FI65309C

FI65309C - OEVERLADDAD FOERBRAENNINGSMOTOR

Info

Publication number: FI65309C
Application number: FI810067A
Authority: FI
Inventors: Daniel Paro
Original assignee: Waertsilae Oy Ab
Priority date: 1981-01-12
Filing date: 1981-01-12
Publication date: 1984-04-10
Also published as: DE3200521A1; DE3200521C2; FI65309B; FI810067L; CH654378A5

Description

6530965309

AHDETTU POLTTOMOOTTORI - ÖVERLADDAD FÖRBRÄNNINGSMOTORCHARGEED ENGINE - ÖVERLADDAD FÖRBRÄNNINGSMOTOR

Keksintö kohdistuu ahdettuun polttomoottoriin, jossa on pakokaasuturbiinin käyttämä ahtoilmakompressori sekä ohjauslaitteet pakokaasujen ohjaamiseksi moottorista pakokaasu-turbiiniin, jotka ohjauslaitteet käsittävät vähintään kaksi pakokaasuturbiiniin rinnakkain kytkettyä virtauskanavaa eri sylintereiden tai sylinteriryhmien pakokaasujen johtamista varten pakokaasuturbiiniin*The invention relates to a supercharged internal combustion engine having a charge air compressor driven by an exhaust gas turbine and control devices for controlling the exhaust gases from the engine to the exhaust turbine, the control devices comprising at least two flow channels connected in parallel to the exhaust turbine for directing exhaust gases

Pakokaasuturbiinin avulla ahdetuissa polttomoottoreissa käytetään kahta erilaista tunnettua pakokaasuturbiinin syöttö-menetelmää riippuen lähinnä siitä minkälaisia ominaisuuksia halutaan antaa moottorille. Molemmille syöttöjärjestelmille on yhteistä se, että pakokaasut Johdetaan eri sylintereistä tai eri sylinteriryhmistä pakokaasuturbiiniin ainakin kahden erillisen putken kautta, jotka ns. pulssiahtausmenetelmää käytettäessä Jatkuvat erillisinä pakokaasuturbiinin saakka, mutta Jotka ns. pulssimuunninmenetelmää käytettäessä yhtyvät juuri ennen pakokaasuturbiinia. Pulssiahtaus on yleensä edullisempi moottorin alhaisemmalla kierroslukualueella, kun taas pulssimuunnlnmenetelmä yleensä on edullisempi moottorin korkeammalla kierrosluku- tai kuormitusalueella.Exhaust turbine supercharged internal combustion engines use two different known exhaust turbine feed methods, depending mainly on the characteristics to be given to the engine. What both supply systems have in common is that the exhaust gases are led from different cylinders or groups of cylinders to the exhaust gas turbine via at least two separate pipes, which are so-called when using the pulse supercharging method Continuous separately up to the exhaust gas turbine, but Which so-called when using the pulse converter method, merge just before the exhaust turbine. Pulse supercharging is generally more advantageous in the lower engine speed range, while the pulse conversion method is generally more advantageous in the higher engine speed or load range.

Pakokaasujen johtamisessa pakokaasuturbiiniin ovat virtaustekniset tekijät mitä tärkeimmät. Vlrtauskanavassa käytetään yleensä diffuusoriosaa juuri ennen pakokaasuturbiinia virtausnopeuksien nostamiseen. Koska koko ahtausprosessin ja näin ollen myös koko moottorin hyötysuhde on hyvin paljon riippuvainen pakokaasuturbiinien moitteettomasta ja tehokkaasta toiminnasta, on tähän asti pidetty mahdottomuutena löytää sellaista ratkaisua, jonka avulla pulssiahtausjärjestelmää voitaisiin moottorin normaalin käytön aikana vaivatta muuttaa pulssimuunninahtausjärjestelmään.Flow engineering factors are the most important in directing exhaust gases to the exhaust gas turbine. In the flow duct, a diffuser section is usually used just before the exhaust turbine to increase the flow rates. Because the efficiency of the entire stacking process, and thus of the entire engine, depends very much on the proper and efficient operation of the exhaust turbines, it has hitherto been considered impossible to find a solution that could easily convert a pulse charging system to a pulse conversion system during normal engine operation.

Keksinnön tarkoituksena on luoda järjestelmä, Jonka avulla edellisessä kappaleessa mainittu ongelma voidaan ratkaista siten, että tarvittavat kaasuvirtojen ohjauslaitteet eivät 2 65309 oleellisesti häiritse virtauskuviota. Keksintö on tunnettu siitä, että mainitut virtauskanavat virtaussunnassa ennen pakokaasuturbiinia on varustettu yhteisellä kanavaosalla, jossa on virtauksen ohjauslaite, joka toisessa asennossaan yhdistää virtauskanavat virtaviivaisesti toisiinsa ja toisessa asennossaan pitää virtauskanavat toisistaan erillisinä virtauskanavina siten, että virtauksen suunta on pääasiallisesti sama ohjauslaitteen molemmissa asennoissa sen vaikutusalueella ja että virtauskanavien kokonaispoikkipinta välittömästi ohjauslaitteen jälkeen on ohjauslaitteen molemmissa asennoissa pääasiallisesti yhtä suuri kuin välittömästi ennen ohjauslaitetta. Tällä tavalla rakennetulla polttomoottorilla pystytään saavuttamaan keksinnön tarkoitus ja ohjaamaan kaasuvirtoja tarpeen mukaan ilman, että syntyisi edullista tulosta mitätöiviä virtaushäiriöitä.The object of the invention is to provide a system by means of which the problem mentioned in the previous paragraph can be solved so that the necessary gas flow control devices do not substantially interfere with the flow pattern. The invention is characterized in that said flow channels in the flow direction before the exhaust turbine are provided with a common channel section with a flow control device which in one position connects the flow channels in a streamlined manner and in another position keeps the flow channels as separate flow channels so that the flow direction is substantially that the total cross-sectional area of the flow channels immediately after the control device is substantially equal in both positions of the control device as immediately before the control device. With an internal combustion engine constructed in this way, it is possible to achieve the object of the invention and to control the gas flows as required without the occurrence of flow disturbances which nullify the advantageous result.

Eräässä keksinnön suositussa sovellutusmuodossa on mainittujen virtauskanavien yhdistäminen järjestetty tapahtumaan automaattisesti esim. ahtoilmapaineen ohjaamana siten, että moottorin käydessä alhaisilla kierroksilla tai alhaisella kuormituksella mainitut virtauskanavat on erillään toisistaan ja moottorin käydessä korkeammalla kierroslukualueella tai korkeammalla kuormituksella mainitut virtauskanavat on yhdistetty. Tällä tavoin saadaan yksinkertainen rakenne, koska ahtoilmanpainetta voidaan suoraan käyttää hyväksi virtauksen ohjauslaitteen käyttämiseksi sopivan painevällaineella toimivan laitteen avulla. Virtauksen ohjauslaitteen liikettä ohjaavana suureena voidaan myös käyttää polttomoottorin kierroslukua, polttoaineen syöttömäärää tai polttomoottorin kuormitusta esim. siinä tapauksessa, että moottori käyttää generaattoria. Muitakin automaattisia ohjausmenetelmiä on ajateltavissa.In a preferred embodiment of the invention, the connection of said flow ducts is arranged to take place automatically, e.g. In this way, a simple structure is obtained, since the charge air pressure can be directly utilized to operate the flow control device by means of a suitable device operating with a pressure medium. The speed of the internal combustion engine, the fuel supply or the load of the internal combustion engine can also be used as a variable controlling the movement of the flow control device, e.g. in the case where the engine drives a generator. Other automatic control methods are conceivable.

Edullinen ja yksinkertainen ratkaisu saadaan, Jos virtauksen ohjauslaite on jatkuvasti pääasiallisesti virtauksen suuntaisena pysyvä kiertolevy. Tämä tarkoittaa sitä, että kiertolevyn kiertymisakseli on virtauksen suuntainen ja 3 65309 tällöin kiertolevy laakeroidaan edullisimmin poikkileikkaukseltaan ympyränmuotoisen virtauskanavan keskelle.An inexpensive and simple solution is obtained, If the flow control device is continuously a substantially circulating plate. This means that the axis of rotation of the rotating plate is parallel to the flow, in which case the rotating plate is most preferably mounted in the middle of a flow channel of circular cross-section.

Virtausteknisesti edullisin ratkaisu saadaan, jos mainitut virtauskanavat virtaussuunnassa katsottuna ensin yhtyvät kanavaan, jonka poikkipinta on jonkin verran pienempi kuin siihen johtavien virtauskanavien poikkipinta, mieluimmin 0,5...0,8 kertaa mainittu kokonaispoikkipinta, ja jotka sitten erkanevat erillisiksi kanaviksi mainitusta yhteisestä virtauskanavaosasta, jonka keskelle on laakeroitu kierrettävä väliseinä, jonka kiertymisakseli on yhteisen kanavaosan suuntainen ja joka tietyssä asennossa pitää mainitut virtauskanavat erillisinä ja toisissa asennoissa sallii kaasuvirtojen yhdistämisen.The most economically advantageous solution is obtained if said flow channels, viewed in the flow direction, first coincide with a channel with a cross-section somewhat smaller than the cross-section of the flow channels leading to it, preferably 0.5 to 0.8 times said total cross-section, and then separate as separate channels from said common flow channel part, in the middle of which a rotatable partition wall is mounted, the axis of rotation of which is parallel to the common channel part and which in a certain position keeps said flow channels separate and in other positions allows the gas streams to be combined.

Keksintöä sovellettaessa esim. nelitahtlseen polttomoottoriin saavutetaan yleensä paras tulos, jos virtauskanavien yhdistäminen on järjestety tapahtumaan moottorin kierros-luku- tai kuormitusalueen korkeammassa puoliskossa.When applying the invention to a four-stroke internal combustion engine, for example, the best result is generally achieved if the connection of the flow channels is arranged to take place in the higher half of the engine speed or load range.

Keksintöä selostetaan seuraavassa tarkemmin viitaten oheiseen piirustukseen, jossa - kuvio 1 esittää osittain leikattuna keksinnön mukai sen polttomoottorin pakokaasuturbiinia ja siihen yhdistettyjä pakokaasujen syöttökanavia, - kuvio 2 esittää kuvion 1 mukaista laitetta toisessa toiminta-asennossa, - kuvio 3 esittää kuvion 1 leikkausta III-III, - kuvio 4 esittää kuvion 2 leikkausta IV-IV.The invention will now be described in more detail with reference to the accompanying drawing, in which - Figure 1 shows a partial section of an exhaust turbine of an internal combustion engine according to the invention and associated exhaust supply ducts, - Figure 2 shows the device of Figure 1 in a second operating position, - Figure 3 shows section III-III. Fig. 4 shows a section IV-IV of Fig. 2.

Piirustuksessa tarkoittaa 1 pakokaasuturbiinia ja 2 turbiiniin kytkettyä pakokaasujen syöttöputkistoa. Syöttö-putkistossa 2 on kaksi erillistä putkea 3 Ja 4, johon Johdetaan pakokaasut erillisistä sylintereistä tai sylinte-riryhmistä. Putket 3 Ja 4 yhtyvät yhteiseen kanavaosaan 5 Ja erkanevat siitä uudestaan erillisiksi putkiksi, jotka on liitetty suoraan pakokaasuturbiiniin 1. Yhteisen kanavaosan 4 65309 5 keskelle on laakeroitu kiertolevy 6, jolla on virtauksen suuntainen kiertoakseli 7· Tähän kierto-akseliin voidaan myös yhdistää ketjuhammaspyörä 8, voimansiirtovipu tai jokin muu voimansiirtojärjestelmä, jonka avulla tarvittava kierto-voima tuodaan akseliin 7· Kuvioissa 3 ja 4 on kaaviomaisesti esitetty painevällaineella toimiva kiertovoimayksikkö 9· Säätöjärjestelmän ohjauksessa voidaan myös käyttää apuna erilaisia venttiiliratkaisuja, esimerkiksi magneettivent-tiilejä, jotka saavat ohjausimpulssinsa moottorin kierros-lukua mittaavasta laitteesta tai moottorin kuormituksen ohjaamasta prosessorista. Tärkeää on, että kiertolevy 6 varmasti asettuu jompaankumpaan ääriasentoon eikä voi vahingossa jäädä johonkin epämääräiseen, virtauskuviota häiritsevään väliasentoon.In the drawing, 1 exhaust turbine and 2 exhaust gas supply piping connected to the turbine. The supply piping 2 has two separate pipes 3 and 4 into which the exhaust gases from separate cylinders or groups of cylinders are led. Pipes 3 and 4 merge into a common duct section 5 and again separate into separate pipes connected directly to the exhaust gas turbine 1. A rotating plate 6 with a downstream rotating shaft 7 is mounted in the middle of the common duct section 4 65309 5 · A sprocket 8 can also be connected to this rotating shaft. transmission lever or some other transmission system by means of which the required rotational force is applied to the shaft 7 · Figures 3 and 4 schematically show a rotating force unit 9 operated by a pressure means. · Various valve solutions can also be used to control the control system. device or motor load controlled processor. It is important that the rotating plate 6 is sure to settle in one of the two extreme positions and cannot accidentally be left in some vague intermediate position which interferes with the flow pattern.

Kuten kuvioista käy ilmi, esitetty ratkaisu muodostaa molemmissa toiminta-asennoissaan varsin virtaviivaisia virtauska-navia, joissa virtaushäviöt Jäävät pieniksi. Yhteisen kanavaosan 5 vapaa poikkipinta-ala on noin 0,7 kertaa siihen yhdistettyjen virtauskanavien kokonaispoikkipinta-alasta.As can be seen from the figures, the solution presented forms fairly streamlined flow channels in both operating positions, in which the flow losses remain small. The free cross-sectional area of the common channel part 5 is about 0.7 times the total cross-sectional area of the flow channels connected to it.

Keksintö ei rajoitu esitettyyn sovellutusmuotoon, vaan useita keksinnön muunnelmia on ajateltavissa oheisten patenttivaatimusten puitteissa.The invention is not limited to the embodiment shown, but several variations of the invention are conceivable within the scope of the appended claims.

Claims

5 65309

A supercharged internal combustion engine having a charge air compressor driven by an exhaust turbine (1) and control devices for controlling exhaust gases from the engine to the exhaust turbine (1), the control means comprising at least two flow channels (3,4) connected in parallel to the exhaust turbine (1). (1), characterized in that these flow channels (3, M in the flow direction before the exhaust turbine (1) are provided with a common channel part (5) with a flow control device (6) which in the second position connects the flow channels (3,4) in a streamlined manner and in the second position keep the flow channels (3,4) as separate flow channels so that the flow direction is substantially the same in both positions of the control device (6) in its area of influence and that the total cross-section of the flow channels (3,4) immediately after the control device (6) is in both in positions substantially equal to k swim immediately before the control unit (6).

Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the connection of said flow channels (3, 4) is arranged to take place automatically, for example controlled by charge air pressure, so that when the engine is running at low speed or low load said flow channels (3 »4) are separated. at a higher clogging range or at a higher load, said flow channels (3,4) are connected.

An internal combustion engine according to claim 1 or 2, characterized in that said flow control device is a continuously substantially circulating plate (6). 6 65309 A. An internal combustion engine according to claim 1, 2 or 3, characterized in that said flow channels (3,4), viewed in the flow direction, first coincide with a channel (5) having a cross-section somewhat smaller than the flow channels (3 »* 0 leading to it). total cross-section, preferably 0. 5 to 0.8 times said total cross-section, and then separate into separate channels from said common flow channel part (5), and that the common channel part (5) has a rotatable partition wall (6) holding said flow channels (3, ^) in a certain position ) separately and in another position allows the gas flows of the channels (3> * 0 to be connected).

A four-stroke internal combustion engine according to any one of the preceding claims, characterized in that the connection of said flow channels (3,1 *) is arranged to take place in the higher half of the engine speed or load range. 1. a positive-ignition engine with an auxiliary turbine (1) driven by an auxiliary compressor with a single-stroke engine (1) this is a cylindrical or cylindrical group of avgasturbinen (1), kännetecknad därav, att dessa strömningskanaler (3, 4) i strömningsriktningen förre avgasturbinen (1) är försedda med en gemensam hana 1 del (5), i vilken 6), which can be connected to the power supply channel (3, 4) with the power supply of the power supply (3, * 0) dess verkningsomräde ooh att strömningskanalernas (3, 4) totalä tvärsnitt