DK143360B - Stempelforbraendingsmotor til drift med et stoevformet braendstof - Google Patents

Description

i® da» FREMLÆGGELSESSKRIFT ου 11+3360 B

(19) DANMARK

DIREKTORATET FOR PATENT- OG VAREMÆRKEVÆSENET

(21) Ansøgning nr. 822/77 (51) |nt.CI.3 F 02 B 45/02 (22) Indleveringsdag 25· feb. 1977 F 02 M 21/12 (24) Løbedag 25· feb. 1977 (41) Aim. tilgængelig 6. s ep. 1977 (44) Fremlagt 10. aug. 1981 (86) International ansøgning nr. - (86) International indleveringsdag - (85) Videreførelsesdag - (62) Stamansøgning nr. -

(30) Prioritet 5. mar. 1976, 2753/76, CH

(71) Ansøger SULZER BROTHERS LIMITED, Winterthur, CH.

(72) Opfinder Peter Rutz, CHi Anton Steiger, CH.

(74) Fuldmægtig Civilingeniør M.Gregersen.

(54) stempelforbrændingemotor til drift med et støvformet brænd« stof.

Opfindelsen angår en stempelforbrændingsmotor til drift med støvformet brændstof og af den i krav l's indledning angivne art.

Fra tysk patentskrift nr. 749 195 er der kendt en sådan forbrændingsmotor, ved hvilken en arbejdscylinder står i forbindelse 5 med et bikammer gennem en drøvleåbning, der er forlagt til området for cylinderhovedet. I dette bikammer, i hvilket støvformet brændstof indbringes ved hjælp af et mekanisk doseringsapparat, bliver (Q en luft-brændstofblanding tændt og ved hjælp af det derved opstå- O ende overtryk slynget ind i arbejdscylinderen, idet gasstråler fra ^ 10 yderligere samlerum, hvilke gasstråler skærer hovedstrålen, skal CO bevirke en omhvirvling og opløsning af hovedstrålen for at opnå en ^ jævn fordeling af brændstof-luftblandingen i arbejdscylinderen.

Bortset fra, at der med anvendelsen af et forbrændkammer er ^ forbundet betydelige tab af brændstof og varme, hvilke tab fører 2 143360 til nedsættelse af virkningsgraden, bliver også en jævn fyldning af forbrændingsrunraiet mec brændstof vanskeliggjort, da en homogen fordeling af kulstøvet i cylinderrummet ikke kan opnås ved en skrå indblæsning af en allerede tændt, omhvirvlet gas-kulstøv-blanding.

5 Ved forskellige brændstoftab i forbrændkammeret bliver en afmåling af en bestemt kulstøvmængde pr. arbejdstakt i afhængighed af den krævede ydelse vanskeliggjort. Den kendte motor har derfor under drift en anden fyldning og dermed en forskellig ydelse under hver arbejdstakt.

10 Den foreliggende opfindelse tager sigte på at angive en for brændingsmotor af den omhandlede art, ved hvilken en taktvis brændstoftilførsel til motorens cylinder er forbedret således, at cylindrenes fyldning ved uforandret ydelse er den samme for hver takt. Herudover sigter opfindelsen på at opnå en så vidt mulig jævn for-15 deling af brændstof i forbrændingsrummet før tændingen og at sikre en rettidig, d.v.s. først og fremmest en ikke for tidlig, men heller ikke en for sen tænding, d.v.s. at undgå tændinger på et forkert tidspunkt.

Dette opnås ifølge opfindelsen ved, at motoren er udformet 20 som angivet i krav l's kendetegnende del.

Ved denne udformning opnår man, at brændstoffet først bliver samlet og opfanget i lommen i stempelbunden, idet brændstoffet slynges ind ved hjælp af doserings- og slyngeapparatet for hver takt, derefter sikret mod falske tændinger i det forholdsvis kolde, 25 kølede stempel og først antændt i forbrændingsrummet på et senere tidspunkt under kompressionslaget, hvor det i vidt omfang er jævnt fordelt.

Indfangningen af brændstoffet opnås dels på grund af den på støvpartiklerne virkende centrifugalkraft, der frembringes pågrund 30 af den aksiale indstrømning af brændstofstrålen i den rotationssymmetriske lomme, dels på grund af den i den første halvdel af et kompressionsslag optrædende acceleration af det opadbevægede stempel. Da motorens stempler - ligesom naturligvis cylindrene - forudsættes at blive kølet forholdsvis intensivt, f.eks. med vand, und-35 går man en for tidlig tænding af brændstof, der er opfanget i lommen.

Frigivelsen af brændstoffet fra lommen sker i et tidsinterval under den anden halvdel af kompressionsslaget. I denne anden halvdel udfører stemplet en forsinket aksialbevægelse, så at brænd-40 stoffet på grund af de som følge af friktionen aftagende centrifugalkræfter og på grund af sin træghed undviger fra lommen til for- 3 163360 brændingsrummet, hvilken undvigen understøttes af formgivningen af den underskæring i lommen, der fører til udstrømningen og f.eks. er udformet som kegleflade.

Begrænsningen af lommen ved hjælp af en med stempelaksen ko-5 aksial rotationsflade bevirker tillige, at fordelingen af brændstoffet i forbrændingsrummet i det mindste i vidt omfang sker rotationssymmetrisk og dermed jævnt. Undvigelsen af brændstoffet fra lommen kan tillige yderligere forbedres ved hjælp af en central luftblæseindretning i topstykket, gennem hvilket komprimeret luft 10 blæses centralt ind i lommen. Endvidere kan der på kendt måde til forbrændingen findes et tændhjælpemiddel, der f.eks. kan bestå af en indsprøjtning af tændolie eller af en anbringelse af et tændrør.

Når motoren er udstyret med køleslidser, er det tillige hensigtsmæssigt, at en styreindretning først frigiver slyngeapparatet, 15 når skylleslidserne i det mindste delvist er dækket af stemplet, der bevæger sig opefter, for at undgå en bortblæsning af brændstofpul veret på grund af skylleluftstrømningen.

En nøjagtig og - ved samme ydelse - for hver cyklus ensartet dosering af brændstofmængden kan man sikre ved et doserings- og 20 slyngeapparat med et af et trykmedium styret drevet dykstempel, der til indslyngning af brændstoffet i forbrændingsrummet ved sit ar-bejdsslag passerer gennem en brændstoftransportkanal fuldstændig indtil indmundingen i forbrændingsrummet, idet dykstemplet fordelagtigt kan være dobbeltstyret. Føringen af dykstemplet indtil ind-25 mundingen af transportkanalen 1 forbrændingsrummet tjener til en fuldstændig udbringelse af hele brændstofdosis og til rensning af brændstoftransportkanalen.

Den ydelsesafhængige regulering af den brændstofmængde, der skal indslynges for hver takt, kan derved f.eks. ske ved en varia-30 tion af dykstempelslaget. Dykstemplet kan tillige styres asymmetrisk således, at dets arbejdsslag er hurtigt, men dets tilbageløb langsomt, hvortil der i trykmiddelafstrømningen på den ene side af dykstempelstyringen findes et drøvleorgan. Endvidere kan der til et rigtigt forløb af brændstofdoseringen og til indslyngning af brænd-35 stoffet i forbrændingsrummet i brændstoftransportkanalen findes en mod drejning sikret styreglider, der styret af et trykmedium skiftevis forbinder transportkanalen med en trykakkumulator til kanalens fyldning med brændstof og på den anden side frigiver den for dykstemplets arbejdsslag. Til et tidsmæssigt korrekt forløb af denne 40 styring kan bevægelserne af dykstemplet og af styreglideren være synkroniseret med motorens krumtapaksel. Endvidere kan dykstemplet 4 143360 hensigtsmæssigt under sit arbejdsslag passere gennem styreglideren.

En fordelagtig udførelsesform for brændstoftilførslen kan virkeliggøres, når trykkilden er fødet med brændstof ved hjælp af en kontinuerlig mod trykket arbejdende brændstoftilførselsindret-5 ning. Denne tilførselsindretning kan derved føre til en, flere eller alle cylindre i motoren og f.eks. bestå af en transportsnegl. Tillige kan de kanaler, der fører brændstoffet, i brændstoffets strømningsretning fordelagtigt stadig være udvidet for at undgå en presning af brændstoffet og en tilstopning af kanalerne ved en prop-10 dannelse.

Opfindelsen forklares nærmere nedenfor i tilknytning til tegningen, på hvilken fig. 1 viser et aksialt længdesnit gennem en cylinder og et stempel i en udførelsesform for forbrændings-15 motoren, fig. 2 et snit efter en linie II-II i fig. 1, fig. 3 en enkelthed i et snit efter en linie III-III i fig. 1, fig. 4a til 4d forskellige styrediagrammer for slagbevæ-20 gelsen og trykmediumpåvirkningen af brændstofdyk stemplet og styreglideren i afhængighed af tiden eller af krumtapakslens krumtapvinkel og den derved bestemte stilling af stemplet, og fig. 5 et snit efter en linie V-V i fig. 2.

25 I en cylinder 1, fig. 1, i hvilken kølerum 2 er dannet mellem en cylinderindsats 3 og en cylinderkappe la, bevæges et stempel 4 frem og tilbage, hvilket stempel ligeledes har kølerum 9, gennem hvilke et kølemiddel passerer. På cylinderen 1 er over indsatsen 3 understøttet et topstykke 5, der har enten en central anbragt luft-30 indblæsningsdyse eller en brændstofindsprøjtningsdyse 6.

Gennem denne dyse 6 kan f.eks. som tændingshjælpemiddel indsprøjtes .brændolie . I dette tilfælde er dysen 6 udstyret med åbninger, der overvejende fordeler olien i radial retning i forbrændingsrummet 7 i cylinderindsatsen 3.

35 Dysen kan dog også i stedet for radiale åbninger have en central, aksial udstrømningsåbning, der er rettet mod en lomme 8 i stemplet 4. Til dysen 6 tilføres der så komprimeret luft, og dysen har den opgave at understøtte en fuldstændig uddrivning af det brændstof, der i forvejen er opfanget i lommen 8.

40 På den ene side af cylinderen 1 er der vist skylleslidser 11 og udstødningsslidser 12, af hvilke skylleslidserne 11 allerede er 5 143360 tillukket af stemplet 4 på dets vej til det, i fig. 1 stiplet viste, øverste dødpunkt OTP på tidsaksen i fig. 4).

Lommen 8, der ligger centralt i bunden af stemplet 4, er begrænset af en rotationsflade, som er dannet ved rotation af et S-5 formet kurvestykke, der er anbragt på afstand fra den centrale symmetriakse for stemplet 4 eller cylinderen 1 og roterer om denne akse. På denne måde dannes der i lommen S en ringformet underskæring 13 til midlertidig optagelse af indslynget brændstof.

En doserings- og centrifugalindretning 15, der er anbragt i 10 sidevæggen af cylinderen 1 og passerer gennem indsatsen 3, slynger brændstoffet i det væsentlige tangentielt ind i lommen 8, som vist i fig. 2. I lommen 8 bliver brændstofstrålen 4 ombøjet til en snoet strømning, så at brændstoffet, som allerede nævnt, samler sig i underskæringen 13.

15 Doserings- og centrifugalindretningen 15 består af et af et trykmedium dobbeltstyret og drevet dykstempel 16, der ved indslyng-ning af brændstoffet gennem en gennemgangsåbning 17 i en styreglider 18 bevæger sig i en brændstoftransportkanal 19. Slaget af dykstemplet 16 går.så langt, at dykstemplets frie ende fuldstændig 20 passerer gennem kanalen 19, selv om der til indslyngning af brændstoffet kun kræves et slag, der svarer til en med brændstof fyldt dellængde 19a af kanalen 19. Det yderligere slag af dykstemplet 16, der går ud over denne dellængde, tjener til rensning af kanalen 19.

Til en lastafhængig regulering af brændstofmængden anvendes 25 en variation af den med brændstof fyldte længde 19a eller det tilhørende volumen i kanalen 19. Ændringen af denne længde sker ved hjælp af et indskruet anslag 22 for dykstemplet 16, ved hjælp af hvilket anslag det tilbagegående slag af dykstemplet kan begrænses og forandres. Anslaget 22 er med et gevind 26 indskruet i et mel-30 lemstykke 77 med et tilsvarende møtrikgevind mellem et hus 20 og dykstemplet 16 og et husdæksel 21. Dækslet 21 indeholder tillige en indretning til en ydelsesafhængig regulering af brændstofmængden.

Som antydet i fig. 3, virker et ydelsesafhængigt indstillingssignal, dobbeltpil 23 i fig. 3, ved denne regulering på en 35 tandstang 24, der på sin side over et tandhjul 25 indstiller et med tandhjulet forbundet anslag 22 i mellemstykket og således på denne måde ydelsesafhængigt regulerer brændstofmængden.

Til drift af dykstemplet 16 findes et hydraulisk system, ved hvilket et trykmedium over ledninger 32 og 33 samt drejeglidere 27 40 til 30 bliver tilført til eller bortført fra cylinderrum 36 og 37 6 143360 på begge sider af et servostempel 31, der bevirker en bevægelse af stemplet 16. Styrenoter 34 og 35 samt 38 og 39 i drejegliderne 27 til 30, der er stift forbundet med hinanden på en fælles aksel, som roterer synkront med krumtapakslen, og som på tegningen kun for 5 bedre overskueligheds skyld er vist adskilt, styrer derved ved frembringelse af en strømningsforbindelse mellem ledningerne 32 og 33 og en trykledning 40 samt en trykledning 40 og en afløbsledning 41 tilstrømning og afstrømning af trykmedium til og fra rummene 36 og 37.

10 For efter et arbejdsslag at opnå et forsinket og langsomt tilbageløb af dykstemplet 16 findes, der i en ledning 44, der fører til glideren 38 og er afgrenet fra ledningen 32, et drøvleorgan 45, der er forsynet med en fast forindstillet drøvleåbning.

Fyldningen af kanalstykket 19a med brændstof er styret af 15 styreglideren 18, der ved hjælp af en æg, 42, fig. 2, der indgriber i en tilsvarende udsparing 43 i et lukkestykke 76, fig. 5, for et trykrum 58 på undersiden, er sikret mod drejning. Til styring af denne fyldning er der ved siden af gennemgangen 17 for dykstemplet 16 i glideren 18 anbragt en halvcirkelformet kanal 46, gennem hvil-20 ken kanalstykket 19a - ved en tilsvarende stilling af glideren 18 -i brændstoftransportkanalen 19 er forbundet med en kanal 47, der stadig udvider sig i strømningsretningen for brændstoffet. Denne kanal 47 udgår fra et trykrum 49 i en trykkilde 48. Til rummet 49 tilføres der kontinuerligt brændstofstøv over en ledning 50, der lige-25 ledes udvider sig i brændstoffets strømningsretning. Ledningen 50 er tilsluttet til en kontinuerlig arbejdende snegltransportør 51.

Det brændstof, der tilføres til rummet 49, står under et tryk af et stempel 53, der er belastet af en fjeder 52.

For at kunne udføre styrebevægelsen er glideren 18 forsynet 30 med en énsidig trykmediumstyring, der arbejder mod en fjeder 54.

Det slag af styreglideren 18, der bevirkes ved hjælp af trykmediet, hen i en stilling, der muliggør et arbejdsslag af dykstemplet 16, er yderligere nøjagtigt begrænset ved hjælp af et anslag 55 for at sikre en nøjagtig indpasning af gennemgangsåbningen 17 i brændstof-35 transportkanalen 19.

Trykmediumstyringen af glideren 18 sker ligeledes over dreje-glidere 56 og 57, der også er anbragt stift på en fælles aksel og synkroniseret med krumtapakslen. Drejegliderne 56 og 57 forbinder over en ledning 66 trykmediumrummet 58 på glideren 18's styreside 40 og over styrenoter 59 og 60 med henholdsvis en trykledning 61 og en afgangsledning 62, hvilke ledninger hører til det allerede i sam- 7 143360 menhæng med dykstempelstyringen nævnte hydrauliske system.

Med 63, 64 og 65 er lækage-bortførselsledninger til trykmiddel og kulstof samt afluftningsledninger betegnet.

I fig. 4 viser et diagram a stillinger f og e for styregli-5 deren 18, idet ud fra grundlinien slagpositionen vilkårligt høfer • til fyldestillingen f og grundpositionen til arbejds- eller ind- slyngningsstillingen e. Et diagram b angiver en grundstilling g og en slagstilling h samt en vej for brændstofdykstemplet 16 mellem disse stillinger, medens afbildningen 4c, hørende til diagrammet 10 4a, gengiver de trykforhold, der hører til disse stillinger og Veje, i et rum 58 under styreglideren 18, og fig. 4d, hørende til diagrammet 4b, gengiver trykforholdene i rummet 18 for dykstemplet 16. I begge afbildninger er der skraveret vist en trykpåvirkning lodret og en trykløs tilstand vandret.

15 Ved hjælp af fig. 4a til 4d fås for dykstemplet 16, der do serer brændstoffet og slynger det ind, og for styreglideren 18 følgende bevægelsesforløb.

I det nederste dødpunkt UTP af stemplet 4 befinder dykstemplet 16 sig i tilbagetrukket stilling Og ligger an mod anslaget 22. 20 Dykstemplet indtager altså på dette tidspunkt sin grundstilling g, fig. 4b. Trykrummet 36, fig. 4b, der ved en trykbelastning bevirker arbejdsslaget g - h, er trykløst, d.v.s. drejeglideren 27 adskiller ledningerne 32 og 40 fra hinanden, medens samtidig noten 38 i glideren 29 holder ledningen 32 i forbindelse med afløbsled-25 ningen 41 over drøvleorganet 45. Omvendt forbinder noten 35 i glideren 28 på dette tidspunkt ledningerne 33 og 40 med hinanden. Samtidig er ledningerne 33 og 41 adskilt fra hinanden.

Styreglideren 18, fig, 4a, befinder sig på dette tidspunkt ved en trykbelastning i trykrummet 58, fig. 4c, mod virkningen fra 30 fjederen 54 på vej mellem den i fig. 4a foroven liggende antagne fyIdeposition f og arbejds- eller indslyngningsstiIlingen e. Glideren 57 spærrer i denne tid ledningerne 62 og 66, medens samtidig ledningerne 61 og 66 over noten 59 i glideren 56 står i forbindelse med hinanden. Rummet 19a i transportkanalen 19 er fyldt med 35 brændstof.

På et tidspunkt 70, der omtrent svarer til de i fig. 1 og 2 viste stillinger af stemplet 4 og af dykstemplet 16 samt styreglideren 18, begynder, så snart styreglideren 18 er nået hen i sin arbejdsstilling e, i rummet 36 en trykfase, fig. 4b, og dykstemplet 40 16 udfører fra sin grundstilling g et slag hen mod stillingen h, under hvilket dykstemplet gennemløber hele kanalen 19 og slynger 8 143360 den i kanalstykket 19a værende brændstofmængde ind i slagrummet 7.

I diagrammet 4b er dermed dels vist et slag g - h for dykstemplet 16 for maksimal ydelse, hvilket slag er givet ved en ydelsesafhængig yderste stilling af anslaget 22, dels med punkterede linier et 5 slag g' - h, der svarer til det minimale brændstofbehov ved minimal ydelse og udføres ved en modsat yderste stilling af anslaget 22.

Slaget af dykstemplet 16 er fuldført i position g, fig. 4b, og dermed er også trykfasen i rummet 36 afsluttet til tiden 71,fig. 4b. Fra rummet 36 strømmer trykmedium derefter bort over en strøm-10 ningsforbindelse 32, 44, 38 og 41, forsinket ved hjælp af drøvle-organet 45, medens der samtidig over en vej 40, 35, 33 i rummet 37 på den anden side af servostemplet 31 for dykstemplet 16 opbygges et tryk, og dykstemplet 16 som følge heraf atter bevæges hen til grundstillingen g eller g', som dykstemplet opnår på tidspunktet 15 73 eller 72.

Under denne bevægelse er dykstemplet 16 på et mellem 71 og 73 liggende tidspunkt løbet så langt tilbage, at det, når det forlader åbningen 17, ikke mere forhindrer styreglideren 18 i en forskydning. På tidspunktet 72 bliver derfor ved den tilsvarende stil-20 ling af gliderne 56 og 57 trykfasen i rummet 58 afsluttet, fig. 4c, og styreglideren 18 begynder under påvirkning af fjederen 54 at bevæge sig fra stilling e til stilling f, fig. 4a, idet den når stilling f på et tidspunkt 74.

I denne stilling forbinder ringkanalen 46 i styreglideren 18 25 kanalen 47 med delstykket 19a af kanalen 19, hvorved der i trykrummet 49 sker en vis aflastning. På grund af denne aflastning transporterer stemplet 53, der er drevet af fjederen 52, den for den næste cyklus nødvendige brændstofmængde ind i kanalstykket 19a, hvormed doserings- og slyngeapparatet 15 atter er parat til det næste 30 indslyngningsforløb.

Fyldeforløbet er afsluttet til tidspunktet 75, fra hvilket der i rummet 58 atter opbygges et tryk, og styreglideren 18 som følge heraf går tilbage til sin arbejdsposition e, idet kredsløbet er afsluttet, når tidspunktet 70 nås.

35 Afsluttende skal kort skitseres samhørigheden mellem de i fig. 4a til 4d viste tidspunkter med stillingen af arbejdsstemplet4.

Når man går ud fra det nederste dødpunkt UTP for stemplet 4, skal indslyngningen af brændstof i slagrummet 7 og i lommen 8 i stemplet 4 ifølge opfindelsen ske i den første halvdel af et kom-40 pressionsslag. Overført til fig. 4 betyder det, at trykfasen 70 til 71 for brændstofdykstemplet 16, som vist, må ligge i den første

Claims (2)

9 143360 halvdel af tidsintervallet UTP til OTP, der gengiver stemplets kom-pressionsslag. I intervallet 71 til OTP sker der da en undvigen af brændstoffet fra lommen 8 samt tænding og forbrænding af brændstoffet. 5 Tidspunkterne 72, 73, 74 og 75 er ikke direkte forbundet med vejen og stillingen for arbejdsstemplet 4 og kan derfor inden for visse grænser vælges frit efter andre nødvendige krav.

1. Stempelforbrændingsmotor med af et kølemiddel gennem-strømmede stempler til drift med et støvformet brændstof, der ved 10 hjælp af et mekanisk brændstofdoserings- og indslyngningsapparat for hver cylinder taktvist slynges direkte ind i cylinderrummet under et kompressionsslag, kendetegnet ved, at der i stempelbunden findes en mod cylinderrummet (7) åben, i det væsentlige af en rotationsflade begrænset lomme (8), der har en underskæring 15 (13), der også har form som en rotationsflade, idet indslyngnings- apparatet (15) og lommen (8) er således udformet og rettet mod hinanden, at den ved den højeste belastning pr. arbejdstakt krævede brændstofmængde fra apparatet (15) strømmer tangentielt ind i lommen (8) gennem en sideåbning i det af stemplet (4) overstrøgne om-20 råde af cylindervæggen i et tidsinterval inden for den første halvdel af kompressionsslaget og under påvirkning af den i lommen (8) frembragte hvirvelbevægelse samler sig inde i underskæringen (13), og at formen af underskæringen (13) muliggør en frigivelse af det i underskæringen opfangede brændstof i det ovenover stemplet (4) 25 værende forbrændingsrum ved aftagende centrifugalkræfter inde i hvirvlen og under indflydelse af en tiltagende aksial retardering af stemplet (4) under et tidsinterval, der ligger inden for den anden halvdel af kompressionsslaget.

2. Forbrændingsmotor ifølge krav 1, kendetegnet 30 ved, at der i cylinderdækslet (5) findes en central luftindblæs- ningsindretning (6), ved hjælp af hvilken komprimeret luft indblæses centralt i lommen (8) i stemplet (4), der bevæger sig mod sit øverste dødpunkt (OTP). 1 Forbrændingsmotor ifølge krav 1, kendetegnet 35 ved en styreindretning (27), der først frigiver indslyngningsappa- ratet (15), når skylleslidserne (11) i det mindste delvist er dækket af stenplet (4), der bevæger sig opefter.