NO20200463A1 - Utforming av forbrenningsrom i stempelmotorer som benytter tungt antennbare brennstoffer - Google Patents

Utforming av forbrenningsrom i stempelmotorer som benytter tungt antennbare brennstoffer Download PDF

Info

Publication number
NO20200463A1
NO20200463A1 NO20200463A NO20200463A NO20200463A1 NO 20200463 A1 NO20200463 A1 NO 20200463A1 NO 20200463 A NO20200463 A NO 20200463A NO 20200463 A NO20200463 A NO 20200463A NO 20200463 A1 NO20200463 A1 NO 20200463A1
Authority
NO
Norway
Prior art keywords
combustion chamber
chamber
air
combustion
fuel
Prior art date
Application number
NO20200463A
Other languages
English (en)
Inventor
Lars Harald Heggen
Original Assignee
Lars Harald Heggen
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 Lars Harald Heggen filed Critical Lars Harald Heggen
Priority to NO20200463A priority Critical patent/NO20200463A1/no
Publication of NO20200463A1 publication Critical patent/NO20200463A1/no

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B19/00—Engines characterised by precombustion chambers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B19/00—Engines characterised by precombustion chambers
    • F02B19/06—Engines characterised by precombustion chambers with auxiliary piston in chamber for transferring ignited charge to cylinder space
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B19/00—Engines characterised by precombustion chambers
    • F02B19/10—Engines characterised by precombustion chambers with fuel introduced partly into pre-combustion chamber, and partly into cylinder
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B19/00—Engines characterised by precombustion chambers
    • F02B19/10—Engines characterised by precombustion chambers with fuel introduced partly into pre-combustion chamber, and partly into cylinder
    • F02B19/1004—Engines characterised by precombustion chambers with fuel introduced partly into pre-combustion chamber, and partly into cylinder details of combustion chamber, e.g. mounting arrangements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B19/00—Engines characterised by precombustion chambers
    • F02B19/10—Engines characterised by precombustion chambers with fuel introduced partly into pre-combustion chamber, and partly into cylinder
    • F02B19/1019—Engines characterised by precombustion chambers with fuel introduced partly into pre-combustion chamber, and partly into cylinder with only one pre-combustion chamber
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B19/00—Engines characterised by precombustion chambers
    • F02B19/10—Engines characterised by precombustion chambers with fuel introduced partly into pre-combustion chamber, and partly into cylinder
    • F02B19/1019—Engines characterised by precombustion chambers with fuel introduced partly into pre-combustion chamber, and partly into cylinder with only one pre-combustion chamber
    • F02B19/1023—Engines characterised by precombustion chambers with fuel introduced partly into pre-combustion chamber, and partly into cylinder with only one pre-combustion chamber pre-combustion chamber and cylinder being fed with fuel-air mixture(s)
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B19/00—Engines characterised by precombustion chambers
    • F02B19/10—Engines characterised by precombustion chambers with fuel introduced partly into pre-combustion chamber, and partly into cylinder
    • F02B19/1019—Engines characterised by precombustion chambers with fuel introduced partly into pre-combustion chamber, and partly into cylinder with only one pre-combustion chamber
    • F02B19/1023—Engines characterised by precombustion chambers with fuel introduced partly into pre-combustion chamber, and partly into cylinder with only one pre-combustion chamber pre-combustion chamber and cylinder being fed with fuel-air mixture(s)
    • F02B19/1028—Engines characterised by precombustion chambers with fuel introduced partly into pre-combustion chamber, and partly into cylinder with only one pre-combustion chamber pre-combustion chamber and cylinder being fed with fuel-air mixture(s) pre-combustion chamber and cylinder having both intake ports or valves, e.g. HONDS CVCC
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B19/00—Engines characterised by precombustion chambers
    • F02B19/10—Engines characterised by precombustion chambers with fuel introduced partly into pre-combustion chamber, and partly into cylinder
    • F02B19/1019—Engines characterised by precombustion chambers with fuel introduced partly into pre-combustion chamber, and partly into cylinder with only one pre-combustion chamber
    • F02B19/1023—Engines characterised by precombustion chambers with fuel introduced partly into pre-combustion chamber, and partly into cylinder with only one pre-combustion chamber pre-combustion chamber and cylinder being fed with fuel-air mixture(s)
    • F02B19/1028—Engines characterised by precombustion chambers with fuel introduced partly into pre-combustion chamber, and partly into cylinder with only one pre-combustion chamber pre-combustion chamber and cylinder being fed with fuel-air mixture(s) pre-combustion chamber and cylinder having both intake ports or valves, e.g. HONDS CVCC
    • F02B19/1061—Engines characterised by precombustion chambers with fuel introduced partly into pre-combustion chamber, and partly into cylinder with only one pre-combustion chamber pre-combustion chamber and cylinder being fed with fuel-air mixture(s) pre-combustion chamber and cylinder having both intake ports or valves, e.g. HONDS CVCC with residual gas chamber, e.g. containing spark plug
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D19/00—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D19/06—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with pluralities of fuels, e.g. alternatively with light and heavy fuel oil, other than engines indifferent to the fuel consumed
    • F02D19/0639—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with pluralities of fuels, e.g. alternatively with light and heavy fuel oil, other than engines indifferent to the fuel consumed characterised by the type of fuels
    • F02D19/0642—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with pluralities of fuels, e.g. alternatively with light and heavy fuel oil, other than engines indifferent to the fuel consumed characterised by the type of fuels at least one fuel being gaseous, the other fuels being gaseous or liquid at standard conditions
    • F02D19/0644—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with pluralities of fuels, e.g. alternatively with light and heavy fuel oil, other than engines indifferent to the fuel consumed characterised by the type of fuels at least one fuel being gaseous, the other fuels being gaseous or liquid at standard conditions the gaseous fuel being hydrogen, ammonia or carbon monoxide
    • Y—GENERAL 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
    • Y—GENERAL 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/30—Use of alternative fuels, e.g. biofuels

Description

Oppfinnelsen angår utforming av forbrenningsrom i stempelmotorer som benytter tungt antennbare brennstoffer.
Kjent teknikk:
Dagens forbrenningsmotorer er hovedsakelig konstruert for å forbrenne flytende eller gassformige bio- eller fossile- brennstoffer som har gode antennings- og forbrennings- egenskaper. Problemet med overgangen til lav- og null- utslipps løsninger er at forbrenningsmotorer må konstrueres for også å gå på slike drivstoffer. Deriblant blant annet ammoniakk. Problemet med flere av disse drivstoffene er at de både er tungt antennbare, lite brennbare og har lav forbrenningshastighet. Ammoniakk er et typisk tilfelle på dette.
Gjeldene oppfinnelse angår utforming av forbrenningsrom med et forkammer for å kunne benytte lavt brennbare brennstoffer som bl.a. ammoniakk som drivstoff i forbrenningsmotorer.
Av kjent teknikk finnes:
Tradisjonell drift av dieselmotorer med forkammer/virvelkammer.
Bruk av kull som drivstoff, enten i pulver/støv form eller blandet med vann «coal slurry».
Honda sin CVCC teknologi.
Mahle sin Jet Ignition teknologi, PCT søknad WO2012061397A2, som beskriver bruk av et pilotantennings system.
Og norsk patent 343554, (PCT – WO/2019/035718)
«Nullutslipps fremdriftssystem og generatoranlegg med ammoniakk som brennstoff» som beskriver antenning av ammoniakk med hjelp av en pilotantenning.
Kort omtale av oppfinnelsen:
Fordelen med denne oppfinnelsen er hvordan forbrenningsrom og forkammer utformes for å optimalisere antenning og forbrenningsforløp til tungt brennbare drivstoffer. Dette kan blant annet være ammoniakk, rent lignin eller lignin bladet i et flytende brennstoff som for eksempel etanol eller diesel. Forbrenningsrommet kan enten være utformet som en del av sylindertopplokket eller som et rom i stempelet. For å oppnå god antennelse og forbrenning vil det i forbindelse med forbrenningsrommet være et forkammer til antenning av et pilotdrivstoff som vil antenne blandingen av luft/ hoved drivstoff i forbrenningsrommet.
For å optimalisere pilotforbrenning i et eget forkammer vil det kunne benyttes en ekstra innsugsventil til hoved-forbrenningsrommet for å sikre enten luft eller luft/pilotdrivstoff blandingen til forkammeret.
Beskrivelse av figurer:
Figur 1) er en skisse på et utførelseseksempel av en 4-takts stempelmotor med et forbrenningsrom for forbrenning av en luft/ammoniakk (NH3) blanding som antennes med en pilotantenning fra et forkammer. Ammoniakk sprøytes direkte inn i forbrenningsrommet, og diesel inn i forkammeret. Dieselen antennes i forkammeret og er en pilotantenning av luft/ammoniakk blandingen i forbrenningsrommet. Nummereringen følger Figur 4 i norsk patent 343554.
Figur 2) er en skisse på et utførelseseksempel av et to-delt sylindertopplokk.
Detaljert beskrivelse av oppfinnelsen:
Systemet er både for 2-takts og 4-takts stempelmotor som går etter Otto-, Diesel-, Atkinson- eller andre prinsipper for stempelmotorer.
Samme prinsipp som beskrevet for stempelmotorer kan også benyttes for Wankelmotorer/rotasjonsmotorer.
9-1) Stempelmotorens innsug.
Her vil luft eller en luft/hoved drivstoff blanding suges eller trykkes med turbolader eller kompressor inn i sylinderen. Dersom hoved drivstoffet tilføres luften i innsuget kan dette gjøres med en forgasser eller innsprøytnings-dyser for væskeformige drivstoffer, eller med en gassblander «gasmixer» eller innsprøytnings dyser for gassformige drivstoffer. For drivstoffer på fast form vil disse normalt tilføres rett i forbrenningsrommet (9-10).
9-2) Innsugventilens styring.
For 4-takts stempelmotorer er dette en tradisjonell ventilstyring, alternativt med variable åpningstider og løft. Ventilen kan også være elektromekanisk styrt med magnetventil, hydraulisk eller pneumatisk styrt.
9-3) Stempelmotorens eksosutløp.
Motorens eksosutløp. Eksosen kan eventuelt ledes videre for helt eller delvis å drive andre kraftproduserende enheter som for eksempel en Stirlingmotor, eller drift av turbolader. Eksosvarmen kan også benyttes til andre formål som for eksempel vannproduksjon på skip og andre fartøy. For generatoranlegg kan eksosvarmen også benyttes til dampproduksjon for drift av en dampturbin.
9-4) Eksosventilens styring.
For 4-takts stempelmotorer er dette en tradisjonell ventilstyring. Også for 2-takts stempelmotorer med eksosventil vil dette være en tradisjonell ventilstyring. Alternativt kan den være med variable åpningstider og løft. Ventilen kan også være elektromekanisk styrt med magnetventil, hydraulisk eller pneumatisk styrt.
9-5) Forbrenningsrommets innsug.
Avhengig av om motorene har et elektrisk tenningssystem /fremmedtenning eller kompresjonstenning vil dette innsug enten forsyne forbrenningsrom (9-10) og forkammer (9-6) med ren luft eller en luft/pilotdrivstoff blanding.
9-6) Forkammeret.
Dette er forkammer for antennelse av pilotbrennstoffet. For motorer med fremmedtenning vil pilotdrivstoffet antennes av en tennpluggens (9-7), mens det for motorer med kompresjonstenning vil være en innsprøytningsdyse og en glødeplugg (9-7) for pilot-drivstoffet. Forholdet mellom forkammerets volum og forbrennings-rommets (9-10) volum vil normalt være det samme som forholdet mellom sylinderens slagvolum og kompresjonsvolumet. Kompresjonsvolumet til sylinderen vil bestå av volumet mellom stempel (9-12) og sylindertopplokk (9-13) når stempelet (9-12) står i øvre dødpunkt, sammen med forbrenningsrommets (9-10) volum i tillegg til forkammerets volum. Grunnen til dette er for å sikre at mest mulig av den luft eller luft/pilot-drivstoff blanding som er i forbrenningsrommet (9-10) og forkammeret (9-6) ved kompresjonstaktens begynnelse blir komprimert inn i forbrenningsrommet (9-6). Dette for å sikre at en luft eller luft/pilotdrivstoff blanding i forkammeret har en så liten innblanding av hoved-drivstoff som mulig. Dette er spesielt viktig ved bruk av ammoniakk som hoved drivstoff da det ikke er ønskelig å ha en forbrenning med både organisk drivstoffer og a
Dette fordi det kan føre til cyanidforbindelser [:C<=>mm
N:]<–>oniakk sammen. Andre forhold mellom volumene til sylinder, forbrenningsrom og forkammeret er også mulige, og kan være aktuelt spesielt ved bruk av lignin som hoved drivstoff. Da kan for eksempel en mager blanding (�>2) av luft og bensin suges inn gjennom sylinderens innsug (9-1) for å bedre forbrenningen. Lignin tilføres i forbrenningsrommet (9-10) via innsprøytningsanordning (9-11), og ekstra bensin og antennelse av pilotforbrenningen skjer ved at det både er en ekstra innsprøytningsdyse for bensin og tennplugg som utgjør pilotbrennstoffets antennelsesanordning (9-7). Det vil da sprøytes en ekstra bensinmengde inn i forkammeret (9-6) slik at luft/bensin blandingen blir støkiometrisk i forkammeret (9-6). Dette for å sikre en antenning av pilotforbrenningen med tennplugg (9-7).
9-7) Pilotbrennstoffets antennelsesanordning.
For motorer med fremmedtenning vil dette være en tennplugg. For motorer med kompresjonstenning vil dette være en innsprøytningsdyse og en glødeplugg. For dieselmotorer vil dieselanlegget være stort nok til at motoren kan drives som en tradisjonell dieselmotor om ikke hoved drivstoff er tilgjengelig som brennstoff.
9-8) Forbrenningsrommets innsugsventil.
Vil normalt være en vanlig innsugsventil. På grunn av den store varmebelastningen og lave kjøleeffekten som normalt er i denne del av stempelmotoren er det viktig å utforme ventilstyringen (9-9) slik at tilstrekkelig kjøling av denne ventilen og ventilsetet sikres. Natrium (Na) fylt ventilstamme kan være påkrevet. Alternativt en annen konstruksjon som gir tilstrekkelig kjøling av denne ventilen.
9-9) Forbrenningsrommets innsugsventilstyring.
Dette kan være en tradisjonell ventilstyring med kamaksel, men for å optimalisere drift og/eller forbrenning kan dette også være en elektromekanisk operert ventilstyring med elektromagnet. Alternativt kan det være en hydraulisk eller pneumatisk styring av forbrenningsrommets innsugsventil (9-8).
9-10) Forbrenningsrommet.
For tungt brennbare drivstoffer, og ikke minst drivstoffer med lav flammehastighet er det viktig å ha et forbrenningsrom utformet for å sikre at energiomsetningen fra forbrenningen skjer så hurtig som mulig. Typisk vil dette bety et kuleformet, eller tilnærmet kuleformet forbrenningsrom. Kompresjonsvolumet til sylinderen vil bestå av volumet mellom stempel (9-12) og sylindertopplokk (9-13) når stempelet (9-12) står i øvre dødpunkt sammen med forbrenningsrommets volum i tillegg til forkammerets (9-6) volum. Forbrenningsrommet kan enten være et rom i sylindertopplokket (9-13) eller i toppen av stempelet (9-12). Alternativt delt med rom både i sylindertopplokket (9-13) og stempelet (9-12). Hvis forbrenningsrommet er i toppen av stempelet (9-12) må forkammeret (9-6) ha en forbindelse med forbrenningsrommet for å sikre at pilotforbrenningen gir en god antennelse av hoved drivstoffet. Dersom forbrenningsrommet er i sylindertopplokket (9-13) er det viktig at utløpet fra forbrenningsrommet til sylinderen er tilstrekkelig stort til at det ikke oppstår trykktap for de forbrente og uforbrente gassene.
9-11) Innsprøytningsdyse for hoved drivstoffet.
Dersom luft/hoved drivstoff blandingen ikke er blandet utenfor motoren i en forgasser, gassblander eller via drivstoff dyser montert på eller i innsuget (9-1), vil dette vil være innsprøytningsdyser til direkteinnsprøytning av drivstoff i forbrenningsrommet (9-10). Disse kan være av alle konvensjonelle dysekonstruksjoner både til bruk for flytende og gassformige drivstoffer. For faste drivstoffer kan andre doseringsprinsipper benyttes. For rent lignin vil en pumpeanordning av oppvarmet lignin benyttes. Lignin som er et amorft materiale vil normalt ha en Tg (glass-transition temperature) på mellom 250<o>C til 500<o>C. Dette gjør at ved oppvarming kan man oppnå et viskøst materiale som ved hjelp av en «pumpe dyse» anordning eller annen pumpeanordning kan pumpes inn i forbrenningsrommet (9-10). Ett pumpe eller innsprøytings systemer for faste drivstoffer vil normalt også måtte kunne pumpe flytende drivstoffer for å ha mulighet til å tømme systemet for fast drivstoff før en eventuell driftsstans. Dette vil kunne være tilfelle ved bruk av lignin. Et hydraulisk operert system vil være en fordel dersom drivstoffet må oppnå en viss temperatur før det kan benyttes. Dette kan være tilfelle for lignin. Ved bruk av faste brennstoffer som lignin eller kull/biokull bør innsprøytningsdysen(e) til hoved drivstoffet plasseres slik at hoved drivstoffet pumpes eller sprøyts rett foran, eller rett i forkammerets (9-6) utløp til forbrenningsrommet (9-10) for å bruke gass strømmen fra forkammerets (9-6) forbrente gasser til å spre og blande dette hoved brennstoffet med luften i forkammeret (9-10) og sylinderen.
9-12) Stempel
Stempelet i sylinderen til stempelmotoren. Hele eller deler av forbrenningsrommet (9-10) kan være et rom i toppen av stempelet, slik det i mange tilfeller er for direkteinnsprøytede dieselmotorer. I det tilfelle hvor forbrenningsrommet (9-10) er en del av stempelet, må forkammerets (9-6) utløp være rettet direkte mot dette forbrenningsrommet (9-10).
9-13) Sylindertopplokk
Sylindertopplokket vil kunne være to- eller fler- delt. Både fordi det kan være enklere rent produksjons-teknisk i fremstillingen av sylindertopplokkene, men også for å lette service og vedlikehold. Ved bruk av marine drivstoffoljer som pilotdrivstoff, og/eller ved bruk av faste hoveddrivstoffer som lignin kan et delt sylindertopplokk være spesielt viktig for å lette rensing av forbrenningsrom (9-10) og forkammer (9-6) for sot og andre avleiringer.
For direkteinnsprøytede dieselmotorer kan prinsippet med en pilotantenning også benyttes. Fordelen er å redusere trykket i kompresjonsslaget, sikre bedre forbrenning av dieselen samt forbrenne en større andel av drivstoffet ved øvre dødpunkt for å bedre virkningsgraden på motoren. Innsprøytningsdysen(e) (9-11) til hoved drivstoffet plasseres slik at hoved drivstoffet (diesel) pumpes eller sprøyts rett foran forkammerets (9-6) utløp til forbrenningsrommet (9-10) for å bruke gass-strømmen fra forkammerets (9-6) forbrente gasser til både å antenne diesel fra hoved innsprøytnings-dysen (9-11) og for å sikre god forstøvning av dieselen og blanding med luften i forbrenningsrommet (9-10).
Konfigurasjon av oppfinnelsen for tre typiske bruksområder basert på utførelseseksempel i Figur 1:
A) 4-takts «dual fuel» motor med ammoniakk som hoved-drivstoff og med diesel som pilotdrivstoff.
Systemet vil her være som illustrert skjematisk i Figur 1, med unntak for blanding av luft og ammoniakk. Som hoved drivstoff benyttes ammoniakk som blandes i en gassblander i innsuget (9-1) til motoren. Dette for å sikre en god blanding av luft og ammoniakk. Som pilotbrennstoff vil det benyttes dieselolje. For å sikre god forbrenning av dieseloljen vil denne forbrennes med et luftoverskudd. Derfor vil luft/ammoniakk blandingen som suges/trykkes inn via motorens innsug (9-1) være en «fet» blanding slik at etter forbrenning vil luftoverskuddet til pilotforbrenningen kompensere for den «fete» luft/ammoniakk blandingen, slik at det totalt sett vil være en støkiometrisk forbrenning av både ammoniakk og diesel i motoren.
Ren luft vil suges/trykkes inn via forbrenningsrommets innsugsventil (9-8) slik at under innsuget vil denne mengden luft tilsvare volumet av forkammer (9-6) og forbrenningsrom (9-10). Forbrenningsrommets ventilstyring (9-9) er elektromekanisk styrt slik at det sikres en optimal fylling av luft i forkammeret (9-6) og forbrenningsrommet (9-10). Under kompresjon vil da mesteparten av denne luften trykkes inn i og komprimeres i forkammeret (9-6), og kun en mindre mengde av en luft/ammoniakk blanding vil blandes med luften i forkammeret (9-6). En pilotinnsprøytning av diesel vil skje ved en innsprøytningsdyse (9-7) og antennes eventuelt ved hjelp av en glødeplugg (9-7). Denne forbrenningen vil antenne hoved blandingen av luft og ammoniakk i forbrenningsrommet (9-10). En mulighet for å redusere NOx utslipp er å forbrenne en «fet» blanding i motoren, og styre ventilene slik at ved slutten av eksostakten og starten på innsugstakten vil eksosventilen(e) og forbrenningsrommets innsugsventil (9-8) være åpne for å kunne tilføre ekstra luft til eksosen. Dermed vil den ekstra ammoniakken sammen med den nå tilførte luften bidra ved en SCR rensning av eksosen. Alternativt må ekstra luft og/eller ammoniakk pumpes eller sprøytes inn i eksosen.
B) 2-takts «dual fuel» motor med ammoniakk som hoved-drivstoff og med diesel som pilotdrivstoff.
For denne type motorer vil det ikke være påkrevet med et eget pilotinnsugsystem (9-5, 9-8 og 9-9) da det her kun vil suges/trykkes luft via innsug (9-1) i innsugstakten. Ammoniakk vil her sprøytes inn i forbrenningsrommet (9-10) med innsprøytningsdyse (9-11) idet diesel som pilotdrivstoff sprøytes inn og antennes (9-7) i forkammeret (9-6). Dette fordi det ikke er ønskelig å blande forbrenning av organiske stoffer med ammoniakk fordi dette kan danne cyanidforbindelser [:C<=>N:]<– >.
For 2-takts motorer vil det være ønskelig med eksosventil(er) i sylindertopplokket (9-13) for å få optimal «spyling» av sylinderen. Denne (disse) eksosventil(er) kan være elektromekanisk operert for å oppnå ønsket spylingsgrad.
Det vil være ønskelig med en «fet» blanding av luft/ammoniakk for å redusere dannelse av nitrogenoksider (NOx).
Eksosventilen(e) vil kunne styres for å regulere mengden luft som trykkes/ pumpes ut i eksosen før eksosventilen stenger. Dette for eventuell eksosrensing. C) 2-takts «dual fuel» motor med lignin som hoved-drivstoff og med diesel som pilotdrivstoff.
Driften av slike motorer vil være lik driften av 2-takts «dual fuel» motor med ammoniakk som beskrevet i pkt. B, med unntak for tilførsel av hoved drivstoffet lignin. Ligninet vil først varmes opp til en temperatur over Tg for å bli viskøst, før det pumpes/sprøytes med innsprøytingsanordning for hoved drivstoffet (9-11) inn i utløpet av forkammeret (9-6). Her vil en hydraulisk operert innsprøytingsanordning (9-11) være foretrukket for å kunne regulere tilførsel av lignin slik at dette kun skjer når ligninet er viskøst.
Diesel som pilotdrivstoff vil starte å sprøytes inn i forkammeret med innsprøytningsdyse (9-7) før ligninet pumpes/sprøytes inn i utløpet av forkammeret (9-6) slik at forbrenningen av diesel og derved trykkstigningen i forkammeret har startet slik at ligninet blir blåst ut i forbrenningsrommet (9-10). Det er en (eller flere) eksosventil(er) i sylindertopplokket (9-13) for å få optimal «spyling» av sylinderen. Denne (disse) eksosventiler kan være elektromekanisk operert for å oppnå ønsket spylingsgrad. Eksosventilen(e) vil kunne styres for å regulere mengden luft som trykkes/ pumpes ut i eksosen før eksosventilen stenger. Dette er viktig for å få «spylt» sylinderen for uforbrent lignin (aske), samt sikre at ikke avleiringer setter seg på eksosventilen(e).

Claims (1)

  1. Patentkrav:
    Krav 1)
    Utforming av forbrenningsrom i stempelmotorer som benytter tungt antennbare brennstoffer, k a r a k t e r i s e r e s v e d
    å benytte et forkammer (9-6) for antenning av et pilotdrivstoff som vil brukes som antenningskilde for en blanding av tungt antennbart drivstoff og luft i et forbrenningsrom (9-10).
    Krav 2)
    Utforming av forbrenningsrom i stempelmotorer som benytter tungt antennbare brennstoffer ifølge krav 1, k a r a k t e r i s e r e s v e d
    at motorens kompresjonsvolum vil bestå både av:
    - volum mellom sylindertopplokk (9-13) og stempel (9-12) når stempelet (9-12) er i øvre dødpunkt, i tillegg til
    - volum av forbrenningsrom (9-10), samt
    - forkammer (9-6).
    Krav 3)
    Utforming av forbrenningsrom i stempelmotorer som benytter tungt antennbare brennstoffer ifølge krav 1, k a r a k t e r i s e r e s v e d
    at for motorer hvor luft og hoved drivstoffet blandes i motorens innsug (9-1) vil størrelsen i volum mellom forbrenningsrom (9-10) og forkammer (9-6) tilsvare motorens kompresjonsforhold.
    Krav 4)
    Utforming av forbrenningsrom i stempelmotorer som benytter tungt antennbare brennstoffer ifølge krav 1, k a r a k t e r i s e r e s v e d
    at for 4-takts motorer hvor luft og hoved drivstoffet blandes i motorens innsug (9-1) vil forbrenningsrommet (9-10) ha sitt eget innsugsystem bestående av et innsug (9-5), en innsugsventil (9-8) med innsugsventilstyring (9-9) for luft eller en luft/pilotdrivstoff blanding.
    Krav 5)
    Utforming av forbrenningsrom i stempelmotorer som benytter tungt antennbare brennstoffer ifølge krav 1, k a r a k t e r i s e r e s v e d
    at der forbrenningsrommet (9-10) er en del av sylindertopplokket (9-13) vil forkammerets (9-6) utløp være plassert i andre enden av forbrenningsrommet (9-10) enn forbrenningsrommets (9-10) utløp til sylinderen.
    Krav 6)
    Utforming av forbrenningsrom i stempelmotorer som benytter tungt antennbare brennstoffer ifølge krav 1, k a r a k t e r i s e r e s v e d
    at der forbrenningsrommet (9-10) er en del av stempelet (9-12) vil forkammerets (9-6) utløp være plassert slik at det er rettet direkte mot forbrenningsrommet (9-10) for å sikre god antennelse av hoved drivstoffet.
NO20200463A 2020-04-16 2020-04-16 Utforming av forbrenningsrom i stempelmotorer som benytter tungt antennbare brennstoffer NO20200463A1 (no)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NO20200463A NO20200463A1 (no) 2020-04-16 2020-04-16 Utforming av forbrenningsrom i stempelmotorer som benytter tungt antennbare brennstoffer

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NO20200463A NO20200463A1 (no) 2020-04-16 2020-04-16 Utforming av forbrenningsrom i stempelmotorer som benytter tungt antennbare brennstoffer

Publications (1)

Publication Number Publication Date
NO20200463A1 true NO20200463A1 (no) 2021-10-18

Family

ID=78594958

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
NO20200463A NO20200463A1 (no) 2020-04-16 2020-04-16 Utforming av forbrenningsrom i stempelmotorer som benytter tungt antennbare brennstoffer

Country Status (1)

Country Link
NO (1) NO20200463A1 (no)

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1607173A (en) * 1923-10-02 1926-11-16 Renault Louis Internal-combustion engine
US1753253A (en) * 1923-09-04 1930-04-08 Theodore E Hammond Internal-combustion engine and method of operating same
GB584966A (en) * 1938-10-21 1947-01-28 Automobiles Unic Soc Nouv Improvements in and relating to heavy oil fuel engines
US2799257A (en) * 1952-11-15 1957-07-16 Stumpfig Friedrich Four-stroke internal combustion engines and method of operation therefor
US3443552A (en) * 1966-12-13 1969-05-13 Ernest A Von Seggern Internal combustion engine,fuel supply system and process
DE3040190A1 (de) * 1979-10-24 1981-05-21 Nissan Motor Co., Ltd., Yokohama, Kanagawa Verfahren und vorrichtung zum steuern einer verbrennungskraftmaschine
US4320727A (en) * 1979-12-19 1982-03-23 Artman Noel G Process of fuel stratification within and venting of engine auxiliary combustion chamber
US5605125A (en) * 1994-11-18 1997-02-25 Yaoita; Yasuhito Direct fuel injection stratified charge engine
US20080017165A1 (en) * 2004-05-12 2008-01-24 Gottfried Schubert High Compression Spark-Ignition Engine With Throttle Control, Externally Supplied Ignition, And Direct Fuel Injection Into A Precombustion Chamber

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1753253A (en) * 1923-09-04 1930-04-08 Theodore E Hammond Internal-combustion engine and method of operating same
US1607173A (en) * 1923-10-02 1926-11-16 Renault Louis Internal-combustion engine
GB584966A (en) * 1938-10-21 1947-01-28 Automobiles Unic Soc Nouv Improvements in and relating to heavy oil fuel engines
US2799257A (en) * 1952-11-15 1957-07-16 Stumpfig Friedrich Four-stroke internal combustion engines and method of operation therefor
US3443552A (en) * 1966-12-13 1969-05-13 Ernest A Von Seggern Internal combustion engine,fuel supply system and process
DE3040190A1 (de) * 1979-10-24 1981-05-21 Nissan Motor Co., Ltd., Yokohama, Kanagawa Verfahren und vorrichtung zum steuern einer verbrennungskraftmaschine
US4320727A (en) * 1979-12-19 1982-03-23 Artman Noel G Process of fuel stratification within and venting of engine auxiliary combustion chamber
US5605125A (en) * 1994-11-18 1997-02-25 Yaoita; Yasuhito Direct fuel injection stratified charge engine
US20080017165A1 (en) * 2004-05-12 2008-01-24 Gottfried Schubert High Compression Spark-Ignition Engine With Throttle Control, Externally Supplied Ignition, And Direct Fuel Injection Into A Precombustion Chamber

Similar Documents

Publication Publication Date Title
AU686638B2 (en) Internal combustion engine
US5117801A (en) Combustion system for dual fuel engine
EP2826978A1 (en) A two-stroke internal combustion engine, method operating a two-stroke internal combustion engine and method of converting a two-stroke engine
RU2108471C1 (ru) Двигатель внутреннего сгорания и способ его работы
US8550042B2 (en) Full expansion internal combustion engine
US8800530B2 (en) Stratified charge port injection engine and method
US5074265A (en) Rotary valve with facility for stratified combustion in the internal combustion engine
JP2013519834A (ja) 燃焼エンジンシリンダ内で往復移動するように配置されたピストン
US10087817B2 (en) Reciprocating piston internal combustion engine having an ancillary chamber containing a piston, and method for operating the same
CN103089489B (zh) 能够在均质充量压缩点火模式下运行的内燃机
US20210040913A1 (en) Method for operating a spark-ignition internal combustion engine
EP3362658A1 (en) Prechamber arrangement
CA1293415C (en) Internal combustion engine
JP2022019616A (ja) 内燃機関
KR20210129586A (ko) 종방향 소기식 대형 엔진
US11719173B2 (en) Method and gas fuel injection unit for operating an internal combustion engine
US8973539B2 (en) Full expansion internal combustion engine
CN105201642A (zh) 六冲程逐步添加式燃烧汽柴油发动机
CA2254288C (en) Method and device for converting heat into work
CN100419231C (zh) 预混预燃缸内喷射的燃气内燃机
US10989146B2 (en) Oil injection methods for combustion enhancement in natural gas reciprocating engines
JP4086440B2 (ja) エンジン
JP3225780U (ja) 低速大型エンジン
NO20200463A1 (no) Utforming av forbrenningsrom i stempelmotorer som benytter tungt antennbare brennstoffer
JP3379177B2 (ja) 副室式ガスエンジン