NO323742B1 - Fremgangsmate og innretning for starting, bremsing og omkasting av en totakts dieselmotor - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte for starting, bremsing og omkasting av en totaktsdieselmotor som angitt i innledningen i krav 1. Oppfinnelsen angår vide-re en innretning for utførelse av fremgangsmåten ifølge innledningen i krav 11.

Det er kjent pneumatisk å starte, bremse eller omkaste selvtennende stempel-forbrenningsmotorer, idet følgende også angitt som dieselmotorer. Således blir f.eks. store totaktsdieselmotorer som anvendes for fremdrift av skip startet på en slik måte at i en første driftsfase blir et komprimert fluid, særlig trykkluft blåst inn i sylinderen på en slik måte at stempelet som befinner seg deri settes i bevegelse og driver dieselmotoren, idet brennstoff tilføres til sylinderne i en andre driftsfase etter at et minste turtall er nådd, og sylinderne tennes som annen forbrenningsmotordrift. Slike dieselmotorer lar seg ved anvendelse av det komprimerte fluid som trykkluft også nedbremse, evt. til stillstand. Dersom det er nødvendig kan dieselmotoren også omkastes, idet den dreiende dieselmotor bringes til stillstand og startes igjen dreiende i den motsatte retning. Som komprimert luft er særlig trykkluft egnet, men også andre ikke-brennbare fluider kan anvendes.

Ulempen ved kjente fremgangsmåter for pneumatisk starting, bremsing og omkasting av totaktsdieselmotorer, særlig av store skipsdieselmotorer hhv. av store totaktsdieselmotorer er den kjensgjerning at det er nødvendig med en stor mengde med trykkluft som står under høyt trykk. Således eksisterer det internasjonale for-skrifter at forrådet av trykkluft for utførelse av 12 starter skal være tilstrekkelig, hvor det for en stor skipsdieselmotor f.eks. er nødvendig med en mengde på 30 m<3> trykkluft, som står under et trykk på 30 bar. Slike trykkluftlagre er meget store, voluminø-se og dyre, idet det for opplading dessuten er nødvendig med dyre kompressorer.

Startingen, bremsingen og omkastingen av en totaktsskipsdieselmotor blir i tillegg vanskeliggjort ved at totaktsdieselmotoren ofte er direkte forbundet med en ikke stillbar skipspropell via en gjennomgående aksel. Kreftene som virker på propellen blir således overført direkte til totaktsdieselmotoren. Ved starting, bremsing og omkasting må derfor ikke bare totaktsdieselmotorens massetreghetskrefter overvin-nes, men i tillegg de betydelige krefter og ytterligere masser som virker på propellen.

Formålet med den foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en økonomisk fordelaktig fremgangsmåte og en tilsvarende innretning for starting, bremsing og omkasting av en totaktsdieselmotor.

Dette formål oppnås med en fremgangsmåte som har de karakteristiske trekk som angitt i krav 1. De uselvstendige krav 2-10 angir ytterligere fordelaktige frem-gangsmåtetrinn. Formålet blir dessuten oppnådd med en innretning for utførelse av fremgangsmåten som har karakteristiske trekk som angitt i krav 11.

Formålet blir særlig oppnådd med en fremgangsmåte for starting, bremsing og omkasting av en totaktsdieselmotor idet et komprimert fluid, særlig trykkluft, til-føres til minst én sylinder på en slik måte at et stempel som befinner seg i sylinderen settes i bevegelse eller nedbremses ved den resulterende trykkforandring, idet sylinderen har minst én utløpsventil som åpnes og lukkes varierbart med hensyn til veivakselens dreievinkel for å holde sylinderen i det vesentlige kompresjonsløs, eller å bevirke et for tidlig trykkfall i sylinderen, og hvor tilføringen av det komprimerte fluid og utløpet av sylinderen avstemmes gjensidig i avhengighet av veivakselens dreievinkel på en slik måte at det ved samvirkningen tilveiebringes en øket trykkforandring i sylinderen.

Forutsetning for utførelse av fremgangsmåten er at dieselmotoren har ventiler som er styrbare atskilt fra veivakselen. Ved starting av dieselmotoren blir ventilene styrt hhv. holdt åpne på en slik måte at dieselmotoren kan startes i det vesentlig uten kompresjon. En totaktsdieselmotor blir f.eks. startet på en slik måte at ved den sylinder hvor stempelet befinner seg direkte etter det øvre dødpunkt blir utløpsventilen stengt, og trykkluft innblåst for å bevege stempelet mot det nedre dødpunkt. Utløps-ventilene for de andre sylindere forblir åpne slik at det ikke tilveiebringes noen vesentlig kompresjon. Såsnart et ytterligere stempel befinner seg direkte etter det øvre dødpunkt blir dets utløpsventil stengt og trykkluft innblåst for å bevege også dette stempel mot det nedre dødpunkt. Før stempelet i sylinder som står under trykk når det nedre dødpunkt blir utløpsventilen igjen åpnet slik at stempelet beveger seg i det vesentlige igjen kompresjonsløst til det øvre dødpunkt. Den kan f.eks. påvirkes to sylindere som beskrevet med trykkluft for å starte dieselmotoren, mens de andre sylindere i det vesentlige holdes kompresjonsløse. Imidlertid kan også alle sylinderne påvirkes med trykkluft etter hverandre som beskrevet. Da sylinderen ved tidspunktet hvor det befinner seg ved det øvre dødpunkt i det vesentlige er kompresjonsløst, fremkommer det som en vesentlig fordel ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen det faktum at det er tilstrekkelig med et forholdsvis lite lufttrykk for å starte dieselmotoren. Hittil måtte luften som ble anvendt til starting ha et trykk som er vesentlig høyere enn det kompresjonstrykket som er i sylinderen ved starting når stempelet befinner seg i det øvre dødpunkt. Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen har således den fordel at trykket i trykkluftakkumulatoren kan holdes lavere, eller at volumet i trykkluftakkumulatoren ka holdes lavere. Trykkluftakkumulatoren, som på fordelaktig måte er forsynt med trykkflasker kan således utformes billigere og mindre, eller det kan med innholdet i den eksisterende trykkluftakkumulator gjennomføres en stør-re antall starter. Dessuten kan det anvendes kostnadsgunstigere kompressorer for oppladning av trykkluftakkumulatoren.

For bremsing av dieselmotoren blir det under stempelets komprimerende stempelslagbevegelse blåst inn trykkluft i sylinderen, og deretter blir sylinderens startventil styrt slik at denne åpnes like etter at stempelet har gått over det øvre død-punkt for å blåse ut trykkluften som befinner seg i sylinderen og for på den måten å redusere en drift av stempelet ved ekspanderingen av trykkluften.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er også egnet til å omkaste dieselmotoren, hvor den i et første deltrinn bremses til stillstand som allerede beskrevet, hvor det i det andre deltrinn blir blåst inn trykkluft på en måte i avhengighet av stem-pelstillingen, og utløpsventilene blir styrt på en slik måte at dieselmotoren blir beve-get dreiende i motsatt retning, slik at dieselmotoren som dreier i motsatt retning i et tredje deltrinn blir startet med den allerede beskrevne fremgangsmåte.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er egnet for totaktsdieselmotorer.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere i det følgende i forbindelse med noen utførelseseksempler og under henvisning til tegningene, der fig. 1 viser skjematisk en totaktsdieselmotor med en innretning for utførelse av fremgangsmåten, fig. 2a er et diagram som viser sylindertrykket som funksjon av veivvinkelen ved starting av en kjent totaktsdieselmotor, fig. 2b er et diagram som viser sylindertrykket som funksjon av veivvinkelen ved starting av et totaktsdieselmotor etter fremgangsmåten iføl-ge oppfinnelsen, fig. 2c er et diagram som viser sylindertrykket som funksjon av veivvinkelen ved bremsing av en totaktsdieselmotor etter fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, fig. 2d er et diagram som viser sylindertrykket som funksjon av veivvinkelen ved omkasting av en totaktsdieselmotor etter fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen.

Den på fig. 1 skjematisk viste totaktsdieselmotor omfatter et syltnderhus 6 med flere sylindere som hver har en innsprøytingspumpe 3 med tilførselsledninger 3a, 3b, såvel som et veivakselhus 7 med en veivaksel 2. En styre- og reguleringsinnretning 8 er ved hjelp av elektriske ledninger 8a, 8d, 8e, 8f og 8h

forbundet med en dreievinkelsensor 9 som registrerer veivakselens 2 dreievinkel,

forbundet med en utløpsventil 4a,

forbundet med en trykkluftventil 4b,

forbundet med en innsprøytingspumpe 3,

såvel som forbundet med en sensor 12 for måling av trykket i trykkluftbehol-deren 11.

Trykkluften blir via ledningen 1 lb tilført trykklutfventilen 4b fra trykkluft-beholderen 11.

En avgassledning 13 er anordnet etter utløpsventilen 4a.

Forbrenningsluft blir tilført totaktsdieselmotoren via innløpsslisser som befinner seg i sylinderen, som her ikke er vist.

Fig. 2a viser trykket 20 inne i en sylinder i totaktsdieselmotoren som funksjon av veivakselens 2 veivvinkel o>. Startende på den venstre side beveger stempelet seg frem til det nedre dødpunkt UPT, idet sylindertrykket 20 avtar og først åpner ut-løpsventilen 4a, som vist med kurven 22, og deretter, som vist med kurven 21, er totaktsdieselmotorens innløpsslisse åpnet. Under stempelets bevegelse fra det nedre dødpunkt UTP frem til det øvre dødpunkt OTP blir innløpsslissen først stengt, deretter utløpsventilen 4a stengt, hvorpå sylindertrykket 20 stiger ved den følgende kompresjon. I den sylinder hvor stempelet befinner seg direkte etter det øvre dødpunkt OTP, blir det tilført trykkluft 23 ved betjening av trykklutfventilen 4b, slik at trykket i sylinderen får et øket trykkforløp 20. Kurvavsnittet 20a viser trykkforløpet uten innblåsingen av trykkluft. Flaten 24a viser trykkøkningen i sylinderen som forårsaker at stempelet trykkes nedover, idet trykket 20 avspennes kontinuerlig inntil utløps-ventilen 4a såvel som innløpsslissene åpnes, som vist med kurvene 21, 22. Dieselmotoren blir startet på en slik måte at trykkluft tilføres i det minste ved to sylindere, fortrinnsvis også alle sylindere, som vist på fig. 2a, inntil dieselmotoren får et forut-bestemt nominelt turtall, hvor det ved overskridelse av dette tilføres brennstoff i sylinderen som antennes slik at dieselmotoren går over i driftstilstanden for en forbrenningsmotor.

Fig. 2b viser sylindertrykket 20 som funksjon av veivvinkelen co ved start-fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen. Utløpsventilen 4a er åpen i kurven 22, idet kurven 22 har en flanke 22a med åpen utløpsventil 4a og en flanke 22b med lukket ut-løpsventil 4a. I normal driftstilstand, dvs. under drift av totaktsdieselmotoren med konstant turtall, blir utløpsventilen 4a åpnet og lukket i det vesentlige tilsvarende kurveforløpet 22 vist på fig. 2a. Innretningen ifølge oppfinnelsen har den egenskap at utløpsventilen 4a, som vist ved flanken 22a, 22b, kan åpnes og stenges ved fritt valg-bare veivvinkler co. Innløpsslissen blir under forløpene ifølge fig. 2a - 2d åpnet og lukket til de samme tidspunkter konstruksjonsbetinget av totaktsdieselmotoren, men hvor utløpsventilen 4a i forløpet ifølge fig. 2b blir lukket senere, hhv. forskjøvet frem til det øvre dødpunkt OTP når det gjelder normaldrift, noe som bevirker, som vist ved trykkforløpet 20, at stempelet som beveger seg mot det øvre dødpunkt OTP nesten ikke bevirker en kompresjon i sylinderrommet, fordi luften strømmer ut via utløps-ventilen 4a slik at sylinderen i det vesentlige holdes kompresjonsløs. Utløpsventilen 4a blir lukket like før det øvre dødpunkt OTP. Etter at stempelet har gått forbi det øv-re dødpunkt OTP blir trykklutfventilen 4b åpnet, og som vist med kurven 23 blir trykkluft ledet inn i sylinderen som tilveiebringer et trykkforløp 20. Kurveavsnittet 20a viser trykkforløpet dersom ikke noe trykkluft hadde vært tilført. Flaten 24a viser trykkøkningen i sylinderen som forårsaker at stempelet utfører en ekspanderende bevegelse. Utløpsventilen 4a blir via styrekurven 22 og trykkluftventilen 4a styrt gjensidig avstemt via styrekurven 23 på en slik måte at sylinderen ved omtrent det øvre dødpunkt OTP er i det vesentlige kompresjonsløst eller har et lite innvendig trykk, og at den etterfølgende innblåsing av trykkluft bevirker en øket trykkforandring i sylinderen hhv. en forholdsvis høy trykkforandring i sylinderen. I motsetning til den kjente fremgangsmåte ifølge fig. 2a er det i fremgangsmåten ifølge fig. 2b nødvendig med trykkluft med et vesentlig mindre trykk, idet denne trykkluft dessuten bevirker en øket trykkforandring i sylinderen som understøtter stempelets ekspandering. For-øvrig forløper startingen som allerede beskrevet i beskrivelsen av fig. 2a, idet dieselmotoren etter overskridelse av et foregitt nominelt turtall overføres i driftstilstanden for en forbrenningsmotor.

Utløpsventilen 4a blir stengt i et område mellom -180°og 0° før det øvre dødpunkt OTP, særlig i et område mellom - 90° og 0° før det øvre dødpunkt OTP.

Bremsingen ifølge fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen blir forklart ved hjelp av fig. 2c som viser sylindertrykket 20 som funksjon av veivvinkelen to. Først blir tilførselen av brennstoff forhindret. Under kompresjonsslaget blir det tilført trykkluft i sylinderen, som vist med kurven 23, slik at trykket stiger over det ellers forekommende trykk 20a til sylindertrykket 20, som resulterer i et sylindertrykk øket med flaten 24a. Etter overskridelsen av det øvre dødpunkt OTP blir utløpsventilen åpnet tidligere hhv. skjøvet fremover frem til det øvre dødpunkt OTP med hensyn til normaldriften, særlig vist med den åpnende flanke 22a, hvorpå sylindertrykket 20 har et trykk som er vesentlig dypere sammenliknet med det ellers eksisterende trykk 20b, hvor differansen er vist med flaten 24b. Med denne tidligere åpning av utløpsventilen 4a blir fluidet som befinner seg i sylinderen i det vesentlige ikke ekspandert ved stempelet, men blåst bort til omgivelsene. Således blir stempelbevegelsen bremset ved innføringen av trykkluft før det øvre dødpunkt OTP, og etter overskridelsen av det øvre dødpunkt blir den drivende virkning av det komprimerte fluid redusert. I det minste én av sylinderne blir styrt ifølge denne bremseprosess ifølge oppfinnelsen, i-det det for å bevirke en hurtig bremsing hhv. en hurtig stillstand av dieselmotoren blir fortrinnsvis alle sylindere styrt på den måten.

Utløpsventilen blir ved bremsing åpnet i et område mellom 0° og 90° etter det øvre dødpunkt OTP, f.eks. ved omtrent 45°, nemlig når åpningskraften for ventilen 4a overvinner stengekraften forårsaket av trykket i sylinderen.

Utløpsventilen 4a blir via styrekurven 22 og trykkluftventilen 4b via styrekurven 23 styrt gjensidig avstemt på en slik måte at innerommet i sylinderen under kompresjonen har et forhøyet innvendig trykk, og har en tidligere trykkreduksjon under ekspansjonen, noe som fører til en øket trykkredusering i sylindernes innerom, og det står til disposisjon mindre trykkenergi for stempelbevegelsen.

Fig. 2d viser sylindertrykket 20 som funksjon av veivvinkelen co ved omkasting av dieselmotoren 1. Til det blir enhver sylinder hvor stempelet befinner seg før det øvre dødpunkt OTP, som vist med kurven 23, tilført trykkluft, noe som bevirker et trykkforløp 20 som er øket sammenliknet med trykkforløpet 20a uten anvendelsen av trykkluft. Dette bevirker at stempelet dreier veivakselen 2 i motsatt retning, slik at dieselmotoren 1 blir omkastet. Såsnart veivakselen 2 dreier i motsatt retning kan dieselmotoren 1 akselereres tilsvarende startprosessen vist på fig. 2b for ved nådd min-steturtall å overføre dieselmotoren til forbrenningsmotordrift. Ved omkasting ifølge fig. 2d kunne innerommet i sylinderen ved en betjening av utløpsventilen 4a først gjøres i det vesentlige kompresjonsløs, og etter stenging av utløpsventilen 4a tilføres trykkluft.

Omkastingen av en løpende dieselmotor skjer i flere deltrinn, idet motoren i et første trinn bremses til stillstand med bremseprosessen vist på fig. 2c, deretter i et andre trinn blir dens dreieretning endret med omkastingsprosessen vist på fig. 2d for i et tredje trinn med startprosessen vist på fig. 2b igjen å akselerere dieselmotoren i motsatt retning og å tilføre brennstoff ved overskridelse av et minste turtall og å drive motoren etter tenningen av brennstoffet i forbrenningsmotordrift. Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen har den fordel at omkastingen kan skje hurtigere, slik at dieselmotoren bremses med færre omdreininger, omkastes og drives dreiende i motsatt retning, og i tilfellet med et skipsfremdirftsanlegg kan skipet stanses innenfor en kortere strekning.

Claims (12)

1. Fremgangsmåte for starting, bremsing eller omkasting av en totaktsdieselmotor hvor et komprimert fluid fra en trykkbeholder (11), særlig trykkluft fra et rykkluftlager, tilføres minst én sylinder i avhengighet av veivakselens dreievinkel på en slik måte at et stempel som befinner seg i sylinderen ved trykkforandringen som resulterer av dette akselereres eller nedbremses, karakterisert ved at sylinderens utløpsventil (4a) åpnes og stenges varierbart i forhold til veivakselens dreievinkel, idet den lukkende flanke (22b) for utløpsventilen (4a) forskyves til det øvre dødpunkt OTP for starting slik at sylinderen holdes i det vesentlige kompresjonsløs, og hvor den åpnende flanke (22b) for utløpsventilen (4a) forskyves frem til det øvre dødpunkt OTP for bremsing, slik at det fremkommer et tidligere trykkfall i sylinderen.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at for starting åpnes uttøpsventilene for alle sylinderne, utløpsven-tilen for enhver sylinder hvor stempelet befinner seg direkte etter et øvre dødpunkt OTP stenges, i denne sylinder tilføres det komprimerte fluid hvorved stempelet beve-ges frem til det nedre dødpunkt UTP, utløpsventilen åpnes og stenges igjen senest etter at stempelet befinner seg ved det øvre dødpunkt OTP, sylinderen tilføres igjen komprimert fluid så snart stempelet befinner seg etter det øvre dødpunkt OTP, og ut-løpsventilen åpnes og stenges vekselvis og deretter tilføres det komprimerte fluid inntil dieselmotoren får et minste turtall hvor dieselmotorens utløpsventiler når dette er oppnådd styres som en videreførende forbrenningsmotordrift.

3. Fremgangsmåte iføre krav 1 eller 2, karakterisert ved at utløpsventilen stenges før det øvre dødpunkt OTP i et område mellom -150°og 0°, særlig mellom -90°og 0°.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 3, karakterisert ved at det komprimerte fluid tilføres sylinderen i en del av området mellom 0°og 90° etter det øvre dødpunkt OTP for å drive totaktsdieselmotoren.

5. Fremgangsmåte ifølge foregående krav, karakterisert ved at utløpsventilen ved flere eller alle sylindere vekselvis åpnes og stenges, og deretter tilføres det komprimerte fluid.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det for bremsing av en sylinder hvor stempelet befinner seg i et kompresjonsslag blir det komprimerte fluid tilført, og under etterfølgende ekspan-sjonsslag åpnes utløpsventilen og stenges igjen under det etterfølgende kompresjonsslag, og komprimert fluid tilføres og utløpsventilen åpnes og stenges på en slik måte vekselvis.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 6, karakterisert ved at utløpsventilen åpnes i et område mellom 0°og 90° etter det øvre dødpunkt OTP, særlig mellom 0°og 45°.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 7, karakterisert ved at det komprimerte fluid tilføres sylinderen i en del av området mellom -180°og 0° før det øvre dødpunkt OTP.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at for omkasting ved i det vesentlige nedbremset eller stillestående dieselmotor stenges utløpsventilen for enhver sylinder hvor stempelet befinner seg direkte før et øvre dødpunkt OTP, og denne sylinder tilføres det komprimerte fluid-

10. Fremgangsmåte for omkasting av en dieselmotor, karakterisert ved at en bremseprosess ifølge krav 6, en etterfølgende omkastings-prosess ifølge krav 9, og en etterfølgende startprosess ifølge krav 2.

11. Innretning for utførelse av fremgangsmåten ifølge ett av kravene 1-10, karakterisert ved at den omfatter én beholder (11) som inneholder et komprimert fluid, særlig trykkluft, hvor beholderen (11) via en ventil (4b) er forbindbar fluidledende med innerommet av en dieselmotors (1) sylinderhus (6), og omfattende en styrbar utløpsventil (4a) som er fluidledende forbindbar med sylinderhusets (6) innerom, og omfattende en dreievinkelsensor (9) for registrering av veivakselens (2) stil-ling, og omfattende en reguleringsinnretning (8) som er signalledende forbundet med dreievinkelsensoren (9), ventilen (4b) såvel som utløpsventilen (4a).

12. Totaktsdieselmotor, karakterisert ved at den er drevet med en fremgangsmåte ifølge ett av kravene 1-10 eller omfattende en innretning ifølge krav 11.