DK155844B

DK155844B - Fremgangsmaade til regulering af en forbraendingsmotors driftstilstand, og en saaledes reguleret motor

Info

Publication number: DK155844B
Application number: DK403982A
Authority: DK
Inventors: Remi Curtil
Original assignee: Semt
Priority date: 1981-09-10
Filing date: 1982-09-09
Publication date: 1989-05-22
Also published as: US4561253A; KR890002317B1; IN158573B; NO156703B; FR2512496B1; EP0075502B1; FI823103L; FR2512496A1; FI823103A0; FI70451C; ES515644A0; JPS5870023A; YU45544B; NO156703C; NO823058L; ES8306221A1; SU1259964A3; DE3272146D1; DK155844C; FI70451B

Description

i

DK 155844 B

Den foreliggende opfindelse angår en fremgangsmåde til regulering af en trykladet forbrændingsmotors driftstilstand og den således regulerede trykladede forbrændingsmotor.

5

Opfindelsen angår især en fremgangsmåde til forbedring af driftstilstande i en trykladet forbrændingsmotor, som følger en firtaktscyklus og fortrinsvis er en dieselmotor med øjeblikstænding ved hjælp af kompression.

10

Fra den hidtidige teknik kendes f.eks. fra den danske patentansøgning nr. 490/80 allerede en fremgangsmåde til forbedring af ydelsen i en firetakts motor, f.eks. en dieselmotor, der tryklades med et konstant tryk, og som er af typen med fast forhåndslukning af 15 indstrømningsventilen, og hvor en styring sker ved en delvis overlapning, som f.eks. er forholdsvis stor i åbningsperioderne for henholdsvis udstrømningsventilen og indstrømningsventilen fra samme cylinder, for at tilvejebringe en reserve af luft eller kølige produkter umiddelbart nedenstrøms udstrømningsventilen, og i hvilken 20 motor der ved anvendelse af det såkaldte Mi lier-princip sker en automatisk og progressiv formindskelse af det volumetriske eller det effektive kompressionsforhold samt af temperaturen ved kompressionens afslutning under en periode, som strækker sig fra tidspunktet efter den første tænding (ved igangsætning) indtil opnåelsen 25 af den nominelle effekt, idet den naturlige udvikling af forholdet mellem trykket i den komprimerede luft til trykladning og modtrykket i udstrømningsgasserne fra motorens arbejdscylindre tages i betragtning. Til opnåelse af dette sker der ifølge den kendte fremgangsmåde en forhåndslukning for luftindstrømningen, en i det 30 mindste delvis lukning for gasudstrømningen under den største del af luftindstrømningsfasen og en delvis genåbning og lukning for udstrømningen i nærheden af stemplets nedre dødpunkt efter lukning for luftindstrømningen. Denne fremgangsmåde består således i at variere hver cylinders fyldningskoefficient eller fyldningsgrad som en 35 funktion af de aktuelle tryk ved henholdsvis luftindstrømni ngen og gasudstrømningen i cylinderen.

Denne kendte teknik er især forbundet med følgende ulempe: Den tilstræbte forbedring af fyldningskoefficienten eller -graden vil, 2

DK 155844 B

navnlig ved middeltryk ifølge den såkaldte skruebevægelseslov, være klart utilstrækkelig, fordi den afhænger for meget af forholdet mellem de respektive tryk i luftindstrømningen og i gasudstrømningen, hvilken sidste er maksimal i dette område, med en util-5 strækkelig forbedret forbrændingsoverskudsluft, og en utilstrækkelig reduktion af den termiske belastning (især fra hver udstrømningsventils temperatur) i motoren til følge.

Fra den hidtidige teknik kendes også en fremgangsmåde, ved hvilken 10 man benytter en afledt mængde komprimeret luft til mellem motorens indsugning og udstrømning at opretholde et vel defineret belastningstab for at muliggøre, at motorens turbotrykladekompressor (især når der anvendes en centrifugal kompressor) kommer til at virke som en gasturbine nær pumpelinien og følgelig giver en forøget ydeevne af motoren.

Anvendelsen af effekten fra en afledt mængde komprimeret luft inden for det funktioneringsområde for motoren, hvor denne effekt kan udnyttes, bidrager ganske naturligt til en forøgelse af udstrøm-20 ningstrykket, som er mere betydningsfuld end en forøgelse af lufttrykket, uden at udstrømningstrykket behøver at nå samme størrelse som lufttrykket.

Opfindelsens grundlæggende ide er især den nye kombination af en 25 delvis lukning af udstrømningsventi len under det meste af indsugningsfasen, af en delvis genåbning af denne ventil og derpå af -virkningen opnået ved hjælp af den afledte mængde af komprimeret luft.

30 Takket være denne kombination er det muligt at opnå en forøgelse af luftmassen inde i cylinderen, hvilket ville være umuligt med en styring alene med klassiske ventiler og en dertil afpasset effekt fra komprimeret luft. Opfindelsen udnytter således et fysisk fænomen (formindskelse af differential trykket mellem lufttilstrømningen og 35 gasudstrømningen), som ellers er blevet anset for ugunstigt, idet det nu bliver udstrømningstrykket, som endeligt bestemmer den ovenfor definerede fyldningsgrad for cylinderne.

For at opnå denne virkning består fremgangsmåden ifølge opfindelsen

DK 155844B

3 i en kunstig ændring af den naturlige udvikling af de omhandlede tryk for at tilvejebringe en selektiv variation af cylinderfyld-ningsgraden.

5 Det er derfor formålet med opfindelsen at angive en fremgangsmåde til forbedring af en firetakts, trykladet forbrændingsmotors driftstilstand, hvor motoren er af den art, som har en fast lukning forud for indstrømningen og en delvis overlapning af åbningsperioderne for henholdsvis udstrømnings- og indstrømningsventilen for den 10 samme cylinder og i det mindste en delvis genåbning og lukning for udstrømningen nær stemplets nedre dødpunkt efter lukningen af indstrømningen, hvilken fremgangsmåde består i at variere cylindrenes fyldningsgrad som en funktion af de aktuelle tryk for henholdsvis indstrømning og udstrømning for hver af motorens cylindre, og som er 15 karakteristisk ved, at udstrømningsventilen er delvist lukket under det meste af indstrømningsfasen, ved at cylindrenes fyldningsgrad forøges ved at forøge udstrømningstrykket, således at dette bliver større end lufttrykket, ved hjælp af en selektiv udtagning af en afledt strøm af komprimeret luft til trykladning som en funktion af 20 motorens omdrejningshastighed og/eller dens aktuelle belastning og ved at tilsætte denne strøm til udstrømningsgasserne opstrøms deres ekspansion, som skaber den effektive energi.

Man opnår således især på grund af en trykstigning, at en større 25 luftmængde indesluttes i hver cylinder på kompressions-og forbrændingstidspunktet, og får dermed et bedre masseforhold mellem blandingen af luft og brændsel (herefter kaldt overskydende forbrændingsluft) og en større mængde komprimeret luft såvel som et større trykladningstryk med følgende fordelagtige konsekvenser til et ved 30 et lavt eller middelstort omdrejningstal for motoren givet funkti oneringstidspunkt:

Forbedring af startbetingelserne med kold motor.

35 - Forbedring af forbrændingens ydelse og dermed af brændselsøko nomien og følgelig en yderligere, umiddelbar forøgelse af det nævnte luftoverskud.

Formindskelse af tændingsintervallet og af 4

DK 155844 B

trykstigningsgradienten og følgelig en evne til at forbrænde brændstoffer med 1avere oktantal.

Formindskelse af udslip især af sort røg.

5

Reduktion af kompressorens pumpegrænse mod en lavere motoromdrejningshastighed, hvilket især er af betydning, når der anvendes en centrifuga!kompressor til trykladning.

10 - En væsentlig formindskelse af motorens lyd- eller støjniveau, især ved tomgang og ved svage belastninger, på grund af en effektiv regulering af mængden af forbrændingsprodukter, hvilket desuden medfører en mærkbar reduktion af udslip af nitrogenoxider i udstødningen (hvorved den atmosfæriske for-15 urening formindskes).

Nævnte styring, der er forbundet med den benyttede mængde afledt komprimeret luft, gør det muligt ved en given motoromdrejnings-hastighed ved lave eller middelstore omdrejningstal at forøge det 20 effektive middeltryk og således drivmomentet, der tilvejebringes af hver cylinder. Det anvendelige driftsområde udstrækkes således mod større momenter og lavere omdrejningshastigheder.

Hensigtsmæssigt regulerer man ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen 25 cylinderfyldningsgraden ved hjælp af ren luft under startperioden forud for den første tænding ved at øge udstrømningstrykket i forhold til indstrømningstrykket. I denne forbindelse er det under startperioden især fordelagtigt at indføre et styret belastningstab i indstrømningen og/eller i udstrømningen.

30

Ifølge et andet karakteristisk træk for opfindelsen svarer den ovenfor nævnte delvise lukning af hver udstrømningsventil til en residuel ventilåbning, der højst er lig med ventilens driftsspillerum. Denne foranstaltning medfører den fordel, at der undgås yder- · 35 ligere stød (og dermed slid) mellem udstrømningsventilen og dens sæde, hvilket ellers ville opstå ved en total lukning af ventilen før dens delvise genåbning. Desuden forbedrer denne residuelle åbning afkølingen af udstrømningsventilen (jfr. isfer dansk patentansøgning nr. 556/79). Der anvendes ikke en fortsat større residuel 5

DK 155844 B

ventilåbn.ing uden genåbning således som vist ved kurven ^ på fig.

2 i den tidligere nævnte danske patentansøgning nr. 490/80, da det effektive frie tværsnitsareal af strømningspassagen omkring stemplets nedre dødpunkt i så fald vil være utilstrækkeligt til at 5 opnå den ønskede effekt, og desuden vil en endnu større residue! åbning medføre ulemper (overskydende indsugning af gas i visse driftstilstande, som f.eks. under tomgang eller overgang til den egentlige driftsfase, hvor udstrømningsgastrykket er større end lufttrykket).

10 Nærværende opfindelse angår endvidere en firetakts, trykladet forbrændingsmotor, i hvilken knastakslen ud for hver udsugningsventil er forsynet med en hovedkam til normal åbning, en hjælpekam til delvis åbning anbragt forskudt bagud i knastakslens omdrejningsret-15 ning i forhold til hovedkammen, og hvor en afgreningsledning forbinder udstrømningsledningen for komprimeret luft fra kompressoren med et punkt på mindst en eller hver udsugningsmanifold på motoren, kendetegnet ved at knastakslen for udstrømingsventilerne er forsynet med en mellemliggende kam til residuel åbning af en udstrømnings-20 ventil, hvilken mellemliggende kam er anbragt indpasset i forhold til både hovedkammen og hjælpekammen.

Opfindelsen vil blive forstået bedre, og andre hensigter, karakteristika, detaljer og fordele ved den vil fremgå tydeligere af den 25 efterfølgende detaljerede beskrivelse under henvisning til den medfølgende skematiske tegning, som udelukkende angiver et ikke-be-grænsende eksempel på en foretrukket udførelsesform for opfindelsen, og hvor 30 fig. 1 viser et diagram, der illustrerer den forbedrede styring af indstrømnings- og udstrømningsventiler ifølge opfindelsen med variationen af den relative værdi for ventilernes åbning H (i forhold til den totale eller maksimale løftning), hvor åbningen er angivet langs ordinataksen som en funktion af 35 den relative vinkelstilling (udtrykt i sexagésimalgrader og afsat langs abscisseaksen) for motorens krumtapaksel, 1 2 viser et snit af en knast for en udstrømsventil og med en virkningsprofil ifølge opfindelsen, 6

DK 155844 B

fig. 3 viser et samlet principdiagram for en dieselmotor, der reguleres ifølge opfindelsen, 5 fig. 4 viser en grafisk fremstilling, hvor der, som funktion af den relative værdi for motorens aktuelle omdrejningshastighed N (i forhold til motorens nominelle omdrejningshastighed) afsat langs abscisseaksen, er angivet den relative værdi af det øjeblikkelige, effektive middeltryk Pme (i forhold til 10 det nominelle effektive middeltryk) afsat langs ordinataksen som funktion af forskellige, relative værdier for motorens aktuelle effekt P (i forhold til motorens nominelle effekt), hvilke forskellige, relative værdier er angivet ved et antal parametriske kurver og en kurve, der repræsenterer skrue-15 bevægelsesloven for det effektive middeltryks variation som funktion af motorens omdrejningshastighed, og fig. 5 viser en grafisk fremstilling af forskellige karakteristiske kurver for motorens driftsparametre under funktionering 20 ifølge skruebevægelsesloven, idet grafikken som funktion af motorens aktuelle, relative belastning eller effekt og som funktion af motorens aktuelle, relative, effektive middeltryk (afsat langs abscisseaksen) især viser de respektive . variationer i den relative værdi for den benyttede, afledte 25 mængde komprimeret luft (i forhold til den maksimale mæng de), de respektive variationer i de totale tryk for henholdsvis indstrømningsluft P^ og udstrømsgas P^ (udtrykt i bar), de respektive variationer i luftoverskud ac, de respektive variationer i fyldningsgraden rt og de respektive 30 variationer i udstrømsventilen Τ's temperatur (udtrykt i °C), alle afsat som ordinater.

Idet der refereres til den på fig. 1 viste udførelsesform, som med en kurve E angiver åbningen af en udstrømningsventil og med en kurve 35 A angiver åbningen af en indstrømningsventil under en arbejdscyklus for en fi retaktsmotor, vil den rette, vandrette, stiplede linie By der har en lille højde over abscisseaksen, repræsentere kompenseringsværdien for ventilernes driftsspillerum, således at det er denne referencelinie B, der symboliserer den reelle stilling for 7

DK 155844 B

nulniveauet, d.v.s. ventilernes totale lukning. Ved at gå frem fra venstre mod højre på dette diagram vil ventil bevægelserne foregå således: Kurven E for udstrømningsventilen viser starten af udstrømsventilens åbning ved EQ med et forspring, f.eks. i størrel-5 sesordenen 55° i forhold til stemplets nedre dødpunkt PMB, hvorefter der sker en progressiv åbning, indtil en total åbning ved Ej har fundet sted ca. 50° efter det nedre dødpunkt PMB; denne åbning opretholdes over ca. 100° indtil E2, hvorefter en progressiv lukning begynder ved E2 ca. 30° før stemplets øvre dødpunkt PMH og fort-10 sætter efter dette punkt, indtil der er opnået en delvis lukning eller resi duel åbning ved E3 ca. 60° efter det øvre dødpunkt PMH; denne resi duel le åbning opretholdes over ca. 60° indtil E^; den residuelle åbning af udstrømningsventilen svarer tilnærmelsesvis til ventilens driftsspillerum; derefter begynder en delvis genåbning ved 15 E^ ca. 60° før det nedre dødpunkt PMB, og denne genåbning udføres progressivt over ca. 40° til en maksimal værdi E5, der f.eks. er ca.

20%, og som ca. er placeret 20° før det nedre dødpunkt PMB; og endelig følger en progressiv lukning startende fra den maksimale værdi for Eg og sluttende med den totale lukning ved Eg ca. 25° 20 efter det nedre dødpunkt PMB.

Kurven A for indstrømningsventilens åbning har en begyndende åbning ved Aq ca. 40° før det øvre dødpunkt PMH; derefter sker en progressiv åbning, indtil en total åbning er opnået ved Aj ca. 65° efter 25 det øvre dødpunkt PMH; derefter følger en progressiv lukningsbevægelse fra den maksimale åbning Aj indtil en total lukning ved A2, som finder sted ca. 5° før det nedre dødpunkt PMB.

Det ses heraf, at både udstrømnings- og indstrømningsventilen har et 30 forspring ved åbningen. Indstrømningsventilen har endvidere et forspring ved lukningen, medens udstrømningsventilen har en forsinkelse ved lukningen. Det skal bemærkes, at de førnævnte vinkelværdier kun er givet som et eksempel og kan varieres, afhængigt af motortypen.

35

Kurverne for de to ventiler, henholdsvis udstrømningsventilen E og indstrømningsventilen A, krydser eller skærer hinanden henholdsvis i punkterne Cj og C2 og tilvejebringer således en delvis overlapning af deres respektive åbningsperioder, hvilken overlapning er

DK 155844B

8 repræsenteret i fig. 1 ved den skraverede zone, som er begrænset dels af den rette, vandrette linie B og dels af linierne A^EgE^Ag. Området AqCjE3 svarer til skyl lefasen for cylinderens udstrømningsgas, men kan udelades eller formindskes, f.eks. til 5 fordel for overlapningen E^CgAg, for de forbrændingskamre, der ikke tillader en væsentlig delvis overlapning mellem åbningen af udstrømnings- og indstrømningsventilen omkring PMH. Punktet Cj ligger f.eks. ca. 15° efter det øvre dødpunkt PMH og svarer til en åbning i størrelsesordenen 58%, medens punktet Cg f.eks. er ca. 38° før det 10 nedre dødpunkt PMB og svarer til en åbning på ca. 15%.

På den grafiske fremstilling i fig. 1 er ordinatværdien for ventilens spillerum vist ved den rette, vandrette linie B, som f.eks. svarer til ca. 2½% af den totale åbning H, således at den residuelle 15 åbning E^-E^ for udstrømningsventilen f.eks. er i størrelsesordenen 1,5% af den totale åbning H.

Den delvise genåbning, der er vist gennem delen E^-Eg-Eg af kurven E, svarer til en supplerende fyldningsfase, der automatisk styrer 20 samvirket mellem udsugningsmanifolden og cylinderen ved hjælp af udstrømningsventilen, der lukkes igen lige efter stemplets nedre dødpunkt PMB men efter lukningstidspunktet for indstrømningsventilen.

25 I fig. 2 er der vist en udførelsesform for udstrømn i ngsvent i lens knastakseldel 1, som gør det muligt at tilvejebringe den på fig. 1 viste kurve E for udstrømningsventilens åbning. Knastakselen 1 samvirker kontinuert med en ventilløfterulle 2 på en ventil vippearm og har radialt fremspringende og udadrettet i forhold til basisom-* 30 kredsen 3:

En større hovedkam 4, som bevirker den totale åbning H af udstrømningsventilen efter kurvedelen EQ-Ej-Eg-E3 på kurven E; 35 - En mindre kam 5, der regnet i omdrejningsretningen for knast akslen er placeret bagved den større kam 4 (modsat pilene, hvoraf én er vist på fig. 2), og idet den mindre kam 5 støder op til hovedkammen 4, bevirker den opretholdelsen af en residue! åbning hj af udstrømningsventilen over delen Eg-E^ på 9

DK 155844 B

kurven E, da kammen 5 er koncentrisk med basisomkredsen 3 på en sådan måde, at der til sikres en konstant åbning, og en yderligere kam 6, der følger efter den mindre kam 5 modsat 5 den nævnte omdrejningsretning for knasten, og idet denne kam 6 støder op til kammen 5 vil den med sin punktformede top sikre en delvis genåbning, som svarer til en åbning h2, der f.eks. er lig med 20% af den totale åbning H (størrelsen ved total mangel på ventilspillerum) over delen E^-E^-Eg på kurven E for ud-10 strømningsventilen, ligesom kammen 6 ved sin bageste ende støder op til basisomkredsen 3 for knasten, hvilken del af basisomkredsen svarer til den totale lukningsperiode for udstrømningsventilen.

15 Fig. 3 viser en praktisk udførelsesform for opfindelsen anvendt i en forbrændingsmotor med frem- og tilbagegående stempler, såsom en dieselmotor 7 med i det mindste en række cylindre 8 på linie, f.eks. i et antal af seks. Motoren kan selvfølgelig have flere cylinderrækker, f.eks. to rækker cylindre placeret i V-form, i hvilket 20 tilfælde det er fordelagtigt at have ét trykladningsblæseaggregat pr. cylinderrække. Motorens cylinderrække eller -rækker har en indsugningsmanifold 9 og mindst én udsugningsmanifold 10 for forbrændingsgasser, som med en række på fire til ti cylindre fordelagtigt kan udgøres af en enhed pr. række, og som kan være af en type, 25 der kaldes impulsmodul konverter, og som i sig selv er kendt. Motoren frembringer en nytteeffekt, der opnås via en aksel 11, der er beregnet til at drive en energimodtager eller et lignende apparat 12, som udgør motorens belastning.

30 Motoren 7 er trykladet ved hjælp af mindst én turbokompressor 13 med et eller flere trin omfattende en luftkompressor 14, fortrinsvis en centrifugal kompressor, der ved en mellemaksel 15 er direkte og mekanisk sammenkoblet med en turbine 16, som fortrinsvis er af aksi al typen, og som drives ved hjælp af motorens udstrømningsgasser.

35 Kompressorens afgangsåbning er gennem en ledning 17 forbundet med motoren 7's indsugningsmanifold 9 via en varmeveksler 18, der virker som en luftkøler for afkølingen af den komprimerede luft til motorens trykladning, idet varmevekslerens gennemstrømningsvej for varmt fluid, der skal afkøles, er monteret i serie med ledningen 17,

DK 155844B

10 medens dens gennemstrømningsvej for koldt fluid er forbundet med en kølefluidkreds. Turbinen 16's gasindgangsåbning er gennem en ledning 19 forbundet med afgangsåbningen fra motorens udsugningsmanifold 10.

5 Den afledte mængde komprimeret luft kan eventuelt udtages før afkølingen af den komprimerede luft ved hjælp af en afgrenings-ledning 20 for komprimeret luft, der ved sin opstrømsende er forbundet med tilførselsledningen 17 før luftkøleren 18 og ved sin nedstrømsende er forbundet med et punkt på mindst én eller på hver 10 af motorens udsugningsmanifold, f.eks. som i den viste udførelsesform ved udsugningsmanifoldens opstrømsende fortrinsvis på en sådan måde, at den afledte mængde komprimeret luft bliver indblæst i manifolden på et sted med meget lavt, momentant tryk for udstrømningsgasserne, idet motorens første cylinder eventuelt kan indsuge 15 fluidet.

Den afledte mængde komprimeret luft til trykladning kan reguleres og om ønsket afbrydes eller standses, især når motoren arbejder ved et kraftniveau, der er tilstrækkeligt højt til, at turbokompressorens 20 ydelse er god. Til det brug er afgreningsledningen 20 forsynet med et afspærringsorgan til neddrosling og regulering gennem en selektiv afspærring af tilførselsledningens frie åbning, såsom en regulerbar ventil 21, som kan være af typen, der enten er helt åben eller helt lukket, eller af typen, der åbnes og lukkes progressivt (for at 25 kunne forøge den udtagne komprimerede luftmængde svarende til motoren 7's aftagende omdrejningshastighed). Styringen af denne ventil kan ske automatisk gennem en passende styremekanisme.

For at undgå enhver vending af den afledte, komprimerede luftmængdes 30 strømningsretning i afgreningsledningen 20 er det nødvendigt, at udstrømningsgastrykket i udsugningsmanifolden 10 er mindre end i den komprimerede lufts tryk i afgreningsledningen 20, og for at hindre en sådan automatisk vending af de strømmende gasser er der hensigtsmæssigt monteret en kontraventil eller en tilbageløbspærre 22 i 35 afgreningsledningen 20 fortrinsvis før ventilen 21.

På en i sig selv kendt måde er det desuden fordelagtigt at tilvejebringe et reguleringsorgan, fortrinsvis med en progressivt, selektivt styret regulering af strømningsledningens frie åbning,

DK 155844 B

π f.eks. i form af en klap, et spjæld, en ventil, spjældventil eller lignende henholdsvis ved 23 nær ved indgangen til hver indsugningsmanifold 9 til motoren og/eller ved 24 ved afgangen fra hver udsugningsmanifold. Klappen eller ventilen 24 kan særligt fordelagtigt 5 være monteret i en afgangsledning 25 for udstrømningsgasserne fra turbinen 16. Ventilerne 23, 24 kan vælges efter ønske.

I fig. 4 er der grafisk vist det fortrinsvis anvendte område for opfindelsen. I denne figur angiver kurverne følgende relative 10 størrelser:

N

Som abscisse: forholdet — mellem den aktuelle omdrej-

Nn ningshastighed N for motoren og dennes nominelle omdrejnings-25 hastighed Nn,

Som ordinat: forholdet ^me mellem cyklens effektive pme

η P

middel tryk Pme og cyklens nominelle effektive middel tryk men, 20 kurven Lj til venstre, kurven L2 foroven og den rette, lodrette linie til højre, som skærer hinanden i nævnte rækkefølge foroven, og hver har en skrå skravering på den ydre side: Disse tre kurver angiver grænserne for motorens normale drift i form 25 af området, der ligger inden for kurverne, fem isoeffektkurver Wj, W2, W^, og Wg hver svarende til de specifikke konstante cylindereffekter på 20%, 40%, 60%, 80% og 100%, angivet nedefra og op, af den nominelle effekt, 30 kurven K vist med streg-prik-linie repræsenterer variationen af det effektive middeltryk som funktion af motorens omdrejningshastighed ifølge skruebevægelsesloven (efter hvilken det i'· / i effektive middeltryk teoretisk set skulle være proportionalt ; j 25 med kvadratet på motorens omdrejningshastighed, medens motor- j j effekten er proportional med tredie potens af omdrejningsha- / j stigheden), f .j

et lodret skraveret område, som er afgrænset af linierne a b^c/ ^ de a, der definerer det område, hvori den foreliaaende I

DK 155844B

12 opfindelse gør det muligt at opnå de omhandlede forbedringer.

Det ses heraf, at dette område ligger tilnærmelsesvis mellem 10% og 80% af motorens nominelle effekt, og at forbedringen, der tilveje-5 bringes gennem opfindelsen, forøges fra højre mod venstre i den retning, som angives af pilen, d.v.s. tilnærmelsesvis parallelt med alle i soeffektkurverne, når motorens omdrejningshastighed sænkes.

I fig. 5 er vist de fordelagtige former for tekniske virkninger, som 10 opnås gennem opfindelsen ved funktioneringsbetingel ser ifølge skruebevægelsesloven. På figuren er følgende størrelser og kurver angivet: - Som abscisse: Den relative effekt £_ 15 p„ mellem motorens aktuelle effekt P og dens (nominelle effekt Pn efter en ikke-liniær skala, og det relative, effektive middeltryk, som er p forholdet _me mellem det aktuelle, effektive middel tryk Pme for P"en 20 p cyklen og cyklens nominelle, effektive middel tryk men efter en lineær skala.

- Som ordinat: Til venstre de absolutte tryk for henholdsvis indstrømningsluft Pg og for udstrømningsgasser P^ udtrykt i bar såvel som mængden af overskudsluft ac ved forbrændingen og foroven fyldningsgraden rt; til højre forneden den relative åbningsgrad, som er forholdet mellem ventilen 2rs aktuelle åbningsgrad d i afgrenings-trykluftledningen 20 og dens maksimale åbning dQ, og til højre foroven udstrømningsventilens temperatur T, som er temperaturen i ®C 30 især ved ventilens anlægsflade, hvor ventilen er i kontakt med sædet.

rv På diagrammet vil kurverne med fuldt optrukne linier, og som har ^ henvisningsbetegnelserne P, Pg, P^, ac, r^, d og T, angive den \\ ^ effekt, som opnås uden en afledt mængde komprimeret luft til tryk- \ \ ladning (d.v.s. uden brug af afgreningsledningen 20) ved anvendelse \ ' af et styresystem ifølge dansk patentansøgning nr. 490/80, hvor der \ for hver af motorens cylindre sker en lukning af tilførselsventilen \ før stemplets nedre dødpunkt og en delvis genåbning af \ ‘, 13

DK 155844 B

udstrømningsventilen, medens kurverne, der er vist med stiplede linier, og som har henvisningsbetegnelserne P', P'3, P'4, a'c, r7^, d7 og Τ', angiver effekten eller forbedringen, der ifølge opfindelsen opnås ved den nye kombination af den nævnte styring med samtidig 5 anvendelse af en afledt mængde komprimeret luft til trykladning gennem en afgreningsledning 20, hvis åbningsgrad er angivet ved kurven d7.

Set nedefra og op på figuren mødes følgende kurver: 10

Kurverne d og d7, som angiver den relative åbningsgrad (set i forhold til den maksimale åbning dQ), hvor den rette, vandrette linie d er sammenfaldende med abscisseaksen, 15 - kurverne Ρ^,Ρ74, der angiver udviklingen af trykket i udstrøm ningsgasserne, kurverne Ρ^,Ρ7^, der angiver udviklingen af trykket i indstrømningsluften, 20 kurverne ac og a'c, som angiver udviklingen af mængden af overskydende forbrændingsluft, kurverne r^. og r'^., som angiver udviklingen af cylinderens 25 fyldningsgrad, og kurverne T7 og T, som angiver udstrømningsventilens temperatur.

Af disse kurver fremgår følgende: 30

Med anvendelse af en afledt mængde komprimeret luft til trykladning, d.v.s. når ventilen 21 er i det mindste delvis åben og under anvendelse af afgreningsledningen 20, vil forøgelsen af trykket P^ i udstrømningsgasserne vokse mere end forøgelsen af 35 trykket P3 i indstrømningsluften, hvilket resulterer i:

En forøgelse af cylinderens fyldningsgrad fra rt til r't og følgelig

DK 155844B

14 en forøgelse af mængden af overskydende forbrændingsluft fra a til a'c med en væsentlig reduktion af temperaturen fra T til T' i udstrøm-5 ningsventilen, hvilken temperatur er et udtryk for motorens termiske tilstand.

Der kan således konstateres en fordelagtig indflydelse ved en effektsænkning, som tillige følges af en temperaturreduktion, mens 10 der uden midlerne ifølge opfindelsen vil ske en temperaturstigning med en deraf følgende begrænsning i belastningen eller effekten (hvilket er et skadeligt fænomen, især i maritime dieselmotorer, der er kraftigt trykladede, og som roterer en fremdrivningsskrue med fast stigning).

15 20 25 30 35

Claims

1. Fremgangsmåde til forbedring af driftstilstandene for en trykladet firetakts forbrændingsmotor af den art, der har en fast 5 forhåndslukning for indstrømningen og en delvis overlapning af åbningsperioderne for henholdsvis udstrømnings- og indstrømningsventilen for den samme cylinder, såvel som en i det mindste delvis genåbning og lukning for udstrømningen i nærheden af det nedre dødpunkt efter lukningen af indstrømningen, hvilken fremgangsmåde 10 består i at variere cylinderens fyldningsgrad som funktion af de aktuelle indstrømnings- og udstrømningstryk for hver af motorens cylindre, kendetegnet ved, at udstrømningsventilen er delvist lukket under størstedelen af indsugningsfasen, og at cylinderens fyldningsgrad forøges ved at forøge udstrømningstrykket, 15 således at det bliver større end lufttrykket, ved hjælp af en selektiv udtagning af en afledt strøm af komprimeret luft som funktion af motorens omdrejningshastighed og/eller aktuelle belastning, og ved at tilsætte denne strøm til udstrømningsgasserne opstrøms deres ekspansion, der skaber den effektive energi. 20

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at den består i at påvirke cylinderens fyldningsgrad med ren luft under motorens igangsætningsperiode forud for den første tænding ved at forøge forholdet mellem udstrømningstrykket og indstrømningstrykket. 25

3. Fremgangsmåde ifølge mindst ét af de foregående krav, kendetegnet ved, at den delvise lukning af hver udstrømningsventil svarer til en residuel åbning, der højst er lig med driftsspillerummet for den nævnte ventil. 30

4. Firetakts forbrændingsmotor reguleret til at kunne udføre fremgangsmåden ifølge et hvilket som helst af kravene 1-3, hvor hver udstrømningsventils styreknast har en hovedkam (4) til normal åbning, en hjælpekam (6) til delvis genåbning og placeret vinkel- 35 mæssigt forskudt bagud i knastens omdrejningsretning i forhold til hovedkammen (4) og en afgreningsledning (20) mellem en udstrømningsledning (17) for komprimeret luft fra en kompressor (14) og et punkt på mindst én eller hver af motorens udsugningsmanifold (10), kendetegnet ved, at udstrømningsventilens styreknast DK 155844 B tillige har en mellemkam (5), der tilsikrer en residuel åbning af udstrømningsventilen, hvilken kam er anbragt mellem og i tilsluttende forbindelse med hovedkammen (4) og hjælpekammen (6) for at bevirke den forannævnte residuelle åbning af udstrømningsventilen, 5 og som med sin forlængelse støder op til henholdsvis hovedkammen (4) og hjælpekammen (6).

5. Forbrændingsmotor ifølge krav 4, kendetegnet ved, at en luftkøleanordning (18) udgør en del af motorens indsugnings-10 ledning (17). 15 20 25 30 35