HU176063B - Device for intensified supercharging the cylinder of internal combustion engine - Google Patents

Description

A találmány tárgya berendezés.belsőégésű motor fokozott hengerfeltöltésére, amelynek a motor kipufogó gázának nyomásesésével az égéslevegőt két fokozatban sűrítő, egymással sorbakötött két töltőegysége van.

Belsőégésű motorok hengerfeltöltésével az effektív kö- 5 zépnyomás fokozására manapság csaknem kizárólag kipufogó gázzal működtetett turbótöltőket használnak. Ismeretesek e célra gázdinamikus nyomáshullámos gépek is, amelyek azzal tűnnek ki, hogy a terhelésváltozásokhoz gyorsan alkalmazkodnak, és a motor rugalmasságának javulását eredményezik, ezért mindenekelőtt jármű-dieselmotoroknál alkalmaznak ilyen gépeket. [Motortechnische Zeitschrift 31 (1970) 1].

Nagyteljesítményű motoroknál kipufogó gázas turbótöltőkkel (CH—PS 371.633) kétfokozatú feltöltést is kipróbáltak már úgy, hogy a motor expandáló kipufogó gázának nyomásesését egy nagynyomású és egy kisnyomású turbinára osztották el.

Hasonló módon végezték az égéslevegő sűrítését egy kisnyomású és egy nagynyomású fokozattal. Erre akkor van szükség, ha a turbótöltő egyik fokozatában elérhető töltőnyomásviszonyok már nem elegendőek, vagy a sűrítő térfogatátbocsájtó tartománya a kívánt nagy nyomásviszonyoknál oly szűkké válik, hogy a motorral szemben támasztott követelményekhez már nem elegen- 25 dő. Kétfokozatú feltöltésnél mindkét fokozat megfelelően kisebb nyomásviszonynál szélesebb átbocsájtási tartományban jobb hatásfokkal dolgozik.

A járműmotorhoz sorbakapcsolt kipufogó gázas két turbótöltő alkalmazása a motor-turbótöltőrendszer gyorsulóképessége és a motor rugalmassága szempontjából egyaránt hátrányos. Mivel a turbótöltőket a motorhoz. csak a kipufogó gáz „kapcsolja”, ezek a motornál jelentkező terhelés változásokat csak bizonyos késéssel követik, melynek időtartama mindenekelőtt a turbótöltő járókerekeinek tömegtehetetlenségétől, a feltöltő eljárástól és a bejárandó üzemi tartományoktól függ. Kétfokozatos feltöltésnél a kisebbik, nagynyomásúturbótöltő dinamikus eljárással is (Stossverfahren) mű10 ködtethető, aminek következtében a terhelésváltozásokra viszonylag gyorsan reagál.

A nagyobbik, kisnyomású turbótöltő azonban sokkal nagyobb tömegtehetetlenségi nyomatékával és ráadásul egyenletes nyomású eljárással működtetve, csak nagyon 15 lassan követi a terhelésváltozásokat. Ennek következménye a gyorsulásnál erős koromkilökés és a motor hosszú alkalmazkodási ideje. Azoknál a járműmotoroknál, melyeknél szükséges, hogy a motor a terhelésváltozásokhoz gyorsan igazodjék, és így a változó közleke20 dési és úthelyzetekhez gyorsan tudjon alkalmazkodni, az ilyen kétfokozatú feltöltő rendszer nagy tehetetlensége miatt nem alkalmazható. Ez az út a nagyon magas középnyomásokhoz ilyenformán nem járható.

Kétfokozatú feltöltés csupán nyomáshullámos gépekkel szintén nem lehetséges, mivel ezeknél a gépeknél az expanziós és a kompressziós részek egymástól nem függetlenek. Az expandáló és a komprimálandó gáztartalmak közvetlen érintkezése miatt nyomásszintjeiket ugyanis nem lehet tetszés szerint megválasztani, mert 30 akkor a gép már nem a kívánt értelemben működik. Ez a körülmény nyomáshullámos gépekkel végzett kétfokozatú feltöltésnél mindenekelőtt a nagynyomású gép alsó nyomáshatáránál okoz nehézségeket.

A találmány célja belsőégésű motor fokozott hengerfeltöltéséhez olyan berendezés kialakítása, amely jó hatásfokkal felel meg a feltöltő berendezés rövid alkalmazkodási ideje és széles üzemi munkatartománya (Betriebskennfeld) iránti követelményeknek.

A kitűzött célt olyan berendezés kialakításával érjük el, amely a találmány szerint egy kipufogó gázzal hajtott turbótöltőt és egy gázdinamikus nyomáshullámos gépet tartalmaz, amelyek rendre a berendezés egy-egy fokozatát képezve kipufogó gázoldalukon és levegőoldalukon egyaránt sorba vannak kapcsolva, és a berendezés nagynyomású fokozatát a kipufogó gázas turbótöltő, míg a kisnyomású fokozatot a gázdinamikus nyomáshullámos gép alkotja.

A találmány szerinti kombinációval, melynél mindkét gép kedvező tulajdonságai érvényre jutnak — különösen járműmotorok esetében — lehetővé válik a kétfokozatos feltöltés. Ez kivált akkor lesz eredményes, ha a kipufogó gázas turbótöltőt a nagynyomású fokozathoz, a nyomáshullámos gépet a kisnyomású fokozathoz használjuk. E megoldásnak legfőbb előnye a két kipufogó gázas turbótöltő alkalmazásával szemben abban van, hogy ez utóbbi berendezés leglomhább tagját, a kisnyomású fokozat egyenletes nyomású eljárással működő, viszonylag nagy turbótöltőjét a csaknem hangsebességgel reagáló nyomáshullámos gép váltja fel. Ezáltal a motor reagálási ideje gyorsulásnál lényegesen megrövidül, a korom-kibocsátás pedig csökken. A nyomáshullámos gép öblítésénél nincsenek nehézségek; ennek mindenféle üzemi feltételnél csak az adott esetben meglevő szűrők vagy hangtompítók ellenállását kell legyőzni.

Az égéslevegő kisnyomású fokozat utáni közbenső hűtése tovább javítja a feltöltési folyamat hatásfokát. Amennyiben szükségessé válnék a nagynyomású gázok lehűtése a turbótöltőbe való belépésük előtt, a nagynyomású fokozat után a gázok közbenső felhevítésével a hűtéskor elvezetett meleg nagy része visszanyerhető és így a teljes folyamat javára megtartható. Részterhelésekkel is nehézségek nélkül lehet haladni.

Az alábbiakban a találmány szerinti, belsőégésű motor fokozott hengerfeltöltését végző találmány szerinti berendezés példaképpeni kiviteli alakjait ismertetjük részletesebben a csatolt rajz alapján:

Az 1. ábra leegyszerűsített összeállítási vázlat, a 2. ábra azonos az 1. ábrával, de szerepel még rajta egy közbenső kipufogó gázas hevítő is.

Az azonos részegységeket mindkét ábrán azonos pozíciószámokkal jelöltük.

Az 1. ábra szerinti berendezésnél az 1 járműmotor effektív középnyomása sokkal nagyobb 15 kp/cm²-nél. Egyfokozatú kipufogó gázas turbótöltővel ez a motor már nem üzemeltethető, mert az elérhető töltőnyomásviszony túl kicsi, és a munkatartomány, amely a szivatytyúzási határ és a nyelőképesség határa között helyezkedik el, túl szűk lenne.

Nagynyomású fokozatként a kétfokozatú feltöltéshez kipufogó gázzal hajtott 2 turbótöltőt alkalmazunk, amely lényegében 3 gázturbinával meghajtott 4 sűrítőbői áll. A 3 gázturbinát a motor kipufogó gázai hajtják, amelyeket részexpandálás után gázdinamikus 5 nyomáshullámos gépbe vezetünk be. Ez utóbbi a berendezés kisnyomású fokozataként a kipufogó gázok expanziójára és az égéslevegő komprimálására szolgál. A kipufogd gázak ezután 6 kipufogó-hangtompítón áthaladva a szabadba távoznak.

Az égéslevegő 7 szívószűrőn át áramlik be az 5 nyomáshullámos gépbe, amely mint fentebb említettük, az első nyomásfokozatra komprimálja azt. Innen a levegő az 5 sűrítőhöz áramlik tovább, melyben létrejön a nagy, nyomású sűrítés, majd a töltőlevegő végül az 1 járműmotorhoz jut.

A turbótöltő és a nyomáshullámos gép működésén^ jobb összehangolása érdekében, hogy így a feltöltő berendezést a motor adott követelményeihez jobban illeszthessük, és a szállított égéslevegő mennyiségét növeljük, célszerű az 5 nyomáshullámos gép és a 2 kipufogó gázas turbótöltő 4 sűrítője közé 8 közbenső-hűtőt beiktatni, melynek hűtőközegét 11 szeleppel lehet mennyiségileg változtatni. Előnyös megoldás lehet továbbá, ha áramlási irányban a 4 sűrítő után még egy 9 töltőlevegő-hűtőt is beépítünk.

A kétfokozatú feltöltés arra is lehetőséget ad, hogy a kipufogó gázt a nagynyomású fokozatban végbement expandálás után közbensőleg felhevítjük, és így entalpiáját, azaz munkavégzőképességét a kisnyomású fokozatban növeljük.

Magas kipufogógáz-hőmérsékleteknél, melyek fokozott feltöltésű motoroknál előfordulhatnak, bizonyos körülmények között a kipufogó gázas turbótöltő gázturbinájának belépési hőmérséklete túllépi a megengedett értéket. Ilyenkor szükségessé válik a kipufogó gáz hőmérsékletének csökkentése, amely tetszés szerinti módon, és nagyon előnyösen a kipufogó gáz közbenső felhevítésével kapcsolatban érhető el.

Ennek a megoldásnak egy kiviteli alakja látható a 2. ábrán.

A kipufogó gáznak az 1 járműmotor és a 3 gázturbina közötti áramlási szakaszába 10 kipufogógáz-hevitő van beiktatva, amelyen a kipufogó gázak a gázturbinában végbemenő kiterjeszkedésük után még egyszer átömlenek, mielőtt az 5 nyomáshullámos gépbe belépnének. Ezen a módon a forró kipufogó gázt egy kisebb nyomásfokozat kipufogó gáza a megengedett hőmérsékletre lehűti, mialatt ez utóbbi egyidejűleg közbenső hevítést kap.

Előnyös kiviteli megoldás, ha a nagynyomású fokozatként alkalmazott kipufogó gázas turbótöltőt dinamikus üzemben, a kisnyomású fokozatként használt nyomáshullámos gépet pedig egyenletes nyomású üzemben működtetjük.

Szabadalmi igénypontok

Claims (7)

1. Szabadalmi igénypontok

   1. Berendezés belsőégésű motor fokozott hengerfeltöltésére, amelynek a motor kipufogó gázának nyomásesésével az égéslevegőt két fokozatban sűrítő, egymással sorbak ötött két töltőegysége van, azzal jellemezve, hogy egy kipufogó gázzal hajtott turbótöltőt (2) és egy gázdinamikus nyomáshullámos gépet (5) tartalmaz, amelyek rendre a berendezés egy-egy fokozatát képezve kipufogó gázoldalukon és levegőoldalukon egyaránt sorba vannak kapcsolva, és a berendezés nagynyomású fokozatát a kipufogó gázas turbótöltő (2), míg a kisnyomású fokozatot a gázdinamikus nyomáshullámos gép (5) alkotja.
2. 2. Az 1. igénypont szerinti berendezés kiviteli alakja, jellemezve, hogy dinamikus eljárás szerint dolgozó kipufogó gázas turbótöltője (2) és egyenletes nyomású eljárással dolgozó nyomáshullámos gépe (5) van.
3. 3. Az 1. igénypont szerinti berendezés kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a kipufogó gázas turbótöltő (2) után elrendezett közbenső kipufogó gáz hevítője (10) van.
4. 4. A 3. igénypont szerinti berendezés kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a közbenső kipufogó gáz hevítő (10) a kipufogó gázas turbótöltő (2) gázturbinája (3) 10 előtt van a kipufogó gázvezetékbe beiktatva.
5. 5. Az 1. igénypont szerinti berendezés kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a gázdinamikus nyomáshullámos gép (5) és a kipufogó gázas turbótöltő (2) sűrítője között elrendezett égéslevegő közbenső hűtője (8) is van.

   5
6. 6. Az 5. igénypont szerinti berendezés kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a közbenső hűtőn (8) átáramló hűtőközegmennyiséget változtató szelepe (11) van.
7. 7. Az 1. igénypont szerinti berendezés kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy áramlási irányban a kipufogó gázas turbótöltő (2) sűrítője (4) mögött elrendezett töltőlevegőhűtője (9) is van.

   1 db rajz

   2 ábra

   A kiadásért felel: a Közgazdasági és Jogi Könyvkiadó igazgatója

   81.943.66-42 Alföldi Nyomda, Debrecen — Felelős vezető: Benkő István igazgató