NO329826B1 - En turbolader drevet av eksosgass fra en forbrenningsmotor med magneter langs et luftinntak - Google Patents

Abstract

Oppfinnelsen er en turbolader (3) drevet av eksosgass fra en forbrenningsmotor (1) via et eksosinnløp (35) til turboladeren (3), hvor turboladeren (3) har et aksialt innløp (31) for forbrenningsluft hovedsakelig under atmosfærisk trykk, fra et utløp (34) på et bend (37) med et innløp (36) fra en innløpskanal (4) fra et luftinntak (5), hvor innløpskanalen (4) har i det minste en buet vegg (41) av ikke- magnetiserbart materiale, med en innerflate (43) og en ytterflate (45) i forhold til innlapskanalen (4), hvor det langs den buede veggen (41) er anordnet en rekke av i det minste tre magneter (6) med sekvensielt motsatte magnetiseringsretninger rettet hovedsakelig vinkelrett på veggen (41), og hvor en polflate (61) av hver magnet (6) hovedsakelig flukter med veggen (41), hvor en innbyrdes avstand mellom magnetene i det minste er like stor som halvparten av en første bredde av innløpskanalens tverrsnitt.

Description

innledning

Oppfinnelsen gjelder et apparat for tilførsel av forbrenningsluft til en forbrenningsmotor via et eksosinnløp til en turbolader.

På motorer der det er en betingelse at turboladeren gir økt effekt fra lavt turtall, bruker vi en turbolader med en trykkbegrensningsventil, populært kalt "waste-gate ventil". Denne turboladeren er større enn nødvendig for den aktuelle motoren. Turboladeren er kapasitetsmessig overdimensjonert og oppnår ønsket ladertrykk allerede på lave turtall Når motoren kommer opp i det øvre turtallsområdet, gir denne turboladeren for mye luft, og overtrykket blir da for høyt. Trykkbegrensningsventilen har en luftslange som går fra innsugingsmanifolden og ned til en membranklokke som påvirker ventilen mekanisk. Når ladetrykket kommer over en innstilt verdi, blir trykket mot membranen så stort at den via staget åpner trykkbegrensningsventilen. Eksosgassen blir da ledet forbi turboladeren og ut i eksosanlegget, og ladertrykket slutter å stige. Så snart gasspådraget blir redusert, minsker eksosmengden mot turbinhjulet i turboen, og lufttrykket i innsugingsmanifolden går ned. Trykkbegrensningsventilen lukker seg, og all eksosgassen går gjennom turboladeren igjen.

Det er viktig at en motor med turbolader har uhindret lufttilførsel og færrest mulige hindringer i eksosanlegget. Turboladeren bremser eksosgassene og virker til en viss grad som en lyddemper. Turboladeren og dens tilkoblinger til eksosanlegget og luftinntaket krever spesielt godt vedlikehold og ettersyn. Ved siden av å smøre lagrene i turboladeren har oljen en viktig oppgave når det gjelder å kjøle ned lagerhuset. Varmen fra turbinhuset forplanter seg inn i lagrene og smøreoljen. Oljen blir så sterkt oppvarmet når motoren går med vedvarende stor belastning, at alle turboladede motorer må ha en oljekjøler. Motoren må dessuten ha en smøreolje som er tilpasset motorer med turboladere.

Kjent teknikk

En turbolader øker motoreffekten ved at det blir tilført mer luft til forbrenningen, slik at det kan sprøytes inn og forbrennes mer drivstoff per arbeidstakt. Sugemotorer uten turbolader kan bruke en stor andel, opp mot 10 % av sin produserte energi, til å suge inn luft. Ett av problemene for en dieselmotor kan være nettopp å få tilført nok luft i det øvre turtallsområdet. Er det i tillegg generelt dårlig tilstand i motoren på grunn av slitasje i innsprøytningssystemet og stor tenningsforsinkelse, resulterer det ofte i soting. Soting kan ofte ses i forbindelse med at drivstoff / luft- forholdet blir for høyt og overstiger den øvre flammepunkt -grensen for deler av den innsprøytede drivstoffblandingen ved såkalt rich combustion, og man kan få ufullstendig forbrenning av drivstoffet. En slik ufullstendig forbrenning kan også gi økt CO-innhold i avgassene og er dermed giftig. Oppfinnelsen søker blant annet å redusere slik soting.

WO2005/026521 beskriver en anordning for magnetisk forbehandling av forbrenningsluft ved en inntaksbane for luft til et forbrenningskammer. Luftinntaksbanen omfatter et sett med to eller flere magnetfelt innrettet på tvers av luftinntaksbanen. WO-søknaden beskriver ikke en turbo med en inntakskanal for ladeluft og assosierte problemer med soting.

W099/23382 beskriver en innretning for å redusere giftige avfallsprodukter fra diselbrennstoff. Den omfatter en rett list innrettet til å legges langs en dieselinntakslinje og omfatter tre magneter som er anordnet med innbyrdes avstander. Mellom disse magnetene er det anordnet keramiske elementer og små elektriske spoler. De tre magnetene er alle rettet med sine nordpoler i samme retning.

Ulemper med den kjente teknikk

Turboladeren blir drevet av eksosgassene som løper ut av motoren med høyt trykk og høy temperatur. Den utnytter altså energi som ellers hadde gått tapt. Turbinen driver en luftpumpe som blåser luft inn i innsugings (egentlig innblåsnings) -manifolden. Kapasiteten på en tilpasset turbolader er litt større enn det motoren strengt tatt behøver for å få ren forbrenning med samme innsprøytningsmengde som en tilsvarende sugemotor. I det øvre turtallsområdet når eksosgassene etter hvert driver eksosturbinen rundt med stor kraft og hastighet, blir det pumpet mer luft inn i motoren enn det den forbruker.

Soting i motorolje skader oljen, noe som igjen fører til økt slitasje og reduserer dermed motorens levetid. Den tidligere slitasjen reduserer også motorens effekt. Soting til utslippsluft er svært uønsket, spesielt i områder hvor dieselmotorer må løpe mer eller mindre kontinuerlig, av miljømessige og HMS-hensyn, og krever hyppig renhold. Det er et problem på enkelte oljeinstallasjoner at dieselmotorer for strømgeneratormotorer soter så mye at mannskapets helse påvirkes negativt. I dag kreves omfattende og hyppig rengjøring av ekshaustmanifolder for å holde sotingsnivået tilstrekkelig lavt. Dette er et

mer uttalt problem når dieselgeneratorene blir slitt.

Turboladeren gir ikke gevinst i alle maskiner. Motoren må arbeide med et høyt turtall for å utnytte turboladeren. I gravemaskiner og andre arbeidsredskaper som går med nokså lave arbeidsturtall, er det allikevel aktuelt å bruke magneter i luftinntaket.

En aktuell dieselmotor for å drive en elektrisk generator har 24 liters slagvolum eller større og har nytte av å bruke en turbolader med magneter på den buede innløpskanalen ifølge foreliggende oppfinnelse. En aktuell turboen leverer en stor luftmengde, ca. 16 m3 / minutt ved ca. 1200 o / min for motoren. Dieselmotoren driver hovedsakelig en elektrisk generator som igjen driver hydrauliske systemer, thrustere og lignende kraftkrevende utstyr på en marin boreplattform, en petroleumsproduksjonsplattform, et FPSO-fartøy, eller en lignende petroleumsinstallasjon. Turboladeren ifølge oppfinnelsen kan også uten videre benyttes på landbaserte anlegg.

Sammenfatning av oppfinnelsen

Oppfinnelsen er en turbolader (3) drevet av eksosgass fra en forbrenningsmotor (1) via et eksosinnløp (35) til turboladeren (3). Turboladeren (3) har et aksialt innløp (31) for forbrenningsluft hovedsakelig under atmosfærisk trykk, fra et utløp (34) på et bend (37) med et innløp (36) fra en innløpskanal (4) fra et luftinntak (5). Innløpskanalen (4) har i det minste én buet vegg (41) av ikke-magnetiserbart materiale, med en innerflate (43) og en ytterflate (45) i forhold til innløpskanalen (4), hvor det langs den buede veggen (41) er anordnet en rekke av i det minste tre magneter (6) med sekvensielt motsatte magnetiseringsretninger rettet hovedsakelig vinkelrett på veggen (41), og hvor en polflate (61) av hver magnet (6) hovedsakelig flukter med veggen (41), med en innbyrdes avstand mellom magnetene i det minste er like stor som halvparten av en første bredde av innløpskanalens tverrsnitt.

Fordeler ved oppfinnelsen

En fordel ved oppfinnelsen er at magnetene ligger langs den radielt innerste delen av luftstrømmen i innløpskanalen der det antas at luften vil løpe forbi med en stor hastighet og jevn luftstrøm. Søkerens opplever at det oppnås en forbedring i motorens forbrenningsegenskaper når magnetene anordnes langs utsiden av innerveggen av den buede luftinntakskanalen enn når de anordnes på utsiden langs den motstående ytterveggen av luftinntakskanalen. Dette gjør at turtallet kan reduseres noe uten å miste effekt, eller drivstofforbruket reduseres, samtidig som soting reduseres. Magnetene plasseres på utsiden av kanalens vegg slik at de ikke stikker inn i luftstrømmen og reduserer strømningstverrsnittets areal. En ytterligere fordel ved oppfinnelsen er at magnetene anordnes med en avstand langs kanalen som gjør at magnetenes felt får utbre seg inn i kanalens tverrsnitt og ikke "kortsluttes" over i den motstående nabomagnetens motsatt rettede magnetfelt.

En turbolader med magneter på en buet vegg på luftinnløpskanalen til en stor dieselmotor kan altså føre til redusert soting og derved gi lavere vedlikeholdskostnader, forbedrede HMS-forhold, noe lavere støynivå og / eller bedre motoreffekt.

Kort figuroversikt

Oppfinnelsen er illustrert i de vedlagte tegningene, hvor

Fig. 1 er en skjematisk skisse av en turbolader som drives av eksosgass fra en dieselmotor. Turboladeren har et aksialt innløp for forbrenningsluft med en ringformet flens hvor det vanligvis er montert et luftfilter i den kjente teknikk, se Fig. 2 nedenfor. Fig. 2 er en skisse av et slikt luftfilter som nevnt ovenfor med et gitter over et radielt innløp (vist til høyre i figuren) og dens aksiale utløp innenfor dens ringformede flens (vist til venstre). Fig. 3 viser en overgang fra en ekstern innløpskanal for luft, med rektangulært tverrsnitt ved tilkoblingen til overgangen for aksial tilkobling til en turbolader som vist ovenfor. En slik ekstern innløpskanal kan være fra utenfor et motorrom for tilførsel av forbrenningsluft til turboladeren. Fig. 4 viser en rett innløpskanal med rektangulært tverrsnitt innrettet for tilkobling til en overgang som nevnt ovenfor under Fig. 3. Det er montert magneter på en vegg langs utsiden av innløpskanalens innenfor løpende luftbane. Fig. 5 viser en utførelse av oppfinnelsens innløpskanal hvor hele innløpskanalen er buet

og har magnetene anordnet langs innløpskanalens innersving. Magnetene er montert i beholdere som er montert på veggen langs innløpskanalens innersving.

Fig. 6 viser en utførelse av oppfinnelsens innløpskanal hvor innløpskanalen har en rett

hovedakse men hvor en av veggene i innløpskanalen er buet og har magnetene anordnet langs den buede veggens innersving. Magnetene er også her montert i beholdere som er montert på veggen langs den buede veggens innersving i innløpskanalen. Helt til høyre er det vist hvordan magnetenes magnetiske momenter er rettet hovedsakelig vinkelrett på den buede veggen, og med det magnetiske momentet rettet vekselvis annenhver vei ut av veggen og inn gjennom veggen, og at magnetene er anordnet med avstander større enn minst halvparten av et tverrsnitt av kanalen.

Beskrivelse av utførelser av oppfinnelsen

Oppfinnelsen beskrevet her er en turbolader (3) drevet av eksosgass fra en forbrenningsmotor (1) via et eksosinnløp (35) til turboladeren (3). En slik turbolader er skissert i Fig. 1 og hører til den kjente teknikk. Turboladeren (3) har et aksialt innløp (31) for forbrenningsluft hovedsakelig under atmosfærisk trykk, fra et utløp (34) på et bend (37) med et innløp (36) fra en innløpskanal (4) fra et luftinntak (5).

Innløpskanalens (4) tverrsnitt kan være rundt, svakt elliptisk eller firkantet, og er ofte rektangulært når det gjelder store motorer, se Fig. 4. Innløpskanalen ifølge en foretrukket utførelse av oppfinnelsen har i det minste én buet vegg (41) regnet i innløpskanalens lengdesnitt, se Fig. 5 og Fig. 6. Den buede veggen (41) er laget av svakt magnetiserbart materiale som rustfritt eller syrefast stål eller helst ikke-magnetiserbart materiale som plast,, aluminium, messing eller andre umagnetiske materialer, med en innerflate (43) og en ytterflate (45) i forhold til innløpskanalen (4). Langs den buede veggen (41) som ligger langs innersvingen av innløpskanalen (4) er det anordnet en rekke av i det minste tre magneter (6) med sekvensielt motsatte magnetiseringsretninger rettet hovedsakelig vinkelrett på den buede veggen (41) og dermed på tvers av den innstrømmende luftstrømmen, se Fig. 5 og Fig. 6. En innovervendende polflate (61) av hver magnet (6) flukter med veggen (41).

Magneter langs en buet flate i luftinntaket til turboen gir redusert soting fra dieselmotoren. En mulig forklaring på den reduserte sotingen kan være at man endrer litt på strømmningsmønsteret i den innstrømmende luften slik at man oppnår en noe bedre blanding av luft og drivstoff, men denne patentsøknaden søker ikke en fluidmekanisk forklaring. Oppfinnelsen fører til en liten endring i motorens effektkurve, som også kan gi et noe annerledes ganglag og et endret vibrasjonsmønster i forhold til før magnetene blir montert på innstrømningskanalen. Dette gjør at man kan redusere turtallet på motoren forsiktig og opprettholde dreiemomentet, eventuelt utnytte samme turtall med noe høyere effekt.

Ifølge en foretrukket utførelse av oppfinnelsen er hver magnet (6) montert på veggens ytterflate (45), og hvor en polflate (61) av hver magnet (6) hovedsakelig flukter med veggens (41) innerflate (43). Veggen (41) kan freses ned til liten tykkelse slik at polflaten (61) kommer svært nær inntil innerflaten (43) uten å bryte gjennom denne. Slik kan innerflaten (43) holdes glatt og turbulens som ellers ville dannes, kan unngås, og magnetens innerflate vil heller ikke hindre luftstrømningen. Hver magnet (6) kan være anordnet i en kapsel (62) montert på veggens (41) ytterflate (45). I Fig. 5 er det vist at godset i de delene av veggen som understøtter kapselens (62) flens er noe fortykket for å sikre godt underlag for innfestningen, se spesielt tverrsnittet vist helt til høyre i Fig. 6.

Turboladeren (3) ifølge oppfinnelsen er fortrinnsvis innrettet for inntak av hovedsakelig atmosfærisk forbrenningsluft. Slik unngås eventuell sløsing med energi til membranfiltrering eller bruk av separat lagret trykkluft.

Ifølge en foretrukket utførelse av oppfinnelsen utgjør den buede veggen (41) en innersving i innløpskanalen (4). Dette er vist både i Fig. 5 og Fig. 6. For å la luften fortsette å løpe med svingradien til samme side som innløpskanalen (4) buer den buede veggen (41) buer til samme side som bendet (37). Slik unngås et unødig skifte i rotasjonsretning for den innkommende luften.

Den buede veggen (41) bøyer av med en vinkel på mellom 20 grader og 90 grader. Ifølge en foretrukket utførelse bøyer den ikke av så mye som 90 grader, men bøyer av med en vinkel på mellom 26 grader og 60 grader.

Det må være en viss avstand mellom magnetene slik at de ikke kommer for tett og derved til en viss grad opphever virkningen av hverandre. En innbyrdes avstand mellom magnetene bør i det minste være like stor som halvparten av en første bredde av innløpskanalen regnet vinkelrett på veggen (41) slik som vist i tverrsnittet i Fig. 6. Avstanden kan også beregnes og tilpasses ut fra strømningshastigheten i kanalen slik at dersom gjennomstrømningshastigheten for luften i kanalen er stor, kan magnetene anordnes med en avstand som er flere ganger den første bredden av innløpskanalen, og dersom strømningshastigheten i kanalen er lav kan magnetene anordnes med en avstand som er lik eller noe mindre enn den første bredden av innløpskanalen, men fremdeles større enn halvparten av bredden av innløpskanalen. Avstandene mellom magnetene langs innløpskanalen kan i en utførelse være justerbar. Magnetene kan i en utførelse av oppfinnelsen være montert på gjensidig forskyvbare holdere på delvis overlappende men tettende paneler. Disse panelene kan være innrettet til å forskyves langs spor i innløpskanalens retning for å regulere den innbyrdes avstanden mellom magnetene i takt med lufthastigheten i innløpskanalen. Slik kan magnetenes avstander justeres i forhold til luftgjennomstrømningsraten eller dieselmotorens turtall.

Claims (10)

1. En turbolader (3) drevet av eksosgass fra en forbrenningsmotor (1) via et eksosinnløp (35) til turboladeren (3), - hvor turboladeren (3) har et aksialt innløp (31) for forbrenningsluft hovedsakelig under atmosfærisk trykk, fra et utløp (34) på et bend (37) med et innløp (36) fra en innløpskanal (4) fra et luftinntak (5), - hvor innløpskanalen (4) har i det minste én buet vegg (41) av ikke-magnetiserbart materiale, med en innerflate (43) og en ytterflate (45) i forhold til innløpskanalen (4);karakterisert ved- at det langs den buede veggen (41) er anordnet en rekke av i det minste tre magneter (6) med sekvensielt motsatte magnetiseringsretninger rettet hovedsakelig vinkelrett på veggen (41), og hvor en polflate (61) av hver magnet (6) hovedsakelig flukter med veggen (41), og - hvor en innbyrdes avstand mellom magnetene (6) i det minste er like stor som halvparten av en første bredde av innløpskanalens (4) tverrsnitt.

2. Turboladeren (3) ifølge krav 1, hvor hver magnet (6) er montert på veggens ytterflate (45) og hvor en polflate (61) av hver magnet (6) hovedsakelig flukter med veggens (41) innerflate (43);

3. Turboladeren (3) ifølge krav 1, hvor innløpskanalen (4) har et hovedsakelig rektangulært tverrsnitt.

4. Turboladeren (3) ifølge krav 2, hvor hver magnet (6) er anordnet i en kapsel (62) montert på veggens (41) ytterflate (45).

5. Turboladeren (3) ifølge krav 1, hvor forbrenningsluften hovedsakelig er atmosfærisk.

6. Turboladeren (3) ifølge krav 1, hvor den buede veggen (41) utgjør en innersving i innløpskanalen (4).

7. Turboladeren (3) ifølge krav 1, hvor den buede veggen (41) buer til samme side som bendet (37).

8. Turboladeren (3) ifølge krav 1, hvor magnetene (6) er montert på gjensidig forskyvbare holdere innrettet til å forskyves langs spor i innløpskanalens (4) retning for å justere den innbyrdes avstanden mellom magnetene i forhold til luftgjennomstrømnings-hastigheten i innløpskanalen.

9. Turboladeren (3) ifølge krav 1, hvor den buede veggen (41) bøyer av med en vinkel på mellom 20 grader og 90 grader.

10. Turboladeren (3) ifølge krav 1, hvor den buede veggen (41) bøyer av med en vinkel på mellom 26 grader og 60 grader.