PL85430B1 - - Google Patents

Description

Opis patentowy opublikowano: 30.12.1976 85430 MKP Fa2b 37/00 Int. Cl2.F02B 37/00 Twórca wynalazku: Uprawniony z patentu: Maschiinenfabrik Augsburg-Nurnberg Aktien- gesellschaft, Augsburg {Republika Federalna Niemiec) Tlokowy silnik spalinowy z dwustopniowym doladowaniem Wynalazek dotyczy tlokowego silnika spalino¬ wego z dwustopniowym doladowaniem, z przynaj¬ mniej jedna turboladowarka wysoko- i niskoprez¬ na, przy czym turbina stopnia- wysokoprez¬ nego przejmuje pierwsza strumien spalin przed turbina stopnia niskopreznego jak i isprezarka stop¬ nia niskopreznego przejmuje pierwsza strumien powietrza doladowujacego przed sprezarka stopnia wysokopreznego, a za kazda ze sprezarek jeist umieszczona chlodnica do chlodzenia sprezonego powietrza.Wymagania dotyczace wyzszego sprezenia po¬ wietrza do przeplukiwania i do spalania — w szcze¬ gólnosci przy silnikach pracujacych w obiegu Die- sela — i utrzymania wysokiej pewnosci ruchu oraz osiagania granicznych sprawnosci, nie daja sie spelnic przy jednostopniowych turboladowarkach.Otrzymanie znacznie wyzszego stopnia sprezania niz to jest do osiagniecia w jednym stopniu umo¬ zliwia dwustopniowe doladowanie, zastosowane juz przy tlokowych silnikach spalinowych, przy których dwie turboladowarki to znaczy ich sprezarki i tur¬ biny sa polaczone szeregowo. Ze wzgledu na dlu¬ gie iprzewody laczace, pomiedzy poszczególLnymi turboladowarkami, prowadzace spaliny i powietrze doladowujace, co w szczególnosci przy ustawieniu równoleglym z turboladowarkami przesunietymi wzgledem siebie,- nie pozwala uniknac wysokich strat sprawnosci. Poza tyim, przy takim ustawieniu potrzebna jest duza powierzchnia dla umieszczenia agregatu z dwiema turboladowarkaimi.Celem wynalazku jest wyeliminowanie wyzej wymienionych wad.Zadaniem przedstawionego wynalazku jest zesta¬ wienie takiego tlokowego silnika spalinowego z dwustqpniowym doladowaniem, który — przy daleko posunietym wykorzystaniu wypróbowanych seryjnych elementów turboladowarek — mialby io nuozMiwlie najwyzsza sprawnosc i mozliwie niewiel¬ kie zapotrzebowanie powierzchni do ustawienia.Zadanie to zostalo rozwiazane w taki sposób, ze wysoko i niskoprezna turboladowarka ze zwróco¬ nymi do sieibie turbinami sa umieszczone wspól- is osiowo obok siebie. Osiagalne przez taki uklad zalety polegaja w szczególnosci na tym, ze przez to, ze wysoko- i niskoprezna turboladowarka swymi czolowymi od strony turbin koncami sa umieszczone bezposrednio jedna obok drugiej, a wysoko i niiskoiprezne kola lopatkowe turbiny znaj¬ duja sie bezposrednio obok siebie, nie sa potrzeb¬ ne zadne dlugie przewody miedzy obu turbinami, które sa zródlami strat. Przez zaniechanie dlugich przewodów otrzymuje sie poza tym bardzo zwarta i oszczedna, pod wzgledem zuzycia powierzchni, budowe.Przez to, ze walki czynne obu turboladowarek sa ulozysikowane w obudowie miedzy kolami lo¬ patkowymi turbiny a wirniikieim sprezarki oltirzy- muje sie calkiem znaczne unikniecie dlugich po- 85 43085 430 4 laczen miedzy obiema zwróconymi do siebie turbi¬ nami i tym samym daleko idace ograniczenie strat w przewodach. Korpusy turbin moga w tym przy- paidlku przylegac bezposrednio do siebie, bez wklad¬ ki posredniej.•Szczególnie korzystna forma rozwiazania zgodnie z wynalazkiem jest zastosowanie w obu turbola- dowarkach turbin osiowych. Przez to osiaga sie wielka swobode wyfboru stosowanych, seryjnych turboladowarek, gdyz wiejkszosc dotychczas wyko¬ nanych turboladowarek jest zaopatrzona w turbiny osiowe.Zgodnie z 'korzystnym rozwinieciem wynalazku doprowadzenie spalin do turbiny stopnia wysoko- — -.,-preznego znajduje sie w obszarze miedzy wirni- !:fc" k"|eto;sET§3tki a kolem lopatkowym turbiny, a od- prowadzenil- spalin z tej turbiny w obudowie od¬ plywowej Itainowiiacej jedmioozesoiie doprowadzenie * "^ ^^allitfi; dky tiurlbiny stopnia iniskbpreznegio co powodu- ..',-. .Je,riiMSWiek praejplywiu wturlbiinie stopnia wysoko¬ preznego jest od wewnatrz — z obszaru miedzy wirnikiem sprezarki a kolem lopatkowym turbiny — na zewnatrz, a w turbinie stopnia niskoprezne- go od zewnatrz do wewnatrz. Pozwala to na ko¬ rzystne uzycie przestrzeni, miedzy turbina a spre¬ zarka, do zabudowania spiTali wlotowej przy turbi¬ nie stopnia wysokopreznego zas duzego korpusu wylotu przy turbinie stopnia niskopreznego. Na skutek zastosowania spirali wlotowej moga byc osiagniete na wlocie spalin do turbiny znaczne predkosci przeplywu, tak ze turbina moze praco¬ wac w zakresie bardzo korzystnych sprawnosci.Mozliwosc zabudowy duzego korpusu wylotu przy stopniu niskopreznym turbiny prowadzi do poiep- . szenia dzialania calego ukladu, gdyz i na stopniu niskopreznym turbiny mozna wtedy osiagac wyso¬ kie sprawnosci.Aby osiagnac przeciwne obroty obu turibolado¬ warek, lopatki obu turbin sa przeciwnie ustawione wzgledem kierunku naplywu spalin. Przy prze¬ ciwnych obrotach obu turboladowarek otrzymuje sie szczególnie krótkie przewody powietrza dola¬ dowujacego i dobre mozliwosci do oszczednego usytuowania panzewidzianej na kazda sprezarke chlodnicy.Dalsze rozwiniecie wynalazku polega na zasto¬ sowaniu w stopniu wysokopreznym turbiny pro¬ mieniowej a w stopniu niskopreznym — osiowej.Poniewaz, w szczególnosci w stopniu wysokoprez¬ nym, z uwagi na wylsokie cisnienie czynnika wy¬ magane sa imale przekroje — wiec tez stopien ten nadaje sie bardzo dobrze do turibiny promie¬ niowej, przez co mozna znacznie zmniejszyc koszty budowy. Turbina promieniowa moze tez znalezc zastosowanie i w stopniu niskopreznym, jednak w tym przypadku uproszczenie budowy jest kom¬ pensowane trudnoscia wykonania odpowiednio du¬ zego kola promieniowego.Zespól doladowujacy, skladajacy sie z wysoko- i niskopreznej turboladowarki jest celowo umiesz¬ czony mniej wiecej poziomo przy czolowej stronie tlokowego silnika spalinowego. Stwarza to korzys¬ tne warunki montazu i demontazu. Poza tym ta¬ kie ustawienie zespolu doladowujacego umozliwia korzystne rozwiazanie kolektora wydechowego sil¬ nika, zabierajacego kaskadowo spaliny z kolejnych cylindrów, tak ze wystarcza jeden jedyny zespól doladowujacy.Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przy- kladach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat podstawowy zgodnego z wy¬ nalazkiem rozwiazania dwustopniowego doladowa¬ nia dla tlokowego silnika spalinowego, fig. 2 — przekrój wzdluzny silnika spalinowego, fig. 3 — io widok od strony czolowej silnika spalinowego, fig. 4 — widok z góry przedstawianego na fig. 3 silnika spalinowego.Na fig. 1 zostal oznaczony liczba 1 tlokowy sil¬ nik spalinowy, który w tym przypadku jest sche- matycznie wyobrazony przez jeden z cylindrów 2.Kanal wydechowy 3 cylindra 2 jest sterowany przez schematycznie przedstawiony zawór 4, kanal ssacy 5 cylindra 2 przez równiez schematycznie - przedstawiony zawór 6. Do zasilania tlokowego sil- nika spalinowego 1 sluza dwie polaczone szerego¬ wo turboladowarki 7 i 8, które sa ustawione wspól¬ osiowo obok siebie. Turboladowarka 7 skladajaca sie z turbiny 9 i dmuchawy 10 tworzy stopien wy¬ sokoprezny, natomiast tutribina 11 i dmucha- wa 12 tworza stopien niskoprezny. Wysoko¬ prezna turlboladowarka 7 i niskopirezna tur¬ boladowarka 8 leza obok siebie i stykaja sde ze soba czolem do czola tak, ze sipaflimy z cylindra 2 kanalem wydechowym 3, lub nie po- kazanym na szkicu kolektorem spalin, sa doprowa¬ dzane do turbiny 9 zgodnie ze strzalka 13 i bez zakretów i odchylen moga przeplywac przez obie turbiny. Rozprezone spaliny sa zgodnie ze strzalka 14 kierowane do atmosfery. Przekroje przeplywów przy turbinach i dmuchawach musza oczywiscie odpowiadac stosunkom cisnien spalin i powietrza doladowujacego. Turbiny 9 i 11 napedzaja nalezace do nich dmuchawy 10 i 12, które sa umieszczone na zewnetrznych stronach zespolu zlozonego z obu 40 turboladowarek. Powietrze doladowujace" jest w miejscu 15 zasysane przez dmuchawe 12 stopnia niskopreznego i po przejsciu przez pierwszy sto¬ pien sprezania prowadzone przewodem 16 do chlodu nicy posredniej 17 skad dalej jest prowadzone do 45 dmuchawy 10 stopnia wysokopreznego. Z-dmucha¬ wy 10 stopnia wysokopreznego powietrze dolado¬ wujace schladza sie jeszcze raz w chlodnicy 18 po czym kierowane jest do kanalu ssacego 5 cylindra 2. 50 Dwustopniowe doladowanie pozwala — przy sto¬ sowaniu wspólczesnych seryjnych turboladowarek — osiagac wysoki calkowilty stopien sprezania. Przy zalozeniu stopnia sprezania w wysokosci czterech dla turboladowarki jednostopniowej pozwala przy do- 55 ladowaniu dwustopniowym osiagac teoretycznie stopien sprezania szesc do dziesieciu. Wlasciwie nie mozna powiedziec, ze wymienione liczby sta¬ nowia nieprzekraczalna granice. Obecnie, jesli cho¬ dzi o ogólny stopien sprezenia, to zada sie go eo w wysokosci okolo szesciu a w tej sytuacji dwu¬ stopniowy zespól doladowujacy jest z uwagi na niska liczbe obrotów niezwykle pewny w ruchu.Zastosowanie chlodzenia posredniego powietrza do¬ ladowujacego w chlodnicy posredniej 17 jak i chlo- 85 dzenie go po pelnym sprezeniu w chlodnicy 185 85 430 6 pozwala na wprowadzenie mozliwie najwiekszej ilosci powietrza do cylindra 2 silnika spalinowe¬ go 1.Na fig. 2 jest przedstawiona mozliwa forma roz¬ wiazania przedstawionego szkicowo na fig. 1 spo¬ sobu ustawienia obu turboladowarek czolem do czola. Obie turboladowarki 7 i 8 sa zaopatrzone w turbiny o osiowym przeplywie 9 i 11. Turbina 9 stopnia wysokopreznego sklada sie z krócca wlo¬ towego 19, spirali wlotowej 20 i kola lopatkowego 21. Spirala wlotowa 20 sluzy do równomiernego zasilania lopatek 22 na calym obwodzie kola lo¬ patkowego 21 spalinami podawanymi przez kró- ciec wlotowy 19. Po opuszczeniu turbiny 9 stop¬ nia wysokopreznego, spaliny przechodza przez krót¬ ka wstawke 23 -i sa podawane do turbiny 11 stop¬ nia niskopreznego. Przez to, ze obie turboladowar¬ ki 7 i 8 czolami swych turbin 9 i 11 wzajemnie ze soba granicza, droga miedzy nimi, która siano¬ wi wstawka 23 jest bardzo krótka^ Straty w prze¬ wodach sa przez to w znacznym stopniu obnizone.Wstawka 23 stanowi przejscie, od kola lopatkowe¬ go 21 turbiny 9 stopnia wysokopreznego, ciagle rozszerzajace sie w strone wiekszego kola lopatko¬ wego' 24 turbiny 11 stopnia niskopreznego. Kolo lopatkowe 24 ma na swym obwodzie lopatki 25.Lopatki 22 kola lopatkowego 21 turbiny 9 sa usta¬ wione przeciwnie wzgledem kierunku naplywu spa¬ lin w stosunku do lopatek 25 kola lopatkowego 24 turbiny 11. W ten sposób osiaga sie korzystne przeciwne kierunku obrotów obu turboladowarek, co umozliwia oszczedne pod wzgledem przestrzeni doprowadzenie powietrza doladowujacego z dmu¬ chawy 12 stopnia niskopreznego do dmuchawy 10 stopnia wysokopreznego'. W kierunku przeplywu strumienia spalin za kolem lopatkowym 24 turbi¬ ny 11 podazaja spaliny do korpusu wylotu 26 skad plyna przez-króciec wylotowy 27 do przewodu wydechowego. Poniewaz obie turboladowarki sa zgodnie z wynalazkiem ustawione wedlug zasady czolem do czola, pozostaje miedzy dmuchawami i 12 dosc miejsca do zabudowy bardzo duzego korpusu wylotu 26 co pozwala na prace turbiny 11 stopnia niskopreznego w obszarze korzystnych sprawnosci.Powietrze doladowujace jest zasysane przez tlu¬ mik dzwieku mieszczacy sie w obudowie 28 i przez filtr powietrza równiez mieszczacy sie w tej obu¬ dowie 28. Do sprezania w pierwszym stopniu slu¬ zy wirnik 29 dmuchawy 12 stopnia niskopreznego.Wstepnie juz sprezone powietrze doladowujace przewodem 16 doprowadzane jest do chlodnicy po¬ sredniej 17. Stad prowadzi przedluzenie przewodu 16 do wirnika 30 dmuchawy 10 stopnia wysoko¬ preznego, który sluzy jako drugi stopien sprezenia powietrza doladowujacego.Wirnik 30 jest napedzany przez walek 31 kolem lopatkowym 21. Wirnik 29 jest analogicznie nape¬ dzany przez walek 32 odpowiednio kolem lopatko- wym 24. W przedstawionym, szczególnie korzystnym roizwiazaniu wynalazku, walki 31 i 32 w obszarze miedzy kolem lopatkowym 21 a wirnikiem 30 jak równiez w obszarze miedzy kolem lopatkowym 24 a wirnikiem 29 sa iilozyskowane w obudowie lo¬ zyskami 33. Przeniesienie lozyska do obszaru mie¬ dzy kolem lopatkowym a odpowiednim wirnikiem stwarza, przy zgodnym z wynalazkiem ustawieniu czolem do czola obu turboladowarek, korzystny uklad, w którym wstawka 23 zajmuje bardzo malo imliejsica, tak ze spaliny praktycznie bez dodatko¬ wych przewodów moga plynac bezposrednio z jed¬ nej do drugiej turbiny. W obszarze-.miedzy kolem lopatkowym i odpowiednim wirnikiem istnieje tez wystarczajace miejsce dla uimiesizczenia krócca wlo- io towego 19 wraz ze spirala wlotowa 20 w strefie stopnia wysokopreznego i równiez na tyle duzo miejsca w strefie stopnia niskopreznego, aby sie mógl w niej pomiescic wystarczajaco duzy korpus wylotu. Takie oszczedne rozmieszczenie jest umoz- liwione tym, ze palisada lopatek kola lopatkowego 21 stopnia wysokopreznego jest oplywana strumie¬ niem spalin od wewnatrz na zewnatrz, to znaczy z obszaru miedzy wirnikiem 30 a kolem lopatko¬ wym 21 w kierunku kola lopatkowego 24 na ze- wnatrz, zas palisada lopatek kola lopatkowego 24 stopnia niskopreznego jest oplywana strumieniem spalin w kierunku przeciwnym od zewnatrz, do wewnatrz.Jak przedstawiono na fig. 3, zespól zlozony z dwóch turboladowarek 7 i 8 jest umieszczony przy czolowej stronie 'silnika spalinowego 1. W wy¬ niku przeciwnych kierunków obrotów obu turbo¬ ladowarek istnieje mozliwosc oszczednego usytuo¬ wania chlodnicy posredniej 17 pod zespolem dola- dowujacym. Poza tym na fig. 3 widac przejrzyste usytuowanie przewodów powietrza doladowujacego do dmuchawy 10 stopnia wysokopreznego jak i z niej do chlodnicy 18, która moze byc usytuowa¬ na jako boczny element zespolu. Z tego powodu, ze przewody powietrza doladowujacego nie krzy¬ zuja sie miedzy soba, montaz i demontaz calego ukladu mieszczacego sie przy silniku spalinowym 1 znaczniej jest uproszczony i ulatwiony. Rzecz jas¬ na, ze opisane zespoly moga byc przy obu " czolo- 40 wych stronach silnika spalinowego 1.Przy silnikach spalinowych z bardzo wieloma cylindrami jest to korzystne, gdyz w takim przy¬ padku poszczególne zespoly moga byc wzglednie niewielkie. Usytuowanie zespolów przy czolowych 45 stronach silnika spalinowego 1 przynosi wiele ko¬ rzysci, jednak nie jest konieczne.Widok z góry silnika spalinowego wedlug fig. 4 pokazuje wyraznie, ze zespól 34 zlozony ze stopnia wysokopreznego i stopnia niskopreznego nieznacz- 50 nie wykracza poza gabaryt szerokosci tlokowego silnika spalinowego 1. Na przedstawionym w przy¬ kladzie króciec" wlotowy 19 turbiny 9 stopnia Wy¬ sokopreznego jest umieszczony dokladnie posrodku miedzy dwoma przeciwleglymi, widlascie ustawio- 55 nymi cylindrami 2 tlokowego silnika spalinowego 1. W takim przypadku kolektor wydechowy moze byc umieszczony w obszarze miedzy obu rzedami cylindrów. Przy silnikach widlastych, w których przewiduje sie po obu czolowych stronach silnika 60 po jednym, zespole doladowujacym 34, mozna ko¬ rzystnym sposobem formiowac kolektory wydechowe dla obu rzedów cylindrów oddzielnie i tymi kolek¬ torami zasilac oddzielnie kazdy z dwóch zespo¬ lów 34. Mozna jednak, majac na uwadze szczegól- 65 nie krótkie kolektory, zbierac spaliny do dwóch. 40 45 507 85 430 8 kolektorów jednoczesnie z obu rzedów cylindrów,. kazdy kolektor siega tylko do polowy dlugosci sil¬ nika.Jiak wynika z przedstawionych rozwiazan, wyna¬ lazek nie jest ograniczony tylko do przytoczonych przykladów rozwiazan i na przyklad turboladowar- ka wysokoprezna moze byc zaopatrzona w turbine promieniowa a niskoprezna w turbine osiowa. PL

Claims (1)

Zastrzezenia patentowe 1. Tlokowy silnik spalinowy z dwustopniowym doladowaniem za pomoca izespolu doladowujacego zawierajacego co najmniej jedna turboladowarke wysokoprezna i co najmniej jedna turboladowarke nliskoprezna, z tym, ze turbina stopnia wysoko¬ preznego przejmuje pierwsza strumien spalin przed turbina stopnia niskopreznego, jak i sprezarka stop¬ nia niskopreznego przejimuje pierwsza strumien po¬ wietrza doladowujacego przed sprezarka stopnia wysokopreznego, a za kazda ze sprezarek jest umieszczona chlodnica do chlodzenia powietrza do¬ ladowujacego, znamienny tym, ze wysokoprezna i nJiskoprezna turboladowarka (7, 8), zwrócone sa do siebie turbinami (9, 11) i sa umieszczone wspól¬ osiowo obok siebie. 2. Tlokowy silnik wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze obie turboladowarki (7, 8) maja walki czynne (31, 32) ulozyskowane w obudowie, w obsza¬ rze miedzy kolem lopatkowym (21, 24) turbiny a wirnikiem (29, 30) sprezarki. 3. Tlokowy silnik wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze obie turboladowarki (7, 8) zaopatrzone sa w turbiny osiowe (9, 11). 4. Tlokowy silnik wedlug zastrz. 3, znamienny tym, ze doprowadzenie spalin do turbiny (9) stop¬ nia wysokopreznego znajduje sie w obszarze mie¬ dzy wirnikiem (30) sprezarki a kolem lopatkowym 15 20 25 30 (21) turbiny, a odprowadzenie spalin z tej turbiny w obudowie odplywowej, stanowiacej jednoczesnie doprowadzenie spalin do turbiny (11) stopnia nisko¬ preznego. 5. THokowy silnik wedlug zasitrz. 4, znamienny tym, ze lopatki (22, 25) turbin (9, 11) sa przeciwnie ustawione wzgledem kierunku naplywu spalin w celu uzyskania przeciwnych kierunków obrotów obu turboladowarek (7, 8). 6. Tlokowy silnik spalinowy wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze turboladowarka wysokoprezna (7) zaopatrzoinia jest w turbine promieniowa a niskoprezna (8) w turbine osiowa. 7. Tlokowy silnik wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze zespól doladowujacy (34) skladajacy sie z wysokopreznej i niskopreznej turboladowarki jest umieszczony mniej wiecej poziomo przy czolowej stronie tlokowego silnika ispalinowego (1). 8. Tlokowy silnik wedlug zastrz. 7, znamienny tym, ze przy zastosowaniu widlastego silnika spa¬ linowego kolektory wydechowe, w danym przypad¬ ku cylindrów jednego szeregu, schodza sie w u- miesizczony przy stronie czolowej silnika (1) króciec wlotowy (19) zespolu (34), skladajacego sie z wy¬ sokopreznej i niskopreznej turboladowarki (7, 8), zasilajacego powietrzem doladowujacym drugi sze¬ reg cylindrów. 9. Tlokowy silnik spalinowy wedlug zastrz. 7, znamienny tym, ze chlodnica posrednia (17) do chlodzenia sprezonego powietrza doladowujacego niskopreznej turboladowarki (8) jest umieszczona pod zespolem (34) zlozonym z dwóch turboladowa¬ rek, a chlodnica (18) wysokopreznej turboladowar¬ ki (7) jest umieszczona z boku na przedluzenie' zespolu (34). 10. Tlokowy silnik spalinowy wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze nliskoprezna turboladowarka (7) wyposazona jest na drodze zasysanego powietrza w tlumik dzwieku i filtr powietrza. Fig.

1.85 430 Fig. 2 27 33 29 28 16 31 20 9 21 23 17 24 26 11 16 32 1285 430 Fig. 3 8 12 Fig. A Cena 10 zl PZG Koszalin D-1119 Nakl. 115 egz. PL