DK167073B1 - Forbraendingsmotor af stempelmotortypen - Google Patents

Description

i DK 167073 B1

Opfindelsen angår en forbrændingsmotor af stempel motortypen, og hvor det statiske kompressionsforhold er mere end ca. 15:1, især i intervallet fra ca. 15:1 til ca. 20:1, fortrinsvis ca. 17:1.

5

Til drift af køretøjer, skibe og andre kraftanlæg kendes dieselmotorer, benzinmotorer og gasmotorer, der alle er af otto-motortypen, og virker ved, at en mængde 1 uft/brændstofblanding antændes i et forbrændingskammer, hvorefter forbrændingen 10 giver en trykstigning. Denne trykstigning sker ikke momentant efter antændelsen, men sker gradvist i løbet af et tidsrum. Antændelsesmekanismerne i de tre ovennævnte motorer er for dieselmotorens vedkommende selvantændelse, eventuelt i kombination med et gløderør under opvarmningsprocessen, hvor den 15 brandbare blanding på grund af trykstigningen i forbrændings-kammeret vil antændes. For de to sidste typer motorers vedkommende, benzinmotorer og gasmotorer, sker antændelsen som regel ved hjælp af en gnist fra tændingsanlæg. Disse to sidste typer motorer anvender normalt ikke selvantændelse, men hvis man 20 endelig opnår selvantændelse i f.eks. en benzinmotor, opstår der det kedelige fænomen, der kaldes tændingsbanken eller detonationsbanken. Gasmotorer til drift af køretøjer opbygges normalt på baggrund af benzinmotorer, der enten er direkte konstrueret til gasdrift eller kan konverteres dertil. En 25 væsentlig forskel imellem dieselmotoren og benzinmotoren ligger i kompressionsforholdet, der for dieselmotorer ofte er større end 12:1 og for benzinmotorer sjældent større 10:1. Det tidspunkt, hvor antændelsen sker i benzinmotoren, ligger som regel fra ca. 12° til ca. 3° før øvre dødpunkt (FØD), således 30 at det maksimale tryk i forbrændingskammeret opstår efter øvre dødpunkt (EØD).

Fra fransk offentliggørelsesskrift nr. 2.619.415 kendes anvisninger til at lade en dieselmotor tænde på en blanding af for-35 brændingsluft og brændbar gas, og som bringes til forbrænding i motorens forbrændingskammer. Forbrændingen startes ved hjælp af en gnist fra et tændrør, idet der dog tages højde for, at DK 167073 B1 2 der i antændingsøjeblikket og i området uden for gnistens (flammefrontens) udbrdelseszone i forbrændingskammeret er en temperatur, som er lavere and selvantændelsestemperaturen for blandingen, og som tillader opretholdelse af det kritiske kom-5 pressionsforhold, der er normalt for en dieselmotor. Slagvolumenet er fastholdt. Motoren anvendes især til naturgasdrift.

Formålet med opfindelsen er at anvise en forbrændingsmotor med en høj virkningsgrad, at anvise en enkelt konvertering af en 10 dieselmotor til gasdrift, og at anvise en enkel mulighed for effektforøgel se.

Forbrændingsmotoren ifølge opfindelsen er ejendommelig ved, at tændingstidspunktet ved fremmedtænding er efter øvre dødpunkt 15 (EØD), især i intervallet fra ca. 0° EØD til ca. 20° EØD, fortrinsvis ca. 4° EØD. Herved opnås, at et brændstof, hvis selvantændelsesevne ikke er tilstrækkelig til at antændes ved det givne kompressionsforhold, kan opnå en antændelse, og at forbrændingshastigheden stiger i et forbrændingskammer, hvor 20 trykket falder, således at det maksimale tryk i cylinderen opstår i nærheden af 90° EØD, hvilket giver en høj virkningsgrad, reduceret slid og en stor nyttevirkning af brændstoffet, uden at temperaturen i forbrændingskammeret stiger for voldsomt .

25

En udførelsesform for forbrændingsmotoren ifølge opfindelsen består i, at brændstoffet omfatter F-gas i form af autogas blandet med luft, hvor F-gassen hovedsageligt indeholder propan og butan, og hvor luften er atmosfærisk luft med ca. 21% 3g ilt. Herved opnås, at man kan anvende et almindeligt tilgængeligt brændstof med en stor renhed, og hvor forbrændingsprodukterne hovedsageligt bliver kuldioxid og vand, til at give forøget effekt i forbrændingsmotoren.

35 En anden udførelsesform for forbrændingsmotoren ifølge opfindelsen er ejendommelig ved, at det er en 6-cylindret motor på 9570 cm3 med en boring på 125 mm og en slaglængde på 130 mm, DK 167073 B1 3 og som er forsynet med et tændingsanlæg f.eks. af typen Lume-nition, et fordamperan1 æg f.eks. af typen Renzo Matic, en kar-bureringsindretning omfattende en venturi og et standard udstødningssystem for dieseldrift. Herved opnås, at en kendt 5 dieselmotorkonstruktion kan konverteres for 1 ave omkostninger til en motor til gasdrift og med høj nyttevirkning.

Forbrændingsmotoren ifølge opfindelsen kan endvidere være ejendommelig ved, at en dieselmotors brændstof indsprøjtnings-20 system med pumpe, fordelerindretning og dysesystem udbyttes med tændningsanlæg omfattende tændspole, strømfordeler, tænd-kabler og tændrør. Herved opnås, at man ved konverteringen kan anvende gængse komponenter, der er lette at få i handelen.

25 Forbrændingsmotoren ifølge opfindelsen er ejendommelig ved, at det sted, hvor dieselmotorens brændstof indsprøjtningssystem styres fra, bruges til at styre tændingsanlæggets strømfordeler. Herved opnås en tilstrækkelig præcis styring af tændingsanlægget med høj effekt til følge.

20

En udførelsesform for forbrændingsmotoren ifølge opfindelsen er ejendommelig ved, at de huller i et topstykke, der er beregnet til brændstofdyser til diesel, forsynes med tændrør, der fortrinsvis er af gni sttypen, alternativt af gi ødetypen. 25 Herved opnås, at en kendt motorkonstruktion, der er ganske dyr at fremstille fra grunden, vil kunne anvendes til drift med høj virkningsgrad, en effektforøgeIse på mere end ca. 15%, et reduceret brændstofforbrug på mere end ca. 10% og en reduceret brændstofomkostni ng på mere end ca. 20%.

30

Opfindelsen beskrives nedenfor under henvisning til tegningen, hvor fig. 1 viser en viser en forbrændingsmotor ifølge opfindelsen, 3 5 fig. 2 principskitse for konvertering, og DK 167073 B1 4 fig. 3 konverteret topstykke, set i udsnit.

I fig. 1 ses den motor, som helhed betegnet med 1, hvorpå opfindelsen har været afprøvet. Det drejer sig om et Fiat type 5 8220.12, som er en dieselmotor, der normalt anvendes til last vogne og lignende. Motoren er en 6-cylindret firetakts-di esel -motor, der under normale omstændigheder udvikler 148 kW svarende til 201 hk ved 2600 omdrejninger pr. minut. Motoren har drejningsmoment på 638 Nm svarende til 55 kgm ved 1400 omdrej-10 ni nger pr. minut. Boringen er 125 mm, slaglængderne 130 mm, hvilket giver et slagvolumen på 9570 cm3. Kompressionsforholdet er afpasset dieseldrift uden gløderør, hvilket i dette tilfælde er 17:1. Motoren er normalt forsynet med forskelligt perifert udstyr, såsom generator til opladning af batterier, 15 vandpumpe og blæseindretning til kølesystem. Alt dette perifere udstyr kan bibeholdes ved konvertering til gasdrift. Ligeledes kan transmissionen, dvs. forbindelsen fra motoren til vejen, bibeholdes, og det er ligeledes ikke nødvendigt at ændre på det totale udvekslingsforhold, da motorens karakte-20 ristik ikke ændrer sig væsentligt. Det vil selvfølgeligt være muligt at få motoren til at udvikle større effekt ved højere omdrejningstal, hvilket dog vil øge slitagen samt kræve en ombygning af transmissionen. En meget væsentlig faktor ved konverteringen af dieselmotoren til gasdrift er, at det er 25 meget få dele, der skal byttes ud.

I f i g. 2 ses de dele, der principielt bliver udskiftet på dieselmotoren. Dieselmotorens indsugnings- og afgangsmanifolder bibeholdes, men til indsugningsmanifolden 11 tilsluttes en 30 karbureringsindretning 7, der forsynes 53 fra et fordamperan læg 5 af typen Renzo Matic. Denne fordamper 5 forsynes fra en gastank, der anbringes i køretøjet i stedet for den dieselolietank, der har været brugt før. Gastanken er af konventionel type og egnet til autogas eller F-gas, som det også kaldes.

35

Karbureringsindretningen er ombygget som følger: DK 167073 B1 5

Luften kommer ind gennem et luftfilter 63, hvorefter den passerer igennem en venturi 71, hvor den blandes med gassen, hvorefter gas/luftblandingen ledes hen til indsugningsmani-folden 11 gennem et overgangsstykke 77, der består af et ca.

5 50 cm langt cirkulært rør med en indre diameter på 55 mm. Tæn dingsanlægget 3 på motoren 2 består af et elektronisk tændingsanlæg f.eks. af typen Lumenition med en tændspole 31, en strømfordeler 33 og i denne konkrete udføre!sesform seks tændrør 37 med dertil egnede forbindelser 35. Det elektroniske 10 tændingssystem og tændspolen 31 er af konventionel type med dertil hørende justeringsmuligheder. Strømfordelerens 33 dæksel , tændkabler 35 og tændrør 37 er ligeledes af konventionel type, men strømfordelerens 33 bundstykke er fremstillet specielt til den anvendte motor 1. Bundstykket skal have forbin-15 delse til en aksel i motoren, der roterer synkront med krumtapakselen. Denne aksel kan f.eks. være en knastaksel eller en balanceaksel. På dieselmotorer er der som regel et eksternt pumpesystem, der forsyner dyserne med det enkelte forbrændingskammer med dieselolie. Da dette pumpesystem ikke skal 20 anvendes efter konverteringen, kan strømfordeleren 32 med fordel forbindes til motoren 1 på dette sted. Dette sted har ligeledes den fordel, at den aksel, som før drev pumpesystemet, og som nu skal drive strømfordeleren 32, bevæges synkront med motorens 1 krumtapaksel.

25 I f i g. 3 ses et udsnit af et topstykke 9 til motoren 1 ifølge opfindelsen, hvor man ser det øverste af forbrændingskammeret med de to ventiler, indsugningsventilen 93 og udstødningsventilen 95. Mellem disse to ventiler er der ved dieseldrift pi a-30 ceret en indsprøjtningsdyse. Denne indsprøjtningsdyse er ud skiftet med et almindeligt tændrør 37. Denne udskiftning kan lade sig gøre, ved at man fremstiller en forskruning, der passer i hullet 91 i topstykket 9, og hvori tændrøret 37 kan placeres. Denne forskruning kan udformes således, at tændrøret 37 35 får den rette placering i forbrændingskammeret. Både ind sprøjtningsdysen i dieselmotoren og tændrøret 37 i gasmotoren vil teoretisk set være placeret samme sted i forbrændingskam- DK 167073 B1 6 meret, netop det sted, der kan betragtes som et geometrisk center for trykbølgeudbredelsen ved forbrændingen. I forbindelse med motorer, hvor brændstoffet ikke sprøjtes direkte ind i cylinderen, men sprøjtes ud på indsugningsventilen umiddel-5 bart inden luftstrømmen træder ind i cylinderen, vil denne nemme konvertering være besvær!iggjort, idet tændrøret 37 skal placeres i forbrændingskammeret. Normalt vil dog dieselmotorer have indsprøjtningsdysen placeret i selve forbrændingskammeret .

10

Den forbrændingsmotor 1, der skal bruges til konvertering i-følge opfindelsen bør have et statisk kompressionsforhold på mere end ca. 15:1, især i intervallet fra ca. 15:1 til ca. 20:1, fortrinsvis ca. 17:1. Tændingstidspunktet for tændrøret 15 37 er efter øvre dødpunkt (EØD). Tændingstidspunktet ligger i intervallet fra ca. 0° EØD til ca. 20° EØD, fortrinsvis ca. 4° EØD. Antændelsestidspunktet afhænger især af gassens sammensætning, men hvis man anvender F-gas, vil tændingstidspunktet . ligge ganske fast.

20

Brændstoffet, der skal bruges til forbrændingsmotoren 1, vil normalt være F-gas, i form af autogas blandet med luft, hvor F-gassen hovedsagelig indeholder propan og butan. Luften er almindelig atmosfærisk luft med ca. 21% ilt. Det vil dog også 25 være muligt at anvende andre gassammensætninger, men naturgas kræver meget solide tanke samt meget lav temperatur for at kunne opbevares i flydende form, hvilket af pladsmæssige hensyn er nødvendigt på et køretøj. Man kan dog forestille sig, at der kan fremkomme andre former for oplagringsmetoder, som 3ø vil gøre naturgas anvendeligt i køretøjer. Bygas kunne ligeledes anvendes, men dets energiindhold i fordampet form er væsentligt mindre end F-gassens.

Konverteringen af forbrændingsmotoren 1 består i, at de huller 35 91 i topstykket 9, der er beregnet til brændstofdyser til die sel, forsynes tændrør 37, der fortrinsvis er af gnisttypen, alternativt af glødetypen. Dette ses i fig. 3.

7 DK 167073 B1

Forbrændingsmotoren 1, der i sin grundkonstruktion er en dieselmotor, forsynes med et tændingsanlæg 3, f.eks. af typen Lumenition, et fordamperanlæg 5 af typen Renzo Matic og en karbureringsindretning omfattende en venturi 71. Det udstød-5 ningssystem, der anvendtes, da motoren 1 var beregnet til dieseldrift, kan stadigvæk bruges. Tændingsanlægget 3 og fordamperanlægget 5 kan selvfølgelig være af andre fabrikater end de nævnte. Tændingsanlægget 3 behøver endog ikke at være et elektronisk tændingsanlæg, men kan også være rent mekanisk.

10

Dieselmotorens brændstof indsprøjtningssystem med pumpe, fordelerindretning og dysesystem, byttes ud med tændsystem 3 omfattende tændspole 31, strømfordeler 33, tændkabler 35 og tændrør 37.

15

Det sted (den drivaksel), hvor dieselmotorens brændstof indsprøjtn i ngssystem styredes fra, bruges til at styre tændingsanlæggets 3 strømfordeler 33.

20 Venturien 71 til forbrændingsmotoren 1 er i det væsentlige rotationssymmetrisk set i strømningsretningen. Forholdet mellem diameteren af overgangsstykket 77 og afstanden mellem venturi 71 og indsugningsmanifolden 11 er mellem 1 til ca. 15 og 1 til ca. 5, fortrinsvis 1 til ca. 10. Det er væsentligt, at over- 25 gangsstykket 77 er rimeligt langt for at opnå en passende blanding af luft og gas. Ved for kort overgangsstykke 77 vil de enkelte cylindre blive tilført uensartet blanding, dvs. enten for fed eller for mager blanding.

30 Opfindelsen er ikke begrænset til de ovenfor nævnte udførelsesformer, men kan ændres på mange måder uden at derved afvige fra dens ide. F.eks. kan der være mere end en venturi og tændingsanlægget kan omfatte elektrostatisk tænding.

35

Claims (6)

1. Forbrændingsmotor af stempel motortypen, og hvor det sta-5 tiske kompressionsforhold er mere end ca. 15:1, især i intervallet fra ca. 15:1 til ca. 20:1, fortrinsvis ca. 17:1, kendetegnet ved, at tændingstidspunktet ved frem-medtænding er efter øvre dødpunkt (EØD), især i intervallet fra ca. 0° EØD til ca. 20° EØD, fortrinsvis ca. 4° EØD. 10

2. Forbrændingsmotor ifølge krav 1, kendetegnet ved, at brændstoffet omfatter F-gas i form af autogas blandet med luft, hvor F-gassen hovedsageligt indeholder propan og butan, og hvor luften er atmosfærisk luft med ca. 21¾ ilt. 15

3. Forbrændingsmotor ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet ved, at det er en 6-cylindret motor (1) på 9570 cm3 med en boring på 125 mm og en slaglængde på 130 mm, og som er forsynet med et tændingsanlæg (3), f.eks. af typen Lumeni- 20 tion, et fordamperanlæg (5), f.eks. af typen Renzo Matic, en karbureringsindretning (7) omfattende en venturi (71) og et standard udstødningssystem for dieseldrift.

4. Forbrændingsmotor ifølge et eller flere af kravene 1-3, 25 kendetegnet ved, at en dieselmotors brændstof ind- sprøjtningssystem med pumpe, fordelerindretning og dysesystem udbyttes med tændingsanlæg (3) omfattende tændspole (31), strømfordeler (33), tændkabler (35) og tændrør (37). 30

5. Forbrændingsmotor ifølge et eller flere af kravene 1-4, kendetegnet ved, at det sted, hvor dieselmotorens brændstof indsprøjtningssystem styres fra, bruges til at styre tændingsanlæggets (3) strømfordeler (33). 35

6. Forbrændingsmotor ifølge et eller flere af kravene 1-5, kendetegnet ved, at de huller (91) i et topstykke (9), der er beregnet til brændstofdyser til diesel, forsynes 5 9 DK 167073 B1 med tændrør (37), der fortrinsvis er af gnisttypen, alternativt af glødetypen. Ί Λ Λ U 15 20 25 30 35