FI66235B - Avgasserie foer en kompressormatad foerbraenningsmotor - Google Patents

Description

E3r71 M ««KUULUTUSJULKAISU -ς JOTg W 01) UTLÄGG NINGSSKAI FT 6 623b ^ ^ (51) K*.«i/ta*.a.3 F 01 N 7/10 SUOMI—FINLAND <*) n.-»·-^-*****^ 780227 (M) Hilu·!· IM — AwBh«llnM<n 2^* .01.78 (23) AMmHM—GMt%iMt>ia« 24.01.78 (41) Τ·Νκ—MvfcaftMtag 25.07.78

Ia ·ΙιΙ·4··Ιί·Ι1Ι>·ΐί

Patut» och mlmritynhl ' ’ AimDkm od> wcUtolftiii^JwilMftrf 31.05-84 (32)(33)(31) »rt»· l««iN»rtoHm 24.01.77

Ranska-Frankrike(FR) 7701937 (71) Society d'Etudes de Machines Thermiques S.E.M.T., 2, Quai de Seine, 93202 Saint-Denis, Ranska-Frankrike(FR) (72) R£mi Curt M, Eaubonne, Ranska-Frankr ike(FR) (74) Oy Borenius S C:o Ab (54) Pakosarja kompressori syöttöistä polttomoottoria varten -Avgasserie för en kompressormatad förbränningsmotor

Keksinnön kohteena on laite pakokaasujen johtamiseksi polttomoottorin pakosarjassa, ja varsinkin keksinnön kohteena on laite painevärähtely-jen vaimentamiseksi kompressorisyöttöisen polttomoottorin sylinteri-rivin useita ja sopivasti 4...10 sylinteriä käsittävässä pakosarjassa.

On ensikädessä tärkeää määritellä ne pakokaasujärjestelmät, joita käytetään polttomoottoreissa, joissa on pakokaasujen käyttämä, turbo-kompressori tyyppiä oleva kompressorisyöttöporras, nimittäin - pakokaasujärjestelmät, jotka perustuvat paineaaltojen vaikutukseen, - pakokaasujärjestelmät, jotka perustuvat likimain vakiona pysyvän paineen käyttämiseen, - pakokaasujärjestelmät, joissa on impulssien muuntolaite.

Paineaaltojen perusteella toimivassa pakokaasujärjestelmässä on moottori varustettu useilla pakosarjoilla samassa sylinteririvissä ja myös varustettu useilla turbiinien sisäänvirtauskohdilla. Tämäntyyppisessä kompressorisyöttöjärjestelmässä on saatu yhdistetyksi minimaaliset tehonmenetykset siinä vaiheessa, jossa kaasut johdetaan sylintereistä turbiineihin, ja sylinterien hyvä tyhjäksi puhaltaminen, mikä on edullista kaikilla kuormituksilla, mutta ennen kaikkea pienillä kuormi- 2 66235 tuksilla, jolloin tämä on erikoisen tärkeää. Tässä tapauksessa kuitenkin teho joutuu turbiiniin sykintöinä eli pulsseina ja tämä johtaa turbiinin sitä pienempään hyötysuhteeseen mitä pienempi sen syöttö on.

Vakiopaineen käyttöön perustuvissa pakokaasujärjestelmissä käytetään sen sijaan yhtä ainoaa pakosarjaa vähintään yhtä sylinteririviä varten, minkä ansiosta voidaan saavuttaa pakokaasujen sisältämän tehon optimaalinen hyödyksikäyttö turbiinissa, mutta kuitenkin vain huomattavan tehonmenetyksen kustannuksella kaasujen virtausvaiheen aikana. Tämän lisäksi sylinterien tyhjäksipuhaltaminen tapahtuu rajoitetusti, joka ilmiö on erikoisen huomattava ja epäedullinen osakuormituksilla.

Käytettäessä puolestaan sellaista pakokaasujärjestelmää, joka perustuu pulssien muuntamiseen, on moottori varustettu useilla pakosarjoilla, jotka ejektoreiden kautta avautuvat sekoitusputkeen, joka puolestaan on yhteydessä väliin sijoitettuun hajotuslaitteeseen, joka sijaitsee ennen turbiinin sisäänvirtauskohtaa. Tämän järjestelmän ansiosta voidaan saavuttaa turbiinin hyvä syöttö ilman, että tämä liian haitallisesti vaikuttaa sylinterien tyhjäksipuhaltamiseen. Tällainen järjestelmä on näin ollen molempien muiden edellä mainittujen pakokaasu-järjestelmien välityyppi, mikä kuitenkin on saavutettu pakokaasujen virtauksen aikana esiintyvien tehonmenetysten kustannuksella. Tällaisessa järjestelmässä esiintyy kuitenkin samat aaltojen heijastumisesta aiheutuvat ongelmat kuin käytettäessä niitä pakokaasujärjestelmiä, joiden toiminta perustuu paineaaltoihin. Kompromissi, johon on ryhdytty kuristamalla virtauspoikkileikkausta jokaisen pakosarjan päähän sijoitetun ejektorin luona (turbiinin puolella) pakosarjan eristämiseksi toisesta pakosarjasta, johtaa heijastuneiden aaltojen syntymiseen, joka varsinkin häiritsee etäimmällä sijaitsevien sylinterien tyhjentymistä. Tästä syystä ei pienillä kuormituksilla eikä siis kiihdytettäessä ole mitään hyötyä tästä järjestelmästä verrattuna pakosarjaan, jossa paine pysyy vakiona. Lisäksi on huomattava, että väliin sovitettujen hajotuslaitteiden läsnäolo voi aiheuttaa vaikeuksia niiden etujen asemesta, joita yritetään saavuttaa tällaisessa pakokaasujärjestelmässä.

On yritetty parantaa kaasujen virtausta sellaisessa pakosarjassa, jossa paine pysyy likimain vakiona varsinkin kompressorisyöttöisessä moottorissa, kehittämällä ejektorivaikutus kohdassa, jossa jokainen liitos-putki on yhdistetty vastaavan sylinterin kanteen ja käyttämällä yhtä ainoaa pakosarjaa vähintään yhtä sylinteririviä varten. Tätä varten 3 66235 on iokainen liitosputki suunniteltu siten, että kaasujen aksiaalinen nopeus pakosarjassa ja kaasujen nopeus putkistossa liitoskohdan alueella on likimain samansuuntainen, kuten on selitetty varsinkin US-patentissa no. 3.380.246.

Lisäksi on tätä ratkaisua käytettäessä, tarkoituksella rajoittaa mahdollisimman paljon painehäviötä ja kaasuvirtojen irtoamista liitosputkissa, jokaisen putken poikkileikkauspinta tehty sellaiseksi, että se jatkuvasti pienenee kaasujen virtaussuunnassa.

On kuitenkin huomattava, että tämä jokaisen putken poikkileikkaus-pinnan jatkuva pieneneminen antaa lopputuloksena liitosputkiston suhteellisen suuren pituuden.

Suurissa moottoreissa aiheuttaa huomattavasta tilansäästöstä huolimatta yhden ainoan pakosarjan käyttäminen sylinteririviä kohden huomattavia ongelmia, jotka koskevat tämän pakosarjan kannattamista, ja edelleen on vaikeaa liittää pakosarjan eri osat yhteen samansuuntaisina laajenemiskäyriä käyttäen. Moninkertaiseen pakosarjaan verrattuna aiheuttaa tämän pakosarjan siirtyminen aksiaalisuunnassa lämpölaajenemisten takia sitä paitsi vaikeuksia.

Keksinnön tarkoituksena on poistaa nämä haitat kehittämällä pakokaasu järjestelmä, joka on riippumaton sylinterien lukumäärästä, jolloin saadaan yhdistetyksi paineaaltojen hyväksikäyttöön perustuvan pakosarjan ja ennestään tunnetun likimain vakiopaineisen pakosarjan edut.

Tätä varten keksinnön kohteena on pakosarja polttomoottoria varten, jota kompressorisyöttää pakokaasuturbiinin käyttämä kompressorisyöttölaite, jossa on pakosarjaputki, jonka halkaisija on supistettu ja joka on koottu modulimaisesti, ja joka syöttää kompressorisyöttölaitteen turbiinia pakokaasuilla ja on yhdistetty yhden sylinteririvin kaikkiin sylintereihin lyhyillä liitos-johdoilla, joissa on ejektoriputket kaasujen suurentuneen virtaus 4 66235 nopeuden kehittämiseksi pakosarjaputkessa. Tämä pakosarja tunnetaan siitä, että pakosarjaputki on suljettu turbiinista poispäin olevassa päässään, että ejektoriputket on tehty lyhyinä putkina välittömästi liitosputken ja pakosarjaputken välisen suuaukon alueella, ja että pakosarjaputken poikkileikkaus on koko pituudeltaan vakio, ja että sen halkaisijan suhde moottorin sylinterien poraukseen on rajoissa 0,3...0,75.

Keksinnön erään toisen tunnusmerkin mukaan ejektoriputkien lähtö-päiden poikkileikkaus on rajoissa 0,3...0,8, edullisesti rajoissa 0,4...0,5 liitosputkien poikkileikkauksesta moottorin puolella.

Keksinnön erään toisen tunnusmerkin mukaan pakosarja saa jäykän ja välittömän kannatuksensa sylinterikansista liitosputkien välityksellä.

Keksinnön erään toisen tunnusmerkin mukaan pakosarjan lähtöpää on yhdistetty suoraan turbiiniin johdolla, kierukalla tai senkaltaisella, jonka kaasujen virtauspoikkileikkaus on vakio tai pienenee vähitellen pakosarjan lähtöoäästä turbiinin roottoriin asti.

Keksinnön muut tunnusmerkit ilmenevät oheisista patenttivaatimuksista.

Keksinnön erään edullisen ratkaisun mukaan suurennetaan pako-venttiilin avautumisen ja sylinterin männän alapuolisen kuolo-kohdan välillä jokaisessa liitosputkessa vallitsevaa alkuperäistä vastapainetta, mikä on eduksi, koska täten voidaan huomattavasti vähentää niitä väistämättömiä tehonmenetyksiä, jotka aiheutuvat jokaisen sylinterin ja jokaisen liitosputken välisestä yhteenliittymisestä pakoventtiilien virtauskanavan alueella.

5 66235

Keksinnön erään toisen edullisen ratkaisun mukaan alennetaan sylinteristä lähtevien ja turbiiniin virtaavien pakokaasujen lämpötilaa 30...40° verrattuna ennestään tunnettuun pakosarjaan.

Keksinnön eräs toinen etu on, että pakoventtiilien lämpötila alenee noin 50...60°, verrattuna ennestään tunnettuun pakosarjaan.

Keksinnön erään toisen edun mukaan saadaan syntymään entistä parempi tyhjeneminen, joka lisäksi tapahtuu likimain samalla tavoin kaikissa sylintereissä, minkä ansiosta voidaan pienentää moottorin ominais-kulutusta noin 2...3% hajotinta käyttämättä, ja 5...6% hajotinta käytettäessä.

Keksinnön erään toisen edun mukaan voidaan hajotinta käyttämällä pienentää pakosarjassa vallitsevaa staattista keskipainetta noin 10%, mikä puolestaan myös antaa tulokseksi sylinterien entistä paremman tyhjenemisen.

Keksinnön erään toisen tunnusmerkin mukaan saadaan sylinterit paremmin puhalletuiksi tyhjiksi pienillä kuormituksilla, ja täten saavutetaan kyky selviytyä kuormituksista, joka on verrattavissa sellaiseen pako-sarjaan, jossa käytetään pulssien muunninta, ja joka on parempi kuin sellaisen pakosarjan, joka perustuu likimain vakiona pysyvän paineen käyttöön, mikä samalla vähentää likaantumisvaaraa.

Keksinnön ansiosta voidaan tällaisen pakosarjan avulla käyttää turbo-puhallinta entistä suuremmilla nopeuksilla.

Keksinnön toisena etuna mainittakoon, että käyttämällä poikkileikkauksiltaan voimakkaasti kuristettuja johtoja voidaan vähentää liitos-putkistojen pituutta ja näin ollen parantaa kaasujen ejektorivaikutusta kohdissa, joissa ne virtaavat pakosarjaan.

Keksinnön toisena etuna mainittakoon, että käyttämällä poikkileikkauksiltaan voimakkaasti kuristettuja johtoja voidaan vaimentaa niitä painevärähtelyjä, joita syntyy pakosarjassa sen jälkeen, kun jokaiseen johtoon poistuvien kaasujen kineettinen energia on saatettu siirtymään pakosarjassa oleviin kaasuihin.

Keksinnön erään toisen edun mukaan voidaan optimoida avautuminen pako- 6 66235 sarjaan sen ansiosta, että kaikki sylinterit tyhjenevät samalla tavalla.

Keksinnön vielä erään toisen edullisen ratkaisun mukaan saadaan siinä tapauksessa, että pituudeltaan suuri pakosarja on jaettu osiin, nämä pakosarjan osat liitetyiksi sopivasti likimain samanlaiseen liitos-putkeen, mikä helpottaa tällaisen pakosarjan rakentamista. Liitos-putkien ja pakosarjan mittojen pieneneminen vähentää lisäksi tilantarvetta ja alentaa huomattavasti valmistuskustannuksia.

Keksinnön muut edut, tunnusmerkit ja yksityiskohdat selitetään seuraa-vassa lähemmin oheisten piirustusten perusteella.

Kuvio 1 esittää pituusleikkauksena keksinnön mukaisen pakosarjan erästä osaa ja kuvaa keksinnön ensimmäistä suoritusmuotoa.

Kuvio 2 esittää kuvion 1 viivan II-II kohdalta tehtyä leikkausta.

Kuvio 5 esittää sivulta katsottuna osakuviona kompressorikäyttöistä polttomoottoria varten tarkoitettua keksinnön mukaista pakosarjaa.

Kuvio 4 esittää sivulta katsottuna osakuviona pakosarjan erästä osaa ja siihen liittyviä liitosjohtoja, ja havainnollistaa keksinnön erästä toista suoritusmuotoa.

Kuvio 5 esittää pituusleikkauksena pakosarjan osaa ja liitosputkea, ja havainnollistaa keksinnön erästä kolmatta suoritusmuotoa.

Kuvio 6 esittää kuvion 5 nuolen VI suunnassa päästä päin katsottua pakosarjaa ja havainnollistaa kunkin putken liittämistä pakosarjaan.

Kuvio 7 esittää kuvion 5 viivan VII-VII kohdalta tehtyä leikkausta.

Kuvio 8 esittää pakosarjaa päästä päin katsottuna ja siihen kuuluvaa liitosputkea, ja havainnollistaa keksinnön erästä neljättä suoritusmuotoa.

Kuvio 9 esittää kaavallisesti pakosarjayhdistelraää ja havainnollistaa erästä yksinkertaisempaa suoritusmuotoa.

Kuvio 10 esittää kaaviollisena poikittaisleikkauksena pakosarjan erään osan toista parannettua suoritusmuotoa.

4 7 66235 l

Kuvio 11 esittää päästä päin pakosarjan erästä toista suoritusmuotoa.

Kuvio 12 esittää kuvion 11 viivan XII-XII kohdalta tehtyä pakosarjan osan poikittaisleikkausta.

Kuvio 13 esittää kuvion 12 viivan XIII-XIII kohdalta tehtyä osaleikkausta.

Kuvio 14 havainnollistaa graafisesti sylinterissä vallitsevia paine-olosuhteita, tämän sylinterin liitosputkessa vallitsevaa painetta, kompressoripainetta hajottimella varustetussa keksinnön mukaisessa pakosarjassa männän sylinteriasennon funktiona, jolloin tämä asento on merkitty kampiakselin kulmina.

Kuvio 15 esittää kuvion 14 kaltaisia käyriä paineaaltojen perusteella toimivaa pakosarjaa varten.

Kuvio 16 esittää graafisesti keksinnön mukaisella pakosarjalla varustetun kuvion 14 käyrien mukaan toimivan polttomoottorin pienpaineista vaihetta.

Kuvio 17 esittää graafisesti paineaaltojen perusteella toimivalla pakosarjalla varustetun, kuvion 15 käyrien mukaisen polttomoottorin pienpainevaihetta.

Kuvio 18 esittää kaaviollisesti päästä päin katsottuna pakosarjan lähtöpään liittämistä kompressoriturbiiniin ja havainnollistaa keksinnön erästä ensimmäistä suoritusmuotoa.

Kuvio 19 esittää kaaviollisesti turbiinin yhteyteen asennetun kierukan poikittaisleikkausta.

Kuvio 20 esittää kaaviollisesti kuvioiden 18 ja 19 näyttämää kierukkaa tasoon piirrettynä.

Kuvio 21 esittää kaaviollisesti tämän liitoskierukan erästä toista suoritusmuotoa, joka on muodostettu kahdesta puolikierukasta, jotka on liitetty yhteen ja eristetty toisistaan.

Kuvio 22 esittää kaaviollisesti kuvion 21 mukaista kierukkaa tasoon levitettynä.

8 66235

Kuvio 23 esittää kaaviollisesti liitoskierukan erästä toista suoritusmuotoa, joka on muodostettu kahdesta puolikierukasta, jotka on liitetty yhteen ja saatettu yhteyteen keskenään.

Kuvio 24 esittää kaaviollisesti kuvion 23 mukaista kierukkaa tasoon levitettynä.

Kuvio 25 esittää kaaviollisena poikittaisleikkauksena erästä toista tapaa liittää pakosarjan lähtöpää turbiiniin.

Kuvio 26 esittää kuvion 25 viivan XXVI-XXVI kohdalta tehtyä leikkausta.

Keksinnön mukaan tarkastetaan seuraavassa polttomoottoria, joka on varustettu yhdellä ainoalla pakosarjalla vähintään yhtä sylinteririviä varten. Moottori on tyyppiä, jossa käytetään pakokaasujen käyttämää turbokompressoria.

Kuvioiden 1...3 mukaisessa pakosarjassa 1, joka edustaa keksinnön erästä ensimmäistä suoritusmuotoa, on esim. useita samanlaisia väli-lohkoja 2, lukuunottamatta ensimmäistä lohkoa (ei näytetty), joka sijaitsee turbopuhallinta 3 vastapäätä olevassa päässä, ja joka on varustettu sulkukannella. Viimeisen lohkon 2 ja turbopuhaltimen 3 väliin on sovitettu liitin 4, jona sopivasti voi olla hajotin, joka voidaan vaikeuksitta sijoittaa paikalleen, kun otetaan huomioon keksinnön mukaisen pakosarjan avulla aikaansaatu tilansäästö. Pakosarjan eri lohkot 2, nimittäin yksi lohko sylinteriä kohden, sijaitsevat aksiaalisesti samalla linjalla ja ovat parittain liitetyt yhteen segmenttirenkailla 5 tai ennestään tunnetuilla paisuntakappaleilla.

Pakosarjan jokaisessa lohkossa 2 on pääjohto 6, joka toisessa päässään päättyy liitoslaippaan 7 (esim. turbopuhallinta 3 vastapäätä olevalla puolella).

Pakosarjan jokaisen lohkon 2 yhteydessä on liitosputki 8 yhdistetty vastaavan sylinterin kanteen 9. Jokainen liitosputki 8 on muodostettu lieriömäisestä elementistä 10, joka on asennettu samankeskisesti pääjohdon 6 ulkopuolelle päästään, joka on vastapäätä sen liitoslaippaa 7· Lähemmin selitettynä on tämän lieriömäisen elementin 10 ulkopinta (pääjohdon 6 laipan 7 puolella) yhdistetty pääjohtoon 6, kun taas sen toinen ulkopinta on vapaa ja ulottuu hiukan tämän johdon vapaan ääri- 9 66235 pinnan ohitse. Tähän lieriömäiseen elementtiin 10 avautuu kohtisuorasti sen akselia vastaan toinen lieriömäinen elementti 11, joka on hyvin lyhyt, ja joka on puolestaan yhdistetty sinänsä tunnetulla tavalla vastaavan sylinterin kanteen 9#

Pakosarjan kahden lohkon 2 yhdistämiseksi käytetään rengaskappaletta 12, joka muodostaa ejektorin, jonka toisessa päässä on laippa 13, joka on tarkoitettu yhteistoimimaan viereisen pakosarjan lohkon 2 laipan 7 kanssa segmenttirenkaan 5 välityksellä. Rengaskappaleen 12 toisessa päässä on lieriömäinen osa 14, jonka kehäpinta on kierteitetty ja kierretty elementin 10 vapaaseen päähän.

Rengaskappale 12 muodostaa paikalleen sijoitettuna ejektorin siten, että pääjohdon 6 vapaa pää työntyy osittain tähän rengaskappaleeseen 12 joutumatta kosketukseen sen kanssa. Täten muodostuu kaasujen virtaus-suunnassa rengasmainen virtauskanava 15, minkä jälkeen seuraa rengas-kappaleen 12 kohdalla täyteläinen virtauskanava.

Tarpeen vaatiessa voi rengaskappalee11a olla erilainen sisäprofiili siten, että voidaan suurentaa tai pienentää rengasmaisen virtauskanavan 15 poikkileikkausta, jonka läpi pakokaasut virtaavat. Tämän kappaleen sisäprofiilin ansiosta voidaan myös vaihdella pakokaasujen tulokulmaa pakosarjan akseliin nähden. Tämä kulma on sopivasti suunnilleen 0°.

Kuviossa 4 on esitetty erään toisen suoritusmuodon mukaisen pakosarjan 1 lohko 2. Samaan lohkoon 2 avautuu esim. kaksi liitosputkea 20 kaarevina liitosjohtoina, joilla on kuristettu poikkileikkaus, ja jotka ovat hyvin lyhyet. Tässä suoritusmuodossa on jokainen putki yhdistetty hitsaamalla pakosarjaan ja se avautuu enemmän tai vähemmän toisella päällään lohkon 2 pääjohdon 6 sisätilaan. Jokaisen tällaisen liitos-johdon kaarevuus on tietenkin sellainen, että pyritään pienentämään jokaisesta liitosputkesta tulevien kaasujen ja pakosarjassa virtaavien kaasujen välistä kohtaamiskulmaa. On huomattava, että tässä tapauksessa käytetään täydellistä läpivirtaus-poikkileikkausta kaasuja varten jokaisen liitosputken ja pakosarjan välisessä liittymiskohdassa.

Kuvioissa 5...7 on näytetty erään kolmannen suoritusmuodon mukaisen pakosarjan lohko 2, jossa on liitosputki 30. Tämäkin liitosputki 30 on poistojohdon muotoinen ja se muistuttaa kuvion 1 näyttämän ensimmäisen suoritusmuodon mukaista liitosputkea, mutta tässä tapauksessa 66235 ejektorin 12 muodostava kappale on suoraan kiinnitetty tai sisällytetty liitosputkeen. Pakokaasujen virtaussuunnassa saadaan pakosarjan lohkon pääjohdon 6 ympärille muodostumaan rengasmainen virtauskanava 33, joka on suipennettu sillä puolella, joka on poistojohdon sisäänvirtausaukkoa vastapäätä, rengasmainen jatkuvasti suippeneva virtauskanavan osa, ja lopuksi koko poikkileikkauksen omaava virtauskanava 32, kohdassa, jossa liitosputki yhtyy pakosarjaan. Jokainen liitosputki 30 ja pakosarjan pääjohto 6 on yhdistetty toisiinsa kiertämällä kannattimen 34 ja ruuvin 35 avulla, siis ei hitsaamalla.

Kuvio 8 esittää kaaviollisesti päästä päin katsottuna pakosarjan lohkoa 2, jossa on keksinnön erään neljännen suoritusmuodon mukainen liitos-putki 40, joka eroaa muista suoritusmuodoista pääasiallisesti siinä suhteessa, että jokaisen liitosputken ja pakosarjan välinen virtaus-kanava 41 on vain osittain rengasmainen.

-Jokaisessa suoritusmuodossa on näin ollen jokainen liitosputki (0, 20, 30, 40) muotoiltu poistojohdoksi. Muodostuneen virtauskanavan kuristu-rnissuhde poikkileikkauspinnan (pakosarjan puolella) ja poikkileikkaus-pinnan (sylinterin p-uolella) on rajoissa 0,3...0,8, sopivasti 0,4...0,5.

Keksinnön mukaisen pakosarjan avulla voidaan pienentää pakosarjan sisä-halkaisijaa varsin huomattavasti, verrattuna sellaiseen pakosarjaan, jossa paine on likimain vakio ennestään tunnetulla tavalla, ja tämä halkaisija valitaan siten, että sen ja sylinteriporauksen halkaisijan suhde on rajoissa 0,30...0,75.

On myös huomattava, että kaikissa selitetyissä suoritusmuodoissa on liitosputkien pituus pieni, minkä ansiosta voidaan välttää paisunta-palkeiden käyttämistä, ja näin ollen tämänkaltainen liitosputki voidaan yhdistää moottorin kanteen siten, että se suoraan kannattaa pakosarjan vastaavaa osaa. Tätä helpottaa lisäksi se seikka, että on huomattavasti pienennetty pakosarjan sisähalkaisijaa.

Jeuraavassa selitetään kuvioiden 9...13 perusteella keksinnön mukaisen pakosarjan eräitä yksinkertaistettuja ja parannettuja suoritusmuotoja.

Kuvio 9 esittää yhdistelmänä kahta pakosarjaa 70, jotka kumpikin on yhdistetty sellaisen polttomoottorin sylinteririviin, jossa sylinterit on sovitettu V-muotoon, ja moottorin kummassakin sylinteririvissä on vähintään neljä sylinteriä. Jokainen pakosarja 70 on muodostettu „ 66235 tietystä lukumäärästä erillisiä lohkoja 71, 72, 73 ja 74, jotka on päittäin sijoitettu samalle linjalle ja yhdistetty liitoskappaleiden 73 avulla, jotka voivat olla esim. segmenttirenkaita tai paisunta-liitoksia. Pakosarjan lohkon kumpikin pää on puristusrenkailla 76 yhdistetty liitoskappaleen 75 vastaavaan päähän.

jNnsimmäinen lohko 72, joka muodostaa pakosarjan 70 suljetun ääripään, on toisesta päästään 77 suljettu ja yhdistetty vastakkaisesta päästään seuraavaan lohkoon 71 mainitun liitoskappaleen 75 välityksellä. Pakosarjan 70 viimeistä edellinen lohko 73 on taivutettu polveen, jotta molemmat pakosarjat 70 voitaisiin sijoittaa ristiin kuvion 9 näyttämällä tavalla, ja pakosarjan lähtöpäänä toimiva viimeinen lohko 74 on tarkoitettu yhdistettäväksi kompressoriturbiinin sisäänmenoon.

Pakosarjan jokainen lohko 71, 72 ja 73 on valettu samana kappaleena liitosputken 78 kanssa, joka yhdistää sen vastaavaan sylinteriin.

Nähdään, että pakosarjan 70 eri lohkot on kauttaaltaan tehty keksinnön tunnusmerkkien mukaan, ja että varsinkin jokainen liitosputki 78 muodostaa poisto johdon, jonka lähtöpään poikkileikkaus (pakosarjan puolella) ja sisääntulopään poikkileikkaus (sylinterin puolella) ovat keskenään suhteessa 0,3...0,8, sopivasti 0,4...0,5. Pakosarjan 70 sisähalkaisijän ja sylinterien porauksen suhde on rajoissa 0,30...0,75. Nähdään myös, että pakokaasujen virtauskanavan poikkileikkaus pako-sarjassa 70 on vakio ja saman muotoinen pakosarjan koko pituudelta.

Näissä pakosarjoissa 70 samoin kuin molemmissa niissä suoritusmuodoissa, jotka selitetään kuvioiden 10...13 perusteella, on kulma, jonka pako-sarjan lohkon pituusakseli muodostaa sen liitosputken akselin kanssa, joka yhdistää sylinterin pakosarjan sisäänmenoon, sopivasti suuruusluokkaa noin 30°.

Pakosarjan kaksi erikoista suoritusmuotoa selitetään seuraavassa yksityiskohtaisemmin kuvioiden 10...13 perusteella.

Pakosarjan 80 kuvioissa 10 näytetty lohko on tarkoitettu moottoria varten, jonka sylinterit on sovitettu V-muotoon. Tämän pakosarjan poikkileikkaus on yleisesti ympyrämäinen, ja siinä on samana kappaleena liitosputki 81, joka on likimain suora ja sangen lyhyt. Kuten edellä jo mainittiin, on kulma, jonka pakosarjan lohkon 80 pituusakseli 82 12 66235 muodostaa liitosputken 81 pituusakselin 83 kanssa kohdassa, jossa tämä liitosputki liittyy pakosarjaan, noin 30°. Pakosarjan lohkon 80 kummassakin päässä on ensimmäinen ympyrämäinen laippa 84, joka voidaan ruuvien avulla tai käyttämällä puristusrengasta yhdistää pakosarjan viereiseen lohkoon, ja toinen ympyrämäinen taaksepäin sijoitettu laippa 85. Viivat 86 ja 87 osoittavat kaaviollisesti liitosputken 81 pään ja pakosarjan lieriömäisen lohkon 80 välistä leikkausta.

Kuviot 11...13 esittävät kaaviollisesti pakosarjan tällaieen lohkon erästä toista suoritusmuotoa, joka on tarkoitettu sellaista moottoria varten, jonka sylinterit sijaitsevat yhdessä rivissä. Pakosarjan likimain lieriömäisen lohkon 90 poikkileikkaus on ympyrämäinen ja se on tehty samana kappaleena liitosputken 91 kanssa, jolla tämä lohko yhdistetään vastaavaan sylinteriin, joka päättyy laippaan 92, joka kiinnitetään moottorin kanteen. Kuvioista 11 ja 12 nähdään, että liitos-putki 91 ei ole likimain suoraviivainen, kuten kuvion 10 näyttämässä tapauksessa, vaan että se päinvastoin on kaareva oikealle, ja kuvio 13 näyttää tämän liitosputken sen pään poikkileikkausta, jolla se avautuu pakosarjan lohkoon 90. Kuten edelläkin on tämän lohkon 90 kummassakin päässä ympyrämäinen laippa 93, jonka avulla lohko voidaan yhdistää pakosarjan viereiseen lohkoon tai väliliitoskappaleeseen puristus-renkaan avulla.

Kuvio 14 esittää eri pieniin paineisiin rajoitettuja painekäyriä kampi-akselin kulmien funktiona, jolloin männän yläpuolinen kuolokohta vastaa kulmaa 0°. Käyrästöön on merkitty pakoventtiilin avautumisajankohta (OE), imuventtiilin avautumisajankohta (OA), pakoventtiilin sulkeutu-misajankohta (FE) ja imuventtiilin sulkeutumisajankohta (FA) suhteessa kampiakselin kulma-asentoihin.

Paksuin kokoviivoin on piirretty sylinterissä mitattu paine (käyrä A), vähemmän korostetuin kokoviivoin on piirretty pakokaasujen paine mitattuna sylinterien lähtöpäässä olevissa liitosputkissa (käyrä B), katkoviivoin kompressorin paine mitattuna tulokokoojaputkessa (käyrä C) ;ja sekaviivoin pakokaasujen paine ilman e jek tori vaikutus ta liitos-putkien alueella (käyrä D).

Tutkittaessa kuvion 14 käyriä (ilman hajottimen käyttöä) havaitaain, että pakoventtiilin avauduttua (-240°) alkaa moottorin toimintajakson pakovaihe ja syntyy paineaalto eli pulssi (käyrä B) vastaavan sylinterin 13 66235 liitosputkessa. Tämän paineaallon amplitudi suurenee suhteellisen nopeasti (nousurintama suhteellisen jyrkkä), ja paine saavuttaa maksiminsa männän alapuolisen kuolokohdan läheisyydessä (-80°), Tästä hetkestä alkaen paineaalto pienenee ja sen laskurintama on vähemmän jyrkkä kuin nousurintama, minkä jälkeen seuraa, sylinterissä vallitsevan paineen pieneneminen (käyrä A). Tämä pieneneminen tapahtuu suhteellisen nopeasti, jotta saavutettaisiin sylinterin hyvä tyhjeneminen.

Tämän jälkeen paineaalto (käyrä B) värähtelee hiukan ja vastaa tällöin pakosarjassa esiintyviä pulsseja, jotka ovat kotoisin muista sylintereistä. Sylinterissä vallitseva paine (käyrä A), joka puolestaan alkaa männän alapuolisesta kuolokohdasta, suurenee yhä enemmän ja siirtyy toimintajakson suuripaineiseen osaan (ei kuvattu).

On huomattava, että pakoventtiilin avautumisen ja pakoventtiilin sulkeutumisen välillä liitosputkessa vallitseva paine (käyrä B) on pienempi kuin kompressorin paine (käyrä C), jotta sylinteri voisi tyhjentyä oikealla tavalla (kuvion H pisteviivoin näytetty osa).

Täten säilytetään pakoventtiilin avautumisen ja sylinterin alapuolisen kuolokohdan välillä sylinterin kaasujen paine-energia maksimissaan niiden virratessa liitosputkessa, mikä on aikaansaatu tämän putken poikkileikkauksen suuren kuristuman ansiosta. Tämä myötävaikuttaa itse asiassa liitosputkessa aluksi vallitsevan vastapaineen suurentamiseen, mikä on erittäin edullista toisaalta, koska täten vältetään tehonmenetykset kaasujen virratessa pakoventtiilistä, ja toisaalta alennetaan venttiilin lämpötilaa. Tällä tavoin vältetään kineettisen energian osittainen muuttuminen lämmöksi.

On erittäin tärkeää havaita, että energian säilyttäminen kaasujen virratessa sylinteristä liitosputkeen pakoventtiilin avautumisen ja alapuolisen kuolokohdan välillä tapahtuu toimintajakson edullisessa vaiheessa ja mahdollistaa sylinterin tyhjenemisen entistä paremmin seuraavassa vaiheessa.

Tämän jälkeen nopeutetaan liitosputken ejektorivaikutuksen ansiosta kaasujen siirtymistä liitosputkesta pakosarjaan muuttamalla paine-energia kineettiseksi energiaksi, joka saadaan itse pulssista, mutta joka ei kehity männän työstä.

h 66235

Supistamalla tasaista läpivirtaus-poikkileikkausta pakosarjassa pysytetään kaasujen virtausnopeus suurena, minkä jälkeen tämä kineettinen energia muutetaan jälleen paine-energiaksi hajottimen avulla, joka sopivasti on sijoitettu turbopuhaltimen sisäänmenoaukkoon, minkä lisäksi tämän hajottimen käytön ansiosta voidaan pienentää pakosarjassa vallitsevaa staattista painetta ja näin ollen vieläkin enemmän parantaa sylinterien tyhjenemistä, joka tapahtuu likimain samalla tavoin kaikissa sylintereissä.

Tarkastettaessa edelleen kuviota 14 havaitaan, että tukahdutettaessa liitosputkien kehittämä ejektorivaikutus aikaansaataisiin pakosarjassa lyhyt värähtely (kuten käyrä D osoittaa) voimakkaina pulsseina Dl, D2..., jotka ovat kotoisin eri sylintereistä, mikä pahasti huonontaisi moottorin ominaisuuksia.

Kuvio 15 esittää samantyyppisiä käyriä kuin kuvio 14, mutta paineaaltojen perusteella toimivaa pakosarjaa varten. Huomataan, että tämäntyyppisessä pakosarjassa saavutetaan sylinterien hyvä tyhjeneminen (viivoitettu alue) edellyttäen, että pakoventtiilin avautumisen ja pakoventtiilin sulkeutumisen välillä kompressoripaine (käyrä G) on selvästi suurempi kuin liitosputkessa vallitseva paine (käyrä B).

Voidaan kuitenkin huomata, että paineaalto (käyrä B) kestää kuvion H mukaan keksinnön mukaisessa pakosarjassa lyhyemmän ajan kuin kuvion 15 näyttämä paineaalto, toisin sanoen että keksinnön mukaisessa tapauksessa on saavutettu sylinterien entistä nopeampi ja täydellinen tyhjeneminen.

Kuviot 16 ja 17 esittävät kuvioiden 14 ja 15 mukaisen vastaavan moottorin jakson pienipainesta osaa, jolloin sylinterissä vallitseva paine on kuvattu tämän sylinterin prosentteina lausutun tilavuuden funktiona.

Häiden molempien kuvioiden 16 ja 17 vertaileva tutkimus osoittaa, että jokaisen männän suorittama negatiivinen työ on pienempi siinä tapauksessa, että käytetään keksinnön mukaista pakosarjaa (kuvio 16) kuin siinä tapauksessa, että käytetään paineaaltojen perusteella toimivaa pakosarjaa (kuvio 17). Jokaisen männän negatiivinen työmäärä on likimain kuvattu näiden molempien kuvioiden pisteitetyillä pinnoilla.

Täten keksinnön mukainen pakosarja antaa useita etuja verrattuna ennestään tunnettuihin pakosarjoihin. Näistä eduista mainittakoon sekä 15 66235 ejektorivaikutuksen suureneminen, joka on aikaasaatu pakokaasujen virtausta kuristamalla että varsinkin tämän ejektorivaikutuksen sijoittaminen sylinterin lähtöpään välittömään läheisyyteen, kun taas esim. pulssin muuntajalla toimivassa pakosarjassa ejektorivaikutus sijaitsee pakosarjan päässä turbopuhaltimen puolella.

Likimain vakiona pysyvän paineen vallitseminen pakosarjan lähtöpäässä voi parantaa tällaisen pakosarjan käyttöä eri järjestelmissä, kuten "comprex"-nimisessä pakosarjassa, joka edellyttää melko vakiona pysyvän syötön, ja myös sellaisissa pakosarjoissa, joilla korvataan turbopuhal-timia.

Kaksoiskompressorikäyttöisestä moottorista kyseenollen voidaan keksinnön mukaista pakosarjaa edullisesti käyttää suurpaineturbiinin portaassa.

Keksinnön mukaista pakosarjaa voidaan käyttää paremman tyhjenemisen ja suuremman tehon saavuttamiseksi sellaisissakin moottoreissa, joissa ei sovelleta kompressorisyöttöä.

Edellä selitettyjen pakosarjojen etuna on varsinkin se, että niiden halkaisija on paljon pienempi kuin yleensä käytettyjen pakosarjojen halkaisija, joten voitetaan tilaa ja käytetään hyödyksi pakokaasujen liike-energiaa, joka näiden pakosarjojen lähtöpäässä voidaan muuttaa paine-energiaksi, jolloin näiden pakosarjojen poikkileikkaus likimain vastaa kompressorikäyttöisen turbiinin tulojohdon tehollista poikkileikkausta.

Kompressorikäyttöisten moottoreiden turbopuhaltimet on suunniteltu ja rakennettu siten, että ne voidaan yhdistää kaasujen sisäänvirtaus-päässä ennestään tunnettuihin pakosarjoihin, joiden sisäänmenohalkaisija näin ollen on suurempi kuin keksinnön mukaisten pakosarjojen halkaisija. Tämän pakosarjan liittämiseksi tällaiseen turbiiniin on täten tavallisesti käytettävä hajotin ta, jonka avautumiskulma sisäänmenopäässä olevien kaasujen kineettisen energian muuttamiseksi tehokkaasti paine-energiaksi, on oltava 10°...15°, mikä antaa tulokseksi suuruusluokkaa noin 500 mm olevan pituuden. Tämän hajottimen tilantarve on suurempi kuin yleensä käytettävissä oleva tila, ja sitä suurempi, koska turbiinin sisäänmenopää usein on sijoitettu sivulle. Hajottimen sijoittaminen laitteistoon on täten yleensä vaikeaa tai jopa mahdotontakin.

16 66235 Tällaisen hajottimen hyötysuhde on lisäksi hyvin pieni. Kaasujen nopeus pakosarjan lähtöpäässä pienenee ainoastaan hyvin vähän moottorin kuormituksen ja nopeuden pienetessä, päinvastoin kuin kaasujen käyttökelpoinen laajeneminen niin, että kineettinen energiakomponentti voi saavuttaa huomattavan suuruuden verrattuna paine-energiakomponenttiin osakuormituksilla. Tämä kineettinen energiakomponentti tulee suurelta osalta hävitetyksi ja muuttumaan lämmöksi pakosarjan pään ja turbiinin hajottimen edessä sijaitsevan kohdan välillä. Tässä kohdassa kaasujen virtausnopeus on noin 3...4 kertaa pienempi (noin 0,1...0,2 Mach) kuin pakosarjan lähtöpäässä, eikä tehoa saada välillä talteenotetuksi, koska hajotin ja rakenteen muoto turbiinista tulevien kaasujen sisäänmeno-päässä mahdollistavat varsin vaillinaisesti nopeuden muuttamisen paine-energiaksi. Käyttökelpoisen lämpöenergian osittainen häviäminen pako-sarjan lähtöpäässä hajottimen ja turbiinista tulevien kaasujen sisään-menorakenteen alueella johtaa siihen, että on mahdotonta termodynaami-sesti aikaansaada kaasujen kiihdyttämisen avulla hajottimen lähtöpäässä pakosarjan lähtöpäätä vastaavassa tehollisessa virtauspoikkileikkauk-sessa se nopeus, joka alkuaan vallitsi pakosarjan lähtöpäässä. On näin ollen edullista kokonaan luopua hajottimen ja kaasujen sisäänvirtaus-rakenteen melko tehottomasta yhdistelmästä niin, että voidaan käyttää hyödyksi kaasujen alkuperäistä nopeuskomponenttia pakosarjan lähtöpäässä.

Keksinnön tarkoituksena on näin ollen myös aikaansaada liitosmenetelmä, jonka avulla turbiiniin saadaan johdetuksi kaasuja, joiden nopeus on pysytetty mahdollisimman suurena maksimitehon säilyttämiseksi, jolloin samalla varmistetaan käytettävissä oleva teho, joka vain vähäisesti riippuu moottorin kuormituksesta.

Tätä varten annetaan pakosarjasta lähteville kaasuille virtauspoikkileikkaus, joka on vakio tai joka vähenee jatkuvasti turbiiniroottoriin asti, niin että saavutetaan tarvittavat olosuhteet kaasujen kohdatessa tämän roottorin, mikä siis on päinvastoin kuin tulos, joka saavutetaan käyttämällä edellä jo selitettyä epäedullista hajotinta.

Pakosarjasta lähtevien kaasujen koko käytettävissä olevasta tehosta säilytetään täten kaasujen kineettinen eli nopeuskomponentti, joka on käytettävissä pakosarjan lähtöpäässä ja joka käytännöllisesti katsoen on riippumaton moottorin kuormituksesta ja käyttötavasta.

17 66235

Keksinnön erään toisen tunnusmerkin mukaan tämä menetelmä perustuu siihen, että vähennetään likimain suoraviivaisesti kaasujen mainittua virtauspoikkileikkausta pakosarjan ja turbiinin välillä.

Keksinnön kohteena on myös laite tämän menetelmän toteuttamiseksi, jossa on edellä selitettyä tyyppiä oleva pakosarja, joka on yhdistetty kompressorikäyttöisen polttomoottorin turbiiniin, jossa pakosarjan lähtöpää on yhdistetty suoraan turbiiniin johdolla, kierukalla tai senkaltaisella, jossa kaasujen virtauspoikkileikkaus on vakio tai pienenee jatkuvasti pakosarjan lähtöpäästä turbiinin roottoriin asti.

Seuraavassa selitetään kuvioiden 18...20 perusteella tällaisen kierukan eräs ensimmäinen suoritusmuoto, jonka avulla keksinnön mukaisen pako-sarjan lähtöpää yhdistetään polttomoottorin aksiaalisen kompressori-turbiinin sisäänmenoon.

Tässä ensimmäisessä suoritusmuodossa on pakosarjan lähtöpään ja aksiaalisen turbiinin 50 väliseen liitokseen käytetty kierukkamaista rakennetta 51 kaasujen johtamiseksi turbiiniin, joka kierukka on ilman poistojohtoa asennettu turbiinin rungon yhteyteen siten, että se peittää turbiinin roottorin 52. Tässä kierukassa on säteittäiset siivet 53, joiden korkeus on h. Tämä kierukka 51 on muodoltaan sellainen, että pakokaasujen virtauspoikkileikkaus pienenee jatkuvasti siten, että pakokaasut kohtaavat turbiinin roottorin 52 vakionopeudella yli tämän roottorin koko kehän. Tämä kaasujen virtauskanavan poikkileikkaus on suurin kierukan sisäänmenopäässä P ja nolla lähtöpäässä F', ja tämä poikkileikkaus pienenee likimain suoraviivaisesti pitkin keskimääräistä halkaisijaa d.

Siinä tapauksessa, että pakosarjan lähtöaukon poikkileikkaus on sellainen, että turbiinin vaatimaa nopeutta ei saavuteta, piennetään hiukan sisäänmenon F poikkileikkausta (tämä poikkileikkaus kohdassa F on pienempi tai yhtä suuri kuin poikkileikkaus kohdassa G, joka on pakosarjan lähtöaukon poikkileikkaus) niin, että kaasujen läpivirtauskanavan poikkileikkaus kierukassa pienenee jatkuvasti likimain suoraviivaisesti aina turbiinin sisäänmenon poikkileikkaukseen F* asti.

Pakosarjan ja aksiaaliturbiinin välisissä ennestään tunnetuissa liitän-nöissä saadaan kulma, jossa kaasut kohtaavat turbiinin roottorin, ja jolla saavutetaan maksimihyötysuhde turbiinin hajottimen lähtöpään 18 66235 johtosiipien kaltevuudesta. Keksinnön tämän tunnusmerkin mukaan, jossa hajotinta ei käytetä liitoskohdassa, saadaan pakokaasujen optimaalinen kohtaamiskulma roottoriin 52 nähden käyttämällä kulmaa o< , jonka kaasu-kanavan ulkopuolinen tukipinta kierukassa muodostaa tason kanssa, joka on yhdensuuntainen turbiinin roottorin 52 tason kanssa.

Sovittamisen aikaansaamiseksi useita kaasunsyöttöjä varten on meneteltävä näiden ennestään tunnettujen aksiaaliturbiinien yhteydessä sovelletusta käytännöstä poikkeavalla tavalla, joka perustuu siihen, että ennestään tunnetussa tekniikassa muutetaan hajottimen tehollista poikkileikkausta ja/tai sisääntulokulmaa, jolloin roottorin profiili on sovitettu nopeuskolmioon roottorin siiven tyvestä alkaen tämän siiven päähän. Keksinnön mukaan tämä sovitus aikaansaadaan muuttamalla halkaisijaa dp kierukan 51 sisäänmenopäässä ja/tai vaihtelemalla turbiinin roottorin 52 siipien 55 korkeutta h.

Siinä tapauksessa, että on kysymys polttomoottorista, jonka sylinterit on sovitettu kahtena rivinä V-muotoon, on edullista käyttää vastaaviin sylinteririveihin kuuluvien molempien pakosarjojen lähtoaukkojen liittämiseksi turbiinin kierukkaa, jossa on kaksi sisäänmenoaukkoa, kuten kuvioissa 21 ja 22 tai 25 ja 24 on näytetty, jolloin kierukan kumpikin sisäänmenoaukko vastaanottaa yhteen sylinteririviin liittyvästä pako-sarjasta tulevat pakokaasut. Riippuen sylinterien syttyraisjärjestyksestä ja niiden lukumäärästä käytetään joko kahta yhteenliitettyä mutta toisistaan eristettyä puolikierukkaa, jotka kumpikin syöttävät turbiinin roottorin puolisektoria (tapaus, jossa on kaksi toisistaan riippumatonta sylinteririviä kun moottorissa on riittävä lukumäärä sylintereitä, esim. vähintään neljä sylinteriä rivissä, jotka syttyvät peräkkäin säännöllisin väliajoin), tai käytetään kahta toisiinsa liitettyä ja keskenään yhteydessä olevaa puolikierukkaa (esim. tapauksessa, jossa riveissä olevat sylinterit eivät syty säännöllisin väliajoin).

Kuvio 21 esittää lcaaviollisesti tällaista li it osk ie rukkaa 55, joka on muodostettu kahdesta ympyrään yhteenliittyvästä puolikierukasta 56, joissa kummassakin on sisäänmenokohta 57, joka sijaitsee diametraali-cesti vastapäätä toisen puolikierukan sisäänmenokohtaa, ja on yhdistetty vastaavaan pakosarjaan, joka liittyy toisen V-muotoon sovitettuun sylinteririviin. Kuvion 21 nuolet näyttävät pakokaasujen läpivirtaamaa reittiä kummassakin puolikierukassa, jolloin pakokaasut tunkeutuvat toiseen sisäänmenoista 57 ja virtaavat puolikierukasta 56 sen diametraa- 19 66235 lisesti vastapäätä sijaitsevaan päähän asti. Kuvio 22 esittää kaaviol-lisesti näitä molempia puolikierukoita 56 tasoon levitettyinä, ja nähdään selvästi, että nämä puolikierukat on eristetty toisistaan.

Kuvion 23 näyttämässä tapauksessa on pakosarjan lähtöaukon ja aksiaali-turbiinin välinen liitoskierukka 58 muodostettu kahdesta puolikieru-kasta 59* jotka on yhdistetty toisiinsa ympyräksi siten, että ne ovat yhteydessä toisiinsa ja kumpikin käsittävät yhden sylinteririvin pako-sarjaan liittyvän sisäänmenoaukon 60. Tasoon levitetystä kuviosta 24 nähdään, että kumpikin puolikierukka 59 on yhdistetty toiseen puoli-kierukkaan 59 siitä päästä, joka on diametraalisesti vastapäätä sisään-menoaukkoa 60.

Kuviot 25 ja 26 esittävät kaaviollisesti keksinnön erästä toista suoritusmuotoa, joka myös erikoisesti soveltuu pakosarjan liittämiseksi aksiaaliturbiiniin 50, joka on samaa tyyppiä kuin kuviossa 19 kaaviollisesti on näytetty. Kuvioiden 25 ja 26 näyttämässä tapauksessa on pako-sarjan ja turbiinin roottorin 52 siipien 53 sisäänmenoaukon välinen liitos aikaansaatu liitosrakenteella 61, joka on muodoltaan likimain katkokartiomainen, ja on toisesta päästään asennettu turbiinin 50 rungolle siten, että se peittää turbiinin roottorin 52, kun taas tämän rakenteen toinen pää 62 on yhdistetty pakosarjan lähtöpäähän. Tämän liitosrakenteen tarkoituksena on pysyttää pakokaasujen tehollisen läpi-virtauskanavan poikkileikkaus vakiona tai hiukan vähentää tätä poikkileikkausta siten, että nämä pakokaasut rakenteen lähtöpäässä saavat halutun kohtaamiskulman c*. turbiinin roottorin siipiin 53 nähden.

Tämä tavoite on toteutettu käyttämällä keskeistä muodoltaan likimain kartiomaista suippukaarta 63, joka on sovitettu rakenteen 61 sisään siten, että se suurella tyvellään likimain peittää roottorin 52 navan, kuten kuviossa 25 on näytetty ja likimain säteittäisesti sovitettujen johtosiipien 64 navan, joka on sijoitettu suippokaaren 63 ja rakenteen 61 väliin, ja joka määrää kaasujen halutun sisäänkohtaamiskulman roottoriin 52 nähden. Tämä kulma c* on se kulma, jonka johtosiivistöstä 64 tulevien kaasujen ja niiden lähtöpään välisen pinnan tangentti muodostaa tason kanssa, joka on yhdensuuntainen turbiinin roottorin 52 tason kanssa.

Johtosiivet 64, jotka ulottuvat turbiinin roottorin 52 siipien 53 välittömään läheisyyteen, voivat alkaa eri kohdissa a, b tai c. Johtosiipien näiden eri pituuksien avulla voidaan suippokaarelle 63 antaa 20 66235 parhaiten soveltuva muoto. Suippokaari 63 on kiinnitetty rakenteeseen 61 johtosiipien 64 välityksellä tai on tehty samana kappaleena turbiinin rungon kanssa, jolloin johtosiivet 64 ja liitosrakenne 61 voidaan tehdä samana kappaleena tai ei.

Kuten edellä on esitetty, voidaan pakosarjan lähtöpään ja aksiaalisen kompressoriturbiinin roottorin välisen liitännän avulla, joka edellä on selitetty kuvioiden 18...26 perusteella, pakosarjan lähtöpäässä esiintyvä pakokaasujen kineettinen energia säilyttää muuttumattomana, kun taas tämä kineettinen energia osittain menetetään lämpönä ennestään tunnettua tekniikkaa sovellettaessa, jonka mukaan pakosarjan ja turbiinin väliseen liitäntään sisältyy hajotin ja pakokaasujen sisäänmenon jakelulaite.

Esimerkkinä mainittakoon, että käytettäessä moottoria, jonka sylinteri-rivissä on 5...9 sylinteriä, on pakokaasujen keskinopeus pakosarjan päässä suuruusluokkaa 0,3 Mach siinä tapauksessa, että sovelletaan ennestään tunnettua tekniikkaa, ja että tämä nopeus on rajoissa 0,3... 0,45 Mach siinä tapauksessa, että käytetään kuvioiden 1...12 perusteella selitettyä laitetta, ja että tämä nopeus on rajoissa 0,45...0,7 Mach siinä tapauksessa, että käytetään kuvioiden 18...26 perusteella selitettyjä laitteita. Ymmärretään siis, että täten voidaan säilyttää ja jopa parantaa niitä etuja, joita kuvioiden 1...12 mukaisella laitteella on saavutettu ennestään tunnettuun tekniikkaan verrattuna.

lopuksi todettakoon, että keksintöä voidaan yhtä hyvin soveltaa neli-tahtisiin kuin kaksitahtisiin moottoreihin.

Keksintö ei tietenkään millään tavoin rajoitu tässä selitettyihin ja kuvattuihin suoritusmuotoihin, jotka ovat annetut pelkkinä esimerkkeinä. Erikoisesti keksinnön piiriin kuuluvat selitettyjen keinojen vastaavat tekniset ratkaisut samoin kuin niiden yhdistelmät, mikäli ne lankeavat oheisten patenttivaatimusten puitteisiin.

Claims (9)

2i 66235

1. Pakosarja polttomoottoria varten, jota kompressorisyöttää pako-kaasuturbiinin käyttämä kompressorisyöttölaite, jossa on pakosar-japutki (6, 80, 90), jonka halkaisija on supistettu ja joka on koottu modulimaisesti, ja joka syöttää kompressorisyöttölaitteen turbiinia pakokaasuilla ja on yhdistetty yhden sylinteririvin kaikkiin sylintereihin lyhyillä liitosjohdoilla (8, 20, 30, 41, 81), joissa on ejektoriputket kaasujen suurentuneen virtausnopeuden kehittämiseksi pakosar j apu tkessa, tunnettu siitä, että pakosarja-putki (6, 80, 90) on suljettu turbiinista poispäin olevassa päässään, että ejektoriputket on tehty lyhyinä putkina (10, 20, 31, 41, 81) välittömästi liitosputken ja pakosarjaputken välisen suuaukon alueella, ja että pakosar japutken poikkileikkaus on koko pituudeltaan vakio, ja että sen halkaisijan suhde moottorin sylinterien poraukseen on rajoissa 0,3...0,75.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen pakosarja, tunnettu siitä, että ejektoriputkien lähtöpäiden poikkileikkaus on rajoissa 0,3...0,8, edullisesti rajoissa 0,4...0,5 liitosputkien poikkileikkauksesta moottorin puolella.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen pakosarja, tunnettu siitä, että se saa jäykän ja välittömän kannatuksensa sylinterikan-sista (9) liitosputkien (8, 20, 30, 40, 78, 81, 91) välityksellä.

4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen pakosarja, joka on yhdistetty polttomoottorin kompressorisyöttöjärjestelmän turbiiniin, tunnettu siitä, että pakosarjan lähtöpää on yhdistetty suoraan turbiiniin (50) johdolla, kierukalla tai senkaltaisella (51, 55, 58, 61), jonka kaasujen virtauspoikkileikkaus on vakio tai pienenee vähitellen pakosarjan lähtöpäästä turbiinin roottoriin (52) asti.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen pakosarja, tunnettu siitä, että johto on muodostettu rakenteesta (51) , jonka kautta kaasut virtaavat turbiiniin, ja joka on kierukan muotoinen, joka ulottuu noin 360° kulman, ja jonka sisäänmenopoikkileikkaus on likimain sama kuin pakosarjan lähtöpään poikkileikkaus ja pienenee jatkuvasti 22 66235 arvoon likimain nolla lähtöpäässään siten, että nopeus, jolla kaasut kohtaavat turbiinin roottorin (52) on likimain vakio yli roottorin koko kehän.

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen pakosarja, tunnettu siitä, että johto on muodostettu rakenteesta (55, 58), jonka kautta kaasut virtaavat turbiiniin, ja joka on kahden puolikierukan (56, 59) muotoinen, jotka puolikierukat on liitetty yhteen toistensa pidennykseksi, ja joissa on kaksi sisäänmenoa (57), 60), joista toista esim. syöttävät V-moottorin toisesta sylinteririvistä tulevat pakokaasut ja toista syöttävät toisesta sylinteririvistä tulevat pakokaasut, jolloin nämä molemmat puolikierukat syöttävät kumpikin turbiinin roottorin sektoria.

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen pakosarja, tunnettu siitä, että molemmat puolikierukat (59) ovat yhteydessä toisiinsa, varsinkin tapauksessa, jossa V-moottorin sylinteririvin sylinterit eivät syty säännöllisin väliajoin.

8. Patenttivaatimuksen 6 mukainen pakosarja, tunnettu siitä, että molemmat puolikierukat (56) on eristetty toisistaan, varsinkin V-moottoria varten, jossa on vähintään 8 sylinteriä, jossa sylin-teririvin sylinterit syttyvät peräkkäin säännöllisin väliajoin.

9. Patenttivaatimuksen 6 mukainen pakosarja, tunnettu siitä, että johto on muodostettu liitosrakenteesta (61), joka on muodoltaan likimain katkokartiomainen, jonka katkokartion pieni tyvi on yhdistetty pakosarjaan ja suuri tyvi peittää turbiinin roottorin (52), jolloin tämä rakenne (61) muodostaa vastaavan muodon omaavan suippo-kaaren (63), joka peittää turbiinin roottorin navan, ja johtosiivet (64) on sovitettu likimain säteittäisesti suippokaaren (63)ja rakenteen (61) väliin siten, että ne johtavat pakokaasut halutun tulokulman omaavana turbiinin roottorin (52) siiville (53). 23 66235