160146. lajstromszámú szabadalom • Feltöltéses belső égésű motor, különösen feltöltéses jármű-diesel-motor
7 fordulatszámának állandó értéken való tartását. A találmány szerint kialakított belső égésű motor esetén alacsony motor fordulatszámok mellett löketenként nagyobb levegőmennyiségeket lehet lényegesen nagyobb nyomásokkal bevinni, amely nagyobb nyomások viszont megfelelően nagyobb üzemanyag-mennyiségek elégetését teszik lehetővé. Ennek az a következménye, hogy a motor kipufogó gázainak entalpiája alacsony motor -fordulatszámok mellett lényegesen nagyobb, mint nagy fordulatszámok esetén; a turbina számára rendelkezésre álló nyomásesés ebben a tartományban tehát alacsony fordulatszámok mellett lényegesen nagyobb, mint hagyományos motorok esetén. Ezt az összefüggést ábrázolja a 3. ábrán feltüntetett diagram, amelynek ordinátáján a H turbina* esést entelpia egységekben, abszcisszáján pedig az nr turbinafordulatszámot vettük fel. Az mj. HÍ2 és m3 vonalak paraméterekként a H és xij értékek változását mutatják állandó anyagátfolyás (kg/mp) függvényében. A középső m2 átfolyási vonalon az a és c üzempontokat a 2. ábrának megfelelően vettük fel, és. ebből jól felismerhető a c és a pontokban fellépő, lényegesen eltérő turbinaesés. Annak érdekében, ;hogy ezeket az eltérő turbinaeséseket jól átalakíthassuk, a találmány további javaslata értelmében a kipufogógáz turbinát előnyösen centripetális átfolyási iránnyal látjuk el, amelyet változó H esés mellett állandó m anyagátfolyásra terveztünk. Ez a turbina pl. csavarvonal alakú bevezetőházzal, lapátok nélküli terelőszerkezettel és meglehetősen nagy sugárirányú futókerékkel ellátott lehet (amely legalább 20%-kal nagyobb mint a szívócső kilépőoldalának átmérője), annak érdekében, hogy nagyobb turbina-fordulatszámok mellett a centrifugális erők által kiváltott nagyobb turbina visszahatást lehessen elérni, amely egyébként nagyobb esések esetén a beálló nagyobb anyagátfolyást fojtja. A terrnodinamikus összefüggéseket a 4. ábrán egy hőmérséklet (entalpia-entrópia-diagramon ismét feltüntettük. Az ordinátán a t hőmérsékleteket °C-ban, valamint a levegő, illetve a kipufogógázok entalpiáját, az abszcisszán pedig az ezekhez tartozó a entrópia-értékeket vittük fel; p0 , Pa és pc a levegő izobárjai,. ahol p 0 a környező levegő nyomása, pa az a üzempontbeli nyomás (2. ábra) és pc a c üzesmpontbeli nyomás. A volumetrikus sűrítő a O helyzetben (p0 , t 0 , So) levegőt szív és azt az a üzemipontban történt adiabatikus sűrítés után az av állapotba viszi át (pa , t av , s 0 ), amellyel a motorba szállítja, hogy végig menjen az abban, létesített körfolyamon. A hengerben végbemenő expanzió folyamán — amikoris a tökéletlen expanziót elhanyagoljuk — a kipufogógázok &T állapotban (pa , a kipufogó gáz hőmérséklet Ta g, Sí) távoznak a motorból és így kerülnek a turbinára, ahol az 1 állapotban (p0 , t 0 i, Sí) expandálnak. A turbina-esést tehát az ar—1 érték jellemzi. 8 A pc nyomásra való sűrítés esetén (a 2. ábrabeli c üzempontnak megfelelően) a levegő a c„ állapotnak (pc , t cv , S 0 ) megfelelően lép be a motorba és a kiipufogó-gázok — expanzió után S —* ugyanazon a tag kipufogógáz hőmérsékleten a cr állapotot (pc , tag , S2) érik el, amely a turbinában való expanzió esetén a p0 nyomásra való nagyobb cr—2 esést teszi lehetővé. Az av —<0 és az aj—1 szakaszoknak az a, illetve a lü Cv—0 és CT—1 szakaszoknak a c üzempontban való összevetése nyilvánvalóvá teszi, hogy a „kipufogó-gázturbina Föttinger-átalakító — kiszorításos szivattyú"-rendszer esetén 50%-os összhatásfok elegendő ahhoz, hogy azt energiáig -ellensúlyban lehessen tartani. Az 5. ábrán feltüntetett diagramban a hidrodinamikus energia-átviteli berendezés számára, amely előnyösen egy Föttinger-átalakító lehet, mutatja a hatásfok és forgatónyomaték viszony 2fl lefutását a fordulatszám függvényében. Ha n/,; a hidraulikus turbina fordulatszámát, n/,.p a hidraulikus szivattyú fordulatszámát, MU/ a hidraulikus turbina forgatónyomatékát és Mhp a hidraulikus szivattyú forgatónyomatékát jelenti, 2= akkor a fordulatszám-viszony, a forgatónyomaték-viszony, és az átalakító hatásfoka. 30 Minthogy a hidraulikus szivattyú a kipufogógázturbina forgórészével mereven kapcsolt, az a üzempontnak, amelynél a kipufogógázturbina kisebb fordulatszámon dolgozik,; az átalakító . nagyobb fordulatszám-viszonya felel meg, a c üzempontnak pedig a kisebb c fordulatszámviszony. Ha mármost a fenti példa szerint a feltöltő szivattyúnak állandó motor-teljesítmény elérése végett állandó fordulatszámon kell jár-40 nia, akkor az átalakító turbinakerekét úgy kell méretezni, hogy a hidraulikus szivattyú változó UhP fordulatszámai mellett állandó nnt fordulatszámmal forogjon. Amint a diagramból kitűnik, a jelleg-változáshoz csak kis fordulatszám-viszony tartomány szükséges, amely a hatásfok maximumot magában foglalja. A 6. ábrán a találmány szerinti feltöltő aggregát kiviteli példáját tüntettük fel, az. alábbi jelölésekkel: A centripetális felépítésű 10 kipu-50 fogógáz-turbina, a kipufogógázturbina csavarvonal alakú 11 beömlőháza, amelynek 12 futó-V kereke a kis értékű na = — „, — értékre van 74 méretezve és amelynek Da külső átmérője 20%kal nagyobb, mint a kilépő oldal végén levő D; belső átmérő, úgy hogy nagy turbinafordulatszámok esetén kellő- nagyságú turbina-visszahatás keletkezzék. A 13 tengely révén a 12 turbinakerék az 56 Föttinger-átalakító 14 szivattyú kerekével mereven van kapcsolva. Ez a 14 szivattyú- vagy propellerkerék nagy n0 értékre van tervezve. A munkaközeg a 15 nyíl irányában körío-65 lyam'ban áramlik és ennek során először a 16 4
