NO338470B1 - Selvtennende, blandingskomprimerende forbrenningsmaskin, og fremgangsmåte for drift av samme - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en selvtennende, blandingskomprimerende forbrenningsmaskin ifølge innledningen til patentkrav 1, og også en fremgangsmåte for drift av denne ifølge patentkrav 6.

Fra DE 44 19 429 er det kjent en slik forbrenningsmaskin eller forbreriningsmotor som i et hovedbrennkammer forbrenner en gassformig brennstoff/luftblanding, idet denne tennes fra et forbrennings-forkammer. Forkammeret er tilkoplet til en høytrykksbrenn-gassledning og danner en brennstoffrik blanding som antenner seg selv og på grunn av den ytterligere trykkøkning strømmer over i hovedbrennkammeret hvor den forbrenner fullstendig og derved tenner den komprimerte brermstoff/luftblanding.

Formålet med oppfinnelsen er å redusere i vesentlig grad den andel av brenngassen som i høykomprimert form blåses inn i forkammeret, i forhold til den kjente teknikk.

Dette formål oppnås ifølge oppfinnelsen ved hjelp av de nye konstruktive foranstaltninger ifølge krav 1, og realiseres spesielt ved hjelp av fremgangsmåten ifølge krav 6.

Ved hjelp av et termisk beskyttelsesskjold kan gassinnblåsingsventilens driftstemperaturer reduseres på fordelaktig måte ved en forbrenningsmaskin ifølge oppfinnelsen, og lange levetider kan oppnås.

En fordelaktig, spesiell ommantling av glødestiften sørger for en sikker oppflamming av forkammerblandingen og øker glødestiftlevetiden.

Den selvrensende virkning av en fortrinnsvis innsatt drosseltappdyse fører på fordelaktig måte til over driftstiden konstante betingelser ved gassinnblåsingen i forkammeret.

Ved hjelp av det ifølge oppfinnelsen forutbestemte forhold mellom forkammervolum og utblåsningstverrsnitt til hovedbrennkammeret opptrer det små syklussvingninger, slik at det innstiller seg en fordelaktig stabil drift av forbrenningsmaskinen.

Ved hjelp av anordningen ifølge oppfinnelsen av enkle byggeelementer kan den fordelaktige gassinnblåsingsventil realiseres på særlig gunstig måte.

Den fortrinnsvis mellom ca. 0,2 og 0,3 % innstilte forkammergassandel fører til optimale driftsverdier og driftsforhold.

Reduksjonen ifølge oppfinnelsen av forkammergassmengden og det derav resulterende, reduserte kompresjonsarbeid fører til en fordelaktig økning av forbrennings-maskinens effektive virkningsgrad.

Ytterligere særtrekk og fordeler fremgår av underkravene i forbindelse med beskrivelsen.

Oppfinnelsen skal i det følgende beskrives nærmere på grunnlag av et utførelseseksempel under henvisning til den tilhørende skjematiske tegning som i utsnitt viser en ifølge oppfinnelsen utført forbrenningsmaskin.

De vanlige innretninger for ladningsvekslingen så vel som et stempel er anordnet i sylinderen og brennkammeret, men disse er ikke vist på figuren. Delvis vist er sylinderhodet 5 i hvilket en innsats 1 er montert, eksempelvis innskrudd. I innsatsen 1 er det dannet et forkammer 4 som ved hjelp av fortrinnsvis flere overgangsåpninger 6 er forbundet med hovedbrennkammeret 7.

Ved hjelp av en dyse, fortrinnsvis en drosseltappdyse 10, innbringes det i forkammeret 4 under høyt trykk brenngass som danner en stråle 8. Ved hjelp av strålekarakteristikken kan brenngassen meget intensivt blande seg med den i forkammeret 4 tilstedeværende brennstoff/luftblanding, før den antennes mot den varme overflate av glødestiften eller antenner seg selv. Den derav resulterende, raske trykkstigning i forkammeret 4 sikrer en stabil tenning av den magrere brenngass/luftblanding i hovedbrennkammeret 7. Den fortrinnsvis innsatte drosseltappdyse 10 virker ved siden av disse fordeler også selvrensende, slik at koksavsetninger på dennes utblåsning stverrsnitt hindres.

Som følge av den lave indre kjøling, på grunn av anvendelsen av gass som brennstoff med lav varmekapasitet og dårlig varmeovergang i forhold til flytende brennstoffer, så vel som de lave gjennomspylte drivstoffmengder, er drosseltappdysen 10 utsatt for en høy termisk belastning. Denne belastning kan reduseres ved at det anordnes et beskyttelsesskjold 9 som avskjermer drosseltappdysen 10 i forhold til forkammeret 4, slik at varmeinnføringen fra forkammeret 4 reduseres. Beskyttelsesskjoldet 9 består fortrinnsvis av et godt varmeledende materiale, så som eksempelvis kobber, og utformes skive- eller hylseformet. Det på figuren som eksempel viste, hylseformede beskyttelsesskjold 9 omslutter drosseltappdysen 10 i det fremre område og frigir en gjennomstrøm-ningsåpning for brenngassen i utblåsningsområdet. Denne gjennomstrømningsåpning kan forsynes med en kjegleformet forsenkning, for å unngå hindringer for strålen 8. Et skiveformet beskyttelsesskjold 9 kunne være anordnet bare i området for dysens utblåsningsåpning, uten å omslutte det fremre område.

Drosseltappdysens 10 tapp styres i stedet for av en lukkefjær ved hjelp av et hydraulikksystem hvis standtrykk er større enn det konstante gassinnblåsingstrykk. Derved sikres at ingen brenngass kan unnslippe. Tappens klaring i dennes føring er slik avstemt til hydraulikkoljens viskositet at den smører ventilsetet, idet lekkasjehastigheten er slik avgrenset at ingen eller bare små mengder av hydraulikkoljen deltar i forbrenningen. Dermed forlenges delenes levetid på fordelaktig måte, og det hindres at det opptrer forkoksninger som kan påvirke forbrenningens stabilitet så vel som avgass-emisjonene på negativ måte. Styringen av drosseltappdysen 10 skjer fortrinnsvis med en magnetventil ved hjelp av hvilken hydraulikktrykket kan bortkoples eller påkoples.

Åpningsbegynnelsen og åpningsvarigheten kan således fordelaktig og enkelt fritt forutbestemmes eller innstilles.

For antennelsen av brenngass/luftblandingen i forkammeret 4 kan det anordnes en glødepropp 2 som med sin glødestift rager inn i forkammeret 4. Ved hjelp av en fordelaktig avskjerming 3, som omslutter glødeproppens glødestift og er forsynt med tilsvarende åpninger eller boringer, kan varmebortledningen under forkammerets 4 spyling reduseres ved hjelp av tvungen konveksjon, og glødestiftens overflatetemperatur kan økes. Derved blir det ved startforløp og ved lav deilast sikret at selvtennings-temperaturen for blandingen i forkammeret 4 alltid oppnås på sikker måte, og også at glødestiftens 2 varmeytelse ved høyere belastninger kan reduseres til null. Ved hjelp av disse foranstaltninger kan glødetappens levetid tydelig økes, da dennes varmespiral ikke stadig belastes termisk. Ved hjelp av passende anordnede åpninger i avskjermingen 3 kan det oppnås at tenningsdyktig blanding ankommer mellom avskjermingen 3 og gløde-stiften. Glødeproppens 2 avskjerming 3 må være fremstilt av et høytemperaturbestandig materiale, og kan for ytterligere optimering være katalytisk belagt.

Etter selvantennelsen av brenngassen stiger trykket i forkammeret raskt, slik at delvis forbrent gass ved hjelp av overgangsåpningene 6 blåses over i hovedbrennkammeret 7 og der antenner brenngass/luftblandingen. Ved hjelp av et forutbestemt forhold mellom forkammerets 4 volum og tverrsnittet av overgangsåpningene 6 kan det oppnås en optimal trykkstigning i forkammeret 4 med etterfølgende intensiv utblåsing inn i hovedbrennkammeret 7, hvorved en fordelaktig, stabil oppflamming av brenngass/- luftblandingen i hovedbrennkammeret 7 oppnås. På grunn av den sikre og stabile oppflamming i hovedbrennkammeret 7 opptrer bare små syklussvingninger ved forbren-ningsforløpet i en ifølge oppfinnelsen utstyrt forbrenningsmaskin. Forholdet mellom forkammervolum og utblåsning stverrsnitt av overgangsboringene 6 ligger fortrinnsvis mellom 50 og 80 cm 3 /cm 2 (kubikkcentimeter/kvadratcentimeter).

Forbrenningsmaskinen ifølge oppfinnelsen kan drives med en enkel fremgangsmåte ved hjelp av hvilken mindre enn 0,5 % - fortrinnsvis mellom 0,2 og 0,3 % - av det totale, for driften benyttede, gassformige brennstoff innblåses i forkammeret i høykom-primert form. Det gassformige brennstoff innblåses derved i forkammeret med et trykk som ligger over kompresjonssluttrykket av den innsugde brennstoff/luftblanding i hovedbrennkammeret. I forkammeret danner brennstoffet en brennstoffrik brennstoff/- luftblanding som antenner seg selv og strømmer over i hovedbrennkammeret hvor den antenner den komprimerte, magrere brennstoff/luftblanding.

Claims (6)

1. Selvtennende, blandingskomprimerende forbreriningsmaskin for gassforming brennstoff med et fra hovedbrennkammeret (7) avdelt forkammer (4), hvilke er forbundet med hverandre ved hjelp av minst én åpning (6), idet hovedbrennkammeret (7) er forbundet med en lavtrykksbrenngassledning og forkammeret (4) er forbundet med en høytrykksbrenngassledning, og brenngass/luftblandingen kan blåses over fra forkammeret (4) for tenning av en komprimert brenngass/luftblanding i hovedbrennkammeret (7),karakterisert vedat forkammeret (4) er dannet i en i sylinderhodet (5) monterbar innsats (1) i hvilken det er anordnet en til høytrykksbrenngassledningen tilkoplet dyse (10) gjennom hvilken brenngass kan innblåses i forkammeret (4), og at det på innsatsen (1) er anordnet minst én overblåsingsåpning (6) som forbinder forkammeret (4) med hovedbrennkammeret (7).

2. Selvtennende, blandingskomprimerende forbrenningsmaskin ifølge krav 1,karakterisert vedat det som dyse (10) er anordnet en drosseltappdyse, og at det på dysen (10) i det minste i det til forkammeret (4) tilgrensende område er anordnet et hylse- eller skiveformet beskyttelsesskjold (9) av et godt varmeledende materiale, så som eksempelvis kobber.

3. Selvtennende, blandingskomprimerende forbrenningsmaskin ifølge krav 1 eller 2,karakterisert vedat det på innsatsen (1) er anordnet en i forkammeret (4) innragende glødetapp (2) som i det minste i delområder er omgitt av en høytemperaturbestandig avskjerming (3).

4. Selvtennende, blandingskomprimerende forbrenningsmaskin ifølge ett av de foregående krav,karakterisert vedat drosseltappdysen (10) er forsynt med et magnet-ventilstyrt hydraulikksystem ved hjelp av hvilket åpningsbegynnelsen og åpnings varig-heten er fritt valgbare, og hydraulikksystemets standtrykk er høyere enn brenngassens innblåsingstrykk, og hydraulikkoljens viskositet er slik avstemt til tappens klaring i dens føring at tappsetet smøres, slik at ingen eller i høyden neglisjerbart små mengder av hydraulikkoljen deltar i forbrenningen.

5. Selvtennende, blandingskomprimerende forbrenningsmaskin ifølge ett av de foregående krav,karakterisert vedat forholdet mellom forkammerets (4) volum og det totale tverrsnitt av overblåsingsåpningene (6) ligger mellom 50 og 80 cm 3 /cm 2.

6. Fremgangsmåte for drift av en forbrenningsmaskin, særlig ifølge ett av de foregående krav, med et gassformig brennstoff som tilføres til et forkammer og der danner en brennstoffrik brennstoff/luftblanding, og med et hovedbrennkammer i hvilket en brerinstoff/luftblanding innsuges, idet det gassformige brennstoff innblåses i forkammeret med et trykk som ligger over komprimeringssluttrykket i hovedbrennkammeret,karakterisert vedat mindre enn 0,5 % av det totale for driften benyttede, gassformige brennstoff innblåses i forkammeret i høykomprimert form.