SE516582C2 - Anordning vid avgasturbin - Google Patents

Description

25 30 "S16 i 5 82 2 En känd metod att förbättra turbinens tätningar är att trycksätta lagerhuset via en funktionen hos avgas- tryckledning och en borrning, bibehàlles förhållande till det omgivande trycket. En viss del av så att ett övertryck mellan två tätningar i lagerhuset, i detta bufferttryck tillåts att passera genom den yttre tätningen ut till avgassystemet och återstoden passerar genom den inre tätningen och når vevhusets inre.

Under normala driftförhållanden finns det ett undertryck efter avgasturbinens hjul. Detta beror på centrifugal- krafterna. På den andra sidan av tätningarna råder vevhustrycket (normalt ett litet övertryck i förhållande till atmosfärstrycket). Om inte bufferttrycket fanns, som uppgår till cirka 0,5 bar övertryck, skulle tryck- skillnaden normalt kunna leda till ett oljeläckage.

Vid aktivering av en nedströms avgasturbinen placerad avgasbroms, som omfattar ett spjäll för att stoppa avgasflödet genom förbränningsmotorns avgaskanal, kan trycket uppströms avgasbromsspjället öka till cirka 5 bar övertryck, och gastemperaturen kan uppgå till cirka 700 grader Celsius. Denna tryck- och temperaturstegring innebär att tätningarna vid bromsning momentant utsättes för väsentligt större påkänningar än under andra drift- förhållanden. Härvid kan mycket heta och inte speciellt rena gaser läcka in i lagerhuset om inte övertrycket i detta ökas till en motsvarande högre nivå. Den heta gasen kan leda till att tätningarnas och lagrens arbets- vilket kan leda till att systemets tillförlitlighet påverkas negativt. För att temperatur överskrids, tillförsäkra att avgaser ej tränger in i lagerhuset, bör således bufferttrycket i lagerhuset hållas något högre än trycket vid avgasbromsen. 10 15 20 25 30 s16 ss2 3 Enligt ovan bör bufferttrycket i lagerhuset därför uppgå till mellan 0,5 och 6,0 bar övertryck, i beroende på arbetsförhållandena. Teoretiskt skulle det vara möjligt att alltid hålla den högre trycknivån, men detta skulle medföra en hög luftkonsumtion och att ett högt volym- flöde ständigt tillfördes vevhuset. Detta skulle även betyda att ingen annan luftkälla än fordonets mekaniska kompressor skulle kunna användas för att leverera det höga vilket innebär att trycket, oacceptabelt vhöga parasitförluster skulle uppstå vid förbränningsmotorn.

REDOGÖRELSE FÖR UPPFINNINGEN: Ett ändamål med uppfinningen är därför att åstadkomma en att tillhandahålla till en avgasturbin, vilken anordning ej ger upphov till onödiga anordning för spärrluft parasitförluster som påverkar förbränningsmotorns verk- ningsgrad.

För detta ändamål kännetecknas anordningen enligt upp- finningen av att avgastryckregulatorn är förbunden via en första tryckluftledning med en tryckluftkälla, som är parallellt anslutbar till lagerhuset via en prioriter- ingsventil och en andra tryckluftledning.

Lämpligen möjliggör styrventilen även anslutning av lagerhuset via en tredje tryckluftledning till motorns insugningsgrenrör.

Enligt ett fördelaktigt utföringsexempel av avgasbroms- strypningen omfattar denna ett i avgassystemet nedströms avgastryckregulatorn placerat avgasspjäll. 10 15 20 25 30 as16 saz 4 Avgastryckregulatorn utgörs lämpligen av som omfattar en första kolvyta som påverkas av avgas- trycket vid stängd avgasbromsstrypning, och en med nämnda första kolvyta fast förbunden andra, motsatt kolvyta, vilken påverkas av trycket i den första tryckluftledningen.

Enligt ytterligare ett fördelaktigt utföringsexempel av uppfinningen uppvisar den andra kolvytan något mindre area än den första kolvytan, varvid kolvventilen förmår öppna en bypassledning förbi avgasbromsstrypningen vid ett mot kolvventilens första kolvyta verkande avgastryck som understiger det tryck som råder i den av den första och den andra tryckluftledningen och prioriterings- ventilen bildade kretsen som levererar tryck till kolv- ventilens andra kolvyta respektive till lagerhuset.

Den första tryckluftledningen är lämpligen ansluten till en mellan tryckluftkällan och prioriteringsventilen placerad ventilenhet som tillhandahåller övertryck som kan variera från en beredskapsnivâ till en högre nivå förhållande till som är önskad motor- bromseffekt. reglerbar i I ett normalt driftläge för motorn kan prioriterings- ventilen leverera spärrluft till lagerhuset från motorns inloppsgrenrör.

I ett lâglastläge för motorn kan prioriteringsventilen leverera spärrluft till lagerhuset från den första tryckluftledningen med ett tryck motsvarande beredskaps- nivån. 10 15 20 25 30 .S16 582 5 I ett bromsläge för motorn kan prioriteringsventilen leverera spärrluft till lagerhuset från den första tryckluftledningen med ett tryck motsvarande en högre trycknivå.

KORT BESKRIVNING AV FIGURER Uppfinningen skall beskrivas närmare i det följande, med till bifogade ritningarna, varvid FIG l är en hänvisning utföringsexempel som visas pá de principskiss som visar ett första utföringsexempel av en anordning enligt uppfinningen i ett första användningsläge, FIG 2 visar schematiskt i större skala ett i anordningen ingående lagerhus, FIG 3 är en principskiss motsvarande FIG 1 som visar anordningen i ett andra användningsläge, FIG 4 visar på motsvarande sätt som FIG 1 och 3 anordningen i ett tredje användningsläge, och FIG 5 visar schematiskt ett andra utföringsexempel av anordningen enligt uppfinningen.

BESKRIVNING AV UTFÖRINGSEXEMPEL: Den i figurerna visade anordningen är avsedd att användas vid en icke visad, väsentligen konventionell förbränningsmotor av turbocompoundtypf företrädesvis ingående i drivaggregatet till en tung lastbil eller en av typen direktinsprutad buss. Motorn är av fördel dieselmotor där en överladdare 10, med avgasdriven turbin 11 och på turbinaxeln 12 anordnad kompressor 13, används för komprimering och tillförsel av förbrännings- luft. Inloppsluft tillförs kompressorn 13 för kompri- mering, varefter den komprimerade luften kan kylas under innan den tillförs passage genom en laddluftkylare 10 15 20 25 30 « motsats 582 6 motorns inloppsgrenrör 14, i vilket normalt råder ett övertryck av O-2,3 bar.

Motorns avgaser samlas på konventionellt sätt upp i en avgasuppsamlare för att ledas till överladdarens 10 turbin 11 för drivning av kompressorn 13. Avgaserna leds därefter vidare via en andra avgasturbin, som i det visade utföringsexemplet utgörs av' en axialturbin 15, och en avgasbromsanordning' 16 till en ljuddämparenhet med eventuell avgasreningsutrustning.

Axialturbinen 15 används i turbocompoundmotorer för att utvinna restenergi från avgaserna, efter passagen genom överladdarens turbin. Avgaserna driver kraftturbinen med mycket höga varvtal, upp emot cirka 90.000 rpm vid ett normalt varvtal på motorn, vilket för en dieselmotor för tunga lastbilar innebär ett varvtal av cirka 1.500-2.500 till förbränningsmotorns vevaxel via bland annat en trans- rpm. Det vridmoment som erhålles överförs mission 17, som växlar ned varvtalet, och en fluid- koppling 18 som isolerar transmissionen 17 mekaniskt från motorns vevaxel.

Avgasbromsanordningen 16 omfattar ett spjäll 19 som är manövrerbart mellan två ändlägen medelst ett servoorgan 20, varvid spjället snabbt växlar mellan ett helt öppet och ett helt stängt läge. Avgasbromsanordningen omfattar dessutom en bypassledning 21 förbi spjället 19, vilken bypassledning är kontrollerbar medelst en avgasbroms- regulator i form av en kolvventil 22 som är placerad uppströms spjället 19. En första kolvyta 23 påverkas av avgastrycket vid stängd avgasbromsstrypning, varvid kolvytan 23 pressas mot verkan av en skruvlindad fjäder 24, så att bypassledningen 21 öppnas. En andra kolvyta 10 15 20 25 30 516, 582 7 25 är fast förbunden med kolvytan 23 via en stång 26 och är förskjutbart lagrad i en cylinder 27.

Ett reglerande lufttryck verkar mot kolvytan 25 via en tryckluftledning 28 som är förbunden med ett i fordonet ingående tryckluftsystena sonx används för att generera kraft till hjälpaggregat i fordonet, t.ex. bromssystem och system för pneumatisk manövrering av fordonets växellåda. Detta tryckluftsystem omfattar bland annat en kompressor 29, en ackumulatortank 30 samt ett ventilhus 31. Normalt upprätthålles ett övertryck av cirka 8,5 bar i tanken 30. Övertrycket i tryckluftledningen 28 efter ventilhuset för avgasbromssystemet uppgår i sin tur till cirka 0,5-7,5 bar.

Genom att kolvventilens 22 andra kolvyta 25 har något mindre diameter än den första kolvytan 23, kommer kolv- ventilen att kunna reagera under motorbromning och öppna bypassledningen 21 förbi avgasbromsstrypningen 16 vid ett mot den första kolvytan verkande avgastryck som understiger det tryck som råder tryckluftledningen 29 och således verkar mot den andra kolvytan 25. Exempelvis kan kolvytan 23 ha en diameter av 90 mm medan kolvytan 25 uppvisar en diameter av 84 mm, varvid kolvventilen 22 kan reagera på ett avgasbromstryck som är cirka 15% lägre än systemtrycket.

Axialturbinen 15 omfattar ett lagerhus 32, vilket är försett med två tätningar 33 och 34, av vilka den ena spärrar mot vevhustrycket och den andra spärrar mot det av avgasbromsanordningen 16 påverkade avgastrycket, varvid övertrycket kan uppgå till cirka 5 bar under bromsning. En med tryckluftsystemet via en prioriter- ingsventil 35 förbunden tryckluftledning 36 mynnar ut i 10 15 20 25 30 r f~516 582 8 ett utrymme 37 nællan de båda tätningarna 33, 34 och tillför ett bufferttryck som är avsett att förhindra att heta avgaser med föroreningar tränger in axialturbinens lager. Bufferttrycket mellan tätningarna bör hålla ett tryck som är cirka 0,5 bar högre än trycket på utsidan av lagerhuset. Prioriteringsventilen 35 är förbunden med motorns inloppsgrenrör 14 via en första grenledning 38 och med tryckluftledningen 28 via en andra grenledning 39.

Vid motordrift (se FIG 1) tillförs lagerhuset normalt spärrtryck från inloppsgrenröret 14. Om motorn drivs med (se FIG 3) 14, varvid prioriteringsventilen 35 öppnar mot tryck- låglast sjunker trycket i inloppsgrenröret luftsystemet via ledningarna 39 och 28, så snart det i tryckluftsystemet rådande övertrycket, t.ex. 0,5 bar överstiger trycket i inloppsgrenröret.

Ventilenheten 31 tillhandahåller övertryck som kan variera från beredskapsnivån 0,5 bar övertryck till en högre nivå som är reglerbar i förhållande till önskad För detta är Ventilenheten (se FIG 5) motorbromseffekt. ändamål ansluten till en motorstyrenhet 40 som är anordnad att reglera den högre nivån på övertryck med till bromspedaltryck hänsyn olika parametrar, t.ex. information om och ABS-system, så att bromskraften optimeras i förhållande till motorns drivning och till väglaget.

Vid bromsning (se FIG 4) ökar trycket i avgasbromshuset och ett högre tryck behöver användas, varvid prioriter- ingsventilen växlar om så att det högre spärrtrycket hämtas från tryckluftsystemet. Såsom tidigare beskrivits i samband med kolvventilen 22 kommer avgasbromstrycket 10 15 20 25 30 3516 ssz 9 att hålla en nivå som hela tiden understiger det varierande styrtryck som vid motorbroms levereras till lagerhuset 32 via prioriteringsventilen 35 och luft- trycksledningen 36, varvid trycket mellan tätningarna alltid kommer att överstiga avgastrycket på utsidan av tätningen 34.

Således kan olika nivåer av bufferttryck levereras till lagerhuset, utan att lufttrycksystemets Detta minimum av tillkommande komponenter och rörledningar kompressor behöver aktiveras frekvent. innebär att ett behövs för att lösa uppgiften.

Figur 5 visar en variant av uppfinningen där avgasbroms- regulatorn 16 är utformad på ett annorlunda sätt än i figurerna 1, 3 och 4. Således är avgaskanalen L-formad och kolvventilen 22 är insatt i vinkeln mellan de båda kanalpartierna. Spjället 19 detta fallet normaldrift till avgasbroms sker genom att kolvventilen och bypassledningen 21 behövs i inte, eftersom växling från 22 förflyttas från ett inre, inaktivt läge till det i figur 5 visade yttre, aktiva läget. I detta läge spärrar kolvytan 23 avgaskanalen med ett tryck som bestäms av ventilhuset 31 och motorstyrenheten 40, så att över- skottstryck kan läcka förbi kolvytan 23. Den i figur 5 visade varianten av uppfinningen är något billigare att realisera än den i figurerna 1, 3 and 4 visade lösningen, men tyvärr medför den ett högre tryckfall i avgaskanalen.

Uppfinningen skall inte anses vara begränsad till de ovan beskrivna utföringsexemplen, utan en rad ytter- ligare varianter och lnodifikationer är tänkbara inom ramen för efterföljande patentkrav.

Claims (9)

10 15 20 25 30 ”S16 ss2 10 C13269, KS, 01-10-25 PATENTKRAV

1. Anordning för att tillhandahålla spärrluft till en avgasturbin (15), vilken samverkar med en förbrännings- motor för turbocompound-drift vid ett fordon, varvid avgaser från förbränningsmotorn mottas i ett avgassystem (11) (13) för motorns förbränningsluft, varvid restenergi hos (15) föring till förbränningsmotorns vevaxel, vilken avgas- med en överladdarturbin som driver en kompressor för över- avgasströmmen utvinns via avgasturbinen turbin (15) är lagrad i ett lagerhus (32) som matas med spärrluft via en fluidledning (36), och vilket avgas- system omfattar en avgasbromsstrypning (16) med en avgastryckregulator (22) för reglering av avgas- bromstrycket, k ä n n e t e c k n a d därav, att avgastryckregulatorn (22) är förbunden via en första (28) med en cryckluftkälla (29, i 30), som är parallellt anslutbar till lagerhuset (32) via en (35) tryckluftledning prioriteringsventil och en andra tryckluftledning (36).

2. Anordning enligt kravet 1, k ä n n e t e c k n a d därav, (35) lagerhuset (32) via en tredje tryckluftledning (38) till att prioriteringsventilen möjliggör anslutning av motorns insugningsgrenrör (14).

3. Anordning enligt kravet 1 eller 2, kännetecknad därav, (16) avgastryckregulatorn (22) placerat avgasspjäll (19). att avgasbromsstryp- ningen omfattar ett i avgassystemet nedströms 10 15 20 25 30 s16sss2 ll

4. Anordning enligt något av kraven 1-3, k ä n n e t e c k n a d därav, att avgastryckregulatorn utgörs av (ax kolvventil (23) avgastrycket vid stängd avgasbromsstrypning (16), och en (22) som omfattar en första kolvyta som påverkas av med nämnda första kolvyta fast förbunden andra, motsatt kolvyta (25), tryckluftledningen (28). vilken påverkas av trycket i den första

5. Anordning enligt kravet 4, k ä n n e t e c k n a d därav, (25) än den första kolvytan, varvid kolvventilen uppvisar något mindre area (22) öppna en bypassledning (21) förbi avgasbromsstrypningen (16) (23) verkande avgastryck som understiger det tryck som råder att den andra kolvytan förmår vid ett) mot kolvventilens första kolvyta i den av den första och den andra tryckluftledningen (28, 36) och prioriteringsventilen (35) bildade kretsen som levererar tryck till kolvventilens andra kolvyta (25) respektive till lagerhuset (32).

6. Anordning enligt något av kraven l till 5, k ä n n e t e c k n a d därav, att den första tryckluftledningen (28) är ansluten till (29, placerad ventilenhet en nællan tryckluftkällan 30) och prioriterings- (35) (31) håller övertryck som kan variera från en beredskapsnivå ventilen som tillhanda- till en högre nivå som är reglerbar i förhållande till önskad motorbromseffekt.

7. Anordning enligt något av kraven 1 till 6, k ä n n e t e c k n a d därav, 10 15 5116 582 12 (35) för motorn levererar spärrluft till lagerhuset (32) från att prioriteringsventilen i ett normalt driftläge motorns inloppsgrenrör (14).

8. Anordning enligt kravet 6, k ä n n e t e c k n a d därav, (35) motorn levererar spärrluft till lagerhuset (32) från den att prioriteringsventilen i ett låglastläge för första tryckluftledningen (28) med ett tryck motsvarande beredskapsnivàn.

9. Anordning enligt kravet 6, k ä n n e t e c k n a d därav, (35) i motorn levererar spärrluft till lagerhuset (32) från den att prioriteringsventilen ett bromsläge för första tryckluftledningen (28) med ett tryck motsvarande en högre trycknivá.