FI81655C - Dieselmotor. - Google Patents

Description

1 81655

Dieselmoottori Tämä keksintö liittyy polttomoottoreihin ja erityisesti sellaiseen dieselmoottoriin, joka käsittää ainakin yhden sylinterin ja edestakaista liikettä tekevän männän, joka on varustettu toruksen muotoisella kaulallisella poltto-kammiolla, ja sylinterikannen, jossa on imu- ja pakoventtii-lit, jossa kannessa on polttokammioon päin olevassa pinnassa kaksi venttiileitä varten tarkoitettua renkaan muotoista syvennystä ja toinen renkaan muotoinen syvennys, joka on yhteydessä kumpaankin edellä mainittuun venttiileiden alla olevaan syvennykseen ja polttokammioon ja joka renkaan muotoinen syvennys sijaitsee monireikäisellä hajottajalla varustetun ruiskutussuuttimen kohdalla, jolloin hajottajan pituusakselin pituuden projektio kohtisuorasti kaulan poikkipinnan tasoon sijaitsee tämän poikkipinnan alueella ja hajottajan suutinreikien pituusakselit leikkaavat yläkuolo-kohdassa olevan männän polttokammion sivupinnan kohdassa, joka on pystytasossa aina kaulan yläreunan määräämän poikkipinnan alapuolella.

Tätä keksintöä voidaan menestyksekkäimmin käyttää energian-kehitinyksikkönä maatalous- Ja tienrakennuskoneissa, autoissa ja pienikokoisissa voimaloissa.

Nykyinen maailmanlaajuinen energiapula on tehnyt polttoaineen ja energian säästämiskysymyksen entistä kärkevämmäksi. Polttoainetta voidaan säästää joko vähentämällä kulutusta energiantuotannon pysyessä samana tai nimelliskulutuksen pysyessä samana tuottamalla enemmän energiaa sylinteritila-vuuden litraa kohti.

Tähän päästään vain parantamalla polttomoottorien toimintaprosessia ja ensisijassa polttoaineen sekoitusta ja ruiskutusta. Tehokkaimpia ovat tässä suhteessa moottorit, joissa polttokammio on männän päässä. Tällaisissa moottoreissa on hydraulinen vastus imusolissa alhainen. Voimakas torusmuo- 2 81655 toinen pyörre syntyy polttokammiossa puristustahdin aikana, kun mäntä on yläkuolokohdan lähellä ja ilma puristuu männän yläpuolisesta tilasta polttokammioon kammion kaulan kautta.

On suositeltavaa, että ruiskutus järjestetään tällaisissa moottoreissa koaksiaalisesti polttokammioon nähden. Polttoaine sekoittuu erinomaisesti, koska polttoainesuihkut ovat yhtä pitkiä ja jakautuvat tasaisesti koko polttoainekammion tasolle.

Kuitenkin moottorit, joita käytetään esim. maataloudessa ja tienrakennuskoneissa, autoissa ja pienikokoisissa voimaloissa, ovat tavallisesti varustetut sylintereillä, joiden läpimitat ovat 100-300 mm. Kaasunvaihdon parantamiseksi imuja pakoventtiilien läpimitat tehdään tällaisissa moottoreissa niin suuriksi kuin käytännössä on mahdollista. Ruisku-tinta ei juuri voida tällöin järjestää koaksiaalisesti polttokammion kanssa ja se sovitetaankin tavallisesti kulmaan polttokammion pituusakseliin nähden ja hieman sivuun polttokammion kaulan keskikohdasta.

Kun ruiskutin on sovitettu tällä tavoin polttokammioon nähden, polttoaineen sekoittumisen laatu ja työprosessin hyötysuhde riippuu kovasti polttoainesuihkujen tai -virtojen suunnasta polttokammioon nähden, minkä on määrä taata polt-tokammiossa ja männän yläpuolisessa tilassa olevan ilman mahdollisimman täydellinen hyväksikäyttö.

Alalla tunnetaan dieselmoottori (vrt. esimerkiksi N.N. Ivanchenko et ai: Rabotchy Protsess Dizelei s Kameroi v Porshne, Leningrad, Mashinostroenie Pubi., 1972, s. 163), joka käsittää sylinterin ja edestakaista liikettä tekevän männän ja jossa on torusmuotoinen polttokammio, jossa on kaula, ja sylinterin kansi imu- ja pakoventtiileineen. Jokaisen venttiililautasen taso on samalla korkeudella sylinterin kannen polttokammion puoleisen tason kanssa. Tässä moottorissa venttiilien isku on liian lyhyt, jotta venttiilit saataisiin estetyiksi iskemästä männänpohjaan ja I! 3 81655 tämä tekee kaasunvaihdon sylinterissä vastaavasti huonommaksi .

Sylinterin kanteen on sovitettu ruiskutin, jossa on moni-reikäinen suutin. Pystytasossa suuttimen pituusakseli muodostaa terävän kulman polttokammion pystyakselin kanssa. Polttoaineen sekoitus suoritetaan tässä moottorissa sekä volyymi- että kalvomenetelmällä. Volyymimenetelmässä polttoaineen sekoittuminen aiheutuu pääasiassa siitä, että poltto-ainesuihkut ruiskutetaan suuttimen päästä polttokammion seinälle.

Kalvosekoitusmenetelmä saattaa olla tehokas, kun poltto-ainevirta iskeytyy polttokammion sivupintaan, jonka lämpötila on sopiva ja jota huuhtelee voimakas ilmapyörre. Tällaiset olosuhteet vallitsevat polttokammiossa kaulan reuna-alueella.

Suuttimen reikien akseli on pystysuorassa, jolloin poltto-ainesuihkut menevät polttokammion kaulan reunan alapuolelle ja männän tullessa iskunsa päähän menevät lähelle sylinterin kannen palopintaa.

Sylinterin kannen ja polttoainesuihkujen tällaisella järjestelyllä ei saada aikaan sopivia olosuhteita polttoaineen sekoittumiselle, koska ilma ei pääse polttoainevirtoihin sylinterin kannen puolelta.

Yleisesti tiedetään, että hyvät polttoaineseokset ovat moottorin tehoon ja hyötysuhteeseen vaikuttava päätekijä.

Kun polttoainesuihkut menevät sylinterin kannen palopinnan läheltä, männän yläpuolisessa tilassa oleva ilma ei käytännöllisesti katsoen lainkaan osallistu polttoaineen sekoit-tamisprosessiin ja tämä varmasti vaikuttaa dieselmoottorin käynnistyvyyteen, sen tehoon ja hyötysuhteeseen.

Tunnettu dieselmoottori on puutteellinen siinä mielessä, että suuttimen toiminta ei ole luotettavaa, koska suuttimen 4 81655 kärki on kuumien kaasujen virrassa. Suuttimen reiät tahriintuvat, mikä haittaa polttoaineen sekoitusprosessia.

Eräs toinen aikaisemmin tunnettu dieselmoottori (vrt. esimerkiksi venäjänkielistä artikkelia Traktornye Dvigateli, Moskova, Mashinostroenie Pubi., 1981, s. 42-43) kehitettiin kaasunvaihdon parantamiseksi sen sylintereissä.

Tässä tunnetussa dieselmoottorissa on sylinteri, jonka mäntä tekee edestakaista liikettä ja siinä on torusmuotoinen polttokammio kauloineen, ja sylinterin kansi imu- ja pako-venttiileineen.

Kaasunvaihdon parantamiseksi moottorin sylinterissä isku ja imu- ja pakoventtiilien avautumis- Ja sulkeutumiskulmat valitaan huolellisesti. Venttiililautaset on laskettu alemmas sylinterin kannen polttokammioon päin olevaan pintaan nähden, jotta venttiilit eivät pääse iskemään männänpohjaan. Tämän vuoksi venttiileitä varten on tehty kaksi renkaan muotoista syvennystä sylinterin kannen pintaan.

Sylinterin kanteen on sovitettu monireikäisellä suuttimella varustettu ruiskutin. Suuttimen pituusakseli muodostaa pys-tytasossa terävän kulman polttokammion pystyakselin kanssa. Suuttimen pituusakselit leikkaavat männän ollessa yläkuolo-kohdan kohdalla polttokammion sivupinnan juuri kaulan tulo-reunan poikkipinnan alapuolella.

Suuttimen kärjen lämpötilan alentamiseksi se on siirretty pois kuumien kaasujen virtausalueelta. Sylinterin kannen pintaan on tehty renkaan muotoinen syvennys sille puolelle, joka on polttokammioon päin. Tämä syvennys on tarpeen, jotta polttoainevirrat saadaan suunnatuksi pystysuoraan, ja se on yhteydessä venttiilisyvennyksiin ja polttokammioon. Renkaan muotoinen syvennys tekee männän yläpuolisen tilan laajemmaksi.

Tämä tunnettu dieselmoottori on puutteellinen siinä mielessä, että renkaan muotoisessa tilassa olevaa ilmaa ei käytetä täysin hyväksi, polttoaineen sekoittuminen huononee,

II

5 81655 koska osa polttoainevirroista on edelleen sylinterin kannen palopinnan läheisyydessä.

Tämä vaikuttaa haitallisesti tunnetun dieselmoottorin tehoon ja hyötysuhteeseen.

Keksinnön on määrä aikaansaada dieselmoottori, jonka teho ja hyötysuhde ovat paremmat ja jossa ruiskuttimen suutin-reiät sijaitsevat siten, että suuttimen kärjestä polttokam-mion kaulaan menevät polttoainevirrat joutuvat paremmin käyttämään hyväksi männän yläpuolisessa tilassa olevan ilman ja siten aikaansaamaan polttoaineen paremman sekoittumisen.

Keksinnön mukaisesti tämä saadaan aikaan dieselmoottorilla, jolle on tunnusomaista se, että niiden janojen, jotka muodostuvat hajottajan kärjen ja polttokammion kaulan väliin pitkin hajottajan reikien pituusakseleita, kohtisuorat projektiot sylinterikannen alapinnan tasoon sijaitsevat samassa tasossa olevien syvennysten rajaamalla alueella.

Keksinnön mukaisen dieselmoottorin teho ja hyötysuhde ovat paremmat polttoaineen paremman sekoittumisen ansiosta.

Tämä selittyy sillä, että puristustahdin aikana ilman puristuessa männän yläpuolisesta tilasta polttokammioon poltto-kammiossa syntyy torusmuotoinen pyörre. Kun mäntä tulee yläkuolokohdan alueelle, männän yläpuolinen tila on pienimmillään ja mäntä puristaa ilman voimakkaasti polttokammioon. Osa ilmatäytöksestä on renkaan muotoisten syvennysten muodostamassa tilassa. Kun polttoainetta ruiskutetaan polttokammioon, polttoainevirrat suihkuavat suuttimen kärjestä polttokammion sivuseinään ja menevät mainittujen syvennysten alapuolelle. Näihin syvennyksiin jäänyt ilma osallistuu polttoaineen sekoitusprosessiin vaikuttaen yhdessä poltto-ainevirran sylinterin kannen palopintaan päin olevan pinnan kanssa. Tämän tuloksena ilmaylimääräkerroin polttoainesuih-kualueella kasvaa samoin kuin polttoaineen 6 81655 volyymisekoituksenkin osuus, mikä on varmasti etu, koska se parantaa dieselmoottorin käynnistyvyyttä. Suurempi ilmamäärä näillä alueilla parantaa dieselmoottorin polttoaineen hyötysuhdetta tehon pysyessä samana tai nostaa dieselmoottorin tehoa samalla polttoaineenkulutuksella.

On suositeltavaa, että vaakasuorassa tasossa kahden vierekkäisen säteen, joista kumpikin yhdistää polttokammion keskikohdan suuttimen suihkun pituusakselin ja polttokammion sivupinnan leikkauskohtaan, välinen kulma määriteltäisiin seuraavalla yhtälöllä: 360° ζ <&, ζ 360° i+1 i-1 jossa i = suuttimen reikien lukumäärä.

Suuttimen reikien lukumääräksi suositellaan i = 3 - 5.

Edellä olevan yhtälön mukainen kulma &C mahdollistaa polt-toainevirtojen jakautumisen vaakatasossa lähes tasaisesti koko polttokammioon. Tämä tasainen jakautuminen takaa polttoaineen hyvän sekoittumisen, jolloin polttoaine palaa täydellisemmin ja hiilimonoksidin (CO) määrä pakokaasuissa pienenee .

Keksinnön mukaan valmistettu nelisylinterinen dieselmoottori, jonka sylinteritilavuus on = 4,75 1, kehittää tehollisen tehon Ne = 61,6 kW kampiakselin kierrosnopeuden ollessa 2 200 kierrosta/min, kun taas sen tehollinen nimellis- polttoaineenkulutus laskee arvosta 233,5 g/kWh arvoon 231,8 g/kWh. Jos tehollinen nimellispolttoaineenkulutus pidetään tasolla 233,5 g/kWh, moottorin tehollinen teho nousee 61,6 kW:sta 63,2 kW:iin.

Kun kampiakselin kierrosluku on 1 700 kierrosta/min ja te hollinen teho 51 kW, mikä vastaa keksinnön mukaisen

II

7 81655 moottorin maksimivääntömomenttia, tehollinen nimellispoltto-aineenkulutus pienenee 4,5 g:lla/kWh, ja tehollisen nimel-lispolttoaineenkulutuksen pysyessä vakiona dieselmoottorin tehollinen teho nousee 2,5 kW:11a.

Kampiakselin nimelliskierrosluvun pysyessä 2 200 kierrokses-sa/min koko kuormitusalueella keksinnön mukaisen dieselmoottorin pakokaasuissa on vähemmän nokea, Hartridge-asteikon mukaan 5-8 % vähemmän, ja 8-11 % vähemmän hiilimonoksidia.

Keksintöä kuvataan nyt yksityiskohtaisemmin sen erään eri-tyissuoritusmuodon yhteydessä, joka liittyy liitteenä oleviin piirustuksiin, joissa:

Kuvio 1 esittää poikkileikkauskuvaa ruiskuttimen akselin tasosta osasta erästä keksinnön mukaista dieselmoottoria, kuvio 2 on pitkittäisleikkauskuva venttiilinakselien kohdalta osasta erästä keksinnön mukaista dieselmoottoria, kuvio 3 esittää kuvaa kuvion 1 nuolen A kohdalta.

Keksinnön mukainen dieselmoottori on asennettu traktoriin ja siinä on neljä sylinteriä 1 (kuvio 1), joissa jokaisessa on edestakaista liikettä tekevä mäntä 2, ja sylinterin kansi 3, jossa on imuventtiili 4 (kuvio 2) ja pakoventtiili 5. Jokaisessa männässä 2 on toruksen muotoinen polttokammio 6, jossa on kaula 7.

Kaksi renkaan muotoista syvennystä 8 ja 9 vastaavasti venttiilejä 4 ja 5 varten ja yksi renkaan muotoinen syvennys 10 ruiskutinta 11 (kuvio 1) varten on tehty sylinterin kannen 3 polttokammioon 6 päin olevaan pintaan. Syvennykset 8 ja 9 ovat yhteydessä toisiinsa ja polttokammioon 6. Ruiskutin 11 (kuvio 1) on varustettu monireikäsuuttimella 12 ja sen pituusakselin projektio on kaulan 7 poikkipinnan tasossa. Suuttimen 12 kärjessä 13 on viisi reikää (joita ei ole esitetty niiden pienen koon vuoksi). Jotta keksintö ymmärrettäisiin paremmin, suuttimen reikien pituusakselit 14 on 8 81655 esitetty kuvioissa 1 ja 3. Nämä pituusakselit 14 leikkaa-vat männän 2 (kuvio 1) ollessa yläkuolokohdan alueella polt-tokammion 6 sivupinnan pystytasossa juuri kaulan 7 tuloreu-nan poikkipinnan alapuolella kohdissa aj_, &2***&5* Suutti-men reikien pituusakselien 14 projektiot (kuvio 3) vaakatasossa ovat suuttimen 12 kärjen 13 (kuvio 1) ja polttokam-mion 6 kaulan 7 välisellä alueella syvennysten 8, 9 ja 10 tasossa (kuvio 3). Jotta suuttimen rei'istä suihkuavat polttoainesuihkut jakautuisivat tasaisesti polttokammion 6 vaakatasoon, kulma 0( määritetään seuraavalla yhtälöllä: 360° ^ CX. < 36Q° i+1 ^ i-1 jossa i = suuttimen reikien lukumäärä ja CX on 60-90°.

Kulman 0< määrittää kaksi sädettä r, jotka kumpikin yhdistävät polttokammion 6 keskikohdan 0 kohtiin a^ - 85.

Keksinnön mukainen dieselmoottori toimii seuraavasti.

Puristustahdin aikana ilman puristuessa ulos männän yläpuolisesta tilasta polttokammiossa 6 (kuvio 1) syntyy toruksen muotoinen pyörre. Kun mäntä 2 tulee yläkuolokohdan kohdalle, männän yläpuolinen tilavuus on pienimmillään ja ilma puristuu voimakkaasti polttokammioon 6. Syvennysten 8, 9 ja 10 muodostamat tilat sisältävät osan ilmatäytöksestä. Kun polttoainetta suihkuaa ruiskuttimen 11 (kuvio 1) suutti-mesta 12, viisi polttoainesuihkua menee suuttimen 12 kärjestä 13 polttokammion 6 sivupintaan mainittujen tilojen alapuolella. Niissä oleva ilma osallistuu polttoaineen sekoi-tusprosessiin vaikuttamalla yhdessä viiden polttoainesuih-kun sylinterin 1 sylinterin kannen 3 palopinnan puoleisten pintojen kanssa.

Tällöin polttoainevirran suihkutusalueella olevan ilman yli-määräkerroin kasvaa kuten polttoaineen volyymisekoituksen

II

9 81655 osuuskin, mikä on eduksi moottorin käynnistyvyydelle. Suu rempi ilman tilavuusmäärä näillä alueilla parantaa dieselmoottorin polttoaineen hyötysuhdetta tehon pysyessä vakiona tai nostaa moottorin tehoa samalla polttoainekulutuksella.

Keksinnön mukaisessa dieselmoottorissa saadaan aikaan paremmat edellytykset polttoaineen sekoittumiselle, koska siinä viisi polttoainevirtaa jakautuu lähes tasaisesti tasossa yli koko polttokammion 6. Kahden vierekkäisen säteen r määrittämä kulma tX (kuvio 3) määritetään seuraavalla yhtälöllä : 360° . 360° — — ja se on alueella 60-90°.

Tämä polttoainevirtojen jakautuminen polttokammiossa edistää polttonesteen täydellisempää palamista ja pienentää noen ja hiilimonoksidin määrää moottorin pakokaasuissa.

Claims (2)

10 81 655

1. Dieselmoottori, joka käsittää ainakin yhden sylinterin (1) ja edestakaista liikettä tekevän männän (2), joka on varustettu toruksen muotoisella kaulallisella (7) polttokam-miolla (6), ja sylinterikannen (3), jossa on imu- ja pako-venttiilit (4, 5), jossa kannessa on polttokammioon (6) päin olevassa pinnassa kaksi venttiileitä varten tarkoitettua renkaan muotoista syvennystä (8, 9) ja toinen renkaan muotoinen syvennys (10), joka on yhteydessä kumpaankin edellä mainittuun venttiileiden alla olevaan syvennykseen (8, 9) ja polttokammioon (6) ja joka renkaan muotoinen syvennys (10) sijaitsee monireikäisellä hajottajalla (12) varustetun ruiskutussuuttimen (11) kohdalla, jolloin hajottajan (12) pituusakselin pituuden projektio kohtisuorasti kaulan (7) poikkipinnan tasoon sijaitsee tämän poikkipinnan alueella ja hajottajan suutinreikien pituusakselit (14) leikkaavat yläkuolokohdassa olevan männän (2) polttokammion (6) sivupinnan kohdassa, joka on pystytasossa aina kaulan (7) yläreunan määräämän poikkipinnan alapuolella, tunnettu siitä, että niiden janojen (14), jotka muodostuvat hajottajan (12) kärjen (13) ja polttokammion (6) kaulan (7) väliin pitkin hajottajan reikien pituusakseleita, kohtisuorat projektiot sylinterikannen (3) alapinnan tasoon sijaitsevat samassa tasossa olevien syvennysten (8, 9 ja 10) rajaamalla alueella.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen dieselmoottori, tunnettu siitä, että vaakatasossa kahden aina vierekkäisen säteen (r), jotka säteet (r) yhdistävät polttokammion (6) keskikohdan (O) hajottajan kunkin reiän pituusakselin (14) ja polttokammion (6) sivupinnan leikkauskohtaan (3^-85), väliinsä rajaama kulma a määritetään seuraavalla yhtälöllä: 360° 360° - < a < - i+1 i-1 jossa i = suuttimen reikien lukumäärä. Il li 81655