NO154440B - Overladet forbrenningsmotor, saerlig overladet dieselmotor. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår forbedringer ved forbrenningsmotorer og spesielt angår oppfinnelsen en overladet forbrenningsmotor, spesielt overladet dieselmotor, som på den ene side oppviser en kompressor som parallelt tilfører friskluft til motoren og til en grenledning utstyrt med et hjelpeforbrenningskammer og på den annen side en turbin som opptar avgassene fra motoren og de fra hjelpeforbrenningskammeret utstrømm-ende gasser, og som driver kompressorene mekanisk, hvorved grenledningen er delt i to hovedgrener hvor den første munner i en fortynnings - sone eller "sekundærsone" nedstrøms for oppstrømsdelen eller "primærsonen" i hjelpeforbrenningskammeret og som er utstyrt med et første strupeorgan med varierbart gjennomløpstverrsnitt og av hvilke den andre gren går ut fra et oppstrøms det første strupeorgan anordnet punkt og munner i primærsonen over et andre strupeorgan, hvorved det andre strupeorgan oppviser gjennomløp med variabelt tverrsnitt som er anordnet i to overfor hverandre liggende forskyvbare deler, en innerdel og en ytterdel av hvilke den ene i det minste delvis begrenser primærsonen og av hvilke den andre i det minste delvis ligger i et hulrom som er forbundet med utløpet av kompressoren, og hvorved en brennstoffinjektor munner ut i umiddelbar nærhet av disse gjennomløp i primærsonen, og hvorved det er anordnet innretninger for av hverandre avhengig endring av injektoren eller injektorenes befordrede brennstoffmengde og, ved relativ forskyvning mellom innerdelen og ytterdelen, mengden av den via det frie tverrsnitt av gjennomløpene til primærsonen innkomne luft..

Av kjent teknikk på dette område skal det henvises til US-PS 2 655 787 som imidlertid ikke angår en forbrenningsmotor utstyrt med et hjelpeforbrenningskammer, men med et forbrenningskammer for en gassturbin. Dette patent inkluderer ikke midler for å variere mengden av sekundær-luft og primærluftkanalen kommer ikke fra sekundærkanalen.

FR-PS 2 253 389 gir ingen mulighet for å variere sekundærluftmengden ved strupere og primærluftkanalen kommer heller ikke her fra sekundær-luftkanalen.

Slike motorer som ovenfor beskrevet er videre beskrevet i US-PS 4 026 115.

P.g.a. plasseringen av de forbundne passasjer eller åpninger som virker på de andre strupeorganer ved aerodynamisk ventilering (eller ved delvis stengning av luftstrømmene ved delvis overlapping av parene av forbundne passasjer eller åpninger) i forhold til injektoren eller injektorene som innfører brennstoff i primærsonen i det ekstra forbrenningskammer på den ene side og i forhold til de første strupeorganer på den annen side som skaper et trykkfall som påvirker direkte de nevnte forbundne passasjer eller åpninger og det oppstår i denne primærsonen en sterk turbulens som gir forbrenningen optimale betingelser alt etter åpnings-graden i de forbundne passasjer eller åpninger, d.v.s. ved alle virkeområ-der for det ekstra forbrenningskammer. Man får på denne måten en god brenselsøkonomi samtidig som man unngår problemer knyttet til belegg av sot eller koks på veggene i det ekstra forbrenningskammeret. Videre vil eksistensen av dette trykkfallet tillate at det varig og effektivt, ved hjelp av visse luftpassasjer med konstant tverrsnitt som kommer fra de andre strupeinnretninger, skapes tilstrekkelige luftstrømmer ("film cooling") som spesielt sikrer avkjøling av veggene i primærsonen i det ekstra forbrenningskammeret under alle betingelser.

Man skal legge merke til at den relative forskyvning av de indre og ytre sylindriske organer som vanligvis består av foringer, kan foregå ved forskyvning, ved rotasjon eller ved forskyvning og rotasjon, hvor minst et av de indre og ytre sylindriske organer er bevegelige. Vanligvis er det ytre sylindriske organ fast, mens det indre sylindriske organ er bevegelig, fortrinnsvis ved forskyvning.

Siden det ytre sylindriske organ spyles med luft som kommer fra kompressoren, har denne luften tendens til å holde det ytre sylindriske organ på en relativt lav og konstant temperatur. I motsetning til dette har det indre sylindriske organ, som begrenser minst en del av primærsonen i det ekstra forbrenningskammer, en relativ høy temperatur som varierer som en funksjon av mengden brennstoff som tilføres av injektorene og som forbrennes i denne primærsonen, variasjonene i denne temperaturen kan komme opp i 600 °C, f. eks. under drift. Organene eller de ytre og indre sylindriske foringer er imidlertid utført i et materiale (ildfast, rustfritt stål) som underkastes betydelige utvidelser som en funksjon av temperaturen (i størrelsesorden 2 mm/meter ved 100°C temperaturøkning).

For å unngå gjensidig fastkiling av de to sylindriske organer under oppvarming (d.v.s. når det indre sylindriske organ er varmest, noe som tilsvarer den maksimale tilførsel av brennstoff og luft til primærsonen), må man sterkt øke den radiale klaring mellom de to sylindriske organer når de ikke er oppvarmet. Under redusert drift av det ekstra forbrenningskammeret (minimal tilførsel av brennstoff og luft i primærsonen og forbrenning i bunnen av kammeret), vil imidlertid det indre sylindriske organ trekke seg sammen radialt under avkjølingen og, mellom sin ytre vegg og den indre veggen i det ytre sylindriske organ, frigjør et ringformet hulrom hvor tverrsnittet er stort (i størrelsesorden 700 mm^, når diameteren i organene eller sylindriske foringer er ca. 200 mm, under de betingelser som er nevnt ovenfor når det gjelder temperaturvariasjo-ner og utvidelseskoeffisient). Dette ringformede rommet tillater at det skjer en luftlekkasje som øker desto mere overladingstrykket økes, siden lufttettheten er knyttet til trykket og trykkforskjellen som virker på hver side av dette lekkasjetverrsnittet øker med overledningstrykket. Det er imidlertid nettopp under disse betingelser med høyt trykk at motoren er mest belastet og derfor bør spyles ut mest mulig effektivt. Løsningen som er foreslått til nå for å redusere denne lekkasjen, spesielt ved å plassere labyrinter i periferien av det indre sylindriske organ, har vist seg å være lite vellykket.

Følgelig befinner man seg overfor følgende alternativer:

hvis den radiale klaring er liten, vil det bevegelige sylindriske organ kile seg fast i det faste sylindriske organ ved full ytelse, noe som medfører at kammeret blir ubrukelig ved full ytelse (eller overoppvarming og tap av brennstoff);

hvis den radiale klaring er for stor, vil det ekstra forbrenningskammeret lekke under redusert drift; i dette tilfelle vil de første strupeorganer være ute av stand til å styre trykkfallet eller belastningstapet mellom kompressor og turbin, noe som forhindrer den korrekte spyling av motoren ved høye ytelser som forklart ovenfor, dersom

ikke tilførelsen fra kompressoren er overdimensjonert, noe som har den ulempe at det forringer det spesifikke forbruk ved partielle belastninger.

Oppfinnelsen har således til formål å fjerne disse ulemper som skyldes-forskjellig utvidelse av de indre og ytre sylindriske organer i forbrenningsmotorer som er definert foran, som samtidig bevarer de spesifikke fordeler ved slike motorer.

I henhold til dette angår oppfinnelsen en forbrenningsmotor av den innledningsvis nevnte type og denne motor karakteriseres ved at det parallelt med gjennomløpene er koblet gjennomløp med konstant gjennom-løpstverrsnitt, at innerdelen og ytterdelen under hensyntagen til varmeutvidelseskoeffisienten til det materiale de er laget av og den øvre grensen og den nedre grensen til arbeidstemperaturområdet har slike radiale mål at det i ethvert driftsområde- for hjelpeforbrenningskammeret foreligger en tilstrekkelig radial klaring (a) mellom disse to deler for forhindring av en sideveis berøring mellom delene og at det oppstrøms eller i nærheten av gjennomløpene til det andre strupeorgan, sett i strømningsretningen for luften i den andre gren i grenledningen er anordnet et tredje strupeorgan med variabelt gjennomløpstverrsnitt, som styres på en slik måte at

a) Strupeorganets minste gjennomløpstverrsnitt er lik null og at

b) gjennomløpstverrsnittet til det tredje strupeorgan, selv om det kan være null, alltid er vesentlig større enn det frie tverrsnitt til

gjennomløpene til det andre strupeorgan ved enhver mulig reguleringsgrad av det andre og tredje strupeorgan.

Det er viktig at de tredje strupeorganer bare trer i funksjon etter at de andre strupeorganer, for, i motsatt fall vil belastningstapet som skal skapes i den annen gren i omløpspassasjen oppstå på nivå med de tredje strupeorganer og ikke i det hele tatt på nivå med de forbundne passasjer eller åpninger, noe som på den ene side hindrer gjennomtrengning av de radiale luftstråler i primærsonen og følgelig turbulensen som fremmer forbrenningen i denne sone og på den annen side får flammene i bunnen av primærsonen til å "falle ut". Man skal legge merke til at det finnes en permanent radial klaring mellom de to sylindriske organer som ikke hindrer nærværet av luftstrømmer gjennom de forbundne passasjer når disse i hvert fall delvis står like overfor hverandre, men har bare til virkning å avbøye en viss del av luftmengden mot den sekundære sonen ved det ringformede rommet som finnes mellom de to sylindriske organer.

Siden de første strupeorganer kan påvirkes manuelt, er det av interesse å påvirke dem på en slik måte at de er istand til å etablere et trykkfall som i praksis er uavhengig av forholdet mellom lufttilførselen i omløps - passasjen og totaltilførselen av luft fra kompressor, men som varierer i samme forhold som trykket ovenfor de første strupeorganer. Man får på denne måten en automatisk virkning tilpasset alle driftsbetingelser for motoren.

Enten de første strupeorganer virker automatisk eller ikke, er det fortrukket at forholdet mellom passasjetverrsnittet for de tredje strupeorganer når dette ikke er null, og hvis frie tverrsnitt i de forbundne passasjer i de andre strupeorganer er større enn 5 i alle deres respektive øyeblikkelige stillinger. På denne måten har man sikret at trykkfallet som oppstår i den annen gren av omløpspassasjen alltid oppstår gjennom de andre strupeorganer og ikke gjennom de tredje strupeorganer.

I en foretrukket utførelse består de tredje strupeorganer av en kombinasjon av et ringformet lukkeelement montert på et av de sylindriske organer og et leie festet til det annet sylindriske organ som samvirker med det nevnte ringelement, hvor diameteren i dette leie er meget større enn de respektive diametere på de nevnte sylindriske organer. Som en variant kan de tredje strupeorganer bestå av en kombinasjon av et ringformet lukkeelement som faller sammen med den frie ende av det ytre sylindriske organ og et sete som er festet til det indre sylindriske organ og som samvirker med den nevnte frie ende, hvorved dette sete er plassert i den umiddelbare nærhet av de forbundne passasjer.

Den nevnte utførelse og varianten er en spesiell enkel konstruksjon og tillater setet å samvirke med den ringformede lukkeinnretning uansett temperatur og således uansett de respektive utvidelser i de to sylindriske organer.

Passasjene med konstant tverrsnitt som kommer ut fra de andre strupeorganer kan stå i kontakt med hulrommet forbundet med utløpet av kompressoren enten direkte eller gjennom de tredje strupeorganer.

Oppfinnelsen vil bli bedre forstått ved hjelp av den etterfølgende beskrivelse og de vedheftede tegninger og tegningene vedrører på den ene side selve teknikken og på den annen side forskjellige utførelser av oppfinnelsen.

Figur 1 viser i skjematisk snitt en forbrenningsmotor av kjent type.

Figur 2 viser i snitt og i stor målestokk det ekstra forbrenningskammer i motoren i figur 1. Figur 3 angir skjematisk fordeling av lufttilførsler til motoren i figur 1. Figur 4 angir skjematisk tverrsnitt tatt på nivå med det ekstra forbrenningskammeret, en forbrenningsmotor ifølge den første utførelse etter oppfinnelsen, resten av motoren tilsvarer den som er vist i figur 1. Figur 5 viser i stor målestokk et par forbundne åpninger som går ut fra de andre strupeorganer i den utførelse som er vist i figur 4.

Figurene 6 til 12 viser hver en variant av utførelsen i figur 4.

Før man kommer inn på oppfinnelsen kan det være nyttig å gjenkalle den foreliggende teknikk slik som den er gjengitt i US-PS 4 026 115. Den vedheftede figur 1 tilsvarer figur 7 i dette patentet, men er avsluttet på passende måte.

Som vist i figur 1, omfatter den kjente forbrenningsmotor 1 en kompressor 2 som leverer frisk luft i parallell med motoren 1 ved hjelp av en komprimeringsledning 4 utstyrt med en kjøler for forkomprimert luft 41 til en omluftpassasje 5 utstyrt med et ekstra forbrenningskammer 6. Denne motoren 1 omfatter likeledes en turbin 3 som mottar utløpsgassen fra motoren 1 ved hjelp av en utløpsledning 8 og gassen fra det ekstra forbrenningskammer 6 er delt oppstrøms og nedstrøms i en primærsone 10 og en sekundærsone 11 eller fortynningssone.

Omløpspassasjen 5 er delt i to hovedgrener 5a og 5b. Den første- grenen 5a munner ut i sekundærsonen 11 og er utstyrt med de første strupeorganer 12 med variabelt passasjetverrsnitt. Fortrinnsvis er disse første strupeorganer 12 istand til å etablere et trykkfall som faktisk talt er uavhengig av forholdet mellom tilførselen av luft i omløpspassasjen 5 og den totale tilførsel av luft som leveres av kompressoren 2, men som varierer i samme forhold soms trykket foran disse første strupeorganer 12 og munner ut i primærsonen 10 gjennom de andre strupeorganer 13 i pas sas jetve r r snittet.

Som vist i figur 2, omfatter de andre strupeorganer 13 forbundne åpninger 14 og 15 utført henholdsvis i den indre sylindriske foring 16 som begrenser minst en del av primærsonen 10 og i en ytre sylindrisk foring 17 som begrenser minst en del av et hulrom 32 forbundet direkte med utløpet av kompressoren 2. Etter utførelsen i figur 1 og 2, består dette hulrommet 32 av en del av komprimeringsledningen 4 som omgir denne ytre sylindriske foring 17. En injektor for brennstoff 18 (ifølge figur 2) eller flere injektorer for brennstoff (ifølge figur 2 som beskrives nedenfor) munner ut i primærsonen 10 i den umiddelbare nærhet av de forbundne strupeåpninger 14 og 15.

Innretninger' er anordnet for korrelativt å kunne samvariere utløpet av injektoren eller injektorene for brennstoff 18 og, ved en relativ forskyvning av foringene 16 og 17, tilførselen av luft som går inn i primærsonen 10 ved hjelp av det felles frie tverrsnitt i de forbundne åpninger 14 og 15.

Ifølge utførelsen i figur 1 er omløpspassasjen 5 begrenset av et hus 7 som er separert fra komprimeringsledningen 4 ved en skillevegg 19 nedstrøms hvilken forgreningen 5a dannes. Skilleveggen 19 er gjennomhullet av en utskjæring hvor kantene danner et leie 20 som en lukkeskive 21 samvirker med, plassert nedstrøms dette leie. Skiven 21 er festet til et likevektsstempel 22 som går gjennom leiet 20 og likeledes, gjennom tetningsinnretninger 23, gjennom veggen i komprimeringsledningen 4. Skiven 21 med stempel 22 som utgjør de første strupeorganer 12, er i likevekt under påvirkning av et referansetrykk P0 som påvirker stempel tverrsnittet 22, i den øvre eller ytre del av dette, og trykkene som finnes oppstrøms (trykk P2) og nedstrøms (trykk P7) lukkeskiven 21 og som virker henholdsvis på den øvre overflate og den nedre overflate av skiven 21. I påkommende tilfelle kan en ikke vist fjær virke på stempelet 22. Hvis man kaller tverrsnittet på stempelet 22 for s og overflaten på skiven for S 21, vil verdien av det nominelle, relative belastningstap være gitt ved følgende ligning som uttrykker likevektsbetingelsen på skiven 21 (i fravær av den nevnte fjæren):

Man ser således at de første strupeorganer 12 med skiven 21 er istand til å etablere et trykkfall P2 - P7 som er praktisk talt uavhengig av forholdet mellom lufttilførselen i omløpspassasjen 5 og tilførselen av luft som fremføres av kompressoren 2, men som varierer i samme forhold som trykket P2 som finnes oppstrøms disse første strupeorganer 12. Disse kan forøvrig erstattes av tilsvarende innretninger og visse eksempler er beskrevet i det ovennenvte 4 026 115.

Ifølge utførelsen i figurene 1 og 2 er innretningene for å frembringe samvariasjon med tilførselen fra injektoren eller injektorene 18 og lufttilførselen som går inn i primærsonen 10 satt sammen på følgende måte. Den ytre foringen 17 er fast i forhold til komprimeringsledningen 4 mens den indre foringen 16 som er lukket på den ene siden av en bunnplate 24 er bevegelig ved forskyvning. Rommet 28 som finnes mellom bunnplaten 24 og en fast vegg 26 er knyttet ved hjelp av åpninger 29 med relativt stort tverrsnitt til komprimeringsledningen 4.

En sylinder 34 festet til bunnplaten 24 går igjennom veggen 26 gjennom tetningsinnretninger 35 som tillater glidning av denne sylinderen 34. En kanal for tilførsel av brennstoff munner ut i et kammer 37 som er festet til denne veggen 26; dette kammeret 37 står i forbindelse med sylinderen 34 ved hjelp av en åpning 38 som går gjennom en av veggene av denne, den motstående vegg i sylinderen 34 utgjør en del av bunnplaten 24 og bærer injektoren 18. En fast spiss 39 samvirker med åpningen 38 på en slik måte at den øker åpningens tverrsnitt i samme grad som bunnplaten 24 fjerner seg fra den faste veggen 26.

Trykket på brennstoffet som påvirker sylinderen 34 forskyver mot høyre i figur 2 i den indre foringen 16 og åpner derved for fullt samtidig det felles fri tverrsnitt på de forbundne åpninger 14 og 15 og det frie tverrsnitt på åpningen 38, noe som sikrer full tilførsel av luft og brennstoff til det ekstra forbrenningskammer 6. Hvis energien foran turbinen 3 øker, vil trykket P3 som påvirker den høyre overflate (ifølge figur 2) på bunnplaten 24 øke og føre tilbake den indre foringen 16 inntil den hydrauliske kraft (trykket på brennstoffet) som påvirker foringen 16 utjevner den pneumatisk kraft som virker på denne. Man får således automatisk regulering.

Videre kan innretningene godt variere i samsvar med tilførselen av brennstoff fra injektoren 18 og tilførselen av luft som går inn i primærsonen 10 gjennom det fri felles tverrsnitt i de forbundne åpninger 14 og 15. Slike innretninger kan også erstattes av tilsvarende innretninger og visse eksempler er beskrevet i det nevnte US-PS 4 026 115.

Endelig er bunnplaten 24 gjennomhullet av kalibrerte åpninger 40 og 33 som henholdsvis sikrer avkjøling av veggene i primærsonen 10 i det ekstra forbrenningskammer 6 under alle forhold og matning av forbrenningsluft ved redusert gang. Disse kalibrerte åpninger 40 og 33 som forøvrig ikke er blitt nevnt i US-PS 4 026 115, utgjør de nevnte passasjer med konstant tverrsnitt i parallell i forhold til de forbundne åpninger 14 og 15 som utgjør en del av de andre strupeorganer 13.

Den ytre foringen 17 er tilpasset til komprimeringsledningen 4 slik at åpningene 15 og 29 åpner seg i den sistnevnte og den er forlenget av en ledning 42 som begrenser sekundærsonen 11 og går gjennom huset 7. Utløpsledningen 8 for motoren 1 munner ut i ledningen 42 gjennom en konvergerende del eller blander 27. Åpninger 43 som er utført i ledningen 42 i det indre av huset 7 forener de nedenforliggende deler 5a og 5b med hverandre. En endeledning 44 forbinder blanderen 27 med turbinen 3 slik at denne kan motta utløpsgassene fra motoren 1 og forbrennings - gassene fra kammeret 6.

Man oppnår på denne måten en forbrenningsmotor og skal nedenfor gjennomgå hvorledes systemet virker.

Luften som leveres av kompressoren 2 fordeler seg i to strømmer: luften som går gjennom motoren 1 og ekstrastrømmen som møter turbinen 3 gjennom, omløpspassasjen 5. Denne ekstrastrømmen deler seg på ny i to: den første del som mater primærsonen 10 gjennom de forbundne åpninger 14,15 i et forhold som fortrinnsvis er støkiometrisk i forhold til brennstoffet som innføres gjennom injektoren eller injektorene 18, og en annen del som trenger inn i sekundærsonen 11 ved tversgående luftstrøm-mer som går inn igjennom åpninger 43, en annen del av ekstrastrømmen har på forhånd gått gjennom de første strupeinnretninger 12 og skal fortynne de meget varme forbrenningsgasser som kommer ut i primærsonen 10.

Når motoren 1 aksellererer, vil lufttilførselen som går gjennom øke og mengden ekstrastrøm avta i omløpspassasjen 5. De første strupeorganer 12 lukker seg således gradvis og reduserer mer og mer mengden luft som tilføres sekundærsonen 11. Luft som tilføres primærsonen 10, hvor tilførselen bare avhenger av trykket og således belastningen av motoren 1 (og ikke av hastigheten på denne), fortsetter å sike forbrenning i denne primærsonen 10 under betingelser som er så nær som mulig de støkiomet-riske. Fortynningen (og således avkjølingen) av de meget varme gasser som kommer inn i primærsonenn 10 sikres mindre og mindre av sekundær-luften (åpning 43). og mer og mer av utløpsgasser fra motoren 1, på nivå med blanderen 27; avstanden mellom åpningene 43 i denne blanderen 27 bør således være så kort som mulig for å unngå overoppvarming av deler av forbindelsesledningen 42 plassert nedstrøms åpningene 43.

Luften som går gjennom primærsonen 10 føres så oppstrøms de første strupeorganer 12, belastningstapet på grunn av gjennomløpet av de forbundne åpninger 14 og 15 opprettholdes hele tiden uansett hastigheten på motoren, på grunn av at disse første strupeorganer 12 finnes. Av denne grunn har alltid luftstrømmene som trenger inn i primærsonen 10 gjennom det fri felles tverrsnitt i de forbundne åpninger 14 og 15, uansett driftsbetingelsene for kammeret 6, en hastighet og en gjennomtrengning som er tilstrekkelig til å opprettholde den nødvendige grad av turbulens som kreves for å opprettholde den nødvendige grad av turbulens som kreves for forbrenning av brennstoffet som innføres gjennom injektoren eller injektorene 18.

Skjema i figur 3 antyder hvorledes luften som kommer fra kompressoren 2 fordeler seg. Q2 er tilførselen (i vektenheter pr. tidsenhet) av luft som komprimeres av kompressoren 2. Motoren 1 absorberer en del Qi, resten Q5 <=> Q2 - Ql går inn i omløpspassasje<n> Q5a som tilføres sekundærsonen 11 i forbrenningskammeret 6 gjennom strupeorganene 12 (fortynningsluft), en tilførsel Qz^ tilføres primærsonen 10 gjennom strupeorganene 13 og en mengde Q40 tilføres gjennom åpningene 40,33 til bunnen av kammeret 6. Mengden Qi avhenger av motorens driftsforhold og overladningstrykket som skapes av kompressoren 2.

Det relative belastningstap mellom kompressoren 2 og turbinen 3 varierer etter den lov som er antydet nedenfor. De påviste reguleringsområder og deres mulige årsaker er følgende: 1. Det relative, virkelige belastningstapet er mindre enn det relative nominelle belastningstapet:

a) de første strupeorganer 12 er normalt lukket; tilførse-

len Q2 til kompressoren 2 er utilstrekkelig (motoren 1

suger for meget luft); tilførselen Q5 som ikke er kontrollert er for stor;

b) de første strupeorganer 12 er samtidig i lukket

stilling.

2. Det relative, virkelige belastningstap er større enn det relative nominelle belastningstapet:

de første strupeorganer 12 er helt åpne og parasittbelastningstap-

ene i omløpspassasjen 5 er alttfor høye.

Som konklusjon vil en lekkasje via grenen 5a i forbrenningskammeret 6 ved redusert drift, ved gitt kompressortilførsel Q2 og gitt motortilførsel Ql, har til virkning å redusere mengden som går gjennom de første strupeorganer 12.

Følgelig; og som kort forklart foran: enten øker man tilførselen til kompressoren; 2 men. reduserer samtidig det spesifikke forbruk ved; partielle belastninger;: eller så vil mengden som; går gjennom de første strupeorganer 12 være utilstrekkelig.. Dette viser seg; ved et punkt med maksimar kraft hvor forholdet mellom; mengden Qj som føres frem til motoren 1 og Q2 som; er tilveiebragt. av kompressoren 2, er størst.. 1 dette tilfellet er det virkelige relative belastningstap mindre enn det nominelle relative belastningstap;. dette: siste opprettholdes ikke, noe som er ugunstig, spesielt for motoren 1 som; har behov for utspyling og, og når det dreier seg om firetaktsmotorer, for det spesifikke forbruk (siden trykket P3 oppstrøms turbinen, øker slik at komprimeringsarbeidet for motoren 1 er meget høyt).

For å fjerne disse vanskelighetene, er forbrenningsmotoren 1 ifølge oppfinnelsen som nevnt ovenfor karakterisert ved at de indre og ytre sylindriske organer 16 og 17 (eller foringer i de fleste utførelser); har radielle dimensjoner slik at alt etter deres termiske utvidelseskoeffisien-ter og de. materialer som inngår i dem,,, og de' øvre og nedre grenser for d r i f tstemperatur ene,, alltid seg imellom har en radial klaring a (figurene 4 og 6, tili 12) tilstrekkelig til å unngå all kontakt mellom den ytre sideveggen i det indre sylindriske organ 16. og den indre: sideveggen i det ytre sylindriske, organ; 17 alt etter drif tsbetingelsene for det ekstra forbrenningskammeret 6. Videre er de tre strupeorganene: 45 med varierbart passasjetverrsnitt montert, oppstrøms eller på nivå med de forbundne passasjer 14 og 15 i det andre strupeorgan 13 i sirkuleringsretningen for luft i den annen gren 5b i omløpspassasjen 5 og påvirkes slik

a) at det minimale: tverrsnitt i passasjen er null og

b) ! at alt etter de respektive, øyeblikkelige åpningsgrader i de andre og tredje strupeorganer 13 og 45,; vil

passasjetverrsnittet i de tredje strupeorganer 45 når det ikke er null,, alltid være større (fortrinnsvis et forhold som minst er lik 5) til det frie tverrsnitt i de

forbundne åpninger 14 og 15 i de andre strupeorganer

13,

Etter en spesiell enkelt konstruksjon, består de tredje strupeorganer 45 av en kombinasjon av et ringformet lukkeelement 46 (figur 4 og 6) eller 46c (figur 9 og 10), festet til et av de sylindriske organer 16 (figur 4 og 6) eller 17 (figur 9 og 10) og et sete 47 (figur 4 og 6) eller 47c (figur 9 og 10) festet til det andre sylindriske organ 17 (figur 4 og 6) eller 16 (figur 9 og 10) og som samvirker det nevnte ringelement 46 (figur 4 og 6) eller 46c (figur 9 og 10), hvor diameteren i dette setet 47 eller 47c er meget større enn de respektive diametere av de nevnte sylilndriske organer 16 og 17.

Som en variant består det tredje strupeorgan 45 av en kombinasjon av et ringformet lukkeelement 46b (figur 7 og 8) eller 46d (figur 11) som er en del av den frie enden av det ytre sylindriske organ 17 og et sete 47b (figur 7 og 8) eller 47d (figur 11), festet til det indre sylindriske organ 16 og som samvirker med den nevnte frie ende, dette setet 47b eller 47d er plassert i den umiddelbare nærhet av de forbundne passasjer 14 og 15 ikke av en krone av åpninger med individuell kontur som bare er lukket til den indre foringen 16, men ikke til den ytre foringen 17.

I det første tilfellet (figur 4, 6, 9 og 10) adskiller de tredje strupeorganer 13, de sistnevnte består av to forbundne kroner med åpninger 14 og 15 utført henholdsvis i to foringer 16 og 17. I utførelsen i figur 4 og 6, er den ytre foring 17 fast og den indre foring 16 er forskyvbar som i konstruksjonen kjent fra figurene 1 og 2, d.v.s. ved å forskyve seg mot venstre i figur 4 og 6 for å redusere det felles tverrsnitt i de forbundne åpninger 14 og 15. Ifølge utførelsen i figur 9 og 10, er derimot den indre foringen 16 som er fast og den ytre foringen 17 som er forskyvbar. Etter de forskjellige utførelsene i figurene 4, 6, 9 og 10, er setet 47 eller 47c festet til den faste foringen 17 eller 16 ved en fast støtte 48.

Lukkeelementene 46 eller 46c består av en plan, fast skive på den ytre overflate av den bevegelige foring 16 eller 17.

For bedre å forstå den suksessive virkning av de andre strupeorganer 13 og de tredje strupeorganer 45, kan det være nyttig å gi et numerisk eksempel. Anta at foringene 16 og 17 i figur 4 hver omfatter tolv sirkulære åpninger 14 og 15 med diameter 2R = 7 mm. Anta at x (i mm), er banen for den bevegelige foring 16 fra en stilling med helt sammen-fallende åpninger 14 og 15<:>. Den felles luft for de to åpningene er angitt med skrave ringen: i figur 5. Hvis man kaller- a halvvinkelen i sentrum- av buen som angir denne luften til hver av sirklene som begrenser åpningene, vil den felles luft eller den totale påviste luft tilsvare:

Luften til høyre for de tredje strupeorganer 45, d.v.s. mellom, lukkeelementet 46 og setet 47, tilsvarer omtrent (12-x).395 mm^ hvis setet 47a har en diameter på 126 mm.

Man får på denne måten følgende suksessive verdier som en. funksjon av x:

Man kan konstatere at bortsett fra på slutten av banen for den bevegelige foring 16, er det felles tverrsnitt av de forbundne åpninger 14 og 15 totalt meget mindre enn passasjetverrsnittet på nivå med setet 47, i et forhold på mindre enn 1/5. Trykkfallet, som er omvendt proporsjonalt med kvadratet av passasjetverrsnittene, oppstår således på hver side av de forbundne åpninger 14 og 15, mer enn på hver side av setet 47. Man får således en god gjennomtrengning av luftstrømmer i den primære sone 10. Det er bare på slutten av banen for den bevegelige foring 16 at lukkeelementet 46 begynner å bli ført mot setet 47. Man unngår således en betraktelig luftlekkasje ved den ringformede klaring a. Man sikres således at mengden Qj absorberes av motoren 1 er tilstrekkelig uten at kompressoren 2 behøver å bli overdimensjonert. Ikke desto mindre vil det passere en tilstrekkelig luftmengde gjennom åpningene 33 for å mate injektoren 18 ved .redusert drift og gjennom åpningene 40 for å avkjøle veggene i det ekstra forbrenningskammer 6.

Utførelsesformen i figur 6 adskiller seg fra en i figur 4 bare ved det forhold at åpningene 33 og 40 ikke er plassert oppstrøms (figur 4), men nedstrøms (figur 6) de tredje strupeorganer 45, noe som ytterligere påvirker en økning i forholdet Q4</>Q2.

Utførelsesformen i figur 7 adskiller seg fra en i figur 4 på den ene side ved det forhold at den indre foring 16 forskyver seg i motsatt retning (d.v.s. mot høyre i figur 7) for å redusere det felles tverrsnitt i de forbundne åpninger 14 og 15, og, på den annen side, ved det forhold at de tredje strupeorganer 45 er felles med de andre strupeorganer 13. Som i det forangående tilfellet, er den indre foringen 16 utstyrt med en krone med sirkulære, adskilte åpninger 14, men åpningene 15, som er forbundet med åpningene 14, er formet ved et enkelt ringformet intervall mellom den frie kanten på en ekstraforing 49 som er plassert koaksialt i forhold til den bevegelige indre foringen 16, utenfor denne, og utgjør det nevnte setet 47b, og det ringformede lukkeelement 46b som består av den frie, bakre ende av den faste, ytre foringen 17. Dette gjør det selvsagt nødvendig med en passende forandring i innretningene som regulerer tilførselen av brennstoff som tilføres injektoren 18.

Utførelsesformen i figur 8 adskiller seg bare fra den i figur 7 ved det forhold at åpningene 33 og 40 ikke er plassert oppstrøms (figur 7), men nedstrøms (figur 8) i forhold til de tredje strupeorganer 45. Dette gjør det bare nødvendig å føre tilbake området hvor ekstraforingen 49 er festet til bunnplaten 24 eller sylinderen 34.

Utførelsesformen i figur 9 skiller seg fra den i figur 4 ved det forhold at den ytre foringen 17 istedenfor å være fast (figur 4) kan forskyves (figur 9), mens den indre foringen 16 istedenfor å være bevegelig (figur 4) er fast (figur 9). Følgelig er det ringformede lukkeelement 46 eller 46c festet ikke til den indre foringen 16 (figur 4), men til den ytre foringen 17 (figur 9). I dette tilfellet forskyver den bevegelige foringen 16 (figur 4) eller 17 (figur 9) i samme retning.

Utførelsesformen i figur 10 skiller seg fra den i figur 9 bare ved det forhold at åpningene 33 og 40 ikke er plassert oppstrøms (figur 9), men nedstrøms (figur 10) de tredje strupeorganer 45. Av denne grunn er åpningene 29 som er utført i den ytre foringen 17 for å mate åpningene 33 og 40 plassert oppstrøms (figur 9) eller nedstrøms (figur 10) de ringformede lukkeelementer 46c.

Utførelsesformen i figur 11 skiller seg fra den i figur 8 ved det forhold at den ytre foringen 17 istedet for å være fast (figur 8) kan forskyves (figur 11), mens den indre foringen 16, istedenfor å være bevegelig (figur 8) er fast (figur 11).

Virkemåten for de forskjellige utførelsesformer i figurene 6 til 11 er analoge med den i figur 4, variasjonsmulighetene for de andre og tredje strupeorganer 13 og 45 er noe modifiserte, men bidrar til samme totalvirkning.

Utførelsesformen i figur 12 skiller seg fra den i figur 4 ved følgende punkter: a), Som angitt ovenfor, er flere injektorer 18 plassert i kronen og erstatter en enkel injektor. b) De indre og ytre sylindriske organer, utstyrt med forbundne åpninger, består ikke av et par foringer 16 og 17, men av en

ytre fast foring 56, ved hjelp av innløpsåpninger for luft 55 forbundet med komprimeringsledningen 4 og et sylindrisk stempel

57 som kan gli i det indre av foringen 56.

c) De forbundne åpninger består i dette tilfelle av langsgående riller

54 utført i det sylindriske stempel 57 etter aksialplanene og står

fast i forbindelse med inngangsåpningene 55, og på tilsvarende måte som konstruksjonen i figurene 7 og 8, av et ringformet intervall mellom den frie kanten på den faste foringen 56 som utgjør det nevnte lukkeelement 46b og et ringformet sete 47b som er plassert på den frie enden av det sylindriske stempel 57.

I definisjonene på forbrenningsmotorer ifølge oppfinnelsen, er det, når det dreier seg om de indre og ytre sylindriske organer, angitt at det ene begrenser minst en del av den primære sonen, mens det andre begrenser minst en del av et hulrom som er forbundet direkte med utløpet for kompressoren. Uttrykket "forbundet direkte med" antyder "i hvert fall i fravær av de tredje strupeorganer 45 ifølge oppfinnelsen" fordi, slik det fremgår av figur 4 og 6, er mulig at disse strupeorganer er plassert mellom utløpet for kompressoren og hulrommet som er begrenset i det minste delvis av et av de sylindriske indre og ytre organer.

Claims (6)

1. Overladet forbrenningsmotor (1), spesielt overladet dieselmotor, som på den ene side oppviser en kompressor (2) som parallelt tilfører friskluft til motoren (1) og til en grenledning (5) utstyrt med et hjelpeforbrenningskammer (6) og på den annen side en turbin (3) som opptar avgassene fra motoren (1) og de fra hjelpeforbrenningskammeret (5) utstrømmende gasser, og som driver kompressorene (2) mekanisk, hvorved greniedningen (5) er delt i to hovedgrener (5a, 5b) hvorved den første (5a) munner i en fortynningssone eller "sekundærsone" (11) nedstrøms for oppstrømsdelen eller "primærsonen" (10) i hjelpeforbrenningskammeret (6) og som er utstyrt med et første strupeorgan (12) med varierbart gjennomløpstverr-snitt og av hvilke den andre gren (5b) går ut fra et oppstrøms det første strupeorgan (12) anordnet punkt og munner i primærsonen (10) over et andre strupeorgan (13), hvorved det andre strupeorgan (13) oppviser gjennomløp (14, 15; 54) med variabelt tverrsnitt som er anordnet i to overfor hverandre liggende forskyvbare deler, en innerdel (16; 57) og en ytterdel (17; 56) av hvilke den ene (16, 57) i det minste delvis begrenser primærsonen og av hvilke den andre (17; 56) i det minste delvis ligger i et hulrom (32) som er forbundet med utløpet av kompressoren (2), og hvorved en brennstoffihjektor (18) munner ut i umiddelbar nærhet av disse gjennomløp (14, 15; 54) i primærsonen, og hvorved det er anordnet innretninger (38, 39) for av hverandre avhengig endring av injektoren eller injektorenes (18) befordrede brennstoff mengde og, ved relativ forskyvning mellom innerdelen (16; 57) og ytterdelen (17; 56), mengden av den via det frie tverrsnitt av gjennomløpene (14, 15; 54) til primærsonen (10) innkomne luft, karakterisert ved at det parallelt med gjennomløpene (14, 15; 54) er koblet gjennomløp med konstant gjennomløpstverrsnitt (33, 40), at innerdelen (16; 57) og ytterdelen (17; 56) under hensyntagen til varmeutvidelseskoeffisienten til det materiale de er laget av og den øvre grensen og den nedre grensen til arbeidstemperaturområdet har slike radiale mål at det i ethvert driftsområde for hjelpeforbrenningskammeret (6) foreligger en tilstrekkelig radial klaring (a) mellom disse to deler for forhindring av en sideveis berøring mellom delene (16; 17; 56, 57) og at det oppstrøms eller i nærheten av gjennomløpene (14, 15;54) til det andre strupeorgan (13), sett i strømningsretningen for luften i den andre gren (5b) i grenledningen (5) er anordnet et tredje strupeorgan (45) med variabelt gjennomløps-tverrsnitt, som styres på en slik måte at a) Strupeorganets minste gjennomløpstverrsnitt er lik null og at b) gjennomløpstverrsnittet til det tredje strupeorgan (45), selv om det kan være null, alltid er vesentlig større enn det frie tverrsnitt til gjennomløpene (14, 15; 54) til det andre strupeorgan (13) ved enhver mulig reguleringsgrad av det andre og tredje strupeorgan (13! og 45).

2. Motor ifølge krav 1, karakterisert ved at forholdet mellom gjennomløpstverrsnittet til det tredje strupeorgan (45), så lenge dette ikke er null, og det frie tverrsnitt av gjennomløpene (14,. 15)' til det andre strupeorgan (13), overstiger verdien 5 i alle innstillinger til struperne.

3. Motor ifølge kravene 1 og 2, karakterisert ved at det tredje strupeorgan (45) er tildannet. ved; en kombinasjon av ett på; de sylindriske deler (16 eller 17) montert ringformet lukkeorgan (46, 46c) med et med den andre sylindriske del (17 eller 16) fast forbundet og med det ringformede lukkeorgan (46, 46c) sammenvirkende sete (47, 47c), hvorved diameteren til dette sete (47, 47c)' vesentlig overstiger diameteren til de sylindriske deler (16, 17) (fig. 4, 6,. 9 og IO).

4. Motor ifølge et hvilket som helst av kravene 1 til 3, karakterisert ved: at den tredje strupeorgan (45) er tildannet vedi en kombinasjon av et ved den frie ende av den sylindriske, ytterdel (17) anordnet ringformet lukkeorgan (46b, 46d) med: et til den sylindriske innerdel (16) fastlagte og med den nevnte frie ende sammenvirkende sete (47b, 47d),. som er anordnet, i umiddelbar nærhet av gjennomløpene (14, 15) med variabelt tverrsnitt (fig. 7, 8. og 11)..

5. Motor ifølge et hvilket som helst av kravene 1 til 4, karakterisert ved at gjennomløpene (33, 40) med konstant tverrsnitt i det andre strupeorgan (13) direkte står i forbindelse med hulrommet (32) forbundet med utløpet til kompressoren (2) (fig. 7 og 9).

6. Motor ifølge et hvilket som helst av kravene 1 til 4, karakterisert ved at gjennomløpene (33, 40) med konstant tverrsnitt i det andre strupeorgan (13) gjennom det tredje strupeorgan (45) står i forbindelse med hulrommet (32) forbundet med utløpet av kompressoren (2) (fig. 4, 6, 8, 10 og 11).