere nævnte patentansøgning nr. 1823/ 73.

Det hidtil beskrevne arrangement er kendt. Under henvisning 15 til fig. 2 skal der herefter gøres nærmere rede for de forhold, som indvirker pi anlæggets funktion ved lave tryk og ved lav ladeluftmængde, før den ved opfindelsen frembragte løsning skal belyses.

Motoren 10, som gennem køleren 17 modtager luft, der almindeligvis har en meget nær konstant temperatur (ca. 100°C), har en 20 karakteristik (variation af forbrugt luftmassestrøm Q som funktion af det relative ladetryk P^P^), som med konstant omdrejningstal N i det væsentlige er en ret linie, der passerer gennem nulpunktet, og hvis hældning bliver mindre, desto mindre omdrejningstallet er. I fig. 2 er der som eksempel punkteret vist karakteristikkerne AQ, 25 og A2 for en V8 dieselmotor med 800 HK og for N = 2000 rpm, N = 2500 rpm og N = 2800 rpm, hvor kurven A^ passerer gennem det nominelle motorarbejdspunkt P^.

Turbokompressoren fungerer som en gasturbine på grund af tilstedeværelsen af den til stadighed åbne afledningskanal 22, og 30 kompressoren 12 har en enkelt karakteristisk kurve B, der passerer gennem punktet Pg/P-j = 1 (P-j betegner atmosfæretrykket), og Q = 0 (Q betegner kompressorens massestrøm). Denne kompressorkarakteristik B er en konkav kurve, hvorpå der er angivet et eksempel i fig. 2. Karakteristikkens nøjagtige form afhænger af turbinens gen-35 nemtrængelighed, og det er ikke en enkel sag at modificere karakteristikken for en given turbokompressor. En tilfredsstillende tilpasning af kompressoren 12 til motoren 10 indebærer, at kompressorens 149988 8 nominelle arbejdspunkt Pc svarer til en Q-værdi, der ligger 5-15% højere end den Q-værdi, som svarer til motorens nominelle arbejds-Punkt PM.

Som det fremgår, må kurven B nødvendigvis passere ned under OS

A-kurverne i nærheden af nulpunktet, hvilket sker ved en P^/P^-værdi på π^ =1,7 ved 2500 rpm i det illustrerede tilfælde. Drift under dette punkt er udelukket, da dette vil resultere i en modsatrettet strømning i kanalen 22, og en udslukning af kammeret 19.

Selv drifttilstanden med et tryktab ΔΡ proportionalt med P0 - PQ vil 10 då ikke længere være opfyldt. Hvis man imidlertid nøjes med at styre brændstofindsprøjtningen ved hjælp af tilførselen 20 på en sidan måde, at trykket i manifolden 18, der detekteres af en føler 24, opretholdes på et niveau, som er tilstrækkeligt til, at der kan foregå en selvtænding, og hvis dette niveau svarer til en værdi π» for 15 d P2/P^ mindre end π^, vil man se, at det er umuligt at accelere fra tomgang til det nominelle omdrejningstal. Hvis eksempelvis π2 = 1,5 (som illustreret i fig. 2), er det umuligt at accelere fra tomgang til 2000 rpm og derover. Hjælpeforbrændingsskammeret 19 vil gå ud allerede før 2000 rpm pi grund af luftmangel, og da turbokompressor- 20 en ikke kan holdes i gang af udstødsgasserne fra motoren 10, der er af lav temperatur, vil motoren også gå i stå.

Denne situation vil kunne opstå og vil kunne forårsage funktionssvigt under en dobbelt udkobling i et køretøj eller under kørsel ned ad en hældning med motorbremsning, og ligeledes når et fartøjs 25 skrue gar fri af vandet eller kaviterer.

En simpel afhjælpning består i at forøge bundgrænsen π2, således at denne er større end π^, men dette vil føre til en væsentlig forøgelse af brændstofforbruget ved delbelastninger og ved tomgang. En anden løsning består i at forudsætte en kompressor, som i 30 det nominelle punkt Pc giver en leveringsmængde Q, som er meget større end den, som er nødvendig for motoren, men tilpasningen er i så fald dårlig. Faktisk vil den leveringsmængde, som går igennem afledningskanaien 22, være alt for stor, i det mindste ved drift under delbelastninger, og kølingen som følge af fortynding af 35 motorens udstødsgasser vil nødvendiggøre dels en forøgelse af genopvarmningen i kammeret 19 (og dermed en forøgelse af det totale brændstofforbrug) og dels en forøgelse af motorens udstødstempera- 9 149988 tur og en termisk overbelastning af dele af motoren.

Motoranlægget ifølge opfindelsen indeholder midler, som afhjælper ovenstående ulemper uden i tilsvarende grad at forøge forbruget ved tomgang og ved lav belastning, og således at der gives mulig-05 hed for at bibeholde en god tilpasning af kompressoren til motoren.

Disse midler omfatter: 1) en drøvling eller drøvleventil 25 for luftstrømmen mod motoren 10, hvilken drøvling er repræsenteret i fig. 1 af et spjæld, der kan erstattes af alle andre organer, hvori trykket pi den ene 10 eller den anden del af organet ikke udøver en virkning, som i betydende grad søger at åbne eller lukke organet, samt 2) et automatisk styre- eller reguleringsudstyr for drøvlingen 25, hvilket udstyr holder drøvlingen fuldt åben, når belastningen af motoren 10 er større end en fastlagt brøkdel (eksempelvis 20%) af 15 motorens nominelle effekt, og hvilket udstyr under denne tærskelværdi udfører en delvis lukning af drøvlingen 25 for at begrænse luftstrømmen mod motoren 10 til en værdi, som på den ene side er tilstrækkelig lille til, at strømmen i kanalen 22 muliggør kammerets 19 funktion, og samtidigt er tilstrækkelig stor til, at temperaturen 20 for kritiske komponenter i motoren 10 (sædvanligvis udstødningssystemet) ikke overstiger en fastlagt grænseværdi.

En sådan drøvling er ikke ugunstig for motoren. Faktisk ville motoren uden drøvlingen 25 og ved lav ydelse indtage langt mere luft, end det er nødvendigt for forbrændingen, og udstødstempera-25 turen ville være meget lavere end den største tilladelige temperatur.

Ved en given ydelse er udstødstemperaturen en stærkt stigende funktion af omdrejningstallet N (selve luft/brændstof-forholdet stiger omtrent proportionalt med N). Denne egenskab fremgår af fig. 3, som for givne værdier af udstødstemperaturen Te viser kurver over 30 variationen af en motors ydelse, udtrykt som en brøkdel F af den nominelle ydelse, som funktion af omdrejningstallet N, der er angivet som en brøkdel af det nominelle omdrejningstal N max. for et anlæg, hvis hjælpeforbrændingskammer 19 må sættes i funktion, når F er mindre end 20% for at opretholde Pg/P-j P® værdien og for 35 at sikre selvtænding. Man ser, at man ved lav belastning og højt motoromdrejningstal altid befinder sig i driftzoner, hvor udstødstemperaturen Tg er lav og kan forøges ved drøvling af indsugningen 149988 10 uden risiko for overhedning.

Det automatiske styreudstyr kan følgelig have en meget simpel indretning. Udstyret kan eksempelvis begrænses til et organ til indstilling af drøvlingen 25 og sammenknyttet med en temperaturføler 05 placeret i udstødsmanifolden samt et kredsløb, som aktiverer dette organ til opretholdelse af gasudløbstemperaturen pi en værdi, som dels er konstant og dels en funktion af N/Nmax i området under F = 20%. Uanset den benyttede styremetode vil dette resultere i en afbøjning af motorkarakteristikkerne for konstant omdrejningstal. I 10 fig. 2 er der som eksempel og stiplet vist afbøjningen af karakteristikken A^, der gælder for det nominelle omdrejningstal, hvor afbøjningens nederste del møder karakteristikken Aq og følgelig skærer kurven B i området under π

Det må dog bemærkes, at hjælpeforbrændingskammeret vil gå 15 ud, hvis motoren arbejder med en overhastighed på mere end 2800 rpm, uanset motorens belastning (idet kurven Ag svarende til denne hastighed ligger over kurven B). Der må således tilvejebringes en indretning, som muliggør genantændelse af hjælpekammeret 19 efter en passage med kraftig overhastighed, eller der må påbydes en kør-20 selsmåde, hvorved passager af for store overhastigheder undgås.

I den i fig. 1 illustrerede udførelsesform er drøvlingen 25 og dennes styreudstyr knyttet til en tilbageføringskanal 26 for varme gasser, som ved drøvlingens 25 aktivering reetablerer nedstrøms-trykket Pg i motorens indsugning ved tilførsel af varme gasser ud-25 taget fra udgangen fra hjælpeforbrændingskammeret 19. Kanalen 26 forbinder nedstrømssiden af hjælpekammeret 19, hvor trykket Pg hersker, med motorens indsugningsmanifold 18. I kanalen 26 er der indsat en kontraventil 27, som lukker kanalen, så længe som frisk luft, der har passeret igennem drøvlingen 25, indsuges af motoren 30 ved et tryk større end Pg.

Det må her erindres, at den luftmængde, som passerer drøvlingen 25, er fuldstændig bestemt af det gennemstrømningstværsnit, som drøvlingen frembyder, da ΔΡ = Pg - Pg kun er en funktion af Pg. Dette er, som en undersøgelse af motorens funktion vil vise, 35 årsagen til, at reguleringsudstyret for drøvlingen 25 kan være meget simpelt. Dette udstyr kan være begrænset til de i fig. 1 viste komponenter.

11 149988

Under drift ved lav ydelse (når trykket P2 svarer til en brøkdel F mindre end 20% af det nominelle tryk i det i fig. 3 illustrerede tilfælde) er luftkøleren 17 ude af funktion, hjælpeforbrændingskammeret 19 er i funktion, og drøvlingen 25 er delvis lukket. I denne 05 tilstand hersker der følgende tilnærmede relation mellem indgangstemperaturen Tg for blandingen af luft og udstødsgas i motoren, temperaturen T2 ved kompressorens afgang, temperaturen for de recirkulerede gasser, den indtagne luftmængde q og den samlede α mængde qm indsuget af motoren: 10 T5 = T2 + (1 ' % /qm> T3

Hvis det antages, at tryktabet ΔΡ = Pg - 9^, som skabes af reguleringsventilen 23, er proportionalt med P2, og at T2 og Tg kun 15 afhænger af (hvilket er det samme som at sige, at kompressoren har én enkelt liniekarakteristik), vil en simpel beregning vise, at Tg forbliver i det væsentlige konstant (ved en given omgivelsestemperatur), hvis det af drøvlingen 25 udviste tværsnit S er proportionalt med motoromdrejningstallet N, så længe som hjælpeforbrænd-20 ingskammeret griber ind for at opretholde P2 på bundgrænseværdien (π2 i fig. 2).

For at opretholde en konstant indsugningstemperatur under de driftsperioder, hvor hjælpekammeret 19 griber ind for at opretholde P2 på grænseværdien π2, er det under disse forhold tilstrækkeligt 25 at styre drøvlingen 25, således at tværsnittet S vil være proportionalt med motoromdrejningstallet N.

Anlægget i fig. 1 indeholder et automatisk reguleringsudstyr, der gør det muligt at opfylde denne tilstand, og endvidere at tage hensyn til variationer i omgivelsestemperaturen, hvormed temperatu-30 ren Tg (ved en givet værdi af P2) og indsugningstemperaturen er proportionale, si længe køleren 17 er ude af funktion. Denne kompensation bevirker, som det vil fremgå senere, en modifikation af proportionalitetsfaktoren mellem tværsnittet 5 og omdrejningstallet N.

Reguleringsudstyret kan betragtes som indeholdende: 35 1) en kilde som tilvejebringer olie eller ethvert andet hydraulisk fluidum under et tryk, som er proportionalt med kvadratet på motorens omdrejningstal N, 149988 12 2) en drivindretning koblet til drøvlingen 25, og 3) et kommutator- eller fordelerorgan styret af trykket P2, som hersker foran drøvlingen 25, og som, idet organet følger værdien af dette tryk, tilfører olietrykket til drivindretningen direkte eller ef- 05 ter en reduktion.

Olietrykkilden indeholder en oliepumpe 28, som drives af motoren 10, og som afgiver en leveringsmængde Q^, der er proportional med omdrejningstallet N, idet

Qh = ki N

10 Denne pumpe indtager olien fra et reservoir 29 og driver olien ind i et rør 30 forsynet med en forspændt ventil 31, der kun har til opgave at beskytte den hydrauliske kreds. Pumpens afgangstryk P^ er fikseret af en undvigelseskreds (eller flere) indeholdende en dyse med et gennemløbstværsnit, som er fast, eller som er funktion af 15 en driftparameter, som skal tages i betragtning.

I den illustrerede udførelsesform er der indrettet to parallelle undvigelseskredse, hvor den ene udgøres af en returkanal 32 til reservoiret forsynet med en dyse 33 med fast tværsnit s^, mens 20 den anden udgøres af en returkanal 34 til reservoiret forsynet med en dyse, hvis gennemløbstværsnit s2 er en funktion af stillingen for en nil 36, der bæres af en termometer kapsel 37, som udsættes for omgivelsestemperaturen T .

Trykket P^, som hersker i røret 30, er således bestemt ved 25 (når den første kreds er åben): 2 2

Ph = k2 N / (s.| + s2) , hvor k2 er en konstant.

Hvis trykket P^ kan nå op på 50 bar ved det nominelle omdrejningstal, vil ventilen 31 eksempelvis være forspændt eller forbelastet til 60 bar.

30 Drivindretningen udgøres af en hydraulisk enhed 38 med to trin indeholdt i en cylinder 39, nemlig 1) et hovedstempel 40, hvis stempelstang er koblet til en arm 52, der er forbundet med drøvlespjældet 25, og udsættes på sin ene side for atmosfæretrykket Pq og på den anden side for trykket P1^, 35 som hersker i et relækammer 42, hvor en tilbageføringsfjeder 41 virker imod, og 2) et styrestempel 43, som på den ene side påvirkes i en retning, 13 149988 der søger at fjerne stemplet 40 pi grund af trykket P1^ i kammeret 42 samt en forspændt modvirkerfjeder 44, og hvilket styrestempel på den anden side påvirkes af drivtrykket fra pumpen 28.

Kommutatororganet 45 har til opgave at tilvejebringe drivtryk-05 ket P'h ved en "alt eller intet"-virkning, nemlig a) værdien Pq, når ladetrykforholdet Pg/PQ er m*nc*re enc* en given værdi, f.eks. (fig. 2) og hermed fremkaldes en styring af drøvlespjældet 25 af stemplet 43 (stemplet 40 er i hovedsagen i ligevægt), og 10 b) værdien P^, når Pg/Pø er større end nævnte værdi π3, hvilket fremkalder en forskydning af stemplet 43, indtil dettes positionsgrænse (mod venstre i fig. 1), der svarer til en fuldstændig åbning af drøvlespjældet 25.

Kommutatororganet 45 udgøres af et hus indskudt i kanalen 32 15 efter forgreningen til kammeret 42, og i dette hus er der monteret en glider 46, der i den ene retning er udsat for en kraft udøvet af trykket Pg, og som i den anden retning er udsat for virkningen fra en forspændt fjeder 47. Fjederen 47 er forspændt eller forbelastet på en sådan måde, at glideren 46, når forholdet Pg/Pø er mindre 20 end værdien π^, indtager en stilling (vist fuldt optrukket), hvor glideren sætter kanalen 32 i forbindelse med udløbet, og når forholdet P2/pø passerer forbi denne værdi π3, afskærer glideren 46 forbindelsen (vist punkteret).

Hvis omgivelsestemperaturen Tq kan variere inden for vide 25 grænser, er det hensigtsmæssigt at tildele π3 en værdi, der er højere, når TQ er lavere. Til dette formål er det tilstrækkeligt som antydet punkteret i fig. 1 at udtage det tryk, som virker på glideren 46 ved et punkt i en undvigelseskanal til atmosfæren fra motorens 10 indsugning, hvilket punkt ligger mellem en dyse 48 med 30 konstant tværsnit og en dyse, hvis tværsnit styres af en nål 49 med en passende profil og båret af en termoføler 50.

Motoranlæggets igangsætning skal på baggrund af den foranstående beskrivelse kun omtales kortfattet under antagelse af, at det ikke påtænkes at modulere trykforholdet π3 som funktion af om-35 givelsestemperaturen Tq, men at der alene foretages en modulation af trykket P^ som funktion af denne temperatur Tq.

Af hensyn til en forenkling antages det, at turbokompressoren 149988 14 først sættes i gang og derefter føres op på driftshastigheden ved brug af startmotoren 15 og hjælpekammeret 19. Trykket har i så fald værdien nul, og ladetrykket er lavt. Fjedrene 41 og 44 fører stemplerne 40 og 43 til disses endeposition (mod højre i fig. 1), der 05 er fastlagt som svarende til den fuldstændige lukning af spjældet 25. Glideren 46 forbinder relækammeret 42 med udløbet.

Selvstarteren 51 for motoren 10 igangsættes derefter. Så længe motoren drejes rundt af selvstarteren, er dens omdrejningstal lavt (eksempelvis mindre end 250 rpm med et nominelt omdrejningstal på 10 2500 rpm.) Trykket P^ forbliver lavere end den værdi (f.eks. 0,5 bar), ved hvilken stemplet 43 begynder at forskyde sig under overvindelse af fjederens 44 forkompression (P1^ forbliver lig med Pq).

I denne situation starter motoren 10 under direkte indsugning af gasserne, som afgives af forbrændingskammeret 19, der gennem 15 afledningskanaien 22 modtager et stort luftoverskud, som er tilstrækkeligt til at forbrænde det i motoren 10 indsprøjtede brændstof.

Når motoren er i gang, men endnu i tomgang eller under lav belastning, og indtil værdien π3 af forholdet Ρ,,/Pq er opnået og 20 fremkalder organets 45 forskydning, vil drivindretningen 38 åbne spjældet 25 i tiltagende grad med henblik på, at gennemstrømningstværsnittet for luft (og således luftmængden) vil være i det væsentlige proportionalt med omdrejningstallet N, idet proportionalitetskoefficienten afhænger af Tq.

25 Til dette formål er det tilstrækkeligt, at profilen for spjældet 25 samt for det kammer, hvori spjældet forskydes, er indrettet således, at gennemløbstværsnittet varierer proportionalt med kvadratroden af stemplets 40 forskydning, regnet fra positionen svarende til fuldstændig lukning.

30 Når man passerer værdien π3 (der hensigtsmæssigt svarer til en værdi, der er en smule større end den værdi, hvorved hjælpekammeret 19 går over til vågeblus eller slukkes), ankommer glideren 46 til den i fig. 1 punkteret viste position, og P'h bliver lig med Ph (der samtidig vokser som følge af afspærringen af en undvigelses-35 vej).

Når anlægget er indrettet således, at turbokompressoren skal gå i gang og fungere selvstændigt ved hjælp af hjælpeforbrændings-

Claims (3)

149988 Kammeret før motorens igangsætning, er anlægget hensigtsmæssigt opbygget på en måde, som tillader en forvarmning af visse partier i det mindste af motoren ved hjælp af forbrændingsgasser fra kammeret 19. Motorens 10 start er således lettet. 05. den i fig. 4 illustrerede udførelsesform (hvor de allerede i fig. 1 viste komponenter har de samme henvisningstal) er dette resultat opnået ved at danne en midlertidig undvigelsesvej fra motorens indsugningsmanifold 18 til atmosfæren. Undvigelsesvejen indeholder en eller flere ledninger 53 med lille diameter, og hvis ud-10 munding i atmosfæren er forsynet med en ventil. Denne ventil udgøres i den viste udførelsesform af en kegle 54 båret af en kapsel 55 udsat for pumpens 28 afgangstryk på en sådan måde, at ventilen lukker automatisk, så snart motoren er startet. Denne ventil kan ligeledes være styret manuelt.

15 Efter turbokompressorens start, og mens drøvlespjældet 25 er lukket, vil en lille strøm af varme gasser (ca. 500°C), der kommer fra hjælpeforbrændingskammeret, trænge igennem indsugningsmanifolden 18 og undslippe derfra til atmosfæren under opvarmning af de metaldele, som gasstrømmen opnår kontakt med (strømvejen antydet 20 ved punkterede pile i fig. 4), og motorens start lettes således meget, og starten gøres meget pålidelig. I ovenstående beskrivelse har motoranlægget været beskrevet som indeholdende startindretninger, der muliggør starten af turbokompressorgruppen forud for motorens igangsætning. Disse ind-25 retninger er naturligvis ikke ubetinget nødvendige og er kun én af mulighederne for start af en motor, hvortil den foreliggende opfindelse er specielt tilpasset.

1. Udstødsgasturboladet motoranlæg indeholdende en forbræn dingsmotor (10), især en dieselmotor med lavt kompressionsforhold, og hvilket motoranlæg indeholder: et hjælpeforbrændingskammer (19), som er indsat i motorens udstødskanal før drivturbinen (11) for kompressoren (12) 35 en fra motorens ladelufttilførselskanai udgående afledningskanal (22), som fører til hjælpeforbrændingskammeret og indeholder en reguleringsventil (23),