NO120141B - - Google Patents

Description

Totaktsforbrenningsmotor.

Foreliggende oppfinnelse vedrører to-taktsforbrenningsmotorer, spesielt skipsmotorer, av den type som har dels en eller flere ekshaustturbindrevne blåsere, såkalte turboladere, som har tilstrekkelig kapasitet til ved normal motorbelastning å levere den fulle spyle- og ladeluftmengde til motorsylindrene, dels et hjelpeblåseaggregat, som til supplering av turboladernes ytelse ved lavere motorbelastninger og manøvrer er innrettet for å innkobles etter turboladerne i serie med disse.

Oppfinnelsen tar sikte på motorer av den angitte type i sin alminnelighet, men er spesielt av betydning ved motorer, hvor ekshauståpningsperioden er symmetrisk eller hovedsakelig symmetrisk med hensyn til spyleåpningsperiodens symmetrilinje, eller hvor ekshauståpningene er stempel-styrte, eller hvor begge deler er tilfelle, f. eks. ved tverrspylede motorer og motorer med motgående stempler.

Det er kjent en motor av den nevnte type, hvor hjelpeblåseraggregatet utgjøres av et antall med motorens stempler meka-nisk forbundne stempelblåsere, som ved hjelp av manuelt innstillbare ventiler kan omstilles til å suge inn luft enten fra om-givelsene eller fra en for samtlige motorsylindre felles mottager, som er koblet til turboladernes luftavløpsrør. Stempelblåserne arbeider således ved den førstnevnte stilling av ventilene i parallell med turboladerne og ved den sistnevnte ventilstilling i serie med disse. I stempelblåsernes avløps-rør finnes ventiler som åpner til atmosfæ-ren og som er styrt av trykkfølsomme orga-ner i turboladernes avløpsrør. Ved parallelldrift av turboladerne og stempelblåserne kan man således ved et bestemt avløps-trykk fra turboladerne oppnå at stempelblåserne ikke mer leverer luft til motor-sylinderne.

Det er en ulempe ved denne kjente motor at den nevnte styring av blåsernes samarbeide krever et komplisert ventilar-rangement. En videre ulempe er at stempelblåsernes leveringsmengde er avhengig av motorens omdreiningstall, slik at blå-serne — for å kunne prestere en tilfreds-stillende ytelse ved start og langsomme om-dreininger, hvor de skal supplere turboladernes lave ytelse — må ha et stort slag-volum og derfor ved høyere motoromdrei-ningstall vil gi mer luft enn nødvendig. Stempelblåserne vil på grunn av sin stør-relse forbruke en betydelig effekt, og selv når blåsernes luftlevering er frakoblet, har de et vesentlig tomgangsforbruk, som redu-serer motorens ytelse. Omkoblingen mellom serie- og parallelldrift, som skal forberede utkoblingen av stempelblåsernes levering av luft til sylinderne, vanskeliggjøres av stempelblåsernes pulserende luftlevering, som kan forårsake trykksvingninger, som bringer turboladernes stabilitet i fare.

Det kjennes videre en totaktsmotor med et blåseraggregat, som består av en ak-sialblåser, som leverer en relativt stor luftmengde med relativt lite trykk, og en radi-alblåser, som leverer en mindre luftmengde med større trykk. Ved hjelp av en synkront med motoren roterende ventil forbindes de to blåsere skiftevis med en motorsylinder på en slik måte at aksialblåseren leverer luft i spyleperioden og radialblåseren i opp-ladningsperioden. Ved denne motor er det således ikke tale om et ladeaggregat, som ved normale belastninger ivaretar hele spyle- og ladeytelsen, og et hjelpeblåserag-gregat, som ved lave motorytelser innkobles i serie med ladeaggregatet.

Oppfinnelsen tar sikte på å avhjelpe de påpekte ulemper ved motorer av den inn-ledningsvis angitte type, og det karakteristiske ved oppfinnelsen er at hjelpeblåseraggregatet består av en eller flere separate drevne roterende aksial- eller radialblåsere, hvis maksimale leveringsmengde er vesentlig mindre enn turboladernes samlede leveringsmengde ved full belastning av motoren, og at hjélpeblåseraggregatet er tilkoblet mellom turboladeren eller turboladerne og en for flere motorsylindre felles spyle-luftmottager i parallell med en i hver turboladers forbindelsesledning til mottageren anbrakt kontraventil.

Ved anvendelsen av separat drevne roterende hjelpeblåsere oppnår man at disse også ved start av motoren og ved langsom gang under manøvrer presterer sin fulle ytelse. Hjelpeblåserne kan, takket være sine mulige høye omdreiningstall, utføres med små dimensjoner, slik at de kun beslagleg-ger liten plass og lett kan anbringes tett ved mottageren med derav følgende korte rørforbindelser. Videre oppnås det, med et ytterst enkelt arangement, som bare krever én kontraventil i hver turboladers forbindelsesledning til mottageren, at hjélpeblåseraggregatet ved stigende motorbelastning automatisk og uten pendlinger vil opphøre ved å supplere turboladernes ytelse i det øyeblikk, da denne i seg selv er tilstrekkelig for motorens drift. Dette skjer ved at kontraventilen åpner seg og tillater direkte passasje av luften fra turboladeren til mottageren utenom hjélpeblåseraggregatet.

Denne utkobling skjer når den trykk-stigning som hjelpeblåserne meddeler den gjennomstrømmede luftmengde og som på grunn av blåsernes karakteristiske egen-skaper avtar med stigende luftmengde, oppveies av trykktapet fra strømningsmot-standen i blåsernes tilløps- og avløpsrør, slik at trykkforskjellen over kontraventilen blir null eller skifter retning. Utkoblingen vil ikke endre turboladernes belastning og vil derfor ikke ha noen innflytelse på deres gang, slik at man får en praktisk talt umerkelig overgang fra den tilstand, hvori hjelpeblåserne bidrar til spyletrykk og luftmengde, til den tilstand, hvor turboladerne alene klarer hele blåserarbeidet. Ved full belastning kan man videre helt stanse hjelpeblåseren, slik at dennes effektforbruk bortfaller.

Når motoren har flere turboladere, men bare en enkelt hjelpeblåser, kan avløps-rørene for samtlige turboladere være forbundet til et felles rør, i hvilket der er anbrakt en kontraventil, og hjelpeblåseren er da tilkoblet dette felles avløpsrør i parallell med kontraventilen. Alternativt kan hver turbolader ha sin avløpsledning til mottageren, og det foretrekkes da ifølge oppfinnelsen at hjelpeblåseren er forbundet med samtlige turboladeres luftavløpsrør gjennom en felles innsugningsledning, og at sugeledningen til hjelpeblåseren fra turboladerne er slik utført og dimensjonert at motstandene i de enkelte avsnitt av sugeledningen som danner forbindelse mellom hjelpeblåseren og hver av turboladerne, tilnærmelsesvis er like store. Herved oppnås at trykkforholdene for alle turboladere

(forholdet mellom det absolutte trykk i

avløpsledningen og det absolutte trykk ved innsugningen) er de samme når hjélpeblåseraggregatet anvendes, og dette betin-ger at turboladernes omdreiningstall stort sett er like. Videre oppnås at tidspunktet for overgangen fra drift med hjélpeblåseraggregatet til drift med turboladerne alene blir likt for samtlige turboladere, hvorved nevnte overgang også ved denne utførelses-form blir praktisk talt umerkelig og ikke forårsaker instabilitet av turboladerne.

Hvis det er anbrakt en luftavkjøler i turboladerens forbindelsesrør til mottageren, kan kontraventilen ifølge oppfinnelsen hensiktsmessig være anbrakt etter kjøleren, dvs. slik at denne ligger mellom turboladeren og ventilen, mens hjelpeblåseraggregatets innsugningsrør er tilkoblet mellom kjøleren og ventilen. Herved oppnås det at hele den befordrede luftmengde i alle tilfelle vil passere kjøleren.

Ifølge en videre utformning av oppfinnelsen er hjélpeblåseraggregatet innrettet til endring av dets karakteristikk med henblikk på tilpasning av blåseraggregatet etter forskjellige driftsforhold, slik som ved særlig lav belastning, ved manøvrer og ved såkalt nøddrift (havari av en eller flere turboladere). Denne karakteristikkregulering kan ifølge oppfinnelsen f. eks. skje ved regulering av strømningsforholdene ved hjelp av et innstillbart ledeapparat ved blåser-innsugningen eller en innstillbar diffusor. Eventuelt kan karakteristikken for hjélpeblåseraggregatet reguleres ved endring av omdreiningstallet for hjelpeblåseraggregatets drivmaskineri.

Derved kan karakteristikken, som be-stemmer den innbyrdes sammenheng mellom blåsernes leveringsmengde og trykktil-vekst, tilpasses etter forskjellige driftsforhold til oppnåelse av det i hvert tilfelle mest hensiktsmessige tidspunkt for utkoblingen av blåsernes bidrag til luftleverin-gen, slik at der sikres en passende og god utnyttelse av blåseren og dermed besparelse i kraftforbruket. Herved kan man f. eks. også tilpasse blåseren til anvendelse både ved manøvrer og som nødblåser, hvis en eller flere turboladere skulle havarere. I så fall skal der presteres et høyere trykk for samme luftmengde, idet der ikke fås noe trykk fra turboladerne, slik at blåseren alene skal gi nødvendig trykk til å drive luften gjennom motorsylinderen og videre gjennom ekshaustturbinen. Videre kan det være en fordel ved drift under havaritilstander, hvor men med fordel leder ekshausten fra motorsylinderen utenom turbinen gjennom en særlig omløpsledning, at hjelpeblåseren kan tilpasses den derved forminskede mot-stand i systemet.

Motoren kan ifølge oppfinnelsen med fordel være utstyrt med to eller flere hjelpeblåsere — i alminnelighet vil to hjelpeblåsere være passende — som er slik innrettet og tilkoblet at de kan arbeide uten enkeltvis eller parallelt på en og samme sugeledning fra en eller flere turboladeres avløpsrør. En slik innretning er særlig hensiktsmessig ved skipsmotorer, på hvilke oppfinnelsen hovedsakelig tar sikte. Hjelpeblåserne arbeider fortrinnsvis enkeltvis ved manøvrer, hvor den enkelte blåser skal yte en relativt stor luftmengde ved lite trykkforhold, mens de fortrinnsvis arbeider parallelt ved nøddrift, hvor den enkelte blåser skal yte en relativt liten luftmengde ved stort trykkforhold. Idet hver enkelt av hjelpeblåserne dimensjoneres slik at den kan levere tilstrekkelig luft ved manøvre, vil en særlig reserveblåser ikke være på-krevd, idet en enkelt hjelpeblåser i tilfelle av havari på turboladerne vil være tilstrekkelig til å sikre skipet manøvredyktighet. Videre dimensjoneres hver enkelt hjelpeblåser også slik at den kan yte tilstrekkelig luftmengde og tilstrekkelig trykk ved nød-drift.

Hjelpeblåseraggregatets drivmaskineri, som f. eks. kan være en elektromotor, kan ifølge en videre utformning av oppfinnelsen være dimensjonert slik at den tillater start av og drift med hjélpeblåseraggregatet, mens forbrenningsmotoren arbeider med eller omtrent med sin fulle ytelse ved åpen kontraventil. Ved denne driftstilstand for-komprimeres luften som strømmer til hjélpeblåseraggregatet, av turboladerne, slik at dens vektfylde er større enn f. eks. ved start, hvor turboladerytelsen er minimal, hvilket gir en forøket belastning på hjélpeblåseraggregatet.

Overbelastning av drivmaskineriet ved start under de angitte omstendigheter kan alternativt ifølge oppfinnelsen hindres ved at der i hjelpeblåseraggregatets forbindel-sesrør er anbrakt en regulerbar strupeinn-retning.

Oppfinnelsen er vist på tegningen,

hvor:

fig. 1 rent skjematisk viser en utformning av arrangementet ifølge oppfinnelsen,

fig. 2 og 3 en del av en motor i hen-hold til en utførelsesform for oppfinnelsen, sett fra enden og fra siden.

I det i fig. 1 viste skjematiske arrange-ment betegner 1 en totaktsmotor, som f.eks. kan være av det slag som arbeider med motgående stempler. 2 betegner innsugningsledningen eller spyleluftmottageren, mens 3 betegner ekshaustledningen. 4 er en ekshaustturbin, fra hvilken ekshaustgassen går bort som angitt ved pilen 5. Utenom turbinen 4 er der ført en omløpsledning 4a. Turbinen 4 driver en blåser, turboladeren 6, som suger inn luft gjennom en ledning 7, og som avgir sin ydelse av trykkluft gjennom avløpsledningen 8. Utenom turboladeren 6 er der ført en omløpsledning 6a. I avløpsledningen 8 er det innskutt en kjøler 9 og etter denne en kontraventil 10. I hen-hold til oppfinnelsen er en hjelpeblåser 11 anbragt på en slik måte at dens innsug-ningsrør 12 er koblet til avløpsrøret 8 mellom turboladeren 6 og ventilen 10, ved den viste utførelsesform mellom nevnte ventil og kjøleren 9. Hjelpeblåserens avløpsrør 13 er koblet til turbolederens avløpsrør 8 etter ventilen 10, nemlig til den ende av dette som fører til innsugningsledningen eller spyleluftmottageren 2. Hjelpeblåseren 11 drives av en separat motor 15, som f. eks. kan være en elektromotor. I hjelpeblåserens innsugningsrør 12 er det anbragt en strupe-innretning, f. eks. i form av et regulerbart sp j ell 14.

Idet kontraventilen 10 lukker seg i ret-ningen mot turboladeren 6, vil den være lukket, såfremt turboladeren ikke er i stand til å levere luft i tilstrekkelig mengde og av tilstrekkelig trykk, idet hjelpeblåseren 11 da gjennom sitt innsugningsrør 12 vil suge luft fra avgangsrøret 8 og levere denne luft til sitt avgangsrør 13 og dermed til turboladerens avgangsrør 8 nedenunder ventilen 10 med et trykk som er større enn trykket over ventilen. Dette inntrer ved liten motorbelastning, f. eks. ved manøvrer, og hjelpeblåseren 11 virker da til å gi spyleluften det nødvendige trykk for en tilfredsstillen-de funksjon av motoren. Så snart motor-

belastningen er blitt tilstrekkelig høy — ved overgang til normal drift — kan turbolade-

ren 6 prestere luft i nødvendig mengde og av nødvendig trykk, slik at hjelpeblåserens assistanse ikke lenger er påkrevet, og ven-

tilen 10 åpner seg da som følge av det høy-

ere trykk på dens overside, hvorpå hjelpeblåseren vil arbeide uten å innvirke på det øvrige system. Såfremt ytterligere manøvre ikke kan ventes, kan man da stanse hjelpeblåseren. Når det igjen blir tale om man-

øvre, settes hjelpeblåseren påny i gang, og den vil da atter kunne assistere turbolade-

ren, idet ventilen 10 igjen lukkes, når turboladerens ydelse faller under en viss stør-

relse.

Ved hjelp av det innstillbare spjell 14

kan man regulere motstanden i hjelpeblåserens innsugningsrør 12.

Omløpsledningene 4a og 6a tjener til minskning av motstanden mot ekshaust fra motoren henholdsvis innsugning av luft i tilfelle av at turboladeren måtte være ha-

varert, idet hjelpeblåseren da alene må

sørge for spylelufttilførsel til motoren.

Ved de i fig. 2 og 3 viste utførelses-eksempler er det tildels benyttet samme betegnelser som i fig. 1. Ytterligere er det angitt et rom 9a mellom kjøleren 9 og kontraventilen 10, i hvilket rom innsugnings-

røret 12 fra hjelpeblåseren 11 er innført,

som angitt ved 12a.

Som angitt i fig. 3 er det forutsatt å

være to turboladeraggregater, som hvert er tilkoblet sin hjelpeblåser 11. De to innsug-ningsrør 12 er ført sammen i et stykke 16,

fra hvilket de igjen går bort fra hverandre,

og i dette stykke 16 er det anbragt en ventil eller klaff 17, som kan innstilles slik at det enten er avsperret til den ene eller annen av de to hjelpeblåsere, slik at kun en av disse arbeider sammen med de to turbola-

dere, eller også er forbindelse til begge hjelpeblåserne, slik at disse begge kan samar-

beide med de to turboladere.

Oppfinnelsen kan forøvrig i enkelthet-

ene utformes på forskjellige måter innen-

for de ved påstandene gitte rammer, f. eks.

som angitt tidligere.

Claims (8)

1. Totaktsforbrenningsmotor, spesielt skipsmotor, av den type som har dels en eller flere ekshaustturbindrevne blåsere, så-

kalte turboladere, som har tilstrekkelig kapasitet til ved normal motorbelastning å levere den fulle spyle- og ladeluftmengde til motorsylindrene, dels et hjelpeblåser-aggregat, som til supplering av turbolader- nes ytelse ved lavere motorbelastninger og manøvrer er innrettet til å innkobles etter turboladerne i serie med disse, karakterisert ved at hjélpeblåseraggregatet (11) består av en eller flere separat drevne roterende aksial- eller radialblåsere, hvis maksimale leveringsmengde er vesentlig mindre enn turboladernes samlede leveringsmengde ved full belastning av motoren, og at hjélpeblåseraggregatet er tilkoblet mellom turboladeren (6) eller turboladerne og en for flere motorsylindre felles spyleluft-mottager (2) i parallell med en i hver turboladers forbindelsesledning til mottageren anbrakt kontraventil (10).

2. Totaktsforbrenningsmotor ifølge på-stand 1 og av den type som har to eller flere turboladere, men bare en enkelt hjelpeblåser, karakterisert ved at denne hjelpeblåser er forbundet med samtlige turboladeres luftavløpsrør gjennom en felles innsugningsledning, og at sugeledningen til hjelpeblåseren fra turboladerne er slik ut-ført og dimensjonert at motstandene i de enkelte avsnitt av sugeledningen, som danner forbindelse mellom hjelpeblåseren og hver av turboladerne, tilnærmelsesvis er like store.

3. Totaktsforbrenningsmotor ifølge på-stand 1 eller 2, og hvor der i turboladerens forbindelsesrør til mottageren er anbrakt en luftavkjøler, karakterisert ved at kontraventilen (10) er anbrakt etter kjøleren (9), dvs. slik at denne ligger mellom turboladeren (6) og ventilen (10), mens hjelpeblåseraggregatets innsugningsrør (12) er tilkoblet mellom kjøleren og ventilen.

4. Totaktsforbrenningsmotor ifølge en eller flere av de foregående påstander, karakterisert ved at hjélpeblåseraggregatet er innrettet til endring av dets karakteristikk med henblikk på tilpasning av blåseraggregatet etter forskjellig artede driftsforhold, som ved særlig lav belastning, ved manøv-rering og ved såkalt nøddrift (havari av en eller flere turboladere).

5. Totaktsforbrenningsmotor ifølge på-stand 4, karakterisert ved at hjélpeblåseraggregatet er innrettet til regulering av aggregatets karakteristikk ved hjelp av et innstillbart ledeapparat ved blåserinnsug-ningen eller en innstillbar diffusor.

6. Totaktsforbrenningsmotor ifølge en eller flere av de foregående påstander, karakterisert ved at to hjelpeblåsere er slik innrettet og tilkoblet at de kan arbeide enten enkeltvis eller parallelt på en og samme sugeledning fra en eller flere turboladeres avløpsrør.

7. Totaktsforbrenningsmotor ifølge en eller flere av de foregående påstander, karakterisert ved at hjelpeblåseraggregatets drivmaskineri, f. eks. en elektromotor, er dimensjonert for å tillate start av og drift med hjélpeblåseraggregatet, mens forbrenningsmotoren arbeider med full ytelse ved åpen kontraventil.

8. Totaktsforbrenningsmotor ifølge en eller flere av påstandene 1—6, karakterisert ved en i hjelpeblåseraggregatets tilkob-lingsrør (12, 13) anbrakt regulerbar stru-peinnretning (14).