PL80916B1 - - Google Patents

Description

Uprawniony z patentu: The Plessey Company Limited, Ilford (Wielka Brytania) Uklad doladowania wysokopreznego silnika spalinowego Przedmiotem wynalazku jest uklad doladowania wysokopreznego silnika spalinowego wyposazony w tur- bosprezyne, tloczaca powietrze do rury ssacej silnika.Jakkolwiek stosowanie tuibosprezarek napedzanych gazami spalinowymi charakteryzuje sie w porównaniu do sprezarek napedzanych walem korbowym silnika zaleta mniejszego zmniejszania sie obrotów sprezarki a wiec i cisnienia doladowania wraz ze zmniejszaniem sie predkosci obrotowej silnika, zwlaszcza pod pelnym obciazeniem pomimo to spadek cisnienia doladowania zalezy znacznie od powyzszych warunków jak równiez i wtedy gdy silnik, pomimo ze pracuje na najwyzszych obrotach, obciazony jest niewiele poniewaz w obu przypadkach energia gazów wydechowych jest mniejsza od energii gazów wydechowych gdy silnik pracuje na obrotach z maksymalna moca. Ponadto turbosprezarka nie podaje powietrza pod cisnieniem podczas rozruchu silnika spalinowego, kiedy praktycznie gazy wydechowe nie posiadaja energii do napedu tej turbosprezarki.Celem wynalazku jest opracowanie udoskonalonego ukladu doladowania wysokopreznego silnika spalino¬ wego który umozliwia wlasciwe doladowanie silnika spalinowego we wszystkich warunkach pracy oraz umozli¬ wia uzyskanie dodatkowej mocy z turbosprezarki.Zgodnie z wynalazkiem napedzana gazami wydechowymi turbosprezarka polaczona jest z komora robocza wyposazona we wtryskiwacz paliwa oraz urzadzenie zaplonowe przy czym komora posiada przewód wlotowy powietrza polaczony z wylotem sprezarki a przewód wylotowy tej komory polaczony jest z wlotem turbiny napedzajacej sprezarke. Turbosprezarka wyposazona jest dodatkowo w zespól ruchomy przyspieszajacy wirniki turbiny dostatecznie do wywolania odpowiedniego cisnienia powietrza i do rozpoczecia samodzielnej pracy komory spalania przy pomocy wtryskiwanego paliwa, niezaleznie od wylotowych gazów silnika spalinowego, co umozliwia podawanie sprezonego powietrza do silnika spalinowego od chwili uruchomienia tego silnika.Obok mozliwosci stosowania turbosprezarki podczas uruchamiania silnika spalinowego, gdy turbosprezarka ta polaczona jest z zespolem rozruchowym, uklad wedlug wynalazku niezaleznie od wyposazenia go w zespól rozruchowy, stosowany byc moze jako uzupelnienie energii gazów wydechowych silnika spalinowego podawa¬ nych do turbosprezarki gdy silnik ten pracuje ze stosunkowo malymi obrotami, dzieki czemu turbosprezarka obraca sie z maksymalnymi obrotami i podaje powietrze do silnika pod pelnym cisnieniem gdy silnik ten obraca sie z mala predkoscia, lub mozliwe jest sterowanie cisnieniem doladowania niezaleznie od predkosci silnika.¦* 80 916 Uklad ten oczywiscie powoduje zwiekszenie momentu uzyskiwanego z silnika spalinowego przy malych obro¬ tach walu korbowego.Z drugiej strony, gdy silnik pracuje na pelnych obrotach ze stosunkowo niewielkim obciazeniem, obroty turbosprezarki równiez odpowiednio spadaja, powodujac zmniejszenie stopnia sprezania z którym powietrze podawane bylo do cylindrów silnika, w wyniku podawania malej ilosci paliwa do kazdego cylindra zaladowane¬ go duza iloscia powietrza, temperatura gazów wydechowych jest mniejsza i mniejszajest energia gazów wpadaja¬ cych do turbiny. Ponadto, poniewaz w przedstawionych warunkach, ze wzgledu na fakt, ze masa gazów zasysa¬ nych do silnika spalinowego w jednostce czasu jest funkcja predkosci silnika, wlasciwie niezaleznie od jego obciazenia, tak ze ilosc powietrza wpadajaca do silnika przy pelnych obrotach jest maksymalna, a bardzo malo powietrza jesli ono jest, uzyskuje sie ze sprezarki do napelniania komory spalania w celu uzyskania dodatkowej mocy z turbosprezarki. W tych warunkach w wyniku malej ilosci spalanego paliwa w silniku w kazdym cylindrze duzy nadmiar powietrza znajduje sie w gazach wydechowych i zgodnie z wynalazkiem nadmiar ten wykorzysty¬ wany jest do spalenia dodatkowego paliwa i w ten sposób do zwiekszenia energii gazów wydechowych napedzaja¬ cych turbine. Uzyskuje sie to przez takie umieszczenie komory spalania aby gazy wydechowe silnika przeplywa¬ ly przez komore spalania, co zapewnia równiez calkowite spalenie paliwa wtryskiwanego przez wtryskiwacz wtedy, kiedy powietrze dostarczane przez sprezarke jest niewystarczajace. W tym celu komora spalania jest tak skonstruowana, ze zawiera czesc wlotowa do której podawane jest powietrze od sprezarki, i która wyposazona jest równiez we wtryskiwacz i w urzadzenie zaplonowe, tak ze spalanie wtryskiwanego paliwa rozpoczynane jest w zasadzie bez obecnosci gazów spalinowych. Taczesc komory spalania polaczona jest z inna czescia przez która przeplywaja gazy wydechowe z silnika spalinowego do turbiny, i do której przechodzi plomien z wlotowej czesci komory, przynajmniej gdy tlen zawarty w gazach wydechowych wymagany jest do calkowitego spalenia paliwa wtryskiwanego do komory spalania.Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykladzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedsta¬ wia schematyczny widok z tylu silnika spalinowego wyposazonego w uklad doladowania wedlug wynalazku, w którym gazy spalinowe z komory spalania silnika przechodza przewodem bocznym wzgledem sprezarki a fig. 2 — uklad podobny, w którym komora spalania silnika polaczona jest szeregowo ze sprezarka.W ukladzie przedstawionym na fig. 1 silnik 1 jest wysokopreznym silnikiem spalinowym wyposazonym w zespól pradnicy — rozruszniku 2. Powietrze do spalania dostarczane jest do silnika z otoczenia wlotem 4 i prze¬ wodem wlotowym 3 prowadzacym do rury ssacej 2a, przy czym powietrze wlotowe sprezane jest przez wirnik sprezarki doladowywujacej 5, napedzana przez turbine 6, do której gazy wylotowe silnika 1 doprowadzane sa przewodem wylotowym 7, i po wytraceniu energii w turbinie 6 wydalane sa otworem wylotowym 8 bezposrednio lub przez wymiennik ciepla 26 schematycznie zaznaczony na rysunku, wykorzystujacy cieplo tych gazów do ogrzania gazów wlotowych, przeplywajacych ze sprezarki 5, Z zespolem pradnicy-rozrusznika 2 polaczony jest poprzez zespól sterujacy 11 akumulator 10.W celu zasilania gazami spalinowymi turbiny 6 dodatkowo lub zamiast z silnika 1 przewód wydechowy 7 polaczony jest z wylotem komory spalania 13, która umieszczona jest w przewodzie bocznym 12. Przewód ten polaczony jest z drugiej strony z wlotowym przewodem 3 sprezarki 5 oraz rura ssaca 2a silnika 1. Komora spalania 13 wyposazona jest we wtryskiwacz 14, do którego paliwo podawane jest poprzez zawór 16 pompa 15 napedzana turbina 6. Zawór 16 zawiera cewke sterowana elektrycznie zespolem sterujacym 11 zaleznie na przyklad od sygnalu predkosci sprezarki. Ponadto, komora spalania 13 zawiera elektryczne urzadzenie zaplono¬ we 17 za pomoca którego nastepuje zaplon paliwa wtryskiwanego wtryskiwaczern 14 przy czym urzadzenie to sterowane jest zespolem sterujacym 11, które steruje automatycznie predkosc podawania paliwa do komory spalania 13 tak, by ograniczyc temperature spalonych gazów do zalozonego maksimum na przyklad 950°K oraz ograniczyc predkosc turbiny do bezpiecznej wartosci. Turbina 6 i sprezarka 5 wyposazone sa równiez w polaczo¬ ny zespól pradnicy i rozrusznika 18, który sterowany jest zespolem sterujacym 11, który podczas rozruchu turbiny zasilany pradem elektrycznym z akumulatora 10 pracuje jako silnik napedzajac turbine, a po jej urucho¬ mieniu laduje akumulator 10 dodatkowo.W celu uniemozliwienia przeplywania gazów pod cisnieniem podczas rozruchu silnika niezbednych do pracy turbiny 6, przewód wydechowy 7 polaczony z rura wydechowa 2b wyposazony jest w indukcyjny zawór dlawiacy 34, którego cewka gdy zasilana jest z zespoiu sterujacego 11 zajmuje polozenie przedstawione na rysunku liniami przerywanymi, w którym przewód wydechowy 7 polaczony jest z atmosfera omijajac turbine 6 a jednoczesnie odciety jest przez ten zawór od wlotowej strony turbiny 6 i od przewodu 12 polaczonego z komora spalania 13. Gdy cewka zaworu 34 nie jest zasilana z zespolu sterujacego zawór ten zajmuje polozenie przedsta¬ wione na rysunku liniami ciaglymi umozliwiajac przeplyw gazów z silnika bezposrendnio do turbiny.W celu odizolowania wzajemnego przewodów ssacego 3 i wydechowego 7 podczas normalnej pracy silni¬ ka 1, w przewodzie 12 umieszczony jest zawór 19, który uruchamiany moze byc recznie lub automatycznie na80 916 3 przyklad za pomoca zespolu sterujacego 11. Zawór ten jest otwarty tak dlugo jak dlugo trwa podawanie paliwa do dyszy wtryskowej 14.Nalezy zauwazyc, ze turbina 6 i sprezarka 5 pracuje nie tylko podczas uruchamiania Silnika 1 ale takze caly czas podczas normalnej jego pracy. Z tego powodu, umieszczenie zespolu pradnicy-rozrusznika 18 napedzanego przez turbine 6 czyni zbedna pradnice napedzana przez silnik 1, dzieki czemu zespól rozruchowy 2 silnika 1 moze byc znacznie uproszczony poniewaz zbedna jest ta czesc zespolu którg^ wytwarza prad elektryczny.Ponadto turbina 6 stanowi zródlo napedowe dodatkowych urzadzen zarówno przed jak i po uruchomieniu silnika 1. Gazy wydechowe wylatujace z turbiny 6 moga byc wykorzystane bezposrednio lub w wymienniku ciepla do podgrzewania, gdy to jest wymagane, powietrza podawanego do wymiennika ciepla 26. Powietrze podawane jest do tego ukladu za pomoca drugiej dmuchawy 25 napedzanej równiez przez turbine 6.Na fig. 2 przedstawiono odmiane ukladu doladowania silnika rózniacego sie od przykladu przedstawione¬ go na fig. 1 umieszczeniem komory spalania 23 w przewodzie wydechowym 7 silnika. Czesc komory spalania 23 zawierajaca wtryskiwacz 14 oraz urzadzenie zaplonowe 17 stanowi koncowa czesc przewodu 12, a wlasciwa komora spalania 23 stanowi czesc przewodu wydechowego 7, poprowadzonego z rury wydechowej 2b silnika do wlotu turbiny 6. Gazy wydechowe z rury wydechowej 2b silnika 1 przeplywaja wiec przez komore spalania 23.Podczas pracy silnika, gdy silnik pracuje pod malym obciazeniem i. do kazdego cylindra wtryskiwana jest mala ilosc paliwa, ilosc gazów wplywajacych do komory spalania 23 przewodem bocznym 12 jest nie wystarczajaca^do calkowitego spalenia paliwa wtryskiwanego wtryskiwaczem 14 jednoczesnie wtedy gazy wydechowe z rury wyde¬ chowej 2b zawieraja stosunkowo duza ilosc tlenu. W dodatku wspomniane gazy wydechowe utrzymuja tempera¬ ture w komorze spalania w zalozonych granicach, a tlen zawarty w tych gazach zapewnia calkowite spalanie paliwa podawanego wtryskiwaczem 14 Powyzszy efekt, wykorzystywany moze byc nie tylko do uzyskania przy malym obciazeniu silnika 1 zmniejszonego stosunku obciazenia turbiny-sprezarki 5, ale równiez mozliwosc uzy¬ skania energii elektrycznej z zespoiu pradotwórczego 18 i energii do napedu urzadzen pomocniczych.Nalezy zauwazyc, ze wynalazek niniejszy nie ogranicza sie do cech opisanych na podstawie przykladów przedstawionych na rysunkach. Na przyklad zawór 31 stosowany w ukladzie pokazanym na fig. 1 umieszczony moze byc w przykladzie pokazanym na fig. 2. Wynalazek moze zawierac, dodatkowo polaczony do turbiny dla powietrza podawanego do silniki*, przewód boczny umozliwiajacy kierowac do wlotu turbiny czesc powietrza sprezonego w sprezarce, w polaczeniu ze srodkami wykorzystujacymi ten przeplyw powietrza do spalania dodatkowego paliwa w celu zwiekszenia, unikniecia lub zmniejszenia predkosci wirowania turbiny, przynajmniej w pelnych zalozonych warunkach. Wspomniane polaczenie cech umozliwia, w porównaniu z silnikami posiadaja¬ cymi sprezarke napedzana energia gazów spalinowych jak powyzej opisano zwiekszenie masy powietrza na jeden suw silnika, a dzieki temu spalenie wiekszej ilosci paliwa w silniku i uzyskanie dodatkowej mocy na wale turbosprezarki do innych celów, u takze umozliwia to pracv turbosprezarki jako jednostki napedowej przy unieruchomionym silniku. Wynalazek pozwala równiez na zmiane konstrukcji silnika, poniewaz w porównaniu ze znanymi silnikami gdzie stosunek sprezania zmienia sie do minimum w nieruchomym silniku do maksimum, tak ze stosunek ten musi byc tak wybrany aby mozliwe bylo uruchomienie silnik;* ze sprezaniem mozliwie niskim, wedlug wynalazku moze byc utrzymywany staly stosunek sprezania. Ponadto w silnikach wysokopreznych uzyskanie temperatury samozaplonu zalezy bardzo od temperatury otoczenia oraz od predkosci tloka. Wplyw tych czynników zgodnie z wynalazkiem zostal znacznie zmniejszony.Przy uruchamianiu silnika wyposazonego w uklad doladowania, wedlug wynalazku, uruchamiana jest przed silnikiem turbosprezarka za pomoca dowolnego zródla napedzanego. Jakkolwiek turbosprezarka moze byc uruchomiona recznie, korzystniejszy jest uklad rozruchowy mechaniczny na przyklad jak opisano uklad elektryczny. Stosowany moze byc (jak uwidoczniono na fig. 1 liniami przerywanymi) równiez uklad cisnieniowy zawierajacy zbiornik 31, który podczas normalnej pracy silnika i sprezarki napelniany jest ze sprezarki poprzez zawór jednokierunkowy 32, i skad po otwarciu zaworu indukcyjnego 23 sterowanego na przyklad zespolem sterujacym 11 powietrze kierowane jest do turbiny powodujac jej uruchomienie.Dzieki wysokiemu stopniu sprezania wystepujacego w uruchamianym silniku 1 predkosc walu korbowego . silnika niezbedna do jego uruchomienia jest znacznie zmniejszona i w praktyce okazalo sie, ze uruchomienie silnika 1 mozliwe jest po obróceniu walu korbowego tak by nastapil suw ssania i sprezania w jednym tylko cylindrze. Ponadto, okazalo sie, ze silnik ten obciazyc mozna prawie natychmiast po jego uruchomieniu nawet przy niskich temperaturach otoczenia, podczas gdy znane silniki wysokoprezne o mocy 259 KM wymagaly na to okolo 20 minut pracy pod obciazeniem w temperaturze — 26°C. Ponadto gdy turbosprezarka w ukladzie wedlug wynalazku pracuje przez czas dluzszy przed uruchomieniem silnika, duze ilosci goracych gazów wytwa¬ rzane przez turbine uzyte moga byc do ogrzania pomieszczenia silnikowego i dzieki temu do ulatwienia ewentu¬ alnego rozruchu silnika.4 80 916 Próby przeprowadzone byly na silniku wysokopreznym, który przed wyposazeniem w uklad doladowywa¬ nia wedlug wynalazku rozwijal moc 250 KM przy 2100 obr/min. Badania wykazaly, ze moment rozwijania przez silnik przy 800 obr/min wzrósl o okolo 80% po zastosowaniu ukladu wedlug wynalazku. Z drugiej strony wyliczenia i doswiadczenia wskazywaly, ze przez zmniejszenie wewnetrznego stosunku sprezania silnika ponizej wartosci która stanowilo by minimalny stopien sprezania dla rozruchu silnika bez doladowania, zaprojektowane osiagi silnika zwiekszone byc moga o ponad 25%, przy jednoczesnym zwiekszeniu jego sprawnosci. W silniku umieszczonym na przyklad w pojezdzie, zwiekszenie momentu silnika w nizszych predkosciach obrotowych pozwala na zredukowanie ilosci biegów, przy czym te same osiegi pojazdu uzyskac mozna pizy znacznie mniej¬ szym silniku. Próby wykazaly ponadto mozliwosc znacznego polepszenia spalania w silniku oraz osiagniecie czysciejszych spalin w silniku przy ograniczonej temperaturze. PL PL

Claims (5)

1. Zastrzezenia patentowe 1. Uklad doladowania wysokopreznego silnika spalinowego zawierajacy turbosprezarke napedzana gazami wydechowymi silnika, znamienny tym, ze napedzana gazami wydechowymi turbina (6) wyposazona jest w komore spalania (13), (23) zawierajaca wtryskiwacz (14) i urzadzenie zaplonowe (17) przy czym komora spalania (13),(23) posiada wlot powietrza polaczony z przewodem wylotowym sprezarki (5) oraz wylot polaczo¬ ny z przewodem wlotowym turbiny (6) napedzajacej sprezarke.

2. Uklad wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze turbosprezarka (5), (6) wyposazona jest w zespól rozruchowy (18) przyspieszajacy ja do predkosci potrzebnej do podania powietrza pod cisnieniem do komory spalania (13), (23) w celu rozpoczecia samodzielnej pracy turbosprezarki oraz jej komory spalania przy pomocy paliwa wtryskiwanego do tej komory, niezaleznie od gazów wydechowych silnika spalinowego, przy czym wtryskiwacz (14) komory spalania jest tak skonstruowany, ze dziala niezaleznie od pracy silnika spalinowego co umozliwia podawanie powietrza pod zadanym cisnieniem do silnika spalinowego od momentu uruchamiania silnika.

3. Odmiana ukladu wedlug zastrz. 1 i 2, znamienna tym, ze komora spalania (13);(23) jest tak skonstruowana, ze przeplywaja przez nia gazy spalinowe silnika (1).

4. Uklad wedlug zastrz. 3, znamienny tym, ze komora spalania jest tak skonstruowana, ze zawiera czesc wlotowa do której podawane jest powietrze ze sprezarki (5) oraz która wyposazona jest we wtryski¬ wacz (14) paliwa i urzadzenie zaplonowe (17) przy czym czesc ta polaczona jest z pozostala czescia komory przez która przeplywaja gazy spalinowe z silnika spalinowego do turbiny.80 916 32-y.. "U~H 31 j\"H -1 33 {80 916 Zesp. Szk, Poligr. Zam. 330/M/7

5. naklad 120+18 Cena 10 zl. PL PL