176063. lajstromszámú szabadalom • Berendezés belsőégésű motor fokozott hengerfeltöltésére
3 176063 4 körülmény nyomáshullámos gépekkel végzett kétfokozatú feltijltésnél 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 effektiv 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 kipufogó 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 működésének 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-hevítő 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 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. Z Az 1. igénypont szerinti berendezés kiviteli alakja. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
