NO880401L

NO880401L - COMBUSTION ENGINE DEVICE.

Info

Publication number: NO880401L
Application number: NO88880401A
Authority: NO
Inventors: Johan Kallak
Original assignee: Johan Kallak
Priority date: 1988-01-29
Filing date: 1988-01-29
Publication date: 1989-07-31
Also published as: NO880401D0

Abstract

Anordning ved forbrennlngsmotor omfattende en kanal (5) som er ført Inn 1 syllnderrommet (3) og forsynt med en tllbakeslagsventll ( 9), beregnet for tilførsel av en liten luftkvantltet. under forbrennlngsslaget. Kanalen (5)tår 1 fri forbindelse med atmosfaren og den ender. 1 syllnderrommet (3) nxr tennlngsstedet (7), slik at kanalens (5) munning under hele forbrennlngsperloden blir beliggende bak forbrenningens flammefront (10).Combustion engine device comprising a duct (5) which is inserted into the cylinder space (3) and provided with a non-return valve (9), intended for supplying a small air quantity. during the combustion stroke. The channel (5) tears 1 free connection with the atmosphere and it ends. In the cylinder space (3) near the ignition point (7), so that the mouth of the duct (5) under the entire combustion bead is located behind the flame front (10) of the combustion.

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en anordning ved forbrennlngsmotor, omfattende en kanal som er ført inn i syllnderrommet og er forsynt med en tllbakeslagsventll, beregnet for tilførsel av en liten luftkvantltet under forbrenningsslaget. The present invention relates to a device for an internal combustion engine, comprising a channel which is led into the cylinder chamber and is provided with a non-return stroke valve, intended for the supply of a small amount of air during the combustion stroke.

Det er alminnelig anerkjent at forbrenningsmotorer, f.eks. av den type som benyttes til motorkjøretøyer, har meget dårlig varmevirkningsgrad, og det som er enda mer problematisk i et moderne samfunn er at slike motorer er meget forurensende, særlig når de arbeider på lave turtall, f.eks. på tomgang og med lav hastighet, slik som i bytrafikk. Ved vanlig tom-gangshastighet vil avgassen til en vanlig bilmotor inneholde opptil 5% CO, 300 ppm hydrokarboner og 50 - 450 ppm N0X. Fra svensk patent nr. 428.714 er det kjent å tilføre syllnderrommet på en forbrennlngsmotor en ekstra luftkvantltet i form av trykkluft under forbrenningsslaget. It is generally recognized that internal combustion engines, e.g. of the type used for motor vehicles, have very poor thermal efficiency, and what is even more problematic in modern society is that such engines are very polluting, especially when they work at low revs, e.g. at idle and at low speed, such as in city traffic. At normal idling speed, the exhaust gas of a normal car engine will contain up to 5% CO, 300 ppm hydrocarbons and 50 - 450 ppm N0X. From Swedish patent no. 428,714, it is known to supply the cylinder space of an internal combustion engine with an additional quantity of air in the form of compressed air during the combustion stroke.

Teorien bak dette er at det i en forbrennlngsmotor etter at luft/brenselgassen er antent dannes en flammefront som med stor hastighet beveger seg fra antennelsespunktet, dvs. at flammefronten i første omgang sprer seg over hele sylindertverrsnittet og deretter beveger seg med meget stor hastighet mot stempeltoppen. Foran flammefronten bygges opp et meget høyt trykk som vil presse stempelet bort fra sylindertoppen. Bak flammefronten vil det vesentlige av bestanddelene i luft/brenselblandingen brenne opp, og det dannes derved et meget kraftig undertrykk bak flammefronten. Luft med lavt trykk vil derved kunne føres inn i dette undertrykksområdet bak flammefronten. The theory behind this is that in an internal combustion engine, after the air/fuel gas is ignited, a flame front is formed which moves with great speed from the ignition point, i.e. that the flame front initially spreads over the entire cylinder cross-section and then moves with very high speed towards the piston top . In front of the flame front, a very high pressure builds up which will push the piston away from the cylinder top. Behind the flame front, most of the components in the air/fuel mixture will burn up, and a very strong negative pressure is thereby formed behind the flame front. Low-pressure air will thereby be able to be introduced into this low-pressure area behind the flame front.

Foreliggende oppfinnelse går ut på å utnytte ovennevnte fenomen slik at det ved hjelp av meget enkle og billige midler oppnås en betydelig forbedring av en forbrennlngsmotor, både når det gjelder økonomi og forurensning. Dette oppnås ved en anordning som erkarakterisert vedat kanalen står i fri forbindelse med atmosfæren, og at den ender i syllnderrommet nær tenningsstedet, slik at kanalens munning under hele forbrenningsperloden blir beliggende bak forbrenningens flammefront. The present invention is to utilize the above-mentioned phenomenon so that, with the help of very simple and cheap means, a significant improvement of an internal combustion engine is achieved, both in terms of economy and pollution. This is achieved by a device which is characterized in that the channel is in free contact with the atmosphere, and that it ends in the cylinder space near the ignition point, so that the mouth of the channel is located behind the combustion flame front during the entire combustion period.

Ifølge en praktisk utførelsesform for oppfinnelsen er kanalen anordnet i topplokket og ender nær tennpluggens elektroder. According to a practical embodiment of the invention, the channel is arranged in the cylinder head and ends near the electrodes of the spark plug.

Ifølge en annen utførelsesform, særlig til bruk ved eksisterende motorer er kanalen på i og for seg kjent måte anordnet i tennpluggen på en Otto-motor eller i brenseldysen på en dieselmotor. According to another embodiment, particularly for use with existing engines, the channel is arranged in a manner known per se in the spark plug of an Otto engine or in the fuel nozzle of a diesel engine.

Ifølge en videreutvikling for oppfinnelsen er tilbakeslagsventilen gitt en slik forsinkelse eller treghet at kanalen i det vesentlige er stengt under innsugningsperloden. According to a further development of the invention, the non-return valve is given such a delay or inertia that the channel is essentially closed during the intake pulse.

Fordelen ved oppfinnelsen I forhold til den ovenfor beskrevne, kjente teknikk er at oppfinnelsen på en meget enkel måte kan utøves på eksisterende motorer. Den enkleste måten er å sette inn spesielle tennplugger i f.eks. en vanlig bilmotor, der det i tennpluggen er anordnet en egen luftkanal. På nye motorer kan det være anordnet en kanal i selve topplokket. Til kanalen kan det være knyttet en luftslange som er ført til et luftf ilter. Dette vil være en meget billig og enkel ombygging. The advantage of the invention in relation to the known technique described above is that the invention can be implemented in a very simple way on existing engines. The easiest way is to insert special spark plugs in e.g. a normal car engine, where a separate air channel is arranged in the spark plug. On new engines, there may be a channel in the cylinder head itself. An air hose can be connected to the duct which is led to an air filter. This will be a very cheap and easy conversion.

Det som oppnås ved oppfinnelsen er at innholdet av forurensende stoffer i avgassen nedsettes drastisk. CO-innholdet nedsettes med ca. 70% i forhold til en motor uten anordningen ifølge oppfinnelsen. Innholdet HC, dvs. frie hydrokarboner, nedsettes med ca. 4% og N0X, dvs. nitrøse gasser nedsettes med ca. 79é. What is achieved by the invention is that the content of pollutants in the exhaust gas is drastically reduced. The CO content is reduced by approx. 70% compared to an engine without the device according to the invention. The HC content, i.e. free hydrocarbons, is reduced by approx. 4% and N0X, i.e. nitrous gases are reduced by approx. 79é.

Årsaken til dette er følgende. Når luft/brenselblandingen i en vanlig bensindrevet motor er komprimert, dvs. når stempelet er ved toppen av sylinderen, antennes gassen ved hjelp av gnisten i tennpluggen og en flammefront spres over hele sylindertverrsnittet. Etter hvert som flammefronten The reason for this is the following. When the air/fuel mixture in a conventional petrol-powered engine is compressed, i.e. when the piston is at the top of the cylinder, the gas is ignited by the spark in the spark plug and a flame front is spread over the entire cylinder cross-section. As the flame front

raser nedover i sylinderen dannes det omtalte undertrykksområdet bak flammefronten. Det kraftige vakuum vil suge inn en luftkvantltet gjennom kanalen ifølge oppfinnelsen og vakuumet fylles med frisk luft. Etter hvert som flammefronten beveger seg nedover i sylinderen vil det oppstå et visst underskudd på oksygen. Veiven til vedkommende sylinder vil da stå i den gunstigste stilling for overføring av kraft, dvs. den står omtrent på det punkt der det er maksimal momentarm. Ved at det tilføres oksygen på baksiden av flammefronten vil denne få ny næring, og trykket i sylinderen vil opprettholdes, slik at hastigheten på flammefronten opprettholdes. Dette bevirker altså en øking av motorens effekt. Ved at det tilføres ekstra oksygen vil andelen CO forbrenne til CO2. Årsaken til at innholdet av frie hydrokarboner i avgassen reduseres, er at det i en vanlig bensinmotor, uten anordningen ifølge oppfinnelsen, vil trenge små mengder uforbrente hydrokarbonpartikler gjennom flammefronten og inn i undertrykksområdet. Den store trykkforskjell på begge sider av flammefronten vil således greie å transportere partikler gjennom flammefronten. Årsaken til at man får en reduksjon av N0Xer sannsynligvis at temperaturen i motoren senkes noen grader. Årsaken til dannelse av N0Xer nemlig de høye temperaturene i en forbrennlngsmotor. Ved at det tilføres ekstra luft under forbrenningsslaget vil således motoren arbeide med noe lavere temperatur. descends in the cylinder, forming the mentioned negative pressure area behind the flame front. The powerful vacuum will suck in a quantity of air through the channel according to the invention and the vacuum will be filled with fresh air. As the flame front moves downwards in the cylinder, a certain deficit of oxygen will occur. The crank of the relevant cylinder will then be in the most favorable position for the transmission of power, i.e. it is approximately at the point where there is maximum torque arm. By supplying oxygen to the rear of the flame front, this will receive new nourishment, and the pressure in the cylinder will be maintained, so that the speed of the flame front is maintained. This therefore causes an increase in the engine's power. By adding extra oxygen, the proportion of CO will burn to CO2. The reason why the content of free hydrocarbons in the exhaust gas is reduced is that in a normal petrol engine, without the device according to the invention, small amounts of unburnt hydrocarbon particles will need to pass through the flame front and into the negative pressure area. The large pressure difference on both sides of the flame front will thus be able to transport particles through the flame front. The reason why you get a reduction in N0X is probably that the temperature in the engine is lowered by a few degrees. The reason for the formation of NOX is the high temperatures in an internal combustion engine. By adding extra air during the combustion stroke, the engine will therefore work at a slightly lower temperature.

Oppfinnelsen skal I det følgende forklares nærmere under henvisning til tegningen, som skjematisk viser to utførelser for anordningen ifølge oppfinnelsen. In the following, the invention will be explained in more detail with reference to the drawing, which schematically shows two embodiments of the device according to the invention.

Figur 1 viser skjematisk et snitt gjennom en bensinmotor med en anordning ifølge oppfinnelsen, Figure 1 schematically shows a section through a petrol engine with a device according to the invention,

figur 2 viser likeledes skjematisk et snitt gjennom den øvre delen av sylinderen i en forbrennlngsmotor med en andre ut-førelsesform for en anordning ifølge oppfinnelsen. Figure 2 also schematically shows a section through the upper part of the cylinder in an internal combustion engine with a second embodiment of a device according to the invention.

Figur 3 viser en noe endret utførelsesform i forhold til figur 1. Figure 3 shows a somewhat changed embodiment compared to Figure 1.

I figur 1 er det vist et snitt gjennom toppen på en motor-sylinder 1 som er forsynt med en tennplugg 2, en sylinder 3 med et frem- og tilbakegående stempel 4. Gjennom motortoppen 1 er det anordnet en kanal i form av et rør 5, hvis munning 6 ender inne i sylinderen 3 i nærheten av tennpluggens 2 elektroder 7. Til røret 5 er det tilsluttet en luftslange 8 som f.eks. kan være knyttet til motorens vanlige luftfilter. I røret 5 er det anordnet en tllbakeslagsventll 9. Når stempelet har utført kompresjonsslaget og er ved toppen av sin bane, vil en gnist mellom elektrodene 7 på tennpluggen 2 antenne luft/brenselblandingen i syllnderrommet. Det vil derved danne seg en flammefront 10 som straks sprer seg over hele sylindertverrsnittet og raser med stor hastighet nedover i sylinderen og presser stempelet 4 foran seg. På forsiden av flammefronten 10 vil det danne seg et overtrykksområde 11 og på baksiden et undertrykksområde 12. Den sjokkartede opp-byggingen av undertrykksområdet 12 vil øyeblikkelig åpne tilbakeslagsventilen 9 og luft vil strømme inn gjennom røret 5 og inn i undertrykksområdet. På den annen side vil det være en viss treghet i tilbakeslagsventilen 9, slik at man unngår at luft under innsugningen av luft/brenselblandingen suger inn falsk luft som vil kunne fortynne blandingen omkring tennstedet. Figure 1 shows a section through the top of an engine cylinder 1 which is equipped with a spark plug 2, a cylinder 3 with a reciprocating piston 4. A channel in the form of a pipe 5 is arranged through the engine top 1 , whose mouth 6 ends inside the cylinder 3 in the vicinity of the spark plug's 2 electrodes 7. An air hose 8 is connected to the pipe 5, which e.g. may be linked to the engine's regular air filter. A check valve 9 is arranged in the pipe 5. When the piston has performed the compression stroke and is at the top of its path, a spark between the electrodes 7 on the spark plug 2 will ignite the air/fuel mixture in the cylinder space. A flame front 10 will thereby form which immediately spreads over the entire cylinder cross-section and races down the cylinder at high speed and presses the piston 4 in front of it. On the front of the flame front 10, an overpressure area 11 will form and on the back a negative pressure area 12. The shock-like build-up of the negative pressure area 12 will immediately open the non-return valve 9 and air will flow in through the pipe 5 and into the negative pressure area. On the other hand, there will be a certain inertia in the non-return valve 9, so that it is avoided that air during the intake of the air/fuel mixture sucks in false air which will be able to dilute the mixture around the ignition point.

I figur 2 er det anordnet en spesiell tennplugg 13 der det sentralt i pluggen er anordnet et rør 14 for en luftkanal 15 som munner ut i åpninger 16. Denne anordningen vil virke på samme måte som anordningen beskrevet i forbindelse med figur 1 på tegningen. Anordningen av røret 14 med kanalen 15 i en tennplugg bevirker at det vil være svært enkelt å bygge om en eksisterende motor. In Figure 2, a special spark plug 13 is arranged where a pipe 14 for an air channel 15 which opens into openings 16 is arranged in the center of the plug. This device will work in the same way as the device described in connection with Figure 1 in the drawing. The arrangement of the pipe 14 with the channel 15 in a spark plug means that it will be very easy to rebuild an existing engine.

I figur 3 er det vist en utførelsesform med to kanaler, der kuleventilen ikke har returfjær, men samvirker ved en skive med passasjer for luften. I stedet for kuleventil kan det benyttes f.eks. en membranventil. Figure 3 shows an embodiment with two channels, where the ball valve does not have a return spring, but interacts with a disk with a passage for the air. Instead of a ball valve, e.g. a diaphragm valve.

Claims

1. Device for an internal combustion engine comprising a channel (5) which is led into the cylinder space (3), intended for the supply of a small quantity of air during the combustion stroke, characterized in that the channel (5) is in free connection with the atmosphere, and that it ends in the cylinder space ( 3) close to the ignition point (7), so that the mouth of the channel (5) is located behind the combustion flame front (10) during the entire combustion period.

2. Device according to claim 1, characterized in that the non-return valve (9) has such a delay or inertia that the channel is essentially closed during the intake pulse.

3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the channel is arranged in the motor top (1).

4. Device according to claim 1, characterized in that the channel is arranged in a manner known per se in the spark plug of an Otto engine or in the fuel nozzle of a diesel engine.