專利名稱：用于減少燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)中的油耗的系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明可減少在燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)中因(1)在低功率下通過油箱中的密封件的泄漏以及(2)在大功率下通過油箱的排氣系統(tǒng)的泄漏而引起的潤滑油的損耗。
油9通過噴嘴12傳送到軸承15上，以便進(jìn)行潤滑和冷卻。油在供軸承15使用后在重力作用下流入油腔3的底部，然后如箭頭18所示地通過回油系統(tǒng)(未示出)排出。返回的油在油流9中被冷卻、過濾和回收。
由于存在空氣阻力和噴濺，容納在油腔3中的一些油將往往泄漏到油箱增壓腔6內(nèi)。為了阻止這種泄漏，由旋轉(zhuǎn)軸27所支撐的多個(gè)旋轉(zhuǎn)密封件24將油腔3與增壓腔6相隔開。由于密封件24無法完全地阻止油的移動(dòng)，因此，應(yīng)在密封件24上產(chǎn)生氣流以進(jìn)一步阻止油的移動(dòng)。
為了產(chǎn)生這種氣流，由虛線箭頭30所表示的進(jìn)入空氣對(duì)增壓腔6增壓。該空氣被密封件上的正壓力差驅(qū)動(dòng)而穿過密封件24，如虛線箭頭33所示。此增壓空氣的速度用于使噴濺出密封件24之外的油保持在油腔3中，并減少油到增壓腔6的移動(dòng)。
增壓空氣現(xiàn)在存在于油腔3內(nèi)，然后在通過氣/油分離器(未示出)后經(jīng)油箱排氣口36排出，如虛線箭頭39所示。
本發(fā)明人已經(jīng)注意到，這種方法在設(shè)計(jì)用于產(chǎn)生比現(xiàn)有技術(shù)更大的推力的現(xiàn)代燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)中并不是最佳的。
圖2和4顯示了本發(fā)明的兩種形式。
圖3是顯示了本發(fā)明的一種形式所采用的過程的流程圖。
在附圖中各標(biāo)號(hào)的含義如下3潤滑油箱；6油箱增壓腔；9油；12噴嘴；15軸承；18箭頭；24密封件；27旋轉(zhuǎn)軸；30虛線箭頭；33氣流；36排氣口；37距離；39空氣；50排放裝置；53噴射氣流；55噴嘴；58區(qū)域；60壓力傳感器；63閥；85流量收縮部分；200燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)；100，105，110流程圖方框；205發(fā)動(dòng)機(jī)艙；210飛機(jī)；215裝置；220壓縮機(jī)排氣裝置。
第二個(gè)問題是在大功率操作下，大量的油通過排氣口36損失。后者的損失也許是多種因素的組合造成的。一個(gè)因素是密封件24的直徑比同類型的原有密封件的直徑更大，這也意味著必須密封更大的截面面積。這種更大的截面面積使得進(jìn)入油腔3的流量更大，因此提供了通過排氣口36的更大的氣流量。
第二個(gè)因素是較大的密封件24具有較大的間隙。也就是說，與

圖1所示的距離37相對(duì)應(yīng)的距離較大。較大的間隙通常意味著較大的泄漏。
第三個(gè)因素是密封件24上的壓力差可能比原有的情況更大。第四個(gè)因素是密封件24的區(qū)域內(nèi)的溫度升高。
總的說來，本發(fā)明的一種形式減輕了(1)在怠速下通過密封件24的泄漏以及(2)在大功率下通過排氣口36的泄漏。本發(fā)明是通過(1)在怠速操作下人工地增大腔3和腔6之間的壓力差并將腔3排放到較小壓力以及(2)在大功率操作中限制通過排氣口36的流量來實(shí)現(xiàn)的。
這與圖1所示系統(tǒng)的操作是相反的，在圖1中，在怠速操作下腔3和腔6之間存在給定的壓力差，此壓力差隨發(fā)動(dòng)機(jī)功率的增加而增大，從而增大了通過排氣口36的流量。
圖2以示意圖的形式顯示了本發(fā)明的一種形式。稱為空氣噴射排放器的排放裝置50在油腔3內(nèi)形成了比本應(yīng)產(chǎn)生的壓力更低的壓力。排放裝置50由噴嘴55所傳送的噴射空氣流53驅(qū)動(dòng)。噴嘴55接受來自壓縮機(jī)排氣裝置(在圖2中未示出，但在圖4中顯示并在后文中將進(jìn)行討論)的增壓氣體。
在現(xiàn)有技術(shù)中排放裝置大體上是已知的。排放裝置的操作可以通過下面兩個(gè)原理來理解，它們實(shí)際上是對(duì)一個(gè)更基本的原理的兩種不同的闡述。關(guān)于第一個(gè)原理，排放裝置50將存在于區(qū)域58內(nèi)的空氣吸入噴氣流53中，從而從區(qū)域58中去除了所吸入的氣體。這種去除導(dǎo)致了額外的空氣從油腔3中經(jīng)油箱排氣口36而流入，以便替代被去除的氣體。關(guān)于另外一個(gè)原理，根據(jù)伯努利規(guī)則，噴氣流53在區(qū)域58中產(chǎn)生低的靜壓力，這就使空氣從油腔3中經(jīng)油箱排氣口36流出。
因此，通過去除來自油腔3中的空氣，排放裝置50在油腔3中形成了低于通常狀況的壓力，因此增大了從第二腔6到油腔3的壓力差。這種增大的差異將增加穿過密封件24的氣流速度，因此更加有效地防止了油進(jìn)入密封件24中，因而防止了油腔3的泄漏。
采用一種量表型壓力傳感器60來測量壓力差。當(dāng)壓力差降低到某特定閾值之下時(shí)，傳感器60打開可促動(dòng)噴氣流53的閥63，并使排放裝置50進(jìn)行操作。當(dāng)壓力差升高而超過下限時(shí)，傳感器60關(guān)閉閥63，從而停止排放裝置50的操作。
閾值和下限可以是相同的，這樣就提供了一種簡單的給定點(diǎn)式操作?；蛘咚鼈円部梢圆煌?，在這種情況下就要引入一種滯后帶或死區(qū)型的操作。
上述操作模式在發(fā)動(dòng)機(jī)怠速下使用。在大功率狀態(tài)如飛機(jī)的航行操作的過程中，由于壓力差高于上述下限，因此排放裝置50保持停用狀態(tài)。然而，如背景技術(shù)部分所指出的那樣，在這種大功率狀態(tài)下，由于穿過排氣口36的氣流會(huì)將油吸入，因此通過油箱排氣口36的過量氣流被認(rèn)為會(huì)引起不希望發(fā)生的油耗。
為了阻止這種油耗，設(shè)計(jì)了排放裝置50的混合喉道，以提供可限制排出油箱排氣口36的空氣的排出通路。
排放裝置50設(shè)計(jì)成可提供限制流量的約束，其由收縮部分85來體現(xiàn)。這種約束限制了在大功率操作中當(dāng)閥門63關(guān)閉時(shí)流經(jīng)排放裝置50的氣流量。
因此，本發(fā)明的一種形式可以被視為提供了兩種鏡像型的操作。在發(fā)動(dòng)機(jī)低速如基點(diǎn)怠速(ground idle)時(shí)，人工地減小油腔3內(nèi)的壓力。也就是說，通常油腔3中的壓力約為表壓0.10磅/平方英寸(psig)。本發(fā)明可將此壓力降低到約-0.5psig，這是一個(gè)負(fù)值。這種降低是通過由排放裝置50引起的主動(dòng)的空氣抽取來實(shí)現(xiàn)的。這種降低增大了從增壓腔室6經(jīng)密封件24到油腔3的空氣流動(dòng)。
在大功率操作如正常航行的發(fā)動(dòng)機(jī)速度及以上時(shí)，由于存在收縮部分85，本發(fā)明人工地限制了通過排氣口36的氣流。該收縮部分將導(dǎo)致油腔3內(nèi)的壓力增大，超過在未設(shè)置收縮部分85時(shí)所產(chǎn)生的壓力值。
通常在航行高度下油腔3內(nèi)的壓力約為3.0psig。本發(fā)明通過限制經(jīng)已在油箱排氣口36的出口處增設(shè)的排放裝置50的流量來增大這個(gè)壓力。
再用另一種方式來描述后一種情況，如果排放裝置中未設(shè)置收縮部分85，那么在剛才介紹的情況下，通過排氣口36的流量具有某個(gè)值，例如X磅/秒。在本發(fā)明的一種形式中，此流量現(xiàn)在被限制為X的85％。
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例適用于設(shè)計(jì)成具有較小截面的排氣口36的現(xiàn)有發(fā)動(dòng)機(jī)。由于截面較小，需要有如剛闡述的相對(duì)較高的百分比，如85％。然而，可以重新設(shè)計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)，使得排氣口36的截面更大。在這種情況下，可以在低于85％質(zhì)量流量下獲得所需的壓力差，這包括在70％的范圍內(nèi)或更低的流量。
圖3是本發(fā)明一種形式所采用的過程的流程圖。方框100表示排放裝置保持與燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)中的油箱排氣口相連。圖2所示的排放裝置50提供了這種排放裝置的一個(gè)示例。圖3所示的方框105表示檢測到排放裝置的供給壓力，而方框110表示當(dāng)壓力下降到最小值之下時(shí)，通過打開閥63來增大通過排氣口36的氣流，從而驅(qū)動(dòng)排放裝置50進(jìn)行操作。
方框115表示在大功率操作如飛機(jī)的航行操作時(shí)，將通過排氣口的氣流限制在正常時(shí)將產(chǎn)生的流量以下。這時(shí)方框110不起作用閥63被關(guān)閉，并關(guān)閉排放裝置50。
上述討論集中在壓力上圖2所示的壓力傳感器60用于接通和關(guān)閉排放裝置50。排放裝置50在操作時(shí)可降低區(qū)域58處的壓力。
然而，本發(fā)明的另一觀點(diǎn)集中在氣流上。傳感器60所表示的壓力差提供了對(duì)通過密封件24的氣流量的測量。降低區(qū)域58處的壓力以增大氣流。
在整體操作的一種模式中，圖3所示的方框105和110的特征為，將通過密封件24泄漏到油腔3中的氣流保持在預(yù)定的最小水平。
下面將說明一個(gè)重要特征。圖1介紹了通過排氣口36的正常氣流。本發(fā)明通過收縮部分85來人工地改變?cè)诖蠊β驶蚝叫胁僮飨碌牧髁?。流量被人工地減少。
另外，通過圖1所示的排氣口36的正常氣流在怠速下在油腔3內(nèi)產(chǎn)生正常壓力。本發(fā)明通過排放裝置50來人工地降低此壓力，從而增大了通過密封件24的泄漏。
圖4顯示了本發(fā)明的一種形式。在飛機(jī)210的發(fā)動(dòng)機(jī)艙205內(nèi)安裝了一種燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)200。方框215表示圖2所示的裝置。圖4所示的壓縮機(jī)排氣裝置220將增壓氣體傳送到圖2所示的閥60處，閥60驅(qū)動(dòng)圖4中未單獨(dú)示出的圖2所示的排放裝置50。
從某一觀點(diǎn)來看，本發(fā)明測量了一個(gè)參數(shù)，從中可計(jì)算出通過排氣口36的流量。也就是說，根據(jù)連續(xù)性原理，所有或幾乎所有的流經(jīng)圖2所示密封件24的氣流必須通過排氣口36排出。測量表示了通過密封件24的流量的密封件24上的壓力差，還可允許人們估計(jì)出通過排氣口36的流量。
因此，本發(fā)明實(shí)際上可確定在不借助排放裝置50下通過密封件的氣流是否會(huì)高于所需的最小值。如果不是，那么本發(fā)明促動(dòng)排放裝置50，從而將流量保持在最小值之上。相反地，如果所測量的參數(shù)表示未借助排放裝置50的氣流處于某個(gè)值之上，那么本發(fā)明使排放裝置50停用，因?yàn)榇藭r(shí)不需要排放裝置50。
另外可以說，根據(jù)伯努利規(guī)則，通過排氣口36的正常氣流會(huì)導(dǎo)致在圖2所示的區(qū)域58處的排氣口出口處產(chǎn)生靜壓力下降。也就是說，在理論上氣流本身會(huì)引起出口壓力的降低。本發(fā)明通過排放裝置進(jìn)一步降低了該壓力。
在不脫離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)和范圍的前提下，可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行許多替換和修改。希望由專利法保護(hù)的是如下述權(quán)利要求所定義的本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種操作具有潤滑油箱(3)的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)(200)的方法，所述油箱(3)通過排氣口(36)排出空氣(39)并在所述排氣口(36)的出口處產(chǎn)生出口壓力，所述方法包括a)在怠速下使所述發(fā)動(dòng)機(jī)(200)運(yùn)轉(zhuǎn)；和b)降低所述出口壓力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟b)的降低包括將壓縮機(jī)排放的排出氣體通過管道輸送到與所述排氣口(36)相連的排放裝置(50)中，從而抽取通過所述排氣口(36)的空氣。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法還包括c)當(dāng)通過所述排氣口(36)的流量超過下限時(shí)，停止所述步驟b)的降低。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法還包括c)提高所述發(fā)動(dòng)機(jī)的速度；和d)停止所述步驟b)的降低。
5.一種方法，包括a)確定通過可密封潤滑油箱(3)的密封件(24)的氣流(33)的量；和b)將所述氣流(33)保持在預(yù)定的最小值之上。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，通過促動(dòng)可從所述油箱(3)中抽取空氣的排放裝置(50)來將所述氣流(33)保持在所述最小值之上。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述油箱(3)容納在燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)(200)中。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法還包括步驟c)回收從所述油箱(3)中返回的油，并將所述回收的油傳送到燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的軸承(15)中。
9.一種方法，包括a)在燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)中(200)使排放裝置(50)與潤滑油箱(3)的排氣口(36)保持流體相通；和b)采用所述排放裝置(50)來將通過所述排氣口(36)的流量保持在預(yù)定的最小值之上。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述步驟b)的操作在怠速下進(jìn)行。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法還包括c)測量表示了在沒有所述排放裝置下存在于所述排氣口(36)內(nèi)的氣流(39)的參數(shù)，并且如果所述參數(shù)超過了下限就停用所述排放裝置(50)。
12.一種操作燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的方法，包括a)將其中設(shè)有流量限制器(85)的排放裝置(50)保持與潤滑油箱(3)的排氣口(36)流體相通；b)當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)速度低于下限時(shí)，將空氣噴射流(53)注入所述排放裝置(50)中以提高通過所述排氣口(36)的流量，從而降低所述油箱(3)的壓力；和c)當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)速度高于閾值時(shí)，i)停止所述空氣噴射流(53)，和ii)利用所述流量限制器(85)來限制通過所述排氣口(36)的流量。
13.一種裝置，包括a)燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)(200)；b)位于所述發(fā)動(dòng)機(jī)(200)內(nèi)并可將空氣排放到出口的潤滑油箱(3)；和c)用于在怠速操作過程中將通過排氣口(36)的流量增大到正常值之上的第一裝置(63)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置，其特征在于，所述裝置還包括c)用于在所述發(fā)動(dòng)機(jī)(200)的大功率操作下停用所述第一裝置(63)的第二裝置(60)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的裝置，其特征在于，所述裝置還包括d)用于在所述大功率操作下將流量限制在正常水平之下的裝置(85)。
16.一種裝置，包括a)燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)(200)；b)位于所述發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)(200)并具有排氣口(36)的潤滑油箱(3)；c)用于對(duì)所述油箱(3)增壓的增壓腔(6)；d)與所述排氣口(36)流體相通的排放裝置(50)；e)用于從所述發(fā)動(dòng)機(jī)(200)內(nèi)的壓縮機(jī)中抽取增壓空氣并將所述增壓空氣傳送到所述排放裝置(50)中的裝置(63)；f)用于促動(dòng)和停用所述增壓空氣到所述排放裝置(50)的傳送的閥裝置(63)；和g)用于確定所述增壓腔(6)內(nèi)的壓力是否下降到低于某閾值的一預(yù)定量之下的壓力傳感器(60)，如果是這樣，那么就使所述閥裝置(63)將所述增壓空氣傳送到所述排放裝置(50)中，從而降低所述油箱(3)的壓力。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的裝置，其特征在于，所述排放裝置(50)包括流量限制器(85)，其可在所述排放裝置(50)未促動(dòng)時(shí)限制通過所述排氣口(36)的流量。
18.一種用于操作燃?xì)鉁u輪的飛行器發(fā)動(dòng)機(jī)(200)內(nèi)的具有排氣口(36)的油箱(3)的方法，包括a)在怠速操作中人工地降低所述油箱(3)內(nèi)的壓力；和b)在航行操作中人工地降低通過所述排氣口(36)的氣流(39)。
19.一種用于操作燃?xì)鉁u輪的飛行器發(fā)動(dòng)機(jī)(200)內(nèi)的具有排氣口(36)的油箱(3)的裝置，包括a)用于在怠速操作中人工地降低所述油箱(3)內(nèi)的壓力的裝置；和b)用于在航行操作中人工地降低通過所述排氣口(36)的流量的裝置(85)。
全文摘要
一種用于降低燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)(200)中油箱(3)內(nèi)的油耗的裝置。已經(jīng)確定了包括泄漏和耗用的兩種油耗來源(1)在怠速中從油箱(3)通過密封件(24)的油的泄漏，以及(2)在大功率操作中被吸入排出油箱(3)的排放空氣(39)中的油的耗損。在怠速下本發(fā)明可降低油箱(3)內(nèi)的壓力，從而增大通過密封件(24)進(jìn)入油箱(3)的氣流，因而阻止通過密封件(24)的油泄漏。在大功率操作下，壓力下降停止，但是人工地限制排出排氣口(36)的氣流量。
文檔編號(hào)F02C7/06GK1421594SQ0215436
公開日2003年6月4日 申請(qǐng)日期2002年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月29日
發(fā)明者C·R·格蘭尼茲, M·E·贊格拉夫 申請(qǐng)人:通用電氣公司