NO820635L - Fremgangsmaate til drift av en forbrenningsmotor med turboladeinnretning og forbrenningsmotor med turboladeinnretning til bruk ved utfoerelse av fremgangsmaaten - Google Patents

Description

Fremgangsmåte til drift av en forbrenningsmotor med turboladeinnretning og forbrenningsmotor med turboladeinnretning til bruk ved utførelse av fremgangsmåten.

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte til drift av en forbrenningsmotor med turboladeinnretning. Ved turbqladeinnretninger skal det her forstås én eller flere turbin-drevne kompressorer som tilfører utblåsnings-/tennluft til motorens sylinder eller sylindre normalt gjennom én eller flere luftkjølere.

Det er vanlig at en forbrenningsmotor med turboladeinnretning ved leveringen innstilles best mulig i forhold til de klimatiske og omgivende forhold som foreligger på det aktuelle tidspunkt og sted. Dersom det dreier seg om en forbrenningsmotor med turbolader ombord på et skip,så blir turboladeinnretningen dimensjonert på en slik måte og justert slik ved av-leveringen med faste innstillinger, at den tilhørende forbrenningsmotor arbeider optimalt ved avleveringsprøven i verkstedet på leveringstidspunktet, dvs. at motoren avgir best mulige resultater for oppnåelse av de foreskrevne betingelser hva angår den maksimale ytelse og det spesifiserte brensel-forbruk innenfor de foreskrevne konstruksjonsmessige forutsatte motorinnstillingsgrenser og under særlig gunstige betingelser. Den foreliggende oppfinnelse utgår fra den erkjennelse at en motor med turbolader som dimensjoneres, justeres og fikseres med hensyn til sin innstilling av turboinnretningen på denne måte, under den senere drift ofte under særlig ugunstige forhold i gjennomsnitt ikke yter mest mulig energi med minst brennstoff-forbruk og ved lavest mulig varmebelastning. Dersom det f.eks. antas at det dreier seg om en skipsmotor som leveres i et temperert klima, er turboladeinnretningen justert med et slikt turbinareal at turboladeinnretningen ved den inntakstemperatur og de øvrige klimatiske forhold som f.eks. barometerstanden samt spesiell installasjonsforhold som hersker på det aktuelle sted, vil levere den størst mulige mengde utblåsnings-/tennluft som gir best mulig utblåsning og det foreskrevne tenntrykk,slik at motoren derved best mulig kan overholde de foreskrevne betingelser ved lave temepraturer på motordelene. Dersom omgivelsesforholdene endrer seg i ugunstig retning, f.eks.

dersom det aktuelle skip seiler i tropiske farvann, vil imidlertid temperaturen av turboladerens inntaksluft stige i forhold til hva som er normalt ved leveringen,og samtidig kan barometerstanden være så lav at motoren derved arbeider under mindre gunstige forhold enn ved leveringen. Høyere temperatur på inntaksluften øker kompresjonsarbeidet pr. vektenhet av luft, noe som ikke oppveies av en tilsvarende øket energi fra turboladeinnretningens turbindel. Følgelig vil mengden av luft til motoren bli redusert, og det tilsvarende vil skje ved lav barometerstand. Dette er samtidig ensbetydende med at motor-sylindrene vektmessig sett får tilført en redusert luftmengde.

I erkjennelse av disse forhold er hensikten med den foreliggende oppfinnelse å gi anvisning på en fremgangsmåte ved hvilken der kan oppnås en bedre økonomi ved forbrenningsmotoren med turboinnretningen, spesielt ved de omtalte ugunstige forhold. Hensikten oppnås i henhold til den foreliggende oppfinnelse ved at der anvendes en turboladeinnretning og en motor som er ut-formet og dimensjonert slik, samt at turboinnretningen har en så høy virkningsgrad at turboinnretningen ved lav luftinntakstemperatur er i stand til å levere den til motoren beregnede eller passende luftmengde ved det til motoren beregnede eller passende trykk, når bare en brøkdel av den utløpsgass som avgis fra motoren,blir tilført turboladeinnretningen, og denne turboladeinnretning og motor operereres på én slik måte at ved lav luftinntakstemperatur bare en brøkdel av avløpsgassen avgitt av motoren blir tilført turboladeinnretningen, idet resten av avløpsgassen ledes til atmosfæren utenom turboladeinnretningen, samtidig som proporsjonen mellom den brøkdel av avløpsgass som føres utenfor turboladeinnretningen,og den brøkdel av avløps-gassen som tilføres turboladeinnretningen,blir redusert ved økende luftinntakstemperatur og forhøyet ved avtagende luftinntakstemperatur. Herved oppnås den fordel at der under gunstige driftsbetingelser, som f.eks. ved tempererte klimatiske forhold med periodisk lave temperaturer, fås en energi-reserve til rådighet for turboinnretningen, slik at den når motoren skal arbeide under varmere forhold enn dem som eksisterte på leveringstidspunktet, kan bringes til å avgi en forholdsvis forhøyet utblåsningsluft-/tennluft-m,engde til motoren, idet turboladeinnretningen under slike endrede forhold får tilført en større mengde av avløpsgassene fra motoren, nemlig ved et redusert forhold mellom den del av utblåsningsgassen som ledes utenom turboladeinnretningen, og den del av utløpsgassen som ledes til turboinnretningen. Derved forbedres driftsforholdene ved motoren under ellers ugunstige forhold, nemlig dels ved redusert varmebelastning og dels ved redusert brennstoff-forbruk, og den foreliggende oppfinnelse baserer seg på den erkjennelse at der derved oppnås en økonomiforbedring som er betydelig større enn den lille økonomireduksjon som realise-ringen av fremgangsmåten kan innebære når motoren arbeider under gunstige forhold med kald innsugningsluft. På tilsvarende måte, nemlig ved reduksjon av det nevnte forhold, kan der kompenseres for fall i barometerstanden. Motorens innstilling kan således reguleres hensiktsmessig i takt med svingende tempera-turforhold og hensiktsmessig også i takt med svingende barometerstand.

Når en motor med turboladeinnretning blir levert, vil videre turboladeinnretningen arbeide maksimalt, dvs. med sin største virkningsgrad. Erfaringsmessig har det imidlertid vist seg at virkningsgraden hos en turboladeinnretning avtar med tiden, nemlig primært som følge av tilsmussing. Også dette forhold kan der kompenseres for ved fremgangsmåten ifølge den foreliggende oppfinnelse, idet der ved reduksjon av det nevnte forhold kan tilføres turboladeinnretningen en relativt forøket utløpsgassmengde som kompensasjon for den fallende virkningsgrad hos turboladeinnretningen. Som følge av den ovenfor forklarte tilsmussing av turboladeinnretningen blir der foretatt en overhaling av denne med visse mellomrom, noe som fører til at turboladeinnretningens virkningsgrad vil Øke. Fremgangsmåten ifølge den foreliggende oppfinnelse medfører også den mulighet at der kan kompenseres for den forbedrede virkningsgrad hos en turboladeinnretning som oppnås etter en slik overhaling, nemlig såfremt forholdet mellom den del av utløpsgassen som føres til atmosfæren, og den del som føres til turboladeinnretningen, Økes etter overhalingen av turboladeinnretningen. Derved kan turboladeinnretningen få tilført . nettopp den mengde av utløpsgass som svarer til turboladerens behov etter en slik overhaling.

I den forbindelse oppnår man at der kompenseres for enda et forhold som gir anledning til fluktuasjoner hva angår motorens arbeidsbetingelser, varmebelastning og brennstoff-forbruk, og som ville redusert motorens gjennomsnittlige utnyttelsesgrad.

Erfaringsmessig forholder det seg slik at på det tidspunkt når turboladeinnretningen blir levert, og når alt utstyr er nytt/vil turboladerén ha sin maksimale virkningsgrad som aldri på nytt vil bli oppnådd ved senere overhalinger i normal drift. Dette forhold sammen med Øvrige fordeler ved utprøving i et verksted betyr at luftleveringen fra turboladeinnretningen til motoren skjer under så gode forhold at dette ikke oppnås senere under motorens drift på det endelige installasjonssted. Det kan med andre ord påregnes et begynnelsesfall i turboladeinnretningens virkningsgrad. I erkjennelse av dette forhold foreslås der en utførelsesform for fremgangsmåte som er kjennetegnet ved at forholdet mellom den del av utløpsgassen som ledes til atmosfæren og den del som ledes til turboladeinnretningen, reduseres med en bestemt avgrenset verdi under forløpet av et visst tidsrom etter at motoren er tatt i bruk,til kom-penasjon for turboladeinnretningens reduserte luftleverings-forhold og dennes begynnelsesfall i virkningsgrad. Denne utførelsesform for fremgangsmåten tillater en forenkling av det reguleringssystem og en reduksjon av det reguleringsområde, som i tillegg må være tilgjengelig for utførelsen av fremgangsmåten under de daglige, årlige og geografisk bestemte tempe-ratursvingninger og periodisk varierende virkningsgrads-forringelser av turboladeinnretningen mellom overhalingene så- • vel som belastningsvariasjonene.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen har også den iboende fordel at den del av utløpsgassen som ledes til atmosfæren utenom turboladeinnretningen før den utvider seg i atmosfæren, kan utnyttes for produksjon av energi som i det følgende vil bli kalt sekundær energi. En slik utnyttelse kan således tilveie-bringes ved en utførelsesform for fremgangsmåten. En slik utnyttelse er spesielt fordelaktig fordi der ved tempererte eller kalde klimatiske forhold vil stå en stor mengde forbiført utløpsgass til rådighet for en slik sekundær energiproduksjon, og nettopp' under slike forhold er der et stort behov for en slik produksjon av sekundær energi, f.eks. til drift av eksem-pelvis generatorer til levering av lys eller annen form for hjelpeenergi. Etter at den forbiførte del av utløpsgassen er blitt benyttet til produksjon av sekundær energi, kan den fremdeles inneholde termisk energi, og denne kan stort sett ha samme enhetsverdi som den del av utløpsgassen som har gjennom-løpet turboladeinnretningen, og kan sammen med denne ledes til atmosfæren, enten direkte eller gjennom et apparat til utnyttelse av gassens varmeenergi-rinnhold, f. eks. en varmeveksler i form av en utløpsgasskjel hvor utløpsgassens varmeenergi utnyttes til f.eks. produksjon av damp til oppvarmingsformål eller drift av dampturbiner som avgir mekanisk energi. Alter-nativt kan den forbiførte del av utløpsgassen ledes direkte til et slikt apparat uten først å ha vært anvendt til sekundær energiproduksjon.

Således foreligger der fire tilfeller hva angår føringen av utløpsgassen utenom turboladeinnretningen og til atmosfæren, nemlig: 1. direkte til atmosfæren uten sekundær energiproduksjon

og uten varmeenergi-utnyttelse,

2. avgivelse til atmosfæren etter sekundær energiproduksjon og uten varmeenergi-utnyttelse, 3. avgivelse til atmosfæren uten sekundær energiproduksjon men etter varmeenergi-utnyttelse, og 4. avgivelse til atmosfæren etter sekundær energiproduksjon og etter varmeenergi-utnyttelse.

Med hensyn til økonomisk drift vil den optimale utnyttelse av motoren med turboladeinnretning ifølge oppfinnelsen ved de fire tilfeller oppnås ved reduksjon av den forbiførte mengde av utløpsgass ved stigende innsugningstemperatur, og for de enkelte nevnte tilfeller ved en stigende forbiføringsmengde fra tilfellet 1) med den minste forbipasseringsmengde og til tilfellet 4) med den største forbiføringsmengde.

Tilfellene kan inndeles i to, som reguleringsmessig på enkelte punkter avviker prinsipielt, nemlig:

A. uten utnyttelse av energien i utløpsgassen

(tilfelle 1)), og

B. med utnyttelse av energien i utløpsgassen

(tilfellene 2), 3) og 4)).

Ved tilfellet A blir der alene regulert ut fra hensynet til selve motorens økonomi, dvs. spesifikt brenseloljeforbruk og motorens mekaniske og termiske påkjenninger, og dette betyr at forbipasseringsmengden normalt reduseres ved avtagende belastning. Herved oppnår man at utblåsningstrykket og ladetrykket og dermed maksimaltrykket ved lavere belastning kan holdes så nært som mulig til konstruksjonsverdien,og at reserve-energien således kan utnyttes til en særlig kraftig reduksjon i motorens varmebelastning og til lavere brennstof f-f orbruk..

Ved tilfellet B omfatter reguleringen ytterligere hensynet til energi-utnyttelsen av den forbiførte utløpsgass som angitt i tilfellene 2), 3) og 4), hvilket betyr at reguleringen for oppnåelse, av optimal driftsøkonomi foruten generelt å gå mot for-økelse av forbiføringsmengden også i forhold til tilfellet 1), skal gå mot forøkelsen av forbiføringsmengden ved reduksjon av belastningen i området fra 100% til f.eks. 70%, spesielt ved tilfellet 4), hvor der stadig skulle være en tilstrekkelig samlet energiproduksjon fra utløpsgassen til å dekke varme-

og elektrisitetsbehovet under daglig drift i sjøen uten at den forøkede forbiføringsmengde medfører mekaniske og termiske be-lastninger som overstiger belastningene ved 100% eller de verdier som motoren er konstruert for. Som det vil fremgå av det ovenfor omtalte, er variasjonen av den i forhold til turboladeinnretningen forbiførte del av utløpsgassen effektiv til å avbøte uheldige virkninger som dels stammer fra svingninger i klimatiske forhold, dels fra gradvise endringer av turboladeinnretningens samlede virkningsgrad og endelig effektiv til å møte de varierende krav til energiproduksjon ved hjelp av ut-løpsgassen.

Oppfinnelsen angår også en forbrenningsmotor med turboladeinnretning til bruk ved utførelse av fremgangsmåten. Ifølge oppfinnelsen er denne forbrenningsmotor med turboladeinnretning kjennetegnet ved at turboladeinnretningen og motor er konstruert og dimensjonert på en slik måte samt at turboladeinnretningen har en så høy virkningsgrad,at turboladeinnretningen ved lav luftinntakstemperatur er i stand til å levere den til motoren beregnede eller passende luftmengde med det til motoren beregnede eller passende trykk, når turboladeinnretningen gjennom dertil hørende mateorganer tilføres bare en del av den fra motoren avgitte utløpsgass, samt at motoren omfatter organer til forbiføring av den resterende del av den fra motoren avgitte utløpsgass, slik at denne del føres utenom turboladeinnretningen og til atmosfæren, og at der til motoren hører reguleringsorganer som er innrettet og bevegelige på en slik måte at forholdet mellom den del av utløpsgassen som føres utenom turboladeinnretningen gjennom omløpsorganene, og den del av utløps-gassen som føres til turboladeinnretningen gjennom mateorganene, kan reduseres ved stigende luftinntagningstemperatur, og at det nevnte forhold kan økes ved fallende luftinntakstemperatur.

Det nevnte forhold kan i den forbindelse reguleres ved hjelp av styre- eller reguleringsorganer, som er montert i forbipasseringsorganene i mateorganene eller både i forbi-koblingsorganene og i mateorganene, men ifølge oppfinnelsen blir det foretrukket at styreorganene er innrettet til å styre gjennomstrømningsarealet hos forbikoblingsorganet for å unngå struping i mateorganene som fører utløpsgassene til turboladeinnretningen.

Styreorganet kan hensiktsmessig påvirkes på en slik

måte at gjennomstrømningsarealet hos forbistrømningsorganet~ reduseres ved fall i turboladeinnretningens virkningsgrad, hvilket innebærer at den ovenfor omtalte temperaturavhengige variasjon av den avgrenede gassmengde blir tilsvarende be-grenset. I den forbindelse kan styreorganet ifølge oppfinnelsen omfatte organer til konstant å redusere det maksimale gjennom-strømningsareal av avgreningsorganene med en størrelse som svarer til det fall i turboladeinnretningens opprinnelige virkningsgrad som ikke senere kan regenereres, og til det fall. i luftleveringen som normalt finner sted ved endring i installasjonsforhold fra prøvekjøringen i verkstedet og til den endelige drift i det ferdige system. Disse organer kan hensiktsmessig ifølge oppfinnelsen utgjøres av et separat spjeld, som blir lukket etter få måneders drift og senere ikke tatt i bruk. Denne lukking kan skje gradvis i løpet av få måneders drift.

I det tilfelle hvor den del av utløpsgassen som føres til atmosfæren,ikke kan utnyttes til produksjon av sekundær energi, kan styreorganet hensiktsmessig ifølge oppfinnelsen være innrettet til å redusere gjennomstrømningsarealet hos avgreningsorganet ved fallende belastning av motoren,og til å øke gjennom-strømningsarealet hos avgreningsorganene ved stigende belastning av motoren.

I det tilfelle hvor avgreningsorganene er innrettet til å tilføre den avgrenede del av utløpsgassen til et apparat til utnyttelse av gassens energiinnhold, kan styreorganet hensiktsmessig være innrettet til å styre gjennomstrømningsarealet hos avgreningsorganene ved økende behov for utnyttelse av sekundær energi,og til å redusere gjennomstrømningsarealet hos avgreningsorganene ved avtagende behov for sekundær energi.

I det tilfelle hvor avgreningsorganene er innrettet til

å tilføre den avgrenede del av utløpsgassen til et apparat til å utnytte energiinnholdet i utløpsgassen, kan styreorganene i avgreningsorganet fordelaktig være innrettet til å styre i en retning mot økning av gjennomstrømningsarealet hos avgreningsorganene ved avtagende motorbelastning ned til en grense som er gitt av vurderinger om termisk belastning eller spesifikt forbruk hos motoren,eller hvor energien i gassen bare kan dekke en forholdsvis liten del av behovet, eller er av ubetydelig verdi sett i forhold til de komplikasjoner som er innbefattet ved fortsatt drift av det aktuelle apparat. Ved lavere motor-belastninger blir avgreningsorganene lukket helt eller så meget som hensynet til turboladeinnretningens stabilitet tilsier.

Oppfinnelsen vil nå bli forklart nærmere under henvisning til tegningen, hvor

fig. 1 skjematisk viser en første utførelsesform for forbrenningsmotoren med turboladeinnretning i henhold til oppfinnelsen,

fig. 2 skjematisk viser et styresystem for motoren ifølge fig. 1,

fig. 3 utgjør et sideriss av en annen utfØrelsesform for forbrenningsmotoren med turboladeinnretning ifølge den foreliggende oppfinnelse,

fig. 4 viser et grunnriss av samme, men med noen deler utelatt,

fig. 5 skjematisk viser en styreinnretning til den motor som er vist på fig. 3 og 4,

fig. 6 skjematisk viser en gassturbin til utnyttelse av energien i en del av den utløpsgass som strømmer ut fra motoren ifølge fig. 3 og 4, og

fig. 7 viser et snitt gjennom gassturbinen på fig. 6 med tilhørende generator.

På tegningen betegner 1 en motor i form av en dieselmotor. Motorens avløpsrørsystem er skjematisk vist ved 2, og dette er forbundet med et mellomkammer ("receiver") 3 for utløpsgass. Mellomkammeret er via mateorganer, som skjematisk er vist som

en kanal 4, forbundet med en likeledes skjematisk vist turboladeinnretning 5, hvis trykkside er tilkoblet et mellomkammer 6 via en luftkjøler 7 fra hvilken motoren får tilført utblåsnings-og kompresjonsluft. Ved utførelsesformen vist på fig. 1 er motoren forsynt med en skjematisk anskueliggjort dampkjel 70 til utnyttelse av varmeenergien i utløpsgassen. Kjelen 70 er forsynt med en rørstuss 71 for tilførsel av vann og en rørstuss 72 for levering av damp. Kjelen er forbundet med utløpsgass-mellomkammeret 3 ved hjelp av avgreningsorganer som er skjematisk anskueliggjort i form av en kanal 11 hvor der er innsatt styreorganer, her skjematisk vist som et styrespjeld 9. Videre er kjelen via en kanal 73 forbundet med utløpssiden fra turbindelen 8"av turboladeinnretningen. De to kanaler 11 og 73 er tilsluttet et felles innløp 74 til kjelen 70, men de kan ved hjelp av et spjeld 75 settes i forbindelse med en utløpsledning 76 som fører direkte til atmosfære.

Ved hjelp av kanalen 11 bg spjeldet 9 kan en større eller mindre del av den utløpsgass som ellers ville bli ført til turboladeinnretningen 5 gjennom kanalen 4 alt etter stillingen av spjeldet 9, bli ført utenom turboladeinnretningen og direkte til kjelen 7 gjennom kanalen 74 eller direkte til atmosfæren gjennom utløpsledningen 76. Det skal forstås at dersom det ikke er ønsket å utnytte varmeenergien ved hjelp av en kjel eller annen form for energiomformer eller varmeveksler, så "munner kanalen 11 og kanelen 73 direkte ut i atmosfæren.

Turboladeinnretningen 5 og motoren 1 er slik konstruert

og dimensjonert, og turboladeinnretningen har en så høy virkningsgrad at turboladeinnretningen ved tempererte forhold vil fremskaffe den luft som er nødvendig for utblåsning og ladning av sylindrene i motoren 1, selv når en viss mengde av avløps-gass føres utenom turboladeinnretningen 5 ved hjelp av kanalen 11 og'spjeldet 9.

På fig. 2 er der skjematisk anskueliggjort hvordan

motoren 1 og dennes turboladeinnretning 5 på fig. 1 styres ved varierende forhold. På fig. 2 er der på nytt skjematisk vist spjeldet 9 som er dreibart opplagret på en aksel 10 inne i kanalen 11. Som det fremgår av fig. 2, er spejeldet 9 forbundet med et vektstangsystem bestående av tre vektstenger 14, 15 og 16, som hver for seg er dreielagret om en tilhørende aksel, henholdsvis 17, 18 og 19. Dette styresystem må oppfattes rent prinsipielt og er bare ment å belyse en måte som et slikt styresystem kan utføres på. Akselen 19 for den nederste vektstang 16 er fast understøttet i forhold til en del av motoren eller turboladeinnretningen ved hjelp av et lager 20,og den ene arm av vektstangen 16 er ved hjelp av en stang 22 forbundet med akselen 18 for vektstangen 15,og den ene arm 23 av vektstangen 15 er gjennom en stang 24 forbundet med akselen 17 for vektstangen 14. Den ene arm 25 av vektstangen 14 er via en stangforbindelse 26 forbundet med spjeldet 9. Hver av stengene 26 og 24 blir ført i en vertikal retning ved hjelp av en glideføring som er skjematisk antydet ved henholdsvis 28 og 29.

Den.annen arm 3 0 av vektstangen 14 er på en ikke vist måte forbundet med en føler som avføler temperaturen på innløpsluften til turboladeinnretningen 5, og som ved økende inntakstemperatur, eventuelt i kombinasjon med fallende barometerstand, beveger armen 30 i retning for pilen 31. Derved blir spjeldet 19 beveget i lukkeretning, hvilket er ensbetydende med at en mindre mengde avløpsgass blir avgrenet, eller sagt med andre ord: en større mengde avløpsgass strømmer til turboladeinnretningen 5. Derved kompenseres der for den stigende inntakstemperatur, idet mellomkammeret 6 mottar en større vektmengde luft fra kompres-sordelen av turboladeinnretningen 5.

Den annen arm 32 av vekstangen 15 er på en .ikke vist måte forbundet ned et instrument som påvirkes av motorens belastning. Denne ende 32 av vektstangen 15 kan f.eks. beveges fra motorens belastnings- og reguleringshåndtåk og den beveges i retning for pilen 33 vedøkende motorbelastning. Derved blir stangen 24 og følgelig akselen 17 beveget nedover, og som et resultat blir spjeldet 10 ført i en retning svarende til økning av avgrenings-mengden. Med andre ord blir gasstilfØrselen til turboladeinnretningen redusert, hvorfor også utblåsningen og ladningen av motoren blir redusert, slik at utblåsnings- og ladetrykket kan holdes så tett som mulig opptil og om nødvendig, nøyaktig på konstruksjonsverdien.

Den annen arm 34 av vektstangen 21 blir beveget avhengig av virkningsgraden for turboladeren 5. Virkningsgraden og luftleveringen fra en turbolader faller etter den aktuelle motor er blitt levert, dvs. det tidspunkt når motoren underkastes den av-sluttende prøvekjøring og blir levert. Erfaring viser at den gode virkningsgrad og luftlevering som turboladeinnretningen opp-viser ved den endelige prøvekjøring, ikke kan oppnås senere hvis ikke turboladeinnretningen blir fullstendig overhalt. Således vil der alltid forekomme et begynnelsesfall for virkningsgraden og luftleveringen etter at turboladeinnretningen er tatt i bruk, og dessuten vil virkningsgraden og luftleveringen tross turboladeinnretningen falle ved senere bruk/spesielt på grunn av nedsmussing. Dette siste forhold kan der rådes bot på ved at man foretar en overhaling av turboladeinnretningen. Ved fall i turboladeinnretningens virkningsgrad blir armen 34 beveget i motsatt retning til pilen 35, noe som medfører at staven 22 og derved akselen 18 blir løftet, noe som på sin side resulterer i en løfting av staven 24 og akselen 1.7, slik at der med andre ord oppnås en bevegelse.av spjeldet 9 i lukkeretningen. Nå vil der bli avgrenet en mindre mengde gass, og turboladeinnretningen blir forsynt med den ekstra mengde gass som er nødvendig for å kompensere for den fallende virkningsgrad og luftlevering fra turboladeren. Etter overhaling av turboladeinnretningen som blir ut-ført med bestemte mellomrom, nemlig når tilsmussingen blir for stor, blir armen 34 beveget i retning for pilen 35, hvorved spjeldet 9 blir beveget i åpneretningen. På grunn av det ovenfor omtalte begynnelsesfall av virkningsgraden og luftleveringen så skal det forstås at etter en overhaling så skal der av_ grenes en mindre gassmengde enn hva tilfellet var yed tids-punktet da torbuoladeinnretningen ble tatt i bruk, og følgelig skal spjeldet 9 lukkes mer enn det som svarte til den stilling det hadde da innretningen ble tatt i bruk for at den derved forøkede gassmengde tilført turboladeinnretningen kan kompensere for begynnelsesfallet. Dette kan gjøres ved å forbinde vektstangen 16 med ikke viste organer for forflytning av styreområdet på en slik måte at vektstangen 16 etter begynnelsesfallet og en overhaling av turboladeinnretningen har funnet sted regulerer stillingen av spjeldet mellom en mere lukket og en mindre åpen stilling enn hva tilfellet var i tidsintervallet mellom ibruktakingen og den første overhaling. Da der,sagt med andre ord, etter at begynnelsesfallet er inntrådt skal reguleres som om kanalen 11 hadde et mindre areal enn den hadde før be-gynnelsesf allet fant sted, er det mulig istedenfor å legge om styreområdet for vektstangen 16 å benytte seg av en annen løsning som er vist på fig. 1, og som omfatter bruken av en om-løpsledning 78 som forbinder mellomkammeret 3 eller kanalen 11 før spjeldet 9 med kanalen 74, og som inneholder et spjeld 79.

I det tidsrom når begynnelsesfallet finner sted, er spjeldet 78 åpent, slik at den gassmengde som turboladeinnretningen ikke trenger i perioden med den høyeste virkningsgrad og luftlevering/blir ført enten til kjelen 70 eller til det fri, avhengig av stillingen av spjeldet 75. Når begynnelsesfallet har funnet sted, blir spjeldet 79 lukket og den tilsvarende økede gassmengde tilføres turboladeinnretningen 5 gjennom kanalen 4 som kompensasjon for begynnelsesfallet. På grunn av denne ordning trenger vektstangen 16 bare å ha et styreområde som svarer til den variasjon av virkningsgrad og luftlevering hos turboladeinnretningen som finner sted mellom overhalingene.

Ved den på fig. 3 og 4 viste utførelsesform for motoren med turboladeinnretning ifølge oppfinnelsen er der stort sett brukt samme henvisningsbetegnelser som på fig. 1, idet 1, betegner selve motoren, 2 motorens utløpssystem,, 3 et mellomkammer som mottar utløpsgass fra sylindrene,og 4 skjematisk og i form av en kanal betegner mateorganer for tilførsel av utløpsgass fra mellom.-- kammeret 3 og til motorens turboladeinnretning som er betegnet med 5. Via en luftkjøler 7 mater turboladeinnretningen et mellomkammer 6, som på sin side leverer utblåsnings- og ladeluft til motoren. Turboladeinnretningen 5 avgir den anvendte gass til et avtrekkskanalsystem 40.

Ved utførelsesformen vist på fig. 3 er der mellom mellomkammeret 3 og avtrekkskanalsystemetinnskutt et apparat 80 til utnyttelse av den del av utløpsgassen som føres forbi turboladeinnretningen for sekundær energiproduksjon, nemlig i form av en gassturbin som er koblet til en generator,og som er vist skjematisk på figurene 6 og 7. Gassturbinens innløpsside er forbundet med utløpsgass-mellomkammeret 3 ved hjelp av en rør-kanal 41 som, slik det er vist på fig. 6, fører til den der viste innløpsside av gassturbinen. Utløpssiden av gassturbinen er forbundet med avtrekkskanalsystemet40. På samme måte som ved motorene på fig. 1 og 2 kan avtrekkskanalsysteme 40 være til-knyttet en kjel 70, fig. 3, f.eks. en dampkjel med et innløp 71 og et utløp 72 eller en annen form for apparat til utnyttelse av avløpsgassens varmeenergi. Kjelen 70 på fig. 3 kan i likhet med den på fig. 1 frakobles ved hjelp av et spjeld 75 i en utløps— ledning 76 som munner ut i atmosfæren.

Prinsipielt kan motoren på figurene 3 og 4 styres på samme måte som forklart i forbindelse med fig. 2, nemlig ved hjelp_ av et spjeld 9 montert i kanalen 41, slik det er skjematisk vist på fig. 5. På fig. 5 er der i den utstrekning det er mulig,benyttet de samme henvisningstall som på fig. 2, og det vil derfor umid-delbart bli forstått at ved stigende innløpstemperatur blir vektstangen 14 beveget i retning for pilen .31, hvorved gass— tilførselen til gassturbinen blir redusert, mens gasstilfør-selen til turboladeinnretningen blirØket, og man vil oppnå det samme resultat som forklart ovenfor. Når vektstangen 21 blir beveget mot retningen av pilen 35, blir spjeldet 9 beveget i lukkeretningen, og der oppnås derved den samme kompensasjons-virkning for fallende turboladervirkningsgrad som forklart ovenfor. Motoren på fig. 3 og 4 kan også være forsynt med en kanal 76, fig. 3, med et deri innebygget spjeld 79, som holdes åpent når turboladeinnretningen arbeider med.største virkningsgrad, og som lukkes når begynnelsesfallet har funnet sted/og som først åpnes såfremt hele turboladeinnretningen blir fornyet.

Når det derimot dreier seg om motorbelastningen som vektstangen 15 dreier seg i avhengighet av, forholder det seg med fig. 5 motsatt av hva tilfellet er medfig. 2, idet vektstangen 15 blir dreiet i retning for pilen 33a, som er motsatt til retningen for pilen 33 på fig. 2, når motorbelastningen stiger. Derved vil gasstilførselen til gassturbinen 80 bli redusert, og følgelig gasstilførselen til turboladeinnretningen øket. Imidlertid strekkes denne styring ved Økende belastning ikke utover et punkt hvor det tillatte maksimale trykk overstiges. Ved fallende belastning finner styringen sted i motsatt retning, men bare ned til den minimale belastning hvor man i det hele tatt med fordel og under hensyntagen til motorens driftsforhold som helhet, dvs., oljeforbruk og termisk belastning, kan utnytte energien i avløpsgassen til sekundær kraftproduksjon. Under dette område blir avløpsgasstilførselen for sekundær kraftproduksjon slått av, enten fullstendig eller så meget som turboladeinnretningens stabilitet tillater. På fig. 5 er der vist en ytterligere vektstang 4 4 med en aksel 45 innskutt mellom de to vektstenger 14 og 15, idet vektstangen 44 er forbundet med vektstengene 14 og 15 ved hjelp av stenger 46 og 47 som styres på samme måte som forklart i forbindelse med fig. 2, men som ikke er vist i detalj på fig. 5. Vektstangen 44 blir brukt når det er ønsket å styre eller justere tilførselen av utløpsgass til gassturbinen, idet vektstangen 44 i så fall svinges i retning for pilen 48. Denne regulering eller.styring finner sted avhengig av det behov som f.eks. kan variere i løpet av døgnet, i løpet av året, og etter de klimatiske forhold. Det vil ses at når vektstangen 44 blir dreiet i retningen for pilen 48, vil spjeldet 9 bevege seg i åpneretningen, slik at gassturbinen får tilført mer utløpsgass.

I det foregående er selve styringen for enkelhets skyld omtalt som foretatt ved hjelp av et enkelt spjeld 9. På fig.6 er der vist en mere detaljert spjeldanordning. Som. tidligere nevnt betegner 80 den aktuelle gassturbin og 41 innløpet til turbinen. Gassturbinens innløpsskovlkrans er skjematisk, vist på fig. 6, og er betegnet med 50. Innløpet til skovlkransen 50 er oppdelt i 3 deler, 51, 52 og 53, og tilgangen, til hver skovlkransdel reguleres ved hjelp av spjeld, henholdsvis 54, 55 og 56. Dessuten kan gassturbinen være utført med et omløp 57 som kan styres respektive reguleres ved hjelp av et spjeld 58, og som kan lukkes eller åpnes helt ved hjelp av et spjeld 59. Ved tilbakestilling av spjeldet 59 fra den stilling som er vist på fig. 6 i den retning som er vist ved en pil,blir innløpet til gassturbinen lukket, og omløpet 57 åpnet, slik at rusing av gassturbinen f.eks. i tilfellet av plutselig belastningsfall i generatoren som drives av gassturbinen, kan unngås. S<p>jeldet 58 blir da justert slik at det frie gjennomstrømningsareal av omløpet 57 svarer til det frie gjennomstrømningsareal av delene 51, 52 og 53 ved det tidspunkt når tilgangen til disse lukkes ved hjelp av spjeldet 59, slik at der ikke skjer noen endring i driftsbetingelsene. Spjeldene 54, 55 og 56 blir prinsipielt brukt på samme måte som s<p>jeldet 9 på fig. 5. Formålet med at der brukes tre spjeld på fig. 6 ,er å oppnå en god virkningsgrad for gassturbinen 80 på følgende måte: Ved begynnende lukking av tilførselen av utløpsgass til gassturbinen blir først et spjeld gradvis lukket, og deretter det annet og til slutt det tredje, slik at turbinen bibeholder en akseptabel virkningsgrad under reguleringsforløpet. Gassturbinen kan eventuelt konstrueres med et regulerbart gjennomstrømningsareal og eventuelt samtidig med den nevnte inndeling omtalt .ovenfor^ Gassturbinen 80 er som vist på fig. 7 forbundet med en generator 6 0 av kjent kon-struksjon. Det skal imidlertid forstås at de tilfeller hvor man ønsker en annen form for energi, f.eks. varme, kan gassturbinen med den tilhørende generator erstattes, f.eks. av en kjel.

Av de foregående forklaringer, vil det forstås at turboladeinnretningen 5 i realiteten blir forbikoblet til utløps-systemet etter turboladeinnretningens turbindel ved hjelp av en forbikoblingsåpning, og at sistnevntes maksimale areal står i et hensiktsmessig forhold til totalvirkningsgraden av den anvendte turboladeinnretning, på en slik måte at det maksimalt utnyttede areal av forbikoblingsåpningen er større jo høyere virkningsgraden er, dvs. at en større forbikoblet mengde og derved en større energimengde står til rådighet for regulering jo større turboladeinnretningens virkningsgrad er. Nærmere be stemt kan forbikoblingsarealet settes i relasjon til forholdet:

hvor n1-på ca. 60% er den virkningsgrad som man hittil har ansett for å være den minimale virkningsgrad som er tilfredsstillende ved avlevering av et nytt motoranlegg, og n2 er den til enhver tid oppnåelige og kommersielt tilgjengelige. Typisk vil det maksimalt effektive forbikoblingsareal som i praksis utnyttes ved reguleringen være 1-2 ganger den ovennevnte,uttrykt i prosent av den pågjeldende turboladeinnretnings samlede ekvivalente eller effektive gjennomstrømningsareal, idet de større faktorer anvendes i de tilfeller hvor utløpsgassens energi utnyttes til energiproduksjon, og de mindre faktorer hvor dette ikke er tilfellet.

I sammendrag skal der nevnes at der ifølge oppfinnelsen oppnås et lavere gjennomsnittlig spesifikt brennstoff-forbruk,

en utjevning av motorens varmebelastning og en økonomsik utnyttelse av varmen i utløpsgassen, hvorved man oppnår en for-bedret driftsutnyttelse, nemlig ved den omtalte hensiktsmessige regulering av forbikoblingsarealet, som i prinsipp består i at arealets størrelse reguleres innenfor det øvre område i temperert klima, og høyere jo lavere innsugningstemperaturen og/eller gasstemperaturen er, samt jo høyere barometerstanden, lade-virkningsgraden og kravet til utløpsenergi er. På tilsvarende måte oppnår man de ovennevnte gunstige tilpasninger under tropiske forhold ved at arealets størrelse velges i det nedre område og lavere jo høyere inntakstemperaturen og/eller gasstemperaturen er, samt jo lavere barometerstanden, ladevirknings-graden og kravet til utløpsgassenergi er.

Avhengig av ønsket om en mere henholdsvis mindre utløps-gassenergi ved delbelastninger og under hensynet til motorens driftforhold legges forbikoblingsarealets størrelse høyere henholdsvis lavere ved fallende belastning i området ned til ca. 75% belastning. Ved delbelastninger under 75% legges forbikoblingsarealet alltid lavere jo lavere belastningen er.

Claims (15)

1. Fremgangsmåte til drift av en forbrenningsmotor med turboladeinnretning, karakterisert ved at der anvendes en turboladeinnretning og en motor som er konstruert og dimensjonert på en slik måte, samt at turboladeinnretningen har en så høy virkningsgrad, at turboladeinnretningen ved lav luft-innløpstemperatur er i stand til å levere den til motoren beregnede eller passende luftmengde med det til motoren beregnede eller passende trykk, når turboladeinnretningen får tilført bare en del av utløpsgassen fra motoren, at turboladeinnretningen ved lav luftinntakstemperatur får tilført bare en del av utløps-gassen fra motoren, at den resterende del av utløpsgassen ledes til atmosfæren utenom turboladeinnretningen, og at forholdet mellom den del av utløpsgassen som føres utenom turboladeinnretningen, og den del av utløpsgassen som føres til turboladeinnretningen, reduseres ved stigende luftinntakstemperatur og økes ved avtagende luftinntakstemperatur.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at forholdet mellom den del av utløpsgassen som føres til atmosfæren, og den del som føres til turboladeinnretningen, økes etter overhaling av turboladeinnretningen.

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 2, karakterisert ved at forholdet mellom den del av utløpsgassen som ledes til atmosfæren, og den del som ledes til turboladeinnretningen, reduseres med en bestemt avgrenset verdi under for-løpet av et visst tidsrom etter at motoren er blitt tatt i bruk for kompensasjon av turboladeinnretningens reduserte luft-leveringsforhold og begynnelsesfallet i virkningsgrad.

4. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at den del av utløpsgassen som føres til atmosfæren, blir utnyttet til produksjon av sekundær energi.

5. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, hvor den del av utløps-gassen som føres til atmosfæren^ ikke blir utnyttet til produksjon av sekundær energi, karakterisert ved at forholdet mellom den del av utløpsgassen som føres til atmosfæren, og den del som føres til turboladeinnretningen, reduseres ved avtagende belastning av motoren.

6. Fremgangsmåte som angitt i krav 4, karakterisert ved at forholdet mellom den del av utløpsgassen som føres til atmosfæren, og den del som føres til turboladeinnretningen, Økes ved stigende krav om produksjon av sekundær energi.

7. Fremgangsmåte som angitt i krav 6, karakterisert ved at forholdet mellom den del av utløpsgassen som føres til atmosfæren og den del som føres til turboladeinnretningen, økes ved avtagende belastning av motoren.

8. Forbrenningsmotor med turboladeinnretning, karakterisert ved at turboladeinnretningen og motoren er konstruert og dimensjonert på en slik måte, samt at turboladeinnretningen har en så høy virkningsgrad,at turboladeinnretningen ved lav luftinntakstemperatur er i stand til å levere den til motoren beregnede eller passende luftmengde med det til motoren beregnede eller passende trykk, når turboladeinnretningen gjennom dertil tilpassede mateorganer (4) får tilført bare en del a <y> utløpsgassen fra motoren, og at motoren omfatter organer (11) for avgrening av den resterende del av den fra motoren (1.) avgitte avløpsgass, slik at denne del føres utenom turboladeinnretningen (5) og til atmosfæren, og at motoren er forsynt med styreorganer (9) som er innrettet og bevegelige på en slik måte at forholdet mellom den.del av utløpsgassen som føres utenom turboladeinnretningen gjennom avgreningsorganene (11), og den del av avløps-gassene som føres til turboladeinnretningen gjennom mateorganene, kan reduseres ved stigende luftinntakstemperatur og reduseres ved fallende luftinntakstemperatur.

9. Forbrenningsmotor som angitt i krav 8, karakterisert ved at styringsorganet (9) er innrettet til å regulere gjennomstrømningsarealet av avgreningsorganene (11).

10. Forbrenningsmotor som angitt i krav 9, karakterisert ved at reguleringsorganet omfatter organer (79) til konstant reduksjon av det mas kima le g jennoiastrømningsareal av avgreningsorganene med en størrelse svarende til det fall i turboladeinnretningens (5) opprinnelige, virkningsgrad, som. ikke senere kan regenereres, og til det fall i luftleveringen som normalt finner sted ved endringer i installasjonsforhold fra utprøving i verksted og til den endelige drift i det ferdige anlegg.

11. Forbrenningsmotor som angitt i krav 10, karakterisert ved at organene utgjøres av et separat spjeld (79) som blir lukket etter få måneders-;drift og ikke senere utnyttet.

12. Forbrenningsmotor som angitt i krav 9, hvor den del av avløpsgassen som fører til atmosfæren,'ikke blir utnyttet til produksjon av sekundær energi, karakterisert ved at reguleringsorganene (9) er innrettet til å redusere avgreningsorganenes (11) gjennomstrømningsareal. ved synkende belastning av motoren og til forøkelse av avgreningsorganenes gjennomstrømningsareal ved stigende belastning av motoren.

13. Forbrenningsmotor med turboladeinnretning ifølge krav 9, hvor avgreningsorganene (41) er innrettet til å tilføre den av— grenede del av utløpsgassen til et apparat (10) for produksjon av sekundær energi, karakterisert ved at styreorganene er innrettet til å øke avgreningsorganenes gjennom-strømningsareal ved stigende krav til sekundær energiutnyttelse og til reduksjon av avgreningsorganenes gjennomstrømningsareal ved avtagende krav til sekundær energiutnyttelse.

14. Forbrenningsmotor som angitt i krav 13, hvor apparatet til produskjon av sekundær energi er en gassturbin (80), karakterisert ved at gassturbinen er forsynt med to eller flere innløp (51, 52, 53) til separate turbindyseavsnitt, og at styreorganene utgjøres av lukkbare spjeld (54, 55, 56) som er anbragt i innløpene (51, 52, 53), og hvorav minst ett er regulerbart.

15. Forbrenningsmotor som angitt i krav 8, karakterisert ved at avgreningsorganenes maksimale frie gjennomstrømningsareal oppfyller følgende betingelser:

hvor: A oml. er avgreningsorganenes maksimale frie gjennomstrømnings-areal , A tur. er den aktuelle turboladeinnretnings samlede ekvivalente eller effektive turbingjennomstrømningsareal, rj 1 er den virkningsgrad for turboladeinnretningen man hittil har ansett for å være tilfredsstillende, og

r)2 er den til enhver tid maksimalt oppnåelige og kommersielt tilgjengelige virkningsgrad av turboladeinnretningen.