TR2021008622A2 - İçten Yanmalı Motorlarda Kullanılmak Üzere Tasarlanmış Compraturbo - Google Patents

Abstract

Buluş, içten yanmalı motorlarda istenilen gücü daha erken ve ivmeli bir şekilde elde etmek,turbo gecikmesini engellemek ve motorun çok yüksek devire ihtiyaç olmadan standart atmosfer basıncı dışında istenilen hava basıncını üretmek üzere tasarlanmış, turbo ve supercharger/kompresör sisteminin birbirine entegre çalışabildiği; motor devrine göre başlangıçta supercharger sisteminin, sonrasında motordan gelen atık gaz ile turbo sisteminin devreye girmesi ile supercharger+turbo sisteminin birlikte, son olarak da motor stabil çalışmaya devam ettiğinde supercharger sisteminin (motordan gelen tahrikin kesilerek) devreden çıkarak yalnızca turbo sisteminin çalıştığı compraturbo (A) sistemi ile ilgilidir.

Description

TARIFNAME Içten Yanmali Motorlarda Kullanilmak Üzere Tasarlanmis Compraturbo TEKNIK ALAN Bulus, içten yanmali motorlarda istenilen gücü daha erken ve ivmeli bir sekilde elde etmek üzere, motorun kendisine ait olan basinci daha erken ürettirebilmek adina turbo ve/veya supercharger/kompresör sistemi ile olusturulan yapiyi turbo+kompresör olarak birlestiren, çok fazla devir çeviremeyen motorlarda ise tahriki indüksiyon motorundan alarak çalisan bir comraturbo (kompresör+turbo) mekanizmasi ile ilgilidir.

TEKNIGIN BILINEN DURUMU Içten yanmali motorlarda turbolar, motorda gerçeklesen yanma sonucu olusan atik gazlarin bir türbin vasitasiyla dönme kuvveti elde edilerek, bu dönme kuvveti bir mil yardimiyla pervaneye (basinç türbini) göndermektedir. Basinç türbini motora daha yüksek hava basinci göndererek yakit hava karisimini yükseltmekte ve motora giden oksijen miktarini artirmaktadir. Böylece pistondaki yakit yüksek oksijen miktariyla birleserek daha güçlü bir patlama elde edilmesi saglanmakta ve motorun veriminin artmasi saglanmaktadir.

Turbolarin bir çalisma zamani/evresi vardir ve motorun düsük devirlerde veya düsük hizlarda elde ettigi atik gaz, turbo mekanizmasini yüksek devirlerde çalistirmaya yeterli gelmemektedir. Bu nedenle aracin ani hizlanmalar da turbo Iagi (turbo gecikmesi) olarak adlandirilan bir kavram olusur. Bahsedilen bu gecikmeyi engellemek için otomobil üreticileri düsük güçlü turbolar tercih ederler. Genellikle de yüksek motor gücü ve torkuna sahip araçlarda ise çift adet turbo kullanirlar. Düsük güçlü turbolarda ani hizlanmalar ve aracin kalkisindaki gecikmeyi bir nebze olsun kisaltir ama yüksek hizlarda motora giden hava yetersiz oldugu için motor yine istenilen tam gücünü verememektedir.

Turbo ile ayni amaca hizmet eden ama çalisman prensibi farkli olan supercharger/kompresör sistemleri vardir. Bahsedilen supercharger/kompresör sisteminin turboya göre temel farki çalismak için gerekli tahriki motordan almasidir. Bu sistemler direkt olarak krank miline bagli bir kompresör sistemidir ve krank mili ne kadar hizli dönerse kompresör/turbocharger de o kadar hava sikistirarak motora basinçli hava göndermektedir. Böylelikle motora giden oksijen miktari artirilarak daha güçlü bir patlama gerçeklestirilmekte ve motorun verimi artirilmaktadir. Ama motorun devri turbo sistemine göre yavas oldugu ve motorun gücünü kullandigi için araç üreticileri tarafindan siklikla tercih edilmemektedirler.

Birde ayni amaca hizmet eden elektrikli turbo sistemleri bulunmaktadir. Bu sistemde motorun ürettigi elektrigi kullanarak bir indüksiyon motoru ile turbo Iagi olmadan pervane (basinç türbini) çevirererek basinç üretir ve motorun ihtiyaci olan hava karsilar.

Mevcut teknikte tek basina turbo kullanilan sistemlerde görülen en büyük dezavantaj, türbinin egzoz gaziyla çevrilmesi ve bu sebepten dogan turbo gecikmesi (turbo Iagini) önlemek için küçültülen turbolarin yüksek hizlarda motorun ihtiyaci olan havayi verememesidir.

Mevcut teknikte tek basina supercharger/kompresör kullanilan sistemlerin en büyük dezavantaji ise sistemin direk motordan tahrik almasindan dolayi yüksek devirlerde asinma, fazla motorun fazla yakit tüketimi ve motorda yasan güç kaybidir.

Mevcut teknikte kullanilan elektrik motorlu turbolar da ise fazla arizalanma ve çok fazla elektrik enerjisi tüketimi görülen en büyük dezavantajlardandir.

Yukarida izah edilen problemleri çözmek adina mevcutta standart turbo ve supercharger/kompresör olmak üzere iki sistemin birlikte kullanildigi motorlar bulunmaktadir.

Fakat bu sistemlerde görülen en büyük problem iki sisteminin birbirine tam olarak entegre edilememesidir. Söyle ki; mevcutta turbo+supercharger sistemine sahip motorlarda, iki sisteminin birlikte çalismasi ile motor için gerekli hava daha çabuk ve sürekli olarak elde edilmesine ragmen, motordan tahrik alan supercharger/kompresör sisteminin, motor belirli bir devire ulasip, turbo sistemi tek basina motor için gerekli havayi karsilayabilir duruma geldiginde devreden çikip pasif hale gelememesidir. Bu da kompresör sistemi motordan tahrik aldigindan, motor verimini düsürmekte ve yakit sarfiyatini artirmaktadir. Yani mevcutta supercharger sistemine sahip motorlardaki benzer problemleri olusturmaktadir.

Mevcut teknikte yapilan literatür arastirmasinda “CN205663506U” yayin numarali "Two supercharging device of four -stroke engine chain machinery and turbine" baslikli patent dokumani tespit edilmistir. Ilgili patent incelendiginde yukarida izah edilen iki sistemin birbirine entegre çalisamama problemi görülmektedir.

Sonuç olarak yukaridaki problemlerin varligi ve mevcut çözümlerin yetersizligi ilgili teknik alanda bir gelistirme yapmayi zorunlu kilmistir.

BULUSUN AMACI Mevcut bulus, yukarida bahsedilen gereksinimleri karsilayan, tüm dezavantajlari ortadan kaldiran ve ilave bazi avantajlar getiren içten yanmali motorlarda, motorun istenilen gücü daha çabuk elde etmesi için gerekli havayi temin compraturbo (turb0+k0mpresör) ile ilgilidir.

Bulusun ana amaci hem turbo gecikmesini engellemek hem de motorun çok yüksek devire ihtiyaç olmadan motor için istenilen hava basincini üretebilen, turbo ve supercharger/kompresör sisteminin birbirine entegre çalisabildigi; motor devrine göre baslangiçta supercharger sisteminin, sonrasinda motordan gelen atik gaz ile turbo sisteminin devreye girmesi ile supercharger+turbo sisteminin birlikte, son olarak da motor stabil çalismaya devam ettiginde supercharger sisteminin devreden çikarak yalnizca turbo sisteminin çalistigi bir yapi ortaya koymaktir. Böylece yakittan tasarruf saglanacak, motorun ömrü kisalmayacak ve elektrik motorlu turbolardaki fazla elektrik enerjisini tüketimi ortadan kaldirilacaktir.

Bulusun amaci motorun yüksek ve düsük devirlerde, motorlarda istenilen gücü daha erken ve ivmeli bir sekilde elde etmek üzere supercharger+turbo sisteminin birbirine entegre çalistigi compraturbo adi verilen sistemi ortaya koymaktir.

Bulusun amaci tasarlanan turbo+superchargerden olusan mekanizmada, ilk tahrik motordan kasnak-kayis mekanizmasi ile alinarak disli seti vasitasiyla aktarilan dönme hareketi ilk serbest tekerlek kavramasini tahrik ederek, kavramanin irtibatli oldugu ön mil harekete geçirilir ve ön mil üzerindeki basinç türbini vasitasiyla motor için gerekli havayi temin etmektir.

Bulusun diger amaci motorda yanma gerçeklesip atik eksoz gazinin olusmaya baslamasiyla, eksoz türbini dönmeye baslayarak üzerinde irtibatli oldugu arka mili harekete geçirerek, ikinci serbest tekerlek kavramasinin dönme tahriki ile açilarak, supercharger ve turbo sisteminin birlikte çalismasini saglamaktir.

Bulusun diger bir amaci da motor belirli bir devire ulastiktan sonra, motorda gerçeklesen yanmanin artmasi ile motor istenilen egzoz gazini üretip, olusan gaz egzoz türbinini disli setinden daha hizli çevirerek, ön mil üzerindeki ilk serbest tekerlek kavramasi pasif halle gelerek, arka mil ile irtibatli ikinci serbest tekerlek kavramasi aktif hale gelerek supercharger sistemini devre disi birakarak, motordan alinan gücü kesmektir.

Bulusun yapisal ve karakteristik özellikleri ve tüm avantajlari asagida verilen sekiller ve bu sekillere atiflar yapilmak suretiyle yazilan detayli açiklama sayesinde daha net olarak anlasilaoaktir ve bu nedenle degerlendirmenin de bu sekilleri ve detayli açiklama göz önüne alinarak yapilmasi gerekmektedir.

SEKILLERIN KISA AÇIKLAMASI Mevcut bulusun yapilanmasi ve ek elemanlarla birlikte avantajlarinin en iyi sekilde anlasilabilmesi için asagida açiklamasi yapilan sekiller ile birlikte degerlendirilmesi gerekir.

Sekil - 1; Bulus konusu compraturbo (turbo+supercharger) mekanizmasinin genel görünümüdür.

Sekil - 2; Bulus konusu compraturbo (turbo+supercharger) mekanizmasinin kesit görünümüdür.

Sekil - 3; Bulus konusu compraturbo (turb0+supercharger) mekanizmasinin detayli patlatilmis görünümüdür.

Sekil - 4; Bulus konusu compraturbo (turbo+supercharger) mekanizmasinin, indüksiyon motorundan tahrik alan modelinin kesit detayli diger bir görünümüdür.

Sekil - 5a,5b,50; Bulus konusu compraturbo (turbo+supercharger) mekanizmasinda yer alan ana unsurlardan serbest tekerlek (freewheel) kavrama modellerinin patlatma görünümleridir.

REFERANS NUMARALARI A. Compraturbo 1. Kasnak 1.1 .Kayis 2. Disli seti 2.1. Tahrik dislisi . Basinç türbini . Eksoz türbini . Arka mil . Serbest tekerlek kavramasi-a/ freewheel . Serbest tekerlek kavramasi-b/ freewheel (CCDHOIU'l-IÄCAJ . Elektrik/indüksiyon motoru Çizimlerin mutlaka ölçeklendirilmesi gerekmemektedir ve mevcut bulusu anlamak için gerekli olmayan detaylar ihmal edilmis olabilmektedir. Bundan baska, en azindan büyük ölçüde özdes olan veya en azindan büyük ölçüde özdes islevleri olan elemanlar, ayni numara ile gösterilmektedir.

BULUSUN DETAYLI AÇIKLAMASI Bu detayli açiklamada, bulus konusu içten yanmali motorlarda düsük ya da yüksek devirlerde istenilen gücü daha erken ve ivmeli bir sekilde elde etmek üzere tasarlanan compraturbo (A) sisteminin tercih edilen yapilanmalari, sadece konunun daha iyi anlasilmasina yönelik olarak ve hiçbir sinirlayici etki olusturmayaoak sekilde açiklanmaktadir.

Bulus konusu compraturbo adi verilen yapilan temel olarak; motordan kasnak (1) ve üzerindeki kayis (1.1) vasitasiyla aktarilan dönme hareketini sisteme aktaran disli seti (2), söz konusu disli setinden (2) gelen tahrik ile aktif hale gelen serbest tekerlek kavramasi-a (7), bahsedilen serbest tekerlek kavramasinin-a (7) üzerinde merkezli oldugu ön mil (5), söz konusu ön mil (5) üzerinde irtibatlandirilmis basinç türbini (3), motorda yanma sonucu olusan gazi sisteme aktaran eksoz türbini (4), bahsedilen eksoz türbininin (4) üzerinde iitibatlandirildigi arka mil (6), arka milin (6) üzerinde merkezlenen ve eksoz türbininin (4) arka mili (4) tahrik etmesi ile aktif hale gelen serbest tekerlek kavramasi-b (8) ihtiva etmektedir (Sekil-2). Bir de içten yanmali motor devrinin düsük oldugu sistemlerde tahrik saglamak üzere konumlandirilmis elektrik/indüksiyon motoru (9) bulunmaktadir ve bu sistemlerde içten yanmali motordan tahrik alinmaz (Sekil-4).

Basinç türbini (3) supercharger ya da turbo sistemine sahip bütün motorlarda, standart atmosfer basinci disinda motorun hizli ve çabuk ivmelenmesi için gerekli basinçli havayi saglayan yapidir. Eksoz türbini (4) ise yanma sonucu olusan gazin basinç türbinine (3) aktarimini saglayan, turbo ve superoharger yapilarda bulunan bir mekanizmadir. Yine bu türbinlerin üzerine merkezlendigi ön mil (5) ve arka milde (6) turbo-turbocharger sistemlerinde kullanilan makine elemanlaridir.

Disli seti (2) içerinde motordan alinan tahriki istenilen devre getiren birden çok sayida farkli çap ve dis sayisinda disliler bulunmaktadir. Disli seti (2) içerisinde, ön mil (5) ve arka mil (6) ile irtibatli olan tahrik dislisi (2.1) bulunmaktadir. Söz konusu tahrik dislisi (2.1) motor ilk çalistiginda, serbest tekerlek kavramasinin-a (7) aktif hale gelmesini saglamaktadir.

Bulus konusu compraturbo (A) sisteminin en önemli unsurlarinda olan serbest tekerlek kavramalari (freewheel) literatürde çözülebilen-baglanabilen kavramalar olarak bilinmektedir.

Genel olarak döndüren ve döndürülen miller arasindaki moment (güç) iletiminin kontrolü amaciyla kullanilmaktadirlar. Farkli hizlarda çalisan iki milin istenildigi zaman baglanmasi iki elemanin ayni hizla dönmelerinin saglamaktadir (Sekil-5a,5b,50). Bu özellikten yol çikarak ön mil (5) ve arka mil (6) arasindaki irtibat iki serbest tekerlek kavramasi-a-b (7,8) ile saglanmaktadir. Ilk olarak disli setinden (2) gelen tahrik ile serbest tekerlek kavramasi-a (7) aktif hale gelerek ön mil (5) dönmekte; sonrasinda arka milin (6) eksoz türbini (4) vasitasiyla dönerek serbest tekerlek kavramasi-b (8) aktif hale getirip, disli setinden (2) gelen devirden daha yüksek bir devirde milleri döndürmesiyle serbest tekerlek kavramasi-a (7) pasif hale gelerek, motordan sisteme gelen tahrik kesilmektedir. Böylece turbo ve turbocharger sistemlerinin birbirine entegre çalismasi saglanmistir.

Sistemin kisaca çalisma prensibi su sekildedir: 0 Ilk tahrik motordan kasnak-kayis (1.1,1) mekanizmasi ile alinarak disli seti (2) vasitasiyla aktarilan dönme hareketi ilk serbest tekerlek kavramasini-a (7) tahrik ederek, kavramanin iitibatli oldugu ön mil (5) harekete geçirilir ve ön mil (5) üzerindeki basinç türbini (3) vasitasiyla motor için gerekli hava saglanir.

- Sonrasinda motorda yanma gerçeklesip atik eksoz gazinin olusmaya baslamasiyla, eksoz türbini (4) dönmeye baslayarak üzerinde irtibatli oldugu arka mili (6) harekete geçirerek, ikinci serbest tekerlek kavramasinin-b (8) dönme tahriki ile açarak, supercharger ve turbo sisteminin birlikte çalismasini saglar. 0 Motor belirli bir devire ulastiktan sonra, motorda gerçeklesen yanmanin artmasi ile motor istenilen egzoz gazini üretip, olusan gaz egzoz türbinini (4) disli setinden (2) daha hizli çevirerek, ön mil (5) üzerindeki ilk serbest tekerlek kavramasi-a (7) pasif halle gelerek, arka mil (6) ile irtibatli ikinci serbest tekerlek kavramasi-b (8) aktif hale gelerek supercharger sistemini devre disi birakarak, motordan alinan gücü keser ve motor için gerekli hava turbo sistemi vasitasiyla saglanir.

Burada supercharger sistemi olarak anilan sistem; mekanizmanin çalismasi için gereken tahrikin içten yanmali motordan ve/veya elektrik/indüksiyon motorundan (9) saglanarak hava basincinin üretilmesidir.

Turbo sistemi olarak anilan sistem; mekanizmanin çalismasi için gereken tahrikin gazin eksoz türbinini (4) döndürmesi ve onunda miller vasitasiyla basinç türbinini (3) tahrik etmesiyle saglanan hava basincinin üretilmesidir.

Bu basvurunun koruma kapsami istemler kisminda belirlenmis olup yukarida kesinlikle örnekleme amaciyla anlatilanlarla sinirli tutulamaz teknikte uzman bir kisinin bulusta ortaya konan yeniligi, benzer yapilanmalari kullanaraktan ortaya koyabilecegi velveya bu yapilanmayi ilgili teknikte kullanilan benzer amaçli diger alanlara da uygulayabilecegi açiktir.

Dolayisiyla böyle yapilanmalarin yenilik ve özellikle teknigin bilinen durumunun asilmasi kriterinden yoksun olacagi da asikardir.

Claims (4)

ISTEMLER

1. Bulus, içten yanmali motorlarda istenilen gücü daha erken ve ivmeli bir sekilde elde etmek, turbo gecikmesini engellemek ve motorun çok yüksek devire ihtiyaç olmadan istenilen hava basincini üretmek üzere tasarlanmis, Standart atmosfer basinci disinda motorun hizli ve çabuk ivmelenmesi için motora gerekli basinçli havayi saglayan en az bir basinç türbini (3), Motorda yanma sonucu olusan gazin basinç türbinine (3) aktarimini saglayan en az bir eksoz türbini (4), Içeren bir comraturbo (A) olup, özelligi; Içten yanmali motordan ve/veya elektrik/Indüksiyon motorundan (9) alinan tahriki istenilen devre getiren, içerisinde birden çok sayida farkli çap ve dis sayisinda disli bulunan, sistemin çalismasi için ilk tahriki sisteme saglayan en az bir disli seti (2), Bahsedilen disli setinden (2) gelen tahrik ile aktif hale gelerek ön mili (5) dönmesini saglayan, motorda gerçeklesen yanmanin artmasi ile motorun istenilen egzoz gazini üretip, olusan gaz egzoz türbinini (4) disli setinden (2) daha hizli çevirdiginde pasif hale geçerek içten yanmali vei'veya eIektrik/Indüksiyon motorundan (9) gelen tahriki kesen en az bir serbest tekerlek kavramasi-ai'freewheel (7), Arka milin (6) üzerinde merkezlenen ve eksoz türbininin (4) arka mili (4) tahrik etmesi ile aktif hale gelen, sisteme disli setinden (2) ilk tahrik geldiginde supercharger aktif hale geldiginde egzoz türbinimde (4) yeni bir basinç (yanma sonucu olusan basinca ters yönde) olusmasina engelleyerek motora ayri bir yük binmesinin önüne geçen en az bir serbest tekerlek kavramasi- bi'freewheel (8), Bahsedilen serbest tekerlek kavramasinin-a (7) ve basinç türbininin (3) üzerinde merkezli oldugu en az bir ön mil (5), Bahsedilen serbest tekerlek kavramasinin-b (8) ve eksoz türbininin (4) üzerinde merkezli oldugu en az bir arka mil (6), içermesi ile karakterize edilmektedir.

2. Istem 1'e uygun bir comraturbo (A) olup, özelligi; bahsedilen disli setine (2) içten yanmali motordan hareket aktarimini saglayan en az bir kasnak (1) ve üzerinde konumlu en az bir kayis (1.1) içermesidir.

3. Istem 1'e uygun bir comraturbo (A) olup, özelligi; içten yanmali motor devrinin düsük oldugu sistemlerde, mekanizmaya tahrik saglamak üzere konumlandirilmis en az bir elektrik/indüksiyon motoru (9) içermesidir.

4. Bulus yukaridaki istemlerden herhangi birindeki gibi bir comraturbo (A) olup, özelligi; Ilk tahrik motordan kasnak-kayis (1.1,1) mekanizmasi ile alinarak disli seti (2) vasitasiyla aktarilan dönme hareketi ilk serbest tekerlek kavramasini-a (7) tahrik ederek, kavramanin irtibatli oldugu ön mil (5) harekete geçiren ve ön mil (5) üzerindeki basinç türbini (3) vasitasiyla motor için gerekli hava saglayarak supercharger modunda çalismasi, Sonrasinda motorda yanma gerçeklesip atik eksoz gazinin olusmaya baslamasiyla, eksoz türbini (4) dönmeye baslayarak üzerinde irtibatli oldugu arka mili (6) harekete geçirerek, ikinci serbest tekerlek kavramasinin-b (8) dönme tahriki ile açarak superoharger+turbo sisteminin birlikte çalismasi, Motor belirli bir devire ulastiktan sonra, motorda gerçeklesen yanmanin artmasi ile motor istenilen egzoz gazini üretip, olusan gaz egzoz türbinini (4) disli setinden (2) daha hizli çevirerek, ön mil (5) üzerindeki ilk serbest tekerlek kavramasi-a (7) pasif halle gelerek, arka mil (6) ile irtibatli ikinci serbest tekerlek kavramasi-b (8) aktif hale gelerek supercharger sistemini devre disi birakarak motordan alinan gücü kesen ve motor için gerekli havanin yanma sonucu olusan gaz vasitasiyla saglanarak turbo modunda çalismasi, Ile karakterize edilmektedir.