FI120842B - Polttomoottori - Google Patents

Description

POLTTOMOOTTORI - FÖRBRÄNNINGSMOTOR

Keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdanto-osan mukainen poltto-5 moottorin, jossa on useampia sylintereitä, jotka on järjestetty ainakin yhdeksi riviksi, ja joka on varustettu ahtimella ja oleellisesti koko sylinteririvin pituudelle ulottuvalla ahtoilmakanavalla ahtoilman syöttämiseksi sylintereihin, jolloin ah-toilmakanava sijaitsee sylinteririvin vieressä, sekä sylintereihin yhteydessä olevalla pakosarjalla, joka on tuettu ahtoilmakanavaan.

10

Keksinnön kohteena ovat nimenomaan suuret polttomoottorit, jotka soveltuvat esimerkiksi laivojen pää- ja apukoneiksi tai voimalaitoksiin lämmön ja/tai sähkön tuotantoon.

15 Monisylinterisen ahtimella varustetun polttomoottorin palotapahtumaan osallistuva ilma johdetaan moottorin sylintereihin ahtimen jälkeen ahtoilmakanavan kautta. Ahtoilman lämpötila vaikuttaa moottorin tehoon. Niinpä jäähdyttämällä moottorin sylintereihin syötettävää ahtimelta tulevaa moottorin imuilmaa saadaan samalla tilavuusvirralla suurempi määrä happea. Imuilman jäähdyttäminen 20 voi tapahtua käyttämällä välijäähdytintä ahtimen jälkeen, jolloin jäähdytin voi olla myös itse sylinteririviin liittyvässä ahtoilmakanavassa, josta ahdettu imuilma on haaroitettu kuhunkin sylinteriin. Eräs tällainen ratkaisu on esitetty julkaisussa US 6910469 B2.

25 Julkaisussa US 2005/0235942 A1 on esitetty V-moottori, jossa sylinteririvien välissä lähellä sylintereitä on imusarja, jonka päällä on jäähdytyslaitteisto. Tässä ratkaisussa pakosarjat on sijoitettu sylinteririvien päälle imusarjan eri puolille. Ratkaisu on sinänsä varsin kompakti ja tilaa säästävä.

30 Eräs niin ikään tilankäytön kannalta edullinen ratkaisu on tukea pakoputki tai pakosarja itse sylinteririviin tai -riveihin liittyvään ahtoilmakanavaan. Tällöin on eräänä ongelmana se, että kuumat pakokaasut kuumentavat myös ahtoilma- 2 kanavan kaasuja, koska lämpö pääsee nimenomaan johtumalla pakosarjasta rakenteita pitkin ahtoilmakanavan rakenteisiin. Mittauksilla on todettu, että esimerkiksi kaasupolttoainetta käyttävässä polttomoottorissa ahtoilma lämpenee 5°C ahtoilmakanavassa pakoputkistosta johtuvan lämmön seurauksena. Ahtoilman 5 lämpötilan ylittäessä 55°C rajan, moottorin teho laskee 1%/1°C. Tämä 1% voi tarkoittaa 18 sylinterisessä V -moottorissa 170kW/°C. Siten kymmenen moottorin voimalaitoksessa jokainen aste laskee laitoksen tehoa 1,7MW.

Pakosarja voidaan toisaalta tukea siten, että se sijaitsee etäisyyden päässä ah- 10 toilmakanavasta, niin että lämmön kulkema matka kasvaa. Ongelmaa ei näin voi käytännössä kuitenkaan ratkaista, sillä lämpöä siirtyy joka tapauksessa johtumalla liikaa aiheuttaen moottoriin tehohäviötä ja toisaalta ratkaisusta tulee tällöin vastaavasti enemmän tilaa vievä.

15 Keksinnön tarkoituksena on aikaansaada sellainen polttomoottoriratkaisu, joka minimoi edellä kuvattuja tunnetun tekniikan ongelmia. Erityisesti keksinnön tarkoituksena on aikaan saada rakenteeltaan kompakti ratkaisu, joka on myös energiataloudellisesti mahdollisimman edullinen.

20 Keksinnön tavoitteet saavutetaan pääasiassa patenttivaatimuksessa 1 ja muissa vaatimuksissa tarkemmin esitetyllä tavalla. Keksinnön mukaisesti ahtoilmakanavan ja pakosarjan väliin on järjestetty jäähdytysjärjestely. Näin voidaan tehokkaasti estää pakosarjasta johtuvan lämmön siirtyminen rakenteiden kautta sylintereihin syötettävään ahtoilmaan ja siitä johtuva moottorin tehon alenemi- 25 nen, samalla kun moottorin rakenne voidaan pitää mahdollisimman kompaktina.

Käytännössä jäähdytysjärjestely on edullisesti ahtoilmakanavan kiinteä osa. Tällöin ne voidaan esimerkiksi valaa yhdessä.

30 Kiinnittämällä pakosarja jäähdytysjärjestelyyn joukolla etäisyyden päässä toisistaan olevia tukielementtejä voidaan vähentää suoraan johtumalla tapahtuvaa lämmön siirtymistä.

3

Yksinkertaisimmillaan jäähdytysjärjestely käsittää jäähdytyskanavan, johon syötetään jäähdytysväliainetta, joka voi edullisesti olla moottorin LT (=low temperature) -piirin jäähdytysvettä. Tämän lämpötila on käytännössä luokkaa 35-40 °C. 5 Jäähdytysväliaineen syöttö jäähdytysjärjestelyyn tapahtuu mieluiten moottorin ahtimen puoleisesta päästä eli pakosarjan kuumemmasta päästä.

Tilankäytön kannalta keksintöä voidaan erityisen edullisesti soveltaa siinä tapa-10 uksessa, että polttomoottori on ns. V-moottori, jolloin ahtoilmakanava, pakosarja ja jäähdytysjärjestely on sijoitettu moottorin sylinteririvien väliin.

Keksintöä selostetaan seuraavassa esimerkinomaisesti viitaten oheisiin kaa-viomaisiin piirustuksiin, joissa 15 - kuvio 1 esittää kaavioilisesti erästä keksinnön mukaista polttomoottoria, ja - kuvio 2 havainnollistaa keksinnön erään sovellusmuodon mukaista ahtoilma-kanavan ja pakosarjan liittämistä toisiinsa.

Piirustuksissa viitenumero 1 tarkoittaa polttomoottoria, joka tässä tapauksessa 20 on V-moottori, johon kuuluu runko-osa 1a, jossa on sylinterit 2a, ja runko-osa 1b, jossa on sylinterit 2b. Moottori on varustettu ahtimella 3, jonka kompresso-riosa syöttää ahtoilmaa ahtoilmakanavaan 4, joka ulottuu yli koko sylinteririvien ja sijaitsee runko-osien 1a ja 1b välissä. Ahtoilmakanava 4 on yhteydessä kuhunkin sylinteriin 2a ja 2b palamisprosessissa tarvittavan sylinterien imuilman 25 syöttämiseksi. Sylinterien palamistuotteet poistetaan pakosarjalla 5, joka on niin ikään yhteydessä kuhunkin sylinteriin 2a ja 2b ja joka on kytketty ahtimen 3 tur-biiniosaan.

Kuten kuviosta 2 käy ilmi pakosarja 5 on kiinnitetty tietyin välein asennettujen 30 tukielementtien 5a välityksellä ahtoilmakanavaan 4. Ahtoilmakanava 4 on keksinnön mukaisesti varustettu siihen integroidulla jäähdytyskanavalla 6, joka sijaitsee ahtoilmakanavan 4 ja pakosarjan välissä. Ahtoilmakanavaan syötetään 4 moottorin LT (low temperature) -piirin jäähdytysvettä pumpulla 7. Jäähdytys-kanavan 6 läpi virrannut jäähdytysvesi viedään sitten takaisin LT -piiriin ja jäähdytettäväksi uudelleensyöttöä varten (ei tarkemmin esitetty).

5 Kuumien pakokaasujen kuumentamasta pakosaijasta 5 lämpö pääsee johtumaan pitkin tukielementtejä 5a. Tämän lisäksi lämpöä siirtyy myös säteilemällä ympäristöönsä, mutta tämän merkitys on tässä yhteydessä olennaisesti pienempi. Jäähdytyskanavan 6 käsittävän jäähdytysjärjestelyn avulla lämmön johtuminen ahtoilmakanavaan 4 ja siten edelleen kuumentamaan sylintereihin syö- 10 tettävää ahtoilmaa eli imuilmaa voidaan kuitenkin tehokkaasti estää, niin että moottorin teho ei vastaavasti pääse laskemaan. Käytännössä on todettu, että keksinnön mukaisen jäähdytysjärjestelyn avulla voidaan ahtoil ma kanavan yläosan lämpötilaa pudottaa luokkaa 120-130 °C verrattuna vastaavaan rakenteeseen, jossa ei ole lainkaan käytetty keksinnön mukaista jäähdytysjärjestelyä.

15

Keksintöä voidaan soveltaa riippumatta siitä, mitä polttoainetta käytetään (kaasu tai neste) ja millaisella palamisprosessilla moottori toimii (otto-prosessi, dieselpro-sessi).

20 Keksintö ei ole rajoitettu esitettyihin sovellusmuotoihin, vaan useita muunnelmia on ajateltavissa oheisten patenttivaatimusten puitteissa.

Claims (4)

1. Polttomoottori, jossa on useampia sylintereitä (2a,2b), jotka on järjestetty ainakin yhdeksi riviksi, ja joka on varustettu ahtimella (3) ja oleellisesti koko 5 sylinteririvin pituudelle ulottuvalla ahtoilmakanavalla (4) ahtoilman syöttämiseksi sylintereihin (2a,2b), jolloin ahtoilmakanava (4) sijaitsee sylinteririvin vieressä, sekä sylintereihin (2a,2b) yhteydessä olevalla pakosarjalla (5), joka on tuettu ahtoilmakanavaan (4), jolloin ahtoilmakanavan (4) ja pakosarjan (5) väliin on järjestetty jäähdytysjärjestely, tunnettu siitä, että jäähdytysjär-10 jestely käsittää jäähdytyskanavan (6), joka on ahtoilmakanavan (4) kiinteä osa ja järjestetty siten, että pakosarja (5) on kiinnitetty jäähdytyskanava-osaan joukolla keskenään etäisyyden päässä toisistaan olevia tukielement-tejä (5a).

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen polttomoottori, tunnettu siitä, että jäähdy- tysjärjestelyyn on järjestetty syötettäväksi jäähdytysväliainetta, mieluimmin moottorin LT (=low temperature) -piirin jäähdytysvettä.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen polttomoottori, tunnettu siitä, että jäähdy-20 tysväliaineen syöttö jäähdytysjärjestelyyn tapahtuu moottorin ahtimen (3) puoleisesta päästä.

4. Jonkin yllä olevan patenttivaatimuksen mukainen polttomoottori, tunnettu siitä, että polttomoottori on ns. V-moottori ja että ahtoilmakanava (4), pako- 25 sarja (5) ja jäähdytysjärjestely on sijoitettu moottorin sylinteririvien väliin.