Pierwszenstwo: 05 .IV.1967 Szwaj caria Opublikowano: 30.Y.1970 59911 KI. 46 a, 41/10 MKP F02b Utyo cz iA UKD. 621.438.08 f Urzedu J - ¦ ?.o hlskia] fyr'-, ] Twórcawynalazku: Helmut Petak Wlasciciel patentu: Gebruder Sulzer Aktiengesellschaft, Winterthur (Szwajcaria) Doladowywany, dwusuwowy, tlokowy silnik spalinowy Przedmiotem wynalazku jest doladowywany, dwusuwowy, tlokowy silnik spalinowy, z ukladem spietrzeniowym, pracujacy na gazach wylotowych, o wiecej niz czterech cylindrach, w których prze¬ wód odprowadzajacy gazy spalinowe zawiera kil¬ ka odbiorników gazów spalinowych, z których kaz¬ dy podlaczony jest do wspólnej dla kilku cylin¬ drów turbiny.Przy doladowywaniu dwusuwowych, tlokowych silników spalinowych znane sa dwa zasadnicze uklady, a mianowicie uklad spietrzeniowy i uklad uderzeniowy.W ukladzie spietrzeniowym gazy spalinowe z wszystkich cylindrów jednego silnika kierowane sa do wspólnego odbiornika gazów spalinowych, a stamtad doprowadzone sa do jednej lub najwyzej dwóch turbin na gazy wylotowe. Uklad ten odzna¬ cza sie prosta budowa i dobra sprawnoscia przy pelnym obciazeniu, zwlaszcza w silnikach o wyso¬ kim cisnieniu doladowywania. Jednak w celu utrzy¬ mania w tym ukladzie we wspólnym odbiorniku gazów spalinowych w przyblizeniu stalego cisnie¬ nia niezbedna jest duza objetosc odbiornika, rów¬ na co najmniej trzykrotnej objetosci skokowej wszystkich cylindrów podlaczonych do odbiornika, co oznacza, zwlaszcza w duzych silnikach znaczne zapotrzebowanie przestrzeni.Ponadto, przy obciazeniu czesciowym powstaja duze straty energii skutkiem rozprezania gazów spalinowych przy wprowadzaniu ich z cylindrów 15 20 25 30 do odbiornika oraz skutkiem ochlodzenia w od¬ biorniku. Powoduje to niekorzystna prace przy ob¬ ciazeniu czesciowym silników wyposazonych w ten uklad, przez co w przypadku pracy pod obciazeniem czesciowym, niezbedne sa dodatkowe dmuchawy.Przy doladowywaniu wedlug ukladu uderzenio¬ wego dazy sie do mozliwie malych objetosci prze¬ wodów odprowadzajacych gazy spalinowe, prowa¬ dzacych z cylindrów do turbin. Objetosc przewo¬ du odprowadzajacego gazy spalinowe zespolu trzech cylindrów jest na przyklad w przyblizeniu taka sama jak objetosc skokowa jednego cylindra. Daje to w tym przypadku objetosc równa 0,33 objetosci skokowej cylindra na kazdy cylinder podlaczony do przewodu. W ten sposób mozliwe jest wykorzy¬ stanie fal cisnienia uderzen wydechowych, to zna¬ czy energii kinetycznej gazów spalinowych w tur¬ binie turbosprezarki doladowujacej, napedzanej ga¬ zami spalinowymi tak, ze silniki takie umozliwiaja bez trudnosci prace z obciazeniem czesciowym.Ze wzgledu na wzajemne oddzialywanie uderzen cisnienia z poszczególnych cylindrów niezbedne jest jednak polaczenie razem przy wlocie turbiny tylko tych cylindrów, które sie wzajemnie nie zaklócaja, to znaczy tych, których odleglosc zaplonu jest do¬ statecznie duza. Odleglosc zaplonowa cylindrów, których laczenie jest dopuszczalne, wynosi zwykle 120° kata obrotu walu korbowego, co najmniej jed¬ nak 90°.W celu uzyskania dobrej sprawnosci niezbedne 5991159911 3 *•. • ¦; r" ' r : 4 jest przy tym zastosowanie dla kazdego zespolu trzech cylindrów jednej turbosprezarki doladowu¬ jacej, napedzanej gazami spalinowymi, co zwiek¬ sza koszty urzadzenia. Jezeli laczy sie kilka zespo¬ lów razem na rózne segmenty turbosprezarki, wów¬ czas ¦istnieje koniecznosc stosowania dlugich prze¬ wodów o duzej objetosci, które trudno jest rozmies¬ cic. Dodatkowa niedogodnoscia jest wynikajace stad pogorszenie sprawnosci urzadzenia. j Celem wynalazku jest stworzenie ukladu dolado¬ wywania, który ma zalety ukladów znanych bez ich wad i który przy prostej budowie zapewnia-osiag¬ niecie wysokiej sprawnosci przy pelnym obciaze¬ niu i przy wysokich cisnieniach doladowywania, przy czym równoczesnie silnik lepiej pracuje w przypadku obciazenia czesciowego.Istota wynalazku polega na tym, ze do kazdego odbiornika gazów spalinowych podlaczone sa cal¬ kowicie najwyzej trzy cylindry, których odstepy zaplonu wynosza co najmniej 90° kata obrotu walu korbowego.Dzieki temu mozliwe jest nadanie odbiornikom gazów spalinowych mniejszych wymiarów niz by¬ loby niezbedne dla wspólnego odbiornika przy do¬ ladowaniu wedlug ukladu spietrzeniowego. Przykla¬ dowo odbiornik moze miec objetosc równa 1,5 do 2,5 objetosci skokowej cylindra na kazdy podlaczo¬ ny cylinder w stosunku do przynajmniej 3-krotnej objetosci w przypadku dotychczasowego ukladu spietrzeniowego.W takim odbiorniku gazów spalinowych powstaja wprawdzie wahania cisnienia skutkiem uderzen wy¬ dechowych, które sa niepozadane w znanym ukla¬ dzie spietrzeniowym, gdyz zaklócaja proces pluka¬ nia, jednak w silniku wedlug wynalazku te fale cisnienia moga miec dzialanie korzystne, gdyz przez chwilowe wsteczne spietrzenie powietrza prze¬ plukujacego w cylindrach powstaje zjawisko do¬ ladowywania dynamicznego, skutkiem którego zwiekszona zostaje ilosc swiezego powietrza pozo¬ stajaca w cylindrze.Mozliwe jest przy tym podlaczenie kilku odbior¬ ników gazów spalinowych do jednej wspólnej tur¬ biny, przy czym polaczenie prowadzacych przewo¬ dów od poszczególnych odbiorników nastepuje na krótko przed turbina. Dzieki temu mozliwe jest stosowanie jednej turbiny na gazy wylotowe nawet przy kilku odbiornikach gazów spalinowych, co powoduje znaczne uproszczenie urzadzenia.Polaczenie ze soba przewodów prowadzacych z poszczególnych odbiorników i ich podlaczenie do turbiny nastepuje w taki sposób, ze gazy spalinowe prowadzone sa przez rure zewnetrzna i umieszczo¬ na w niej rure wewnetrzna. Rury wewnetrzne kon¬ cza sie w tym przypadku na krótko przed turbina.Dzieki temu osiaga sie proste podlaczenie kilku od¬ biorników do jednej wspólnej turbiny z pelnym za¬ silaniem wienca turbiny i tym samym wysoka sprawnoscia, przy czym wzajemne oddzialywanie poszczególnych cylindrów utrzymywane jest na nis¬ kim poziomie, a w pewnych warunkach moze byc nawet wykorzystane w korzystny sposób.Jezeli, na przyklad, w silniku o pieciu lub sied¬ miu cylindrach przewidziane sa dwa odbiorniki ga¬ zów spalinowych wówczas srodkowy cylinder jest korzystnie podlaczony przez polowy swego przewo¬ du odprowadzajacego gazy spalinowe do obu od¬ biorników gazów spalinowych. Dzieki temu przy siedmiu cylindrach unika sie zastosowania oddziel¬ nego odbiornika dla srodkowego cylindra, przy czym ilosci; gazów spalinowych doprowadzane do po¬ szczególnych odbiorników sa bardziej równomierne.Rozwiazanie to moze byc takze korzystnie zastoso¬ wane do silnika o pieciu cylindrach.W ukladzie dwóch sasiadujacyh ze soba odbior¬ ników, podlaczonych do róznych turbin, mozliwe jest laczenie ich ze soba przez otwór dlawiacy.Dzieki temu wyrównane zostaje srednie cisnienie w obu odbiornikach i unika sie nierównomiernego obciazenia turbin, które mogloby wystapic z róz¬ nychpowodów. ; Mozliwe jest wykonanie poszczególnych odbiorni¬ ków przez podzial duzego wspólnego odbiornika za pomoca scianek dzialowych. W ten sposób uzyskuje sie prosty uklad konstrukcyjny o optymalnym wy¬ korzystaniu przestrzeni.Przedmiot wynalazku wyjasniony jest na podsta¬ wie przykladów wykonania przedstawionych sche¬ matycznie na rysunku, na którym fig. 1 i 2 przed¬ stawiaja dwie mozliwe odmiany silnika wedlug wynalazku o osmiu cylindrach, fig. 3 przedsta¬ wia wykres kolejnosci zaplonów dla silników z fig. 1 i 2, fig. 4 i 5 przedstawiaja dwie odmiany silnika wedlug wynalazku o pieciu cylindrach, fig. 6 i 7 przedstawiaja dwie odmiany wykonania silnika szesciocylindrowego wedlug wynalazku, fig. 8 i 9 przedstawiaja silnik siedmiocylindrowy, fig. 10, 11 i 12 przedstawiaja odpowiednio silniki dziewiecio- dziesiecio- i dwunastocylindrowe, fig. 13 przedsta¬ wia wykres kolejnosci zaplonów dla silników z fig. 4 i 5, fig. 14 przedstawia wykres kolejnosci zaplo¬ nów dla silników z fig. 6 i 7, fig. 15 przedstawia wykres kolejnosci zaplonów dla silników z fig. 8 i 9, fig. 16, 17 i 18 przedstawiaja wykresy kolejnosci za¬ plonów dla silników z fig. 10, 11 i 12, a fig. 19 przedstawia wykres przebiegu cisnien w silniku o wspólnym odbiorniku gazów spalinowych bez po¬ dzialu wedlug wynalazku w porównaniu z przebie¬ gami cisnienia w silniku wedlug wynalazku.Przedstawiony na fig. 1 .dwusuwowy silnik wy¬ sokoprezny zawiera cylindry 20, które zgodnie z ich kolejnoscia oznaczone sa kolejnymi liczbami od 1 do 8. Cylindry te podlaczone sa do wspólnego po¬ wietrznego odbiornika 21, który otrzymuje powie¬ trze doladowywania z dmuchawy 22 turbozespolu ladujacego. Gazy spalinowe z poszczególnych cy¬ lindrów 20 kierowane sa do odbiorników 23, 24, 25, które stanowia czesci jednego wspólnego duzego odbiornika 26. Podzial nastepuje za pomoca dzialo¬ wych scianek 27, 28. Do podlaczenia odbiorników 23, 24 i 25 do wspólnej turbiny 28 przewidziana jest zewnetrzna rura 29, w której znajduja ujscie ruro¬ we laczniki 30 i 31 prowadzace z odbiorników 24 i 25. Laczniki 30 i 31 koncza sie krótko przed tur¬ bina 28 tak, ze nastepuje polaczenie strumieni ga¬ zów spalinowych poszczególnych odbiorników 23, 24 i 25. Jak wynika z narysowanego linia przery¬ wana przekroju odbiornika 23, ma on przekrój okragly,, przy czym rurowe laczniki S0 i 31 stano- 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 605M11 Wia polówki okraglej tfttry przechodzac^ prtez tkf- biornik 23* ¦ '•'¦'+ • '^:- ¦ ¦'--¦ •:¦'*¦* ~ ,: .--,•;'-, Uklad jest tak dobrany, ze do jednego z odbiór-' ników 23, 24 i 25 podlaczone sa w sposób zaany dla ukladu uderzeniowego te cylindry, których ude¬ rzenia wydechowe nie oddzialywaja, niekorzystnie na procesy robocze przebiegajace w pozostalych cy¬ lindrach. Osiagane jest to w ten sposób, ze' kolej¬ nosc zaplonu w sasiadujacych ze soba cylindrach przesunieta jest wzajemnie co najmniej o 90°. Ob¬ jetosc poszczególnych przewodów gazów spalino¬ wych jest w wyniku obecnosci odbiorników znacz¬ nie wieksza niz objetosc przewodów gazów spal¬ inowych wedlug ukladu uderzeniowego, a mianowi¬ cie, jest ona równa co najmniej 1,5 objetosci sko¬ kowej cylindra na kazdy podlaczony cylinder. Od¬ biornik z przewodami, do których podlaczone sa trzy cylindry, ma przykladowo objetosc równa przy¬ najmniej 4,5 objetosci skokowej pojedynczego cy¬ lindra. Objetosc ta jest jednak mniejsza niz w przy¬ padku silnika o doladowaniu spietrzeniowym.Silnik przedstawiony na fig. 2 rózni sie od sil¬ nika z fig. 1 tym, ze na obu koncach silnika prze¬ widziane sa dwa ladujace turbozespoly 40, 41 i 42, 43. Cylindry 44 otrzymuja powietrze przeplukujace i doladowywania ze wspólnego odbiornika 45, pod¬ laczonego do dmuchaw 40 i 42. Gazy spalinowe z cylindrów 44 kierowane sa do odbiorników 46, 47 i 48. Odbiornik 46 polaczony jest z turbina 41 przez rure 49a, odbiornik 48 z turbina 43 za pomoca rury 50. W odbiornikach 46 i 48 znajduja sie rury 51 i 52, które prowadza z odbiornika 47 do rur 49 i 50 i koncza sie w nich na krótko przed turbinami 41 lub 43. Dzialanie tego urzadzenia jest zasadniczo takie samo jak urzadzenia z fig. 1 z ta róznica, ze gazy spalinowe z odbiornika 47 zostaja rozdzie¬ lone na turbiny 41 i 43.Omawiany silnik ma w porównaniu z silnikiem z fig. 1 te zalete, ze w przypadku uszkodzenia jednego z turbozespolów ladujacych mozliwe jest kontynuowanie pracy przy 75°/o pelnej mocy. W przypadku uszkodzenia jednego turbozespolu wy¬ starczy zamknac wlasciwy przewód 51, 52 i zablo¬ kowac uszkodzony turbozespól.Na fig. 4—12 przedstawiono schematycznie dalsze mozliwe odmiany wykonania silników o róznych liczbach cylindrów. Na fig. 13—18 przedstawiono wykresy kolejnosci zaplonu dla odpowiednich sil¬ ników. Oznaczenie kolejnosci cylindrów jest przy tym zawsze takie jak na fig. 1 od lewej strony.W przypadku silników przedstawionych na fig. 4, 5, 8 i 9 odmiennosc polega na tym, ze srodkowy cy¬ linder podlaczony jest swoim przewodem wydecho¬ wym do obu przewidzianych odbiorników gazów spalinowych. Dzieki temu osiaga sie uproszczenie urzadzenia. Odpowiednio do sformulowanych na poczatku wymagan odnosnie odleglosci zaplonu miedzy cylindrami podlaczonymi do jednego od¬ biornika byloby mianowicie niezbedne podlaczenie srodkowego cylindra do oddzielnego odbiornika o odpowiednio duzej objetosci. Przez rozdzial gazów spalinowych z wymienionego cylindra na dwa od¬ biorniki zbyteczne jest stosowanie oddzielnego od¬ biornika, gdyz, jak sie okazalo, cylinder podlaczo¬ ny jedynte do 'polowiW wplywa praktycrtUe w sposób niekorzystna hi prace.ó" - \ V •: J. \r W silhikacn J^rz4ds l£ i f2 od* miennosc polega ria tym; ze srodkowa;; dzitflbwa: 5 scianka 100 lub 101 ma dlawiacy otwór 10* lub 103, przez co mozliwy Jest przeplyw gazów sfcaUribwycli miedzy sasiadujacymi ze soba odbiornikami, który zapobiega nadmiernemu spadkowi cisnienia w tym odbiorniku, w którym powstaje dluzszy odstep cza* 10 su bez uderzenia wydechowego skutkiem nieregu- larnosci kolejnosci zaplonu cylindrów podlaczonych do tego odbiornika. Jako przyklad przytoczyc moz¬ na silnik z fig. 11, gdzie do lewego z ofeu polaczo¬ nych odbiorników, oznaczonego odnosnikiem 104, 15 podlaczone sa cylindry 4 i 5. Jak Widac 1 kolejnosci zaplonu na fig. 17, miedzy zaplonami w cylindrze 4 i 5 istnieje odstep równy 216°. Taki Banl cód»tep istnieje równiez miedzy zaplonami w cylindrach 6 i 7. Przez umieszczenie otworu mozliwy ^Jest prze- 20 plyw gazów z sasiedniego odbiornika i wyrówna¬ nie wahan cisnienia. Przykladowo, w odcinku cza¬ su miedzy uderzeniami wydechowymi cylindrów 4 i 5 nastepuje przeplyw gazów z odbiornika 105 do odbiornika 104 skutkiem uderzenia wydechowego 25 w cylindrze 7. W taki sposób uderzenie wydecho¬ we cylindra 4 miedzy uderzeniami cisnienia z cy¬ lindrów 6 i 7 powoduje Wzrost cisnienia w odbior¬ niku 105.Wykres na fig. 19 ukazuje przebieg cisnien w cy- *• lindrze (krzywa „a" wzglednie „al") i w odbiorniku gazów spalinowych (krzywe „b i c") podczas jed¬ nego obrotu walu korbowego. Wykres odnosi sie do silnika szesciocylindrowego o kolejnosci zaplonów 1-6-2-4-3-5 z niepodzielonym oraz wedlug fig. 6 lub 35 7 z podzielonym odbiornikiem gazów spalinowych.Odpowiednia kolejnosc zaplonów przedstawiona jest na fig. 14.Na wykresie przedstawione jest pozioma linia „m" srednie cisnienie przeplukiwania, to znaczy cisnie- 40 nie powietrza w odbiorniku powietrza. Na osi po¬ ziomej naniesione sa polozenia walu korbowego.Cyframi I, II i IV oznaczone sa dolne punkty Zwrotne dla cylindrów 1, 2 i 6. Symbolami Al i El, A2, E2 i A6 oznaczone sa czasy otwarcia organów 45 wylotowych gazów spalinowych i organów wloto¬ wych powietrza przeplukujacego i doladowanego dla cylindrów 1, 2 i 6. Przez El' i Al' oznaczono czasy zamkniecia organu wlotowego i organu wy¬ lotowego cylindra 1. Sa one, jak to jest zwykle 50 w silnikach dwusuwowych o rozrzadzie tlokowym, symetryczne wzgledem polozenia dolnego punktu zwrotnego I cylindra 1.Z przebiegu krzywych widoczne jest, ze w nie¬ podzielonym odbiorniku gazów spalinowych, to zna- 55 czy w jednym wspólnym odbiorniku gazów spalino¬ wych, podczas wydechu z cylindra 6 cisnienie w odbiorniku gazów spalinowych zmienia sie wedlug krzywej „M" i wzrasta powyzej poziomu cisnienia w cylindrze 1, które przebiega wedlug krzywej „a". 60 Skutkiem tego zaklócony zostaje proces przepluki¬ wania w cylindrze 1, gdyz gazy wylotowe powracaja do cylindra. W przypadku rozdzielenia odbiorników wedlug fig. 7, cisnienie w odbiorniku gazów spali¬ nowych cylindrów 1—3 zmienia sie wedlug krzywej K „b", wykreslonej linia ciagla, to znaczy, ze nie ma7 wzrostu cisnienia .ponad wartosc-cisnienia w cylin¬ drze 1. Najblizszy wzrost cisnienia wystepuje dopiero w tiiwili A2 otwarcia organu wydechowego cylindra 2. Ten wzrost cisnienia jest korzystny, gdyz przez spietrzenie powietrza przeplukujacego w cylindrze 1 powoduje wzrost cisnienia powietrza doladowania znajdujacego sie juz ^w cylindrze 1. Uzyskana w ten sposób róznica cisnienia oznaczona jest na wy¬ kresie na fig. 19 synfi^plem Ap. W silniku bez tego zjawiska cisnienie zmienialoby sie wedlug krzywej „al", wykreslonej linia przerywana, W celu uzyskania zmian,cisnien przedstawionych na fig. 19 oprócz podzialu wspólnego odbiornika ga¬ zów spalinowych na kilka, w omawianym przypad¬ ku na dwa odbiorniki, niezbedny jest równiez okreslony wybór wielkosci odbiorników, gdyz istnie¬ je w tym wzgledzie pewne optimum. Jezeli odbior¬ nik jest zbyt maly, wówczas wahania cisnienia sa zbyt wysokie i zadany przebieg cisnienia nie jest osiagany a sprawnosc turbiny pogarsza sie. Nato¬ miast w przypadku zbyt duzego odbiornika nie mozna osiagnac przedstawionego na fig. 19 wspo¬ magania: procesu przeplukiwania, wynikajacego z przebiegu krzywych „a" i „a"\ Najkorzystniejsza objetosc odbiornika musi byc ustalona doswiadczal¬ nie lub obliczeniowo, w kazdym razie jest ona wieksza niz zamierzona w ukladzie uderzeniowym minimalna wielkosc objetosci przewodów gazów spalinowych. Jako przyblizona regule mozna po¬ dac, ze bardzo dobre wyniki osiagane sa w zakresie objetosci od 1,5 — 2,5 objetosci skokowej na pod¬ laczony cylinder w stosunku do 3 i wiecej w ukla¬ dzie spietrzeniowym. PL