NO141816B - Anordning ved veivaksler for kraftmaskiner - Google Patents

Description

Forbrenningskraftmaskin med avgassturboladeapparat.

(Turbolader).

Denne oppfinnelse vedrører en forbrenningskraftmaskin med -en avgassturbo-lader, som har minst to adskilte utstrøm-ningsledningeir som munner inn i avgass-turboladerens dysesegmenter som er skilt fra hverandre.

Som kjent er motorene med frittløp-ende avgassturboladere, dvs. slike turbo-iadere sam hare drives av avgasser, beheftet med den ulempe at avgassturbinens turtall ved tomgang eller liten belastning er så lavt at bare meget lavt spyle- henholdsvis ladetrykk kan opprettholdes, slik at maskinen bare langsomt aksellereres1 ut fra denne stilling og bare nølende omstilles i retning mot full belastning etter at styrespaken er lagt iom.

Ved fofrbrenniingsmotorer har man tidligere foreslått å utstyre hver utstrøm-ningsledning foran turbinen med en for-grening som består av to rør som hvert fører til et særskilt idyseelement i en og samme eller i to forskjelllige turbiner. Ved liten belastning stenges et av rørene ved hjelp av en klaff slik at avgassene bare vil strømme inn 1 et av dysesegmentene. På denne måte reduseres avgassturbinens virksomme dysetvenrsnitt ved liten belastning til halvparten og lufttrykket i spyleledningen økes opp til det forlangte. Denne anordning har imidlertid en svak side, nemlig at det må anbringes et stort antall innbyrdes adskilte turbinsegmenter, nemlig det dobbelte av utstrømnlngsrøirenes antall, og for hvert rør må det anordnes en særskilt utstrømningsklaf f. Dessuten bevirker strømmens oppde|l;ing ved full belastning uønskede hvirveltap, og det er van-skelig å holde avgassrørenes volum sett under ett nede som følge av forgreningene, hvilket på sin side igjen forårsaker en uønsket avflatning av utstrømningsstøtene. Ved en annen utførelse er to og to avgass-rør forsynt imed forbiindelseslednlnger som kan lukkes ved hjelp av klaffer. Disse klaffer er ved fulll belastning innstilt slik at forbindelsesledningene står åpne og klaf-fene stenger forbindelsesledningene ved deilast. En slik anordning kompliserer imidlertid sammen med klaffenes betje-ningsorgamer motorens avgasisledningssy-stem. Som følge av at endel av avgassene ved ful last strømmer fra et avgassrør over i et ved siden av liggende avgassrør finner den tidligere nevnte uønskede ekspansjon sted, hvilket er følgen av 'de to avgassrørs økede volum. Dessuten er det ved denne utførelse ikke utelukket at de to avgasis-ledninger på skadelig måte innbyrdes påvirkes som følge av trykkbølgenes xeflek-teringer. Dette er desto mindre behagelig fordi påvirkningen finner sted ved ful: fast, dvs. under normal driftstilstand.

Hensikten med oppfinnelsen er å til-veiebringe en forenklet utførelse av avgass-systemet ved forbrennlngsmotorer som ikke er beheftet med de ovenfor nevnte ulleiin-p<&> r. Dette er oppnådd ved at der i turboladerens nærhet er anordnet et omkoblingsorgan som ved tomgang eller liten motorbelastning i det minste stenger den ene av avgassledningene og samtidig frigjør en åpning som forbinder gassledningene med hinannen og derved fører avgassene fra i det minste to av avgassledningene til et og samme dysesegment.

Oppfinnelsen skal forklares nærmere ved hjelp av et eksempel under henvisning til tegningene, hvor fig. 1 viser en anordning i henhold til oppfinnelsen ved en forbrenningsimotor med avgasisturbolader, fig. 2 i større målestokk og snitt en detalj fra fig. 1, fig. 3 et snitt langs linjern A—A på fig. 2, fig. 4 motorens styreinmretning med en styrespak for innstilling av et i avgassledningene anordnet spjeld, og fig. 5 er et diagram som viser forløpet av turbinens virksomme dysetverrsnitt i avhengig-het av styrespakens vinkelstilllng.

På fig. 1 er vist en åtte-sylindret loko-motiv-dieselmotor 1 med avgasslednlnger 2, 3. De siste fører til et foran avgasisturbi-nen anordnet inniløpshus 6, som utgjør endel av avgassturboladeren (fig. 2). I inn-løpshuset 6 er i skilleveggen mellom to ovenfor hinannen beliggende kanaler ut-formet en åpning 7 som kan lukkes av et spjeld 8 (som vist på fig. 2 med strekprik-ket linje). Når spjeldet 8 befinner seg i den på fig. 2 med heltrukne linjer viste stilling, er åpningen 7 fri samtidig som den nedre kanal er stengt. Spjeldet 8 betjenes! av en arm 10 (fig. 3) som er forbundet med en stempelstang 11 med en trykkluftsylinder 12, hvor stempelstangen bærer et stempel 14 som påvirkes av en fjær 13. Trykkluft-tilførslen til sylinderen 12 styres av en sleide 15 (fig. 2) som forskyves ved hjeilp av en elektromagnetisk spole 16 ag et anker 17 som er anordnet bevegelig i spolen og som påvirkes av en fjær 19 samtidig som det er forbundet med sleiden 15. Fra inn-løpshuset 6 strømmer avgassene til dysesegmentene 18, et turbinhjul 20 og videre gjennom en diffusor 21 ut i det fri. Turbin-hjulet 20 er festet på en aksel 22 som bærer en turbokompressors 24 løpehjul 23. Luften fra turtaokompressoren 24 føres gjennom en rørledning 25 (fig. 3) til forbrenningsmoto-rens suge- henholdsvis spylelednlng.

Ved full belastning er spjeldet 8 innstilt slik at åpningen 7 i huset 6 er lukket. Avgassene som er ført fra de to avgasslednlnger til avgassturbinen 20 påvirker ikke hverandre, fordi avgassledningene er skilt innbyrdes. Samtidig kan det på denne måte opprettholdes iminst mulig volum for de enkelte avgasaledninger som fører direkte fra motoren til vedkommende dysesegment. På dette tidspunkt er spolen 16 avmagneti-sert, dvs. den fører ingen elektrisk strøm, og ankeret 17 befinner seg sammen med sleiden 15 i sin øvre, ikke viste stilling, til hvilken det er bragt ved fjærens 19 virkning. Derved hindres trykklufttilførslen til sylinderen 12.

Ved tomgang eEer liten motorbelastning avmagnetiseres spolen 16 og ankeret 17 forskyves sammen med sleiden 15 til den på tegningen viste stilling. Derved føres trykkluft til sylinderen 12 og stemplet 14 presses ned til den viste stilling. Spjeldet 8 bringes ut av den stilling i hvilken det stenger åpningen 7 til den på tegningen viste åpne stilling. Derved samles avgassene fra de to avgasslednlnger og føres til et eneste dysesegment, som ifølge eksemplet er det øvre dysesegment. Som følge av spjeldets omstilling oppnås at dy-setverrsnittet som gjennomstrømmes av avgassene reduseres til halvparten med det i og for seg kjente resultat at turboladerens turtall stiger som følge av trykkstigningen i avgassledningene, hvilket bevirker en for-høyelse av trykket i luftledningen 25.

På fig. 4 er ved motorens styrespak vist en innretning til betjening av spjeldet 8. En styrespak 30 innvirker på i og for seg kjent måte på en regulator 29 og kan forskyves mellom stillingene 0 = tomgang og Max. = full belastning. Normalt er denne styrespak anordnet særskilt i motoren og forbundet med regulatoren ved hjelp av pneumatiske eller elektriske innretninger. Styrespaken 30 har også en ytterligere stilling B = beredskap, i hvilken en på styrespaken 30 anordnet elektrisk kontakt lig-ger an mot en kontaktplate 31 og på denne måte tillater at efiektrisk strøm fra en strømkilde 32 kan passere gjennoim en elektrisk ledning 33. Denne ledning 33 slutter seg til spolen 16 (fig. 2). og danner med denne en strømkrets.

Når styrespaken 30 befinner seg i stillingen 0, går forbrennlngsmotoren på tomgang og spjeldet 8 befinner seg i den strek-prikkede stilling. Turboladeren iløper da med1 et lavt turtall som er tilstrekkelig til å sikre tomgang, men ikke strekker til til effektivt å aksellerere forbrenningsmotoren. På dette tidspunkt er f orbrenninigsmotorens brennstofforbruk lite. Skulle motoren ak-<s>elereres hurtig for å oppta belastning, set-tes styrespaken 30 først i stilling B slik at strømkildens 32 strømkrets over spolen 16 sluttes. Dierved bringes spjeldet 8 til den på tegningen viste stilling, og turboladeren vil aksellereres som følge av forminskelsen av dysetverrsinittet. Da mottrykket i av-gasslednlngen samtidig stiger, øker imidlertid forbrenningsimotorens forbrenmings-forbruk noe. Forandringen i innsprøyt-ningsmengden utføres på kjent måte av regulatoren som ved å påvirke innsprøyt-niingsmengden fastholder det med styrespaken innstilte turtall, i dette tilfelle torn-gangsturtallet. Etterat trykket i luftledningen er steget som følge av turboladerens økede turtall, kan forbrenningsmotoren akseilereres hurtig ved forskyvning av spa-ken 30 til den ønskede belastningsstilling. På denne måte kan det oppnås en hurtig aksellerering av motoren til tross for minst mulig brennstofforbruk under tomgang.

Kontaktplaten 31 kan som vist med strekede linjer være utført slik at den ikke bare i stillingen B, men også i et større be-lastningsområde er i berøring med styrespakens 30 kontakt. Det har vist seg at spjeldet 8 og det med fordel kan holde seg i den viste stilling ved opp til 40 % deilast. Alterntivt kan i ledningenes 33 strømkrets være anordnet en bryter 34 ved hvis hjelp spjeldets 8 betjeningsinnretning etter be-hov kan kobles ut, slik at denne som følge av fjærens 13 virkning vil holde seg i den med strek-prikkede linjer viste stilling og blir uvirksom. Utkoblingen av spjeldets betjeningsinnretning kan foregå i de tilfelle hvor en langsom aksellerering av forbrenningsmotoren kan godtas eller til og med er ønskelig, slik det ofte forekommer ved lokomotiver hvor en særlig myk start er påkrevet.

På fig. 5 viser et diagram størrelsen av turbinens virksomme dysetverrsnitt i av-hengighet av styrespakens vinkelstilling under forutsetning av at kontaktplaten 31, som vist på fig. 4 med strekede linjer, strekker seg over endel av det nedre belastnings-område. Da dysetverrsnittene som er til-ordnet de to avgassledninger er like store, bevirker betjeningen av spjeldet 8 at total-tverrsnittet forminskes til 50 % av det opp-rinnelige. For også å kunne oppnå en virk-som betjening av spjeldet 8 når styrespaken 30 hurtig forskyves fra stillingen 0 til stillingen Max., kan spjeldets koblingsmeka-nisme være utstyrt med det på fig. 4 med strekede linjer viste tidsrelé. Reléet 40 påvirkes av en strømspole 41, betjenes ved at styrespaken 30 passeres stillingen B og holder strømikretsen gjennom ledningene 33 sluttet over en forutbestemt tidsperiode uavhengig av styrespakens stilling. På denne måte betjenes spjeldet 8 også ved en rask forskyvning av styrespaken over en tidsperiode som er tilstrekkelig til at en til-fredsstillende aksellerering av forbrenningsmotoren er mulig. Det er klart at strømledningene 33 ved denne anordning er brutt mellom spolens 41 to tilslutninger.

Claims (6)

1. Forbrenningskraftmaskin med avgasisturbolader og i det minste to fra hinannen adskilte avgassledninger som er til-koblet forskjellige sylindre hvis styretider ikke overlappes innbyrdes, som er utstyrt med et 1 turboladerens nærhet anordnet omkoblingsorgan, og som fører til adskilte dysesegmenter i turboladerens turbin, karakterisert ved at omkoblingsorga-net ved tomgang eller liten motorbelastning stenger i det minste en av avgassledningene og samtidig frigjør en åpning som forbinder avgassledningene med hinannen og derved fører avgassene fra i det minste to avgassledninger til et og samme dysesegment.

2. Forbrenningskraftmaskin ifølge på-stand 1, karakterisert ved at omkobllngsorganet (8) og forbindelsesåpnin-gen (7) er anordnet i et innløpshus (6) som grenser til avgassturbinens dysesegment (18).

3. Forbrenningskraftmaskin ifølge på-stand 1, karakterisert ved at om-koblingsorganet (8) betjenes fra styreinn-retningen (30, 31) som tjener til styring av motoren.

4. Forbrenningskraftmaskin ifølge på-stand 3, karakterisert ved at sty-reinnretningen foruten tamgangsstillingen (0) har en beredskapsstilling (B), i hvilken stilling omkobllngsorganet betjenes.

5. Forbrenningskraftmasikin ifølge på-stand 4, karakterisert ved at om-koblingsorganet er i virksomhet i et nedre motorbelastnlngsområde som befinner seg mellom beredskapsstillingen og opp til ca. 40 % av full belastning.

6. Forbrenningskraftmaskin ifølge på-stand 1, karakterisert ved at i om-koblingsorganets betjeningsmekanisme er anordnet et tidselement som i løpet av en forut valgt tidsperiode holder omkoblings-organet i betj ent stilling, når dette først er blitt betjent.