DK150316B - Turboladeanlaeg til en dieselmotor med regulerbart styret skyllelufttilfaersel - Google Patents

Description

i 150316

Opfindelsen omhandler et turboladeanlæg til en dieselmotor og af den i kravets indledning angivne art.

Når man i de kendte dieselmotorer forsinker åbningstidspunktet for udstødningsventilen for at opnå et forøget ekspan-5 sionsarbejde af stemplet, vil skylleluftsportene åbnes, når ^ trykket inde i cylinderen endnu er højere end i skyllelufts-kammeret. Dette forårsager et udstødstilbageslag, hvor de i cylinderen resterende udstødsgasser strømmer tilbage i-gennem skylleluftsportene og ind i skylleluftskammeret.

10 Dette kan give anledning til aflejring af carbider i udstødsgasserne langs skylleluftsportene, og røggasserne trykkes igen tilbage i cylinderen under resten af skylle-perioden og nedsætter i væsentlig grad skylningseffektiviteten og forøger brændstofforbruget på grund af den med 15 utilstrækkelig lufttilgang følgende forværring af forbrændingsprocessen. Dersom man indbygger et ekstra kammer under stemplet til at skabe et kompenserende overtryk i skyl-leluftsanlægget under stemplets nedadgående ekspansionsbevægelse, nedsættes stemplets ydelse af den til denne kom-20 pression nødvendige effekt. Motorens brændstofforbrug kan derfor ikke formindskes ved at retardere åbningstidspunktet for udstødningsventilerne.

Opfindelsen har til formål at tilvejebringe et turboladeanlæg af den angivne art uden disse ulemper. 1 2 3 4 5 6

Dette opnås ifølge opfindelsen ved en konstruktion af den i 2 kravets kendetegnende del angivne art. Her er det muligt 3 at holde trykket inden for trykluftskammeret tilstrække 4 ligt højere end udstødningstrykket, idet skyllelufts- 5 trykket forøges af turbokompressortrykluften ved begyndel- 6 sen af skylleperioden til at udelukke udstødstilbageslaget uanset retardationen af åbningstidspunktet for udstødningsventilen til nedsættelse af motorens brændstofforbrug.

2 15031$

Opfindelsen forklares nærmere nedenfor i forbindelse med tegningen, hvor: fig. 1 er en skematisk afbildning af en konventionel totakts dieselmotor af den turboladede type, 5 fig. 2 er en skematisk afbildning af en konventionel totakts dieselmotor af den turboladede type med en stemplet underliggende pumpe, fig. 3 er et trykdiagram visende trykændringer i cylinderen og skyllelufts- og udstødningstrykkene under skylle/ 10 udstøds-slaget af et stempel i den konventionelle dieselmotor, fig. 4 er et tryk/slagvolumen-diagram for en arbejdscyklus i cylinderen, fig. 5 er et trykdiagram visende trykændringer inden i 15 cylinderen og skyllelufts- og udstødningstrykkene ved retardation af åbningstidspunktet for udstødsventilen i den på fig. 1 viste motor, fig. 6 er et diagram svarende til fig. 5 for motoren på fig. 2, 1 2 3 4 5 6 fig. 7 er en skematisk afbildning af en to-takts dieselmotor 2 af den turboladede type med et turboladeanlæg ifølge opfin 3 delsen, 4 fig. 8 er et vandret snit igennem motoren på fig. 7, og 5 fig. 9 er et trykdiagram visende trykændringer inden i 6 cylinderen og skyllelufts- og udstødningstrykkene under skylle/udstøds-slaget af et stempel i maskinen på fig. 7.

150316 3

Fig. 7 og 8 viser en dieselmotor med et stempel 1, en cylinder 2, en udstødningsventil 3 og et udstødsgrenrør 4, ind i hvilket der ledes røagasser fra cylinderen 2 igennem udstødningsventilen 3. En turbokompressor med en turbine 5 mod-5 tager konventionelt røggasser fra udstødningsgrenrøret 4.

Turbokompressorens blæser 6 drives parallelt med turbinen 5 på den samme aksel. Omkring cylinderen 2 er der udformet et skylleluftskammer 7 som det ene af et antal særskilte kamre for de respektive cylindre. I cylindervæggen er der 10 udformet skylleporte 8 til at åbne og lukke en forbindelsesvej imellem skylleluftskammeret 7 og cylinderen 2 under den opad- og nedadgående bevægelse af stemplet.

Et for cylindrene fælles trykluftskammer 101 er indrettet til at modtage trykluft fra turboblæseren 6. Der kan også 15 tilvejebringes ét trykluftskammer 101 for hver turboblæ-ser 6 eller for hver cylinder 2.

Imellem trykluftskammeret 101 og skylleluftskammeret 7 for hver cylinder 2 er der installeret en trykluftsstyreventil 102. Hver trykluftsstyreventil 102 drives af en aktivator 20 103 til at lukke og derved afskære forbindelsen imellem trykluftskammeret 101 og skylleluftskammeret 7 for den tilhørende cylinder, enten i hele åbningsperioden for den pågældende cylinders skylleporte 8 eller i det mindste en del af perioden, indbefattende lukningstidspunktet for portene 25 8, og til at åbne til trykladning under højt tryk fra tryk luftskammeret 101 i skylleluftskammeret 7 af den pågældende cylinder for resten af perioden.

Aktivatoren 103 er tidsprogrammeret med motorens krumtaps-vinkel til at åbne eller lukke trykluftsstyreventilen 102.

30 På fig. 7 er aktivatoren 103 vist som en oliehydraulisk cylinder, men den kan også være elektrisk eller kamdrevet.

Trykluftsstyreventilen 102 kan tilvejebringes for hver af 150316 4 cylindrene 2, eller alternativt kan kun visse cylindre udstyres med sådanne ventiler. I sidstnævnte fald holdes trykluftskammeret 101 i forbindelse med skylleluftskamrene 7 for de resterende cylindre 2, der ikke er udstyret med 5 styreventilerne.

Turboladeanlægget ifølge opfindelsen virker på følgende måde:

Luft under et højt tryk presses fra blæseren 6 ind i trykluftskammeret 101 og derfra ind i skylleluftskammeret 7 10 igennem trykluftsstyreventilen 102, når denne ventil åbnes af aktivatoren 103 under det tidsrum, i hvilket skylle-portene 8 forbliver lukket af stemplet 1 under dettes kompressions- og ekspansionsslag. Når trykket inden i skylleluftskammeret 7 er steget til at være lig med trykket i 15 trykluftskammeret 101, lukkes trykluftsstyreventilen 102 af aktivatoren 103.

Når stemplet 1 bevæges nedad og blotter skylleportene 8, strømmer luften under tryk fra skylleluftskammeret 7 ind i cylinderen 2 igennem portene 8 og driver de tilbageværende 20 røggasser helt ud af cylinderen igennem udstødningsventilen 3 og ind i udstødningsgrenrøret 4.

Trykket inden i skylleluftskammeret 7 falder, når luftens rumfang aftager som følge af skylleluftens indtrængning i cylinderen 2. Trykket inden i cylinderen 2 aftager også, 25 indtil dette og skylleluftstrykket begge er formindsket til niveauer i det væsentlige lig med udstødningstrykket umiddelbart før stemplet 1 har passeret sit nederste dødpunkt og under sin tilbagebevægelse igen dækker skylleportene 8.

Fig. 9 er en graf, der viser trykændringerne inden i cy-30 linderen (fuldt optrukket linie), skylleluftstrykket 150316 5 (kortstreglinie), udstødningstrykket (stiplet linie) og trykket inden i trykluftskammeret (priklinie) under skylle/ udstøds-trykket i motoren ifølge opfindelsen. Da ladetrykket kan indstilles højere end udstødningstrykket, som beskrevet 5 nedenfor, opretholdes det høje skylleluftstryk indtil det tidspunkt SPO, hvor skylleportene åbnes. Selv om åbningstidspunktet for udstødningsventilen 3. forsinkes for at forøge det virksomme ekspansionsslag af stemplet 1 og derved formindske motorens brændstofforbrug, er trykket inden i cylinderen 10 efter åbningen af skylleluftsportene 8 mindre end trykket inden i skylleluftskammeret 7, og tilbageværende røggasser har ingen mulighed for at strømme tilbage igennem skylleluftsportene 8 og ind i kammeret 7.

Mængden G af skylleluft pr. arbejdscyklus kan, når den 15 totale åbningstid og areal af skylleportene 8 er passende, tilnærmelsesvis udtrykkes som

Gs - (Pb - P.l> · “s - hvor er trykket inden i trykluftskammeret, Pg^ er udstødningstrykket, og \l er rumfanget af skylleluftskamme-

S

20 ret.

På den anden side bestemmer energibalancen imellem turbinen 5 og blæseren 6 af turboladeren niveauet af trykluftskammertrykket Ρ^ i forhold til udstødningstrykket Pe^.

Dette trykforhold kan forøges ved at forøge turboladerens 25 effekt, eller ved at formindske skylleluftsmængden og for øge udstødningstemperaturen.

For normalt ladede motorer afhænger differensen imellem skyl-leluftstrykket og udstødningstrykket i stor udstrækning af fluidernes strømningsmodstand forbi skylleluftsportene 30 og udstødningsventilen. Da de to tryk har praktisk taget samme niveau, vil en forøget effekt af turboladeren blot 6 150315 forøge skylleluftens strømningshastighed og formindske udstødningstemperaturen, idet skylleluftstrykket i forhold til udstødningstrykket forbliver næsten uændret.

I motoren ifølge opfindelsen muliggør derimod et passende 5 valg af voluminet Vg af skylleluftskamrene 7 at forøge ladetrykket med en forøget turboladereffekt, og i sammenligning med den kendte teknik vil også turboladerens energibalance tilvejebringe en mindre luftmængde og en højere udstødningstemperatur med en deraf følgende for-10 øgelse af den brøkdel af udstødningsenergi, som kan genindvindes af turboladerens turbine.

Selv om opfindelsen er beskrevet for en to-takts dieselmotor af jævnstrømsskylleluftstypen, hvor hver cylinder er forsynet med skylleporte og en udstødningsventil, for-15 stås det, at opfindelsen også er anvendelig for to-takts dieselmotorer af sløjfestrømstypen, hvor hver cylinder i stedet for udstødningsventilen har udstødsporte beliggende over skylleportene.

20 Turboladeanlægget ifølge opfindelsen frembyder følgende fordele: (1) Da der anvendes et lade- og skylleluftstryk, der er højere end udstødningstrykket, til skylning på det tidspunkt, hvor skylleportene åbnes, kan åbningstidspunktet 25 for udstødningsventilen forsinkes uden risiko for, at udstødsgasserne kan strømme tilbage fra cylinderen igennem skylleportene ind i skylleluftskammeret. Herved undgås en forringelse af forbrændingscyklus'en som følge af for-koksning af skylleportene eller en formindskelse af skyl-50 leeffektiviteten. Forsinkelsen af åbningstidspunktet for udstødningsventilen muliggør således at forøge stemplets effektive ekspansionsslag og derved at formindske motor-rens brændstofforbrug.

150316 7 (2) Det høje skylleluftstryk påvirker slet ikke motorens brændstoføkonomi, fordi det opnås ved at genvinde den udstødningsenergi, der eksempelvis skyldes den forøgede effektivitet af turboladeren og den forøgede udstødnings-5 temperatur med nedsat luftforbrug, og ikke som følge af stemplets kompressionsarbejde som i de konventionelle stempelkonstruktioner med underliggende kammer.