DK177917B1 - Cylinder i en totakts længdeskyllet krydshovedmotor og fremgangsmåde til mindskning af NOx-dannelse - Google Patents

Cylinder i en totakts længdeskyllet krydshovedmotor og fremgangsmåde til mindskning af NOx-dannelse Download PDF

Info

Publication number
DK177917B1
DK177917B1 DK200100839A DKPA200100839A DK177917B1 DK 177917 B1 DK177917 B1 DK 177917B1 DK 200100839 A DK200100839 A DK 200100839A DK PA200100839 A DKPA200100839 A DK PA200100839A DK 177917 B1 DK177917 B1 DK 177917B1
Authority
DK
Denmark
Prior art keywords
cylinder
fuel
nebulizer
facing
injectors
Prior art date
Application number
DK200100839A
Other languages
English (en)
Inventor
Mads Røgild
Viggo Jessen
Original Assignee
Man Diesel & Turbo Deutschland
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Man Diesel & Turbo Deutschland filed Critical Man Diesel & Turbo Deutschland
Priority to DK200100839A priority Critical patent/DK177917B1/da
Publication of DK200100839A publication Critical patent/DK200100839A/da
Priority to PCT/DK2002/000348 priority patent/WO2002101230A1/en
Priority to KR1020037015296A priority patent/KR100749863B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of DK177917B1 publication Critical patent/DK177917B1/da

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B25/00Engines characterised by using fresh charge for scavenging cylinders
    • F02B25/02Engines characterised by using fresh charge for scavenging cylinders using unidirectional scavenging
    • F02B25/04Engines having ports both in cylinder head and in cylinder wall near bottom of piston stroke
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B23/00Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation
    • F02B23/02Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02FCYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F1/00Cylinders; Cylinder heads 
    • F02F1/24Cylinder heads
    • F02F1/242Arrangement of spark plugs or injectors
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M61/00Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00
    • F02M61/16Details not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M61/02 - F02M61/14
    • F02M61/18Injection nozzles, e.g. having valve seats; Details of valve member seated ends, not otherwise provided for
    • F02M61/1806Injection nozzles, e.g. having valve seats; Details of valve member seated ends, not otherwise provided for characterised by the arrangement of discharge orifices, e.g. orientation or size
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M69/00Low-pressure fuel-injection apparatus ; Apparatus with both continuous and intermittent injection; Apparatus injecting different types of fuel
    • F02M69/04Injectors peculiar thereto
    • F02M69/042Positioning of injectors with respect to engine, e.g. in the air intake conduit
    • F02M69/045Positioning of injectors with respect to engine, e.g. in the air intake conduit for injecting into the combustion chamber
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
  • Fuel-Injection Apparatus (AREA)

Abstract

I en cylinder i en totakts længdeskyllet krydshovedmotor er der en udstødsventil (17) og mindst to brændselsinjektorer (14), der hver har flere forstøverhuller. Bagudvendte og fremadvendte forstøverhuller på injektorerne (14) er sætvis rettet hen mod og kan sprøjte brændsel ind i et fælles blandingsområde (22), hvori iltindholdet bliver så lavt ved forbrændingen, at NOx dannelsen modvirkes, selv om forbrændingen giver høj temperatur.

Description

Opfindelsen angår en cylinder i en totakts længdeskyllet krydshovedmotor med et forbrændingskammer, der gennem skylleluftporte tilføres iltholdig ladeluft i en hvirvel i forbrændingskammeret, når et stempel er i forbrændingskammerets nedre afsnit, og hvori der i forbrændingskammerets øvre afsnit er en udstødsventil og mindst to brændselsinjektorer, der hver har flere forstøverhuller, hvoraf et bagudvendt forstøverhul på en brændselsinjektor er rettet i det mindste delvis imod hvirvelretningen og et fremad-vendt forstøverhul på en anden brændselsinjektor er rettet i det mindste delvis med hvirvelretningen.
En sådan cylinder med to brændselsinjektorer kendes fra dieselmotortypen VTBF af fabrikatet B&W Diesel, hvor injektorerne har tre fremadvendte forstøverhuller og et enkelt bagudvendt forstøverhul. En tilsvarende cylinder med tre injektorer kendes fra DK/EP 0 713 003 T3. De fire forstøverhuller udgår fra samme niveau i forstøverboringen og åbnes og lukkes samtidigt. Det bagudvendte forstøverhul anvendes til at frembringe brændselsforbrænding i ladelufthvirvlen opstrøms for brændselsinjektoren for derved at frembringe såkaldt intern recirkulering af forbrændingsgas til forbrændingsområderne hørende til de fremadvendte forstøverhuller på samme brændselsinjektor.
Recirkulering af forbrændingsgas har i mange år været anvendt som middel til nedbringelse af NOx-dannelse ved forbrændingsprocessen, og recirkuleringen bygger på en formodning om, at den recirkulerede forbrændingsgas virker afkølende på forbrændingsområdet, og at NOx-dannelse hovedsageligt er forårsaget af forbrænding ved for høj temperatur. Den interne recirkulering, der er opnået ved at rette et af forstøverhullerne bagud, således at ladelufthvirvlen indeholder røggas fra forbrændingen af brændsel fra dette forstøverhul, når den når frem til områderne for forbrænding af brændsel fra de fremadvendte forstøverhuller, medfører en langsommere forbrænding af brændslet ved lavere temperatur. Den lavere temperatur giver mindre NOx-dannelse ved forbrændingen.
Det er et problem ved den kendte cylinder med brændselsinjektorer, at NOx-dannelsen ikke undertrykkes i tilstrækkelig grad.
Den foreliggende opfindelse har til formål at anvise en cylinder til en dieselmotor som giver en yderligere mindskelse af NOx-dannelse i løbet af forbrændingen .
Med henblik herpå er opfindelsen ejendommelig ved, at de bagudvendte og fremadvendte forstøverhuller beliggende på forskellige injektorer sætvis er rettet hen mod og kan sprøjte brændsel ind i et fælles blandingsområde, der i forbrændingskammeret er beliggende mellem forstøverhullerne i sættet, og at afstanden mellem injektorerne med forstøverhuller i sættet er højst 0,9 x B, hvor B er cylinderboringen.
Ved åbning af injektorerne forstøves brændslet stråleagtigt med høj hastighed ind i forbrændingskammeret. Hvert sammenhørende sæt af forstøverhuller er beliggende på mindst to forskellige brændselsinjektorer, og da brændslet sprøjtes med den høje hastighed ind i det fælles blandingsområde, træffer de to eller flere brændselsstråler hinanden på et meget tidligt tidspunkt i motorcyklussen. Dette blandingstidspunkt ligger mærkbart før det tidspunkt i motorcyklussen, hvor ladelufthvirvlen i den kendte cylinder kan nå at blande røggas fra forbrændingen af en bagudvendt stråle ind i området for en fremadvendt stråle fra samme brændselsinjektor. Den tidlige blanding i cylinderen ifølge opfindelsen muliggør anvendelsen af en hidtil uudnyttet mekanisme til undgåelse af N0X-dannelse, som herefter omtales nærmere.
Dannelse af N0X ved en forbrændingsproces er afhængig af flere faktorer. Ved høje temperaturer under forbrændingsprocessen kan der dannes NOx ved oxidation af luftens nitrogen. Med de i en dieselmotor forekommende opholdstider for brændsel og gasser skal tempe raturen være højere end 2000°K, for at større mængder N0X dannes. Ved lavt iltindhold begrænses oxidationen og N0X dannelsen hæmmes. Ved stort overskud af ilt begrænses temperaturen, hvilket også hæmmer dannelsen af N0X. I cylinderen ifølge opfindelsen når brændselsstrålerne hurtigt hen i det fælles blandingsområde, hvori iltindholdet er så lavt som følge af den indledende forbrænding og medfølgende produktion af røggas, at stigende temperatur ikke fører til nogen væsentlig forøgelse af NOx-dannelsen. I løbet af den indledende forbrænding er temperaturen lavere end de 2000°K, der er den nedre grænsetemperatur for N0X-dannelse. Opfindelsen er med andre ord baseret på en hurtig indledende, iltforbrugende forbrænding ved passende lav temperatur og en efterfølgende mere langstrakt forbrænding ved høj temperatur i et blandingsområde, hvori iltindholdet er lavt. Hvis afstanden mellem injektorerne med sættet af forstøverhuller er større end 0,9 x B, kan der opstå risiko for, at iltindholdet ikke bliver tilstrækkeligt lavt i blandingsområdet til at NOx-dannelsen undertrykkes nok.
Med opfindelsen begrænses eller undgås, at forbrændingen finder sted på den tidligere anvendte måde med højere iltindhold, hvor NOx-dannelsen primært er styret af det øjeblikkelige temperaturniveau ved forbrændingen, der alligevel ikke kan holdes under de 2000°K under hele forbrændingen.
Det fælles blandingsområde kan være beliggende i det væsentlige ved samme radius fra cylinderens længdeakse som injektorerne med sættet af forstøverhuller. De bagudvendte og fremadvendte forstøverhuller i sættet er dermed orienteret i det væsentlige direkte imod og i det væsentlige direkte med ladeluftens hvirvelbevægelse i området ved brændselsinjektorerne, hvilket modvirker spredning af især brændselsstrålen fra det fremadvendte forstøverhul på strækningen hen til blandingsområdet.
I en udførelsesform, der giver en særlig hurtig opblanding, er det fælles blandingsområde beliggende nærmest det bagudvendte forstøverhul i sættet, hvorfra brændselsstrålen blæses ud i modstrøm mod ladeluftens bevægelse og derfor har mindre udbredelseshastighed i forbrændingskammeret end brændselsstrålen fra det andet forstøverhul i sættet.
I en yderligere udførelsesform, der tilstræber opnåelse af stor cylindereffekt med passende fordeling af temperaturbelastningen på cylinderforing, -dæksel og stempel samtidig med, at en væsentlig andel af brændslet forbrændes i områder med. reduceret N0X-dannelse, har hver brændselsinjektor et bagudvendt forstøverhul, der danner sæt med et fremadvendt forstøverhul på en bagvedliggende brændselsinjektor, og et fremadvendt forstøverhul, der danner sæt med et bagudvendt forstøverhul på en foranliggende brændselsinjektor samt mindst et yderligere forstøverhul, der er orienteret mere indad i cylinderen end de fremad- og bagudvendte forstøverhuller. Det udnyttes her, at en væsentlig andel af brændslet indsprøjtes til blandingsområder med lavt iltindhold i den radialt yderste del af cylinderen, hvori den største luftmængde står til rådighed i løbet af det tidsmæssigt udstrakte forbrændingsforløb, medens den resterende del af brændslet forstøves ind i midterområdet af cylinderen, hvori den tilgængelige luftmængde er mindre, hvorfor iltindholdet her mindskes relativt hurtigt til passende lavt niveau.
Det er muligt at udforme cylinderen med kun to brændselsinjektorer, men det foretrækkes, at den har mindst tre brændselsinjektorer for at mindske afstanden fra den enkelte injektor til de tilhørende blandingsområder .
Det er muligt at udforme injektoren med et forstøverhul, der kun er rettet en lille vinkel, såsom 25° bagud, men det foretrækkes, at det bagudvendte forstøverhul strækker sig i en retning, der danner en vinkel på mindst 35° med radius fra cylinderens læng deakse i projektion på et plan, der står vinkelret på denne længdeakse. Dette giver en mere ensartet fordeling i cylinderen af forbrændingen af brændsel. I endnu en udførelsesform er nævnte vinkel mellem det bagudvendte forstøverhul og radiussen mindst 48°, hvilket medfører, at det tilhørende blandingsområde ligger forsat i forhold til cylinderens midterste område, og at blandingsområdet af ladelufthvirvlen gradvist bliver tilført mere ilt, således at forbrændingen ikke bliver ufuldstændig. I en yderligere fore trukken udformning er den nævnte vinkel på mindst 60°, hvilket med tre injektorer jævnt fordelt langs cylinderens omkreds giver et blandingsområde, der er beliggende radialt uden for en ret forbindelseslinie mellem de to injektorer, der hver bærer et forstøverhul i et af sættene af forstøverhuller.
Den foreliggende opfindelse angår i et andet, selvstændigt aspekt en fremgangsmåde til mindskning af NOx-dannelse ved brændselsforbrænding i en cylinder i en dieselmotor, der har flere brændselsinjektorer i cylinderen, hvor ladeluft i cylinderen hvirvles rundt omkring cylinderens længdeakse forinden og i løbet af forbrændingen, og hvor brændslet indsprøjtes fra forstøverhuller i injektorerne i retninger i det mindste delvis med og i det mindste delvis imod ladeluftens hvirvelbevægelse. En sådan fremgangsmåde er kendt i forbindelse med ovennævnte forbrændingsmotor af fabrikatet B&W Diesel.
Med henblik på at mindske udslippet af NOx ved hjælp af primære metoder, dvs. at mindske dannelsen af N0X ved selve forbrændingsprocessen i cylinderen, er fremgangsmåden ejendommelig derved, at brændsel indsprøjtes således fra sætvis sammenhørende bagudvendte og fremadvendte forstøverhuller på mindst to injektorer, at forbrændingsområderne hørende til sættet blandes i mindst et fælles blandingsområde, der er beliggende mellem de to brændselsinjektorer, som hver har et forstøverhul i sættet, og hvori forbræn dingen af brændslet fra de mindst to brændselsinjektorer holder iltindholdet lavt for mindskning af N0X-dannelsen.
De forskellige brændselsinjektorer i cylinderen kan hensigtsmæssigt aktiveres til indsprøjtning samtidigt, hvilket forenkler styringen af injektorerne og dermed mindsker risikoen for, at der utilsigtet dannes N0X på grund af forsinket eller manglende indsprøjtning fra en enkelt injektor.
Det er muligt at åbne for brændselsindsprøjtning gennem de bagudvendte forstøverhuller, inden der åbnes for brændselsindsprøjtning gennem de fremadvendte forstøverhuller for derved at få blandingsområdet til at ligge i større afstand fra brændselsinjektoren med det bagudvendte forstøverhul, så at denne bliver mindre udsat for varmepåvirkningen fra forbrændingsprocessen.
Udførelsesformer og eksempler for opfindelsen forklares herefter nærmere med henvisning til den stærkt skematiske tegning, hvorpå fig. 1 viser et snitbillede gennem en kendt cylinder, fig. 2 et diagram over sammenhængen mellem dannelsen af N0X og iltkoncentrationen ved forbrændingen, fig. 3 et længdesnit gennem en cylinder ifølge opfindelsen, fig. 4 et tværsnit gennem et eksempel på en udførelsesform for opfindelsen, fig. 5 et diagram over koncentrationen af brændselsdampe og ilt i cylinderen, og fig. 6 et diagram over forbrændingsraten i en cylinder af henholdsvis kendt udformning og ifølge opfindelsen.
I fig. 1 ses et tværsnit gennem en cylinder i en totakts krydshovedmotor, der kendes under typen VTBF. En cylinder 1 omfatter en cylinderforing 2, der i sin nedre del har skylleluftporte 3, der er skråtstillede i forhold til cylinderens radius for ved hjælp af den indstrømmende luft at sætte ladeluften i cylinderen i en hvirvlende bevægelse, når stemplet bevæger sig forbi sin nedre dødpunktstilling. Cylinderen har to brændselsinjektorer 4, der hver især indsprøjter brændsel a gennem et enkelt bagudvendt forstøverhul og samtidig indsprøjter brændsel b gennem fremadvend-te forstøverhuller. Ladeluftens hvirvelbevægelse omkring cylinderens længdeakse 5 er indikeret med A. I forbindelse med forbrændingen bevirker hvirvelbevægelsen, at røggas fra forbrændingen af brændslet a føres i cylinderens omkredsretning og blandes op med brændslet b indsprøjtet med samme injektor.
Den termiske dannelse af N0X ved forbrændingen af brændslet er domineret af to forskellige forhold, der afhænger af det aktuelle iltindhold ved forbrændingen. I fig. 2 ses en parabel lignende kurve med øvre maksimum over tendensen til dannelse af N0X som funktion af iltindholdet i forbrændingszonen. Hvis iltindholdet i forbrændingszonen er mindre end ca. 5 volumenprocent markeret ved E, er dannelsen af N0X hæmmet af, at kun en ringe mængde ilt er tilgængelig for oxidationen, og yderligere forbrænding vil ganske vist give stigende temperatur, en samtidig falder iltindholdet og dermed N0X dannelse. Ved et iltindhold over ca. 5% begynder varmekapaciteten af den overskydende ilt at reducere forbrændingstemperaturen, men yderligere forbrænding vil her give stigende temperatur og faldende iltindhold og dermed kraftig N0X dannelse. Det skal bemærkes, at procentangivelsen E på ca. 5% i en vis grad er afhængig af motorens størrelse, og dermed kan den variere.
Kurven C markerer en grænseværdi for maksimalt tilladelig NOx-dannelse. I den kendte cylinder illustreret i fig. 1 sker indblandingen af røggas fra området a til områderne b såpas langsomt og med tilstedeværelse af så meget ilt, at kurveforløbet i højre side af fig. 2 under linien C er relevant.
I fig. 3 ses en udførelsesform for en cylinder ifølge opfindelsen, hvilken cylinder 10 omfatter en cylinderforing 12 med skylleluftporte 13 og et cylinderdæksel 11 med en udstødsventil 17 og brændselsinjektorer 14, der fra et brændselssystem 15 tilføres brændsel, når en aktiveringsenhed 16 aktiverer brændselssystemet. Brændselssystemet kan eksempelvis omfatte en brændselspumpe, der aktiveres af en kam på en kamaksel eller af en hydraulisk aktuator på basis af et styresignal fra en elektronisk styreenhed, når der skal gennemføres et injektionsforløb. Alternativt kan brændselssystemet omfatte en kilde for brændsel ved et tryk, der er mindst lige så højt som indsprøjtningstrykket, og en elektronisk eller mekanisk aktiveret styreventil, der kan åbne for forbindelsen mellem brændselskilden og injektoren, når et injektionsforløb skal gennemføres. Brændselsinjektorerne kan være tilsluttet brændselssystemet hver for sig med mulighed for individuel aktivering, men det foretrækkes at alle injektorerne på cylinderen 10 er tilsluttet et fælles brændselssystem, der samtidig aktiverer injektorerne. Brændslet er typisk tung brændselsolie, men enhver gængs type af brændselsolie er anvendelig. De forskellige brændselssystemer er velkendte i teknikken.
Når oversiden af et stempel 18 i cylinderen bevæges ned forbi skylleluftportene 13 strømmer iltholdig ladeluft fra et tryksat skylleluftkammer 19 ind i forbrændingskammeret 20, idet udstødsventilen 17 samtidig holdes åben. Skylleluftportene 13 forløber skråt, så at ladeluften i forbrændingskammeret udfører en kraftig hvirvlende bevægelse om cylinderens længdeakse, som det er illustreret ved pilene D i fig. 4. Ladelufthvirvlen fortsætter sin bevægelse i løbet af stemplets opadgående kompressionsslag og komprimeringen, medens udstødsventilen holdes lukket.
Når stemplet befinder sig nær sit topdødpunkt (TDC) aktiveres brændselssystemet til at gennemføre et indsprøjtningsforløb. Det nøjagtige tidspunkt for aktiveringen og varigheden udtrykt i grader krumtap-vinkel (drejning) afhænger af motorens aktuelle driftstilstand og belastning. Som et eksempel kan indsprøjtningen indledes 2 grader før TDC og fortsætte indtil 15 grader efter TDC.
Tre brændselsinjektorer 14 er i udførelsesformen vist i fig. 4 monteret jævnt fordelt i cylinderdækslet 11 i en indbyrdes afstand på 0,6 x B, hvor B er cylinderens boring. Hver brændselsinjektor har fire forstøverhuller, hvoraf det ene 23 er rettet bagud hen mod et bagvedliggende ydre blandingsområde 21, det andet 24 er rettet bagud i en vinkel a hen mod et bagvedliggende indre blandingsområde 22, det tredie 2 5 er rettet fremad hen mod det foranliggende ydre blandingsområde 21, og det fjerde 26 er rettet fremad i en vinkel β hen mod det indre foranliggende blandingsområde 22. Med fremad skal forstås noget der bedømt i forhold til hvirvlen D's strømningsretning ligger på nedstrømssiden af injektoren, medens der med bagud forstås noget på opstrømssiden af injektoren. Det foretrækkes, at de tre injektorer har ens udformning.
I fig. 5 illustreres for en cylinder til en totakts krydshovedmotor med en boring på 90 cm af typen 90MC og fabrikatet MAN B&W Diesel et snit gennem cylinderen i niveau med forstøverhuller ved fire forskellige positioner i motorcyklussen, nemlig henholdsvis 4,9 , 6,2 , 7,4 og 8,9 grader efter TDC. Hver brændselsinjektor har her tre forstøverhuller. Udtrykt i vinklerne Η, V, hvor H er den horisontale vinkel mellem forstøverhullets forløb og cylinderens radius gennem forstøveren, regnet positiv i hvirvel-retningen, og V er den vertikale vinkel mellem forstøverhullet og et plan, der står vinkelret på cylinderens længdeakse, regnet positiv nedad, strækker et første bagudvendt forstøverhul sig i en vinkel på H, V = -66°, 9°, et andet fremadvendt forstøverhul strækker sig i vinklen Η, V = 6°, 12° og et tredie fremadvendt forstøverhul strækker sig i vinklen Η, V = 49°, 7°. Det tredie fremadvendte forstøverhul indgår i sæt med det første bagudvendte forstøverhul på den bagvedliggende injektor. Det andet forstøverhul er orienteret mere ind mod midten af cylinderen.
Snittene i venstre side af fig. 5 viser forbrændingsområdernes forbrændingsdampe og dermed deres udbredelse i cylinderen, og snittene til højre i figuren viser iltindholdet i cylinderen. De mørkere toner viser hhv. højere koncentrationer af brændselsdampe og højere iltindhold, og den hvide tone hhv. lav koncentration af brændselsdampe og lavt iltindhold. Det ses, at brændselsstrålerne er blandet allerede ved 8 grader efter TDC og at store dele af forbrændingen foregår ved lavt iltindhold, hvor NOx-dannelsen er hæmmet.
I fig. 6 er illustreret forbrændingsraten, dvs. den hastighed hvormed forbrændingen foregår. Den fuldt optrukne linie viser forbrændingsraten i en referencecylinder med de kendte brændselsinjektorer og den punkterede linie viser forbrændingsraten i en cylinder ifølge opfindelsen, hvor brændslet fra injektorerne 14 indsprøjtes fra de sætvis sammenhørende bagudvendte og fremadvendte forstøverhuller hen i de fælles blandingsområder 21, der har det lave iltindhold. Det ses, at forbrændingen af brændslet tager længere tid i cylinderen ifølge opfindelsen, fordi det lave iltindhold i forbrændingsområderne virker begrænsende på forbrændingsraten.
Motoren med cylinderen ifølge opfindelsen kan være en totaktsmotor, eksempelvis en totakts krydshovedmo-tor af ansøgerens type ME eller MC, der er velkendt for fagmanden. Motoren kan eksempelvis have en boring i intervallet fra 30-120 cm, et cylinderantal i intervallet fra 5 til 20 og den kan for krydshovedmoto-rerne have et omdrejningstal i intervallet fra 60 til 300 rpm. Motorens ydelse kan eksempelvis ligge i intervallet fra 3.000 til 130.000 kW.
Beliggenheden af blandingsområderne i cylinderen styres ved hjælp af retningen af og eventuelt tildels også diameterforholdene mellem forstøverhullerne i sættene. Ved udformningen af en konkret motorcylinder er det helt sædvanligt at foretage en tilpasning af forstøverhullernes antal, retning og diameter efter det aktuelle effektbehov og udformningen forbrændingskammerets geometri og placeringen af brændsels -injektorerne. Injektorerne er typisk monteret i cylinderdækslet, men kan i stedet være monteret i cylinderforingen. Der kan eksempelvis være fra 2 til 8, typisk fra 3 til 6 forstøverhuller per injektor. Retningen af forstøverhullerne er traditionelt bestemt af at opnå en fordelagtig fordeling af temperaturbelastningen på cylinderelementerne. Med opfindelsen skal der også tages hensyn til, at bagudvendte og fremadvendte forstøverhuller sætvis skal være rettet mod fælles blandingsområder.
Med sætvis forstås, at mindst et bagudvendt forstøverhul på i det mindste en brændselsinjektor og mindst et fremadvendt forstøverhul på i det mindste en anden injektor indgår i sættet, men det er også muligt, at sættet omfatter flere forstøverhuller, der er rettet mod det samme fælles blandingsområde, såsom to fremadvendte forstøverhuller på den anden injektor, hvor forstøverhullerne peger i næsten samme retning, eller forstøverhuller placeret på mere end to inj ektorer.
Det er muligt at åbne for forstøverhullerne til forskellige tidspunkter fx ved at anvende brændsels-injektorer med to spindler og at styre spindlerne til åbning til forskellige tidspunkter, hvilket i principper er velkendt fra dual-fuel injektorer.
Detaljer fra de forskellige udførelsesformer kan kombineres til nye udførelsesformer.

Claims (10)

1. Cylinder i en totakts længdeskyllet krydshoved-motor med et forbrændingskammer, der gennem skylle-luftporte (13) tilføres iltholdig ladeluft i en hvirvel i forbrændingskammeret, når et stempel (18) er i forbrændingskammerets nedre afsnit, og hvori der i forbrændingskammerets øvre afsnit er en udstødsventil (17) og mindst to brændselsinjektorer (14), der hver har flere forstøverhuller, hvoraf et bagudvendt forstøverhul på en brændselsinjektor er rettet i det mindste delvis imod hvirvelretningen og et fremad-vendt forstøverhul på en anden brændselsinjektor er rettet i det mindste delvis med hvirvelretningen, kendetegnet ved, at de bagudvendte og fre-madvendte forstøverhuller (23-26) beliggende på forskellige injektorer sætvis er rettet hen mod og kan sprøjte brændsel ind i et fælles blandingsområde (21, 22), der i forbrændingskammeret er beliggende mellem forstøverhullerne i sættet, og at afstanden mellem injektorerne med sættet af forstøverhuller er højst 0,9 x B, hvor B er cylinderboringen.
2. Cylinder ifølge krav 1, kendetegnet ved, at det fælles blandingsområde (21) er beliggende i det væsentlige ved samme radius fra cylinderens længdeakse som injektorerne (14) med sættet af forstøverhuller .
3. Cylinder ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet ved, at det fælles blandingsområde (21, 22) er beliggende nærmest det bagudvendte forstøverhul (23, 24) i sættet.
4. Cylinder ifølge et af kravene 1-3, kendetegnet ved, at hver brændselsinjektor (14) har et bagudvendt forstøverhul (23), der danner sæt med et fremadvendt forstøverhul (25) på en bagvedliggende brændselsinjektor (14), og et fremadvendt forstøverhul (25), der danner sæt med et bagudvendt forstøverhul (23) på en foranliggende brændselsinjektor (14) samt mindst et yderligere forstøverhul (24, 26), der er orienteret mere indad i cylinderen end de førstnævnte fremad- og bagudvendte forstøverhuller.
5. Cylinder ifølge et af kravene 1-4, kendetegnet ved, at cylinderen (1) har mindst tre brændselsinjektorer (14).
6. Cylinder ifølge et af kravene 1-5, kende -tegnet ved, at det bagudvendte forstøverhul (23, 24) strækker sig i en retning, der danner en vinkel på mindst 35°, fortrinsvis mindst 48° med radius fra cylinderens længdeakse (5) i projektion på et plan, der står vinkelret på denne længdeakse.
7. Cylinder ifølge krav 6, kendetegnet ved, at det bagudvendte forstøverhul (23, 24) strækker sig i en retning, der danner en vinkel på mindst 60° med radius fra cylinderens længdeakse (5) i projektion på et plan, der står vinkelret på denne længdeakse .
8. Fremgangsmåde til mindskning af NOx-dannelse ved brændselsforbrænding i en cylinder (1) i en dieselmotor, der har flere brændselsinjektorer (14) i cylinderen, hvor ladeluft i cylinderen hvirvles rundt omkring cylinderens længdeakse (5) forinden og i løbet af forbrændingen, og hvor brændslet indsprøjtes fra forstøverhuller i injektorerne i retninger i det mindste delvis med og i det mindste delvis imod ladeluftens hvirvelbevægelse, kendetegnet ved, at brændsel indsprøjtes således fra sætvis sammenhørende bagudvendte og fremadvendte forstøverhuller (23-26) på mindst to injektorer (14) , at forbrændingsområderne hørende til sættet blandes i mindst et fælles blandingsområde (21, 22) , der er beliggende mellem de to brændselsinjektorer (14) , som hver har et forstøverhul (23-26) i sættet, og hvori forbrændingen af brændslet fra de mindst to brændselsinjektorer holder iltindholdet lavt for mindskning af NOx-dannelsen.
9. Fremgangsmåde ifølge krav 8, kendeteg- net ved, at de forskellige brændselsinjektorer (14) i cylinderen aktiveres til indsprøjtning samtidigt .
10. Fremgangsmåde ifølge krav 8 eller 9, kendetegnet ved, at der åbnes for brændselsindsprøjtning gennem de bagudvendte forstøverhuller (23, 24) , inden der åbnes for brændselsindsprøjtning gennem de fremadvendte forstøverhuller (25, 26).
DK200100839A 2001-05-23 2001-05-23 Cylinder i en totakts længdeskyllet krydshovedmotor og fremgangsmåde til mindskning af NOx-dannelse DK177917B1 (da)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DK200100839A DK177917B1 (da) 2001-05-23 2001-05-23 Cylinder i en totakts længdeskyllet krydshovedmotor og fremgangsmåde til mindskning af NOx-dannelse
PCT/DK2002/000348 WO2002101230A1 (en) 2001-05-23 2002-05-23 CYLINDER IN A TWO-STROKE UNIFLOW SCAVENGED CROSSHEAD ENGINE, AND A METHOD FOR REDUCTION OF NO¿x?
KR1020037015296A KR100749863B1 (ko) 2001-05-23 2002-05-23 2 행정 유니플로우 스카벤지 크로스헤드 엔진의 실린더및, NOx를 감소시키는 방법

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DK200100839A DK177917B1 (da) 2001-05-23 2001-05-23 Cylinder i en totakts længdeskyllet krydshovedmotor og fremgangsmåde til mindskning af NOx-dannelse
DK200100839 2001-05-23

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DK200100839A DK200100839A (da) 2001-06-01
DK177917B1 true DK177917B1 (da) 2015-01-05

Family

ID=8160531

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DK200100839A DK177917B1 (da) 2001-05-23 2001-05-23 Cylinder i en totakts længdeskyllet krydshovedmotor og fremgangsmåde til mindskning af NOx-dannelse

Country Status (3)

Country Link
KR (1) KR100749863B1 (da)
DK (1) DK177917B1 (da)
WO (1) WO2002101230A1 (da)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6746268B2 (ja) * 2014-06-05 2020-08-26 三菱重工業株式会社 内燃機関およびこれを備えた船舶ならびに内燃機関の制御方法
US9732713B2 (en) 2015-04-10 2017-08-15 Electro-Motive Diesel, Inc. Purge system for a dual-fuel engine
US9581113B2 (en) 2015-04-10 2017-02-28 Electro-Motive Diesel, Inc. Fuel injection nozzle having an anti-leakage device
DK179175B1 (en) * 2016-03-16 2018-01-08 Man Diesel & Turbo Filial Af Man Diesel & Turbo Se Tyskland A cylinder cover for a large two-stroke turbocharged compression-ignited internal combustion engine
EP3404235A1 (de) * 2017-05-19 2018-11-21 Winterthur Gas & Diesel AG Grossdieselmotor und verfahren zum betreiben eines grossdieselmotors
DK179798B1 (da) * 2017-09-19 2019-06-26 MAN Energy Solutions A large two-stroke uniflow scavenged gaseous fueled engine

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH061049B2 (ja) * 1984-03-10 1994-01-05 三菱重工業株式会社 デイ−ゼル機関の燃焼装置
DE59206823D1 (de) * 1992-09-11 1996-08-29 New Sulzer Diesel Ag Verfahren zum Brennstoffeinspritzen bei Dieselbrennkraftmaschinen
DE59406924D1 (de) * 1993-10-29 1998-10-22 Waertsilae Nsd Schweiz Ag Hubkolbenbrennkraftmaschine der Dieselbauart
DK0713003T3 (da) * 1994-11-17 2000-07-10 Wortsilo Nsd Schweiz Ag Fremgangsmåde og indretning til indsprøjtning af brændstof i en cylinder i en dieselforbrændingsmotor
DK0959240T3 (da) * 1998-05-22 2003-10-27 Waertsilae Nsd Schweiz Ag Cylinderdæksel til en totakts-dieselforbrændingskraftmaskine og anordning indeholdende en sådan

Also Published As

Publication number Publication date
KR20040003002A (ko) 2004-01-07
DK200100839A (da) 2001-06-01
KR100749863B1 (ko) 2007-08-16
WO2002101230A1 (en) 2002-12-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7305964B2 (en) Method for operating an internal combustion engine
US9890690B2 (en) Passive prechamber direct injection combustion
US6502541B2 (en) Control system for direct fuel injection engine
US7171953B2 (en) Method for operating an internal combustion engine with direct fuel injection
US20060037563A1 (en) Internal combustion engine with auto ignition
EP3359788B1 (en) Passive prechamber direct injection combustion
JP2008240644A (ja) 内燃機関の燃焼制御装置
CN107429625B (zh) 直喷发动机的燃料喷射控制装置
JP2011132833A (ja) 筒内噴射エンジン
JP4242773B2 (ja) バルブ制御の分割チャンバー内燃機関エンジン
DK177917B1 (da) Cylinder i en totakts længdeskyllet krydshovedmotor og fremgangsmåde til mindskning af NOx-dannelse
JP2019105222A (ja) 予混合圧縮着火式エンジン
JP2009293385A (ja) 燃料噴射弁及びこれを用いたエンジンの燃料噴射制御装置
US20170122276A1 (en) Annulus nozzle injector with tangential fins
EP1373694B1 (en) Method of controlling the injection of fluid into an internal combustion engine
JP2005054733A (ja) 筒内直噴式ガソリン機関
JP4274063B2 (ja) 内燃機関の制御装置
US10718257B1 (en) Dual-fuel combustion method and system
CN114233465A (zh) 氨燃料燃烧系统、发动机及燃烧控制方法
CN101346536B (zh) 内燃机
JP4964334B2 (ja) 内燃機関の燃焼制御装置
JP6768585B2 (ja) エンジン
JP2014514494A (ja) 吸気・噴射装置、システムおよび内燃機関
JP3976153B2 (ja) 直接噴射火花点火エンジン
CN216518261U (zh) 氨燃料燃烧系统及发动机

Legal Events

Date Code Title Description
PUP Patent expired

Expiry date: 20210523