NO180501B - Forbrenningsmotor av stempelmotortypen - Google Patents

Description

Teknisk område

Oppfinnelsen angår en forbrenningsmotor av stempelmotortypen, særlig en modifisert dieselmotor, som går på en blanding av gass og luft, hvor ladningen i forbrenningskammeret antennes av en gnistdannende anordning beliggende i den tidligere dieselbrensel-dyseåpning i sylinderhodet.

Teknikkens stilling

Det er kjent å anvende dieselmotorer, bensinmotorer og gassmotorer for drift av kjøretøy, skip og andre kraftsyste-mer. Alle motorene er av Otto-motortypen og drives ved hjelp av en mengde luft/brensel-blanding som antennes i et forbrenningskammer, hvoretter forbrenningen bevirker en trykkøking. Trykkøkingen følger ikke umiddelbart etter tenningen, men skjer gradvis over et tidsrom. Dieselmotorens tenningsmeka-nisme er selvtenning eventuelt kombinert med et glødehode-rør under oppvarmingsprosessen hvor den brennbare blanding antennes på grunn av trykkøkingen i forbrenningskammeret. De andre to motortyper, nemlig bensinmotoren og gassmotoren, antennes ved hjelp av en gnist fra et tenningssystem. Sistnevnte to motortyper bruker vanligvis ikke selvtenning, men dersom selvtenning likevel opptrer, f.eks. i en bensinmotor, har den en ugunstig virkning, nemlig banking eller detonering. Gassmotorer for drift av kjøretøy er vanligvis konstruert etter prinsippene for bensinmotorer som er konstruert enten direkte for gass eller som kan omdannes til dette. En vesentlig forskjell mellom dieselmotoren og bensinmotoren finnes i kompresjonsforholdet. Kompresjonsforholdet for dieselmotorer er ofte høyere enn 12:1, mens kompresjonsforholdet for bensinmotorer sjelden overskrider 10:1. Tenningspunktet i bensinmotoren er vanligvis i området fra ca. 12° til ca. 3° før øvre dødpunkt (ØDP), med den følge at det maksimale trykk i forbrenningskammeret ikke blir nådd før etter øvre dødpunkt (ØDP).

FR 2 619 415 gir retningslinjer for tenningen ved drift av en dieselmotor på en blanding av forbrenningsluft og brenn-bar gass, hvor forbrenningen foregår i motorens forbrenningskammer. Forbrenningen innledes imidlertid ved hjelp av en gnist fra tennpluggen, i betraktning av at det ved forbren-nings- tidspunktet og i området utenfor gnistens (flammefron-tens) spredningssone i forbrenningskammeret, er en lavere temperatur enn blandingens selvtenningstemperatur, hvilket muliggjør bibehold av det kritiske kompresjonsforhold som er vanlig for en dieselmotor. Motoren er særlig beregnet på naturgass som drivmiddel.

Beskrivelse av oppfinnelsen

Formålet med oppfinnelsen er å tilveiebringe en forbrenningsmotor med høy virkningsgrad, og å muliggjøre en enkel omdanning av en dieselmotor til en gassmotor, såvel som å tilveiebringe en enkel måte å øke effekten på.

Forbrenningsmotoren ifølge oppfinnelsen er karakterisert ved at det statiske kompresjonsforhold overskrider 15:1, særlig i området fra 15:1 til 20:1, og at tenningspunktet er beliggende etter det øvre dødpunkt (ØDP), særlig i området fra 0° ØDP til 20° etter ØDP, fortrinnsvis 4° etter ØDP. Følgelig blir det mulig å oppnå en antenning av et brensel hvis selv-tenningskapasitet ved det forutbestemte kompresjonsforhold vanligvis ikke er tilstrekkelig. Den resulterende tenning skaper et maksimalt trykk i sylinderen på ca. 90° ØDP, hvorved det oppnås høy utnyttelse av brenselet uten at det samtidig innebærer en bratt øking av temperaturen i forbrenningskammeret .

Forbrenningsmotoren ifølge oppfinnelsen kan benytte flytende propangass (FPG) i form av autogass blandet med luft, hvor FPG'en i det vesentlige omfatter propan og butan, og hvor luften er atmosfæreluft inneholdende ca. 21 % oksygen. På denne måte blir det mulig å øke forbrenningsmotorens effekt ved å anvende et konvensjonelt brensel av høy renhet, hvor forbrenningsproduktene hovedsakelig er karbondioksyd og vann. FPG har videre den fordel at den kan opptas i forholdsvis tynne tanker sammenliknet med naturgass.

Forbrenningsmotoren ifølge oppfinnelsen kan være en sekssylindret motor på 9570 cm<3> med en boring på 125 mm og en slaglengde på 13 0 mm, og som er forsynt med et tenningssystem, f.eks. av typen Lumenition, et fordampningssystem, såsom av typen Renzo Matic, et forgassersystem omfattende en Venturi og et standard avgass-system for dieselanlegg. Følgelig er det mulig med lave utgifter å omdanne en kjent dieselmotor ti en gassmotor med høy virkningsgrad.

Forbrenningsmotoren ifølge oppfinnelsen kan videre være karakterisert ved at brensel-injeksjonssystemet til diesel-anlegget, innbefattende pumpe, rør og dysesystem, erstattes av et tenningssystem omfattende en tennspole, en fordeler, høy-spenningsledere og tennplugger. På denne måte blir det mulig å anvende konvensjonelle, lett tilgjengelige komponenter for omdanningen.

Forbrenningsmotoren ifølge oppfinnelsen er videre karakterisert ved at styringen av dieselanleggets brensel-injeksjonssystem anvendes for styring av tenningssystemets fordeler, med den virkning at det oppnås en tilstrekkelig nøyaktig styring av tenningssystemet samtidig med en høy virkningsgrad.

En utføringsform av forbrenningsmotoren ifølge oppfinnelsen er karakterisert ved at den gnistdannende anordning fortrinnsvis er av tennplugg-typen, alternativt av glødehode-typen. På denne måte er det mumlig å øke virkningsgraden til en kjent maskin, idet maskinen er temmelig dyr å konstruere fra bunnen av. Det er mulig å kjøre maskinen temmelig effek-tivt med en effektøking på mer enn ca. 10 % og et redusert brenselforbruk på mer enn ca. 10 %, og reduserte brenselkost-nader på mer enn ca. 20 %.

Kort beskrivelse av tegningene

Oppfinnelsen er nærmere beskrevet nedenfor med henvisning til de medfølgende tegninger, hvor Fig. 1 viser en forbrenningsmotor ifølge oppfinnelsen, Fig. 2 er et skjematisk riss som viser prinsippene ved en omdanning, og

Fig. 3 er et snitt av et omdannet sylinderhode.

Beste måte å utføre oppfinnelsen på

Oppfinnelsen er blitt utprøvet på motoren ifølge fig. 1, hvilken motor er betegnet med henvisningstallet 1. Motoren er en Fiat type 8220.12 som er en dieselmotor som vanligvis anvendes for lastebiler og liknende kjøretøyer. Motoren er en sekssylindret, firetakts dieselmotor som normalt yter 151 kw som svarer til 205 HK ved 2600 r/m. Motoren har et dreie-moment på 638 Nm som svarer til 65 kgm ved 1600 r/min. Borin-gen er 125 mm, slaglengden 13 0 mm, hvilket gir et slagvolum på 9570 cm<3>. Kompresjonsforholdet er blitt innstilt for diesel-kjøring uten glødehode-rør, idet forholdet her er 17:1. Motoren er vanligvis utstyrt med diverse tilleggsutstyr, såsom en generator for ladning av batterier, en vannpumpe og en vifte for kjølesystemet. Alt tilleggsutstyret kan bibeholdes i forbindelse med omdanningen av motoren til en motor for gass. Transmisjonen kan også bibeholdes, dvs forbindelsen fra motoren til veien, og det er heller ikke nødvendig å endre det totale utvekslingsforhold, ettersom motorens karakteristikk ikke endres vesentlig. Det er selvsagt mulig å sørge for at motoren avgir mer effekt ved en høyere r/min., men samtidig økes slitasjen og transmisjonen må følgelig forandres. En faktor av stor betydning i forbindelse med omdanningen av dieselmotoren til en motor for gass, er at meget få deler trenger å skiftes ut.

Fig. 2 viser de deler av dieselmotoren som i prinsippet er skiftet-ut. Dieselmotorens innløps- og avgass-manifolder er bibeholdt, men innløps-manifolden 11 er forbundet med en forgasser-anordning 7 som gjennom 53 er forbundet med et fordampningssystem 5, f.eks. av typen Renzo Matic. Fordamperen 5 er forbundet med en gasstank som erstatter dieseloljetanken i kjøretøyet. Gasstanken er av konvensjonell type og egnet for autogass eller flytende propangass.

Tenningssystemet 3 til motoren 2 omfatter et elektronisk tenningssystem, f.eks. av type Lumenition omfattende en tennspole 31, en fordeler 33, og i foreliggende utføringsform seks tennplugger 37 tilknyttet passende høyspenningsledere 35. Det elektroniske tenningssystem og tennspolen 31 er av konvensjonell type, med de vanlige justeringsmuligheter. Fordelerdek-selet, høyspenningslederne 3 5 og tennpluggene 3 7 er også av konvensjonell type, men grunnelementet for fordeleren 33 er spesialkonstruert for motoren 1 som benyttes. Grunnelementet må være forbundet med en aksel i motoren, hvilken aksel rote-rer synkront med veivakselen. Akselen kan f.eks. være en kamaksel eller balanseaksel. Dieselmotorer er vanligvis tilknyttet et ytre pumpesystem som mater dieselolje til dysene i hvert forbrenningskammer. Som sådant er et pumpesystem ikke nødvendig etter omdanningen, idet fordeleren 33 med fordel kan være forbundet med motoren 1 på dette sted. En ytterligere fordel ved plasseringen, er at akselen beveges synkront med motorens 1 veivaksel, idet akselen som tidligere driver pumpe-systemet nå driver fordeleren 33.

Fig. 3 er et snitt av et sylinderhode 9 i motoren 1 iføl-ge oppfinnelsen, hvilket snitt i øvre del viser forbrenningskammeret med de to ventiler, innløpsventilen 93 og avgassven-tilen 95. En injeksjonsdyse er i forbindelse med dieselkjø-ring plassert mellom de ovennevnte to ventiler. Injeksjonsdysen er skiftet ut med en konvensjonell tennplugg 37. Ut-skiftingen er muliggjort ved å utforme en skruforbindelse i åpningen 91 i sylinderhodet 9 der tennpluggen 3 7 kan innføres. Skruforbindelsen kan være slik at tennpluggen 3 7 er korrekt plassert i forbrenningskammeret. Både injeksjonsdysen i dieselmotoren og tennpluggen 37 i gassmotoren er, teoretisk sett, plassert på samme sted i forbrenningskammeret, nemlig på det sted som ansees som et geometrisk sentrum for forplantnin-gen av trykkbølgene ved forbrenningen. Ovennevnte enkle omdanning er vanskelig i forbindelse med motorer hvor brenselet ikke injiseres direkte i sylinderen, men isteden sprøytes på innløpsventilen umiddelbart før luftstrømmen kommer inn i nevnte sylinder, fordi tennpluggen 3 7 må være plassert i forbrenningskammeret . Injeksjonsdysen er imidlertid vanligvis plassert i forbrenningskammeret til dieselmotorer.

Forbrenningsmotoren 1 som skal anvendes for omdanningen ifølge oppfinnelsen må oppvise et statisk kompresjonsforhold på mer enn ca. 15:1, særlig i området fra ca. 15:1 til ca.

20:1, fortrinnsvis ca. 17:1. Tennpluggens 3 7 tenningspunkt er beliggende etter øvre dødpunkt (ØDP). Tenningspunktet er i området fra ca. 0° ØDP til ca. 20° ØDP, fortrinnsvis ca. 4° ØDP. Tenningspunktet avhenger særlig av gassens sammenset-ning, men når flytende propangass anvendes, er tenningspunktet forholdsvis uendret.

Brenselet som skal anvendes for forbrenningsmotoren 1 er vanligvis flytende propangass i form av autogass blandet med luft og hvor den flytende propangass i det vesentlige innehol-der propan og butan. Luften er vanlig atmosfæreluft inneholdende ca. 21 % oksygen. Der imidlertid også mulig å benytte andre gass-sammensetninger, men naturgass krever meget solide tanker såvel som en meget lav temperatur for å opprettholde væsketilstanden som av plasshensyn er nødvendig ved et kjøre-tøy. Andre former for lagringstanker kan utvikles som tilla-ter bruk av naturgass i kjøretøy. Bygass kan også anvendes, men sammenliknet med flytende propangass er bygassens fordamp-ningsenergi vesentlig lavere.

Omdanningen av forbrenningsmotoren 1 omfatter det å for-syne sylinderhodets 9 åpninger 91 med plugger 37, fortrinnsvis av gnisttypen, alternativt av glødehodetypen, jfr. fig. 3, idet nevnte åpninger tidligere ble brukt for brenseldyser for diesel.

Forsåvidt angår grunnkonstruksjonen er forbrenningsmotoren 1 en dieselmotor. Forbrenningsmotoren 1 er utstyrt med et tenningssystem 3, f.eks. av typen Lumenition, et fordampningssystem 5, f.eks. av typen Renzo Matic, og en forgasseranord-ning omfattende en Venturi 71. Avgass-systemet som tidligere ble anvendt for dieselkjøring av motoren 1 kan forbli det samme. Tenningssystemet 3 og fordampningssystemet 5 kan selvsagt være av andre typer enn ovenfor angitt. Tenningssystemet 3 trenger ikke være et elektronisk tenningssystem, men kan også være rent mekanisk.

Brensel-injeksjonssystemet til dieselmotoren innbefattende en pumpe, et rør og et dysesystem, er erstattet av et tenningssystem 3- innbefattende en tennspole 31, en fordeler 33, høyspenningsledere 35 og tennplugger 37.

Styringen, dvs drivakselen, som styrer dieselmotorens brensel-injeksjonssystem, anvendes for styring av fordeleren 33 i tenningssystemet 3.

Om ønskelig kan flere enn én Venturi anvendes, og tenningssystemet kan innbefatte elektrostatisk tenning.

Claims (4)

1. Forbrenningsmotor av stempelmotortypen, som går på en blanding av kondensert petroleumsgass (LPG) i form av autogass blandet med luft, hvor LPG'en hovedsakelig innbefatter propan og butan, eller kondensert naturgass (LNG) eller bygass og luft, hvor ladningen i forbrenningskammeret antennes ved hjelp av en gnistgenererende anordning (37), karakterisert ved at det statiske kompresjonsforhold overskrider 15:1, særlig i området' fra 15:1 til 20:1, og at tenningspunktet er beliggende etter det øvre dødpunkt (ØDP), særlig i området fra 0° ØDP til 20° etter ØDP, fortrinnsvis 4° etter ØDP.

2. Forbrenningsmotor ifølge krav 1, karakterisert ved at brensel-injeksjonssystemet til et dieselanlegg innbefattende pumpe, rør og dysesystem er erstattet av et tenningssystem (3) omfattende en tennspole (31), en fordeler (33), høyspenningsledere (35) og tennplugger (37) .

3. Forbrenningsmotor ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at styringen av dieselanleggets brensel-injeksjonssystem anvendes for styring av tenningssystemets (3) fordeler (33).

4. Forbrenningsmotor ifølge ett eller flere av de foregående krav 1 til 3, karakterisert ved at den gnistdannende anordning fortrinnsvis er av tennplugg-typen.