SE444206B - Dieselmotor med en for- eller virvelkammare - Google Patents

Description

8004141-1 2 Även om blandning av luften med bränslet åstadkoms med hjälp av virveln eller tubulensen i virvelkamma- ren till följd av den av kolven åstadkomna komprime- ringen kan med andra ord ytterligare blandning av luf- ten med bränslet inte uppnås på grund av den ringa turbulensen i virvelkammaren. Denna typ har således den nackelen att avgasrökbildningen är kraftigare än i förkammardieseln.» Ett ändamål med föreliggande uppfinning är att eli- minera risken för gasläckning från monteringsområdet för glödstiftet, reducera produktionskostnaderna och under- lätta monteringen och demonteringen av glödstiftet.

Ett annat ändamål med uppfinningen är att minska tändfördröjningen genom förbättring av bränsleluft- blandningen och förbättra kallstartsegenskaperna och minska röken i avgaserna.

Ytterligare ett ändamål med uppfinningen är att åstadkomma jämn utströmning av bränsleluftblandningen från förkammaren och förbättra förbränningseffektivi- teten. Det är också ett ändamål med uppfinningen att hindra tilltäppning av insprutarens spridare och att upprätthålla insputarens effektivitet. Ännu ett ändamål med uppfinningen är att förhindra uppvärmning av insprutarspridaren och göra det lätt att inställa denna noggrant.

Vid en indirekt insprutad dieselmotor med en för- .eller virvelkammare, som begränsas av en bakre kamare i ett cylinderhuvud och en främre kammare i ett övre parti av en hylsdel, som är demonterbart monterad på cylinderhuvudet och som har en port, vilken ansluter den främre kamaren till ett förbränningsrum i huvudet av en kolv, en bränsleinsprutare och ett glödstift, vilka båda är placerade i cylinderhuvudet, ligger ett första uppfinningssärdrag i att den främre kammaren har mindre diameter än den bakre kammaren och har en axel, som är placerad på avstånd från förbränningsrummet bort- om en axel för den bakre kammaren, varigenom axlarna inte överlappar varandra. i 8004141 -1 \ 3 Vid den indirekt insprutade dieselmotorn av den ovan beskrivna typen ligger ett andra uppfinningssärdrag i att hylsdelen i ett övre parti har ett spår med en axel och med större diameter än den främre kamaren men mindre än den bakre kammaren.

Ett tredje uppfinningssärdrag hos uppfinningen ligger i att spårets axel och den främre kammarens axel är beläg- na pà avstånd från förbränningsrummet relativt den bakre kammarens axel och att den främre kammarens, den bakre kammarens och spårets axlar inte överlappar varandra.

Uppfinningen beskrivs närmare i det följande med hänvisning till de biofgade ritningarna som visar utfö- ringsformer. Fig 1 visar i tvärsektion den övre halvan av en dieselmotor enligt uppfinningen med indirekt in- sprutning. Pig 2 visar en förstorad sektion av delarna intill förbränningsrummet. Pig 3-5 visar i sektion al- ternativa utföringsformer av förbränningsrumet. Fig 6 visar en tvärsektion genom en motor med en insprutare, som har en spridare med ett enda hål. Fig 7 visar en tvärsektion genom en utföringsform där en värmeisole- rande stöddel är monterad mellan cylinderhuvudet och insprutaren. Fig 8 är ett effektivitetsdiagram för en konventionell virvelkammardiesel och dieselmotorn enligt uppfinningen sådan den visas i fig l.

Fig 1 visar den övre halvan av en dieselmotor med indirekt insprutning. varvid ett cylinderhuvud 2 är mon- terat på ett cylinderblock medelst bultar 3. En förkam- mare 7 finns inuti cylinderhuvudet 2 och är via en port 6 ansluten till ett huvudförbränningsrum 5 i en kolv 4.

Konstruktionen kommer att beskrivas mera i detalj med hänvisning till fig 2. Förkammaren 7 består av en bakre kammare 8 och en främre kammare 9. Den bakre kam- maren 8 är formad inuti cylinderhuvudet 2 och i ett stycke därmed, medan den främre kammaren 9 är utformad i en hylsdel 10. Hylsdelen 10 är demonterbart monterad på cylinderhuvudet 2 och monteras underifrån. Porten-6 kommunicerar med den främre kammaren 9. Det föredras att 8004141-1 4 placera förkammaren 7 så nära cylinderhuvudets ena sida som möjligt för att förhindra uppvärmning. Den övre hal- van hos den bakre kammaren 8 har halvcirkulär form medan den nedre halvan är kolonn- eller pelarliknande. Den främre kammaren 9 har en form som påminner om en pistol- kula. Den främre kamaren 9 har sin axel 9c parallell med den bakre kammarens 8 axel 8c så att axlarna inte överlappar varandra.

Genom närvaron av den främre kammaren 9 åstadkoms ytterligare turbulens i den luftvirvel som skapas i för- kammaren under kolvens kompressionsslag. Härigenom är det möjligt att åstadkomma utmärkt förbränning eftersom blandningen av luften med det insprutade bränslet för- bättras och koncentrationen av avgasrök (Sd) blir lägre.

Man kan ur fig 8 lätt utläsa att vid en jämförelse med den konventionella,dieselmotorn med virvelkammare har koncentrationen av avgasröken hos dieselmotorn en- ligt uppfinningen minskat. Som nämnts ovan är det främre kammarens 9 axel 9c parallell med den bakre kammarens 8 8c. så relativt axeln 8c i en sådan riktning att en ytter- axel Det är emellertid önskvärt att anordna axeln 9c ligare ökning av turbulensen inuti förkammaren uppnås, dvs i riktning bort från kolvens centrum. y Den bästa motoreffektiviteten kan uppnås om volymen hos den främre kammaren uppgår till 7-15% av summan av volymen hos den främre kamaren och den bakre kamaren, eller volymen hos förkamaren. Den övre gränsen är så vald att volymen inte är så stor att den hindrar turbu- lensbildningen och en utmärkt bränsleluftblandning kan uppnås genom ytterligare tillskott av turbulens genom närvaron av den främre kammaren utan att hindra huvud- turbulensbildningen. Å andra sidan är den nedre gränsen så vald, att volymen gör det möjligt att avsevärt strypa den drastiska insprutningen av bränsleluftblandningen från förkammaren till huvudförbränningsrumet, såsom är fallet vid konventionella förkammardieslar, genom när- varon av den främre kammaren och därigenom åstadkomma tyst förbränning. aoo4141-1 Cylinderhuvudet 2 har ett monteringshål ll för en insprutare 13 och ett monteringshål 12 för ett 91ÖåSCíft 14. Genom den utmärkta agiteringen av luftströmen kan blandningen av bränslet och luften bli effektiv också vid användning av en insprutarspridare med ett enda hål, såsom en konventionell hålspridare eller tappspridare.

Ett annat sätt att tillämpa uppfinningen komer att beskrivas nedan.

Insprutaren 13 har i detta fallet en spridare med två hål. Insprutaren är så placerad att dess centrum befinner sig mellan en vinkel u och en vinkel 8. Vin- keln u bestäms av ytteromkretsen A hos porten 6 och skärningspunkten B för dess diameter. Vinkeln 8 bestäms av ett hörnparti C på den bakre kammaren 8 och en punkt D på en horisontell linje H genom den bakre kamarens 8 centrum O motsvarande gränsen mellan den bakre kammarens övre och nedre halvor.

Insprutarmonteringshâlet ll är så utformat, att in- nerdiametern på dess spetsparti är mindre än innerdia- metern på dess centrumparti, varvid den exponerade de- len vid insprutarens 13 främre ände är minskad så mycket som möjligt. Detta arrangemang mininerar den del av in- sprutarens 13 främre ände som är exponerad för förbrän- ningsgaserna, varigenom man förhindrar att insprutaren fastnar.

Glödstiftet 14 är som nämnts monterat 1 hålet 12.

Glödstiftets 14 spets befinner sig i det område som om- skrivs av en linje som förbinder insprutarens 13 hål 15 med punkten D och den horisontella linjen H. Härigenom träffar det i strålvinkeln a insprutade bränslet den luftström i förkammaren som under kompressionsslaget kommer från kolven 4 via porten 6 för att på så sätt snabbt skapa bränsleluftblandningen. Därigenom åstad- koms snabb förbränning och blir tändfördröjningen liten. Å andra sidan möjliggör det i strålvinkeln 8 insprutade bränslet start vid mycket låg temperatur, eftersom hål- spridaren utnyttjas som startmunstycke och säkerställer god finfördelning hos det bränsle som kommer i direkt . aoo4141-1 6 kontakt med glödstiftet 14.

Pig 3 visar en annan utföringsform av uppfinningen.

Hylsdelen l0a har vid denna utföringsform avsevärt större diameter än hylsdelen 10 i fig 2. Hylsdelens l0a övre ändyta 17 bringas vid hylsdelens montering i cylinder- huvudet 2 till intim kontakt med en avsats 18 hos mon- teringshâlet för hylsdelen via en inte visad packning för att förhindra läckning av gas. Vid denna utförings- form är en del av den bakre kammaren utformad i hyls- delen l0a.

Pig 4 visar ytterligare en utföringsform av uppfin- ningen vid vilken hylsdelen lOb har ett grunt cylindriskt spår 16 som vetter mot den bakre kammarens 9 öppning, är större än diametern hos den främre kammarens öppna ände men är mindre än diametern hos den bakre kammarens nedre ändparti. Spåret 16 är så placerat att dess axel l6c samanfaller med den bakre kammarens 8 axel 8c. Hyls- delens l0b höjd är ökad motsvarande spårets 16 djup.

När insprutarens spridare har två hål blir strål- vinkeln en avsevärt smalare vinkel B' även om den för- blir oförändrad vid de i fig 2 och 3 visade spridarna.

Eftersom spåret 16 är upptaget i hylsdelen lOb finns det ett definierat ansatsparti mellan den bakre kamma- ren 8 och den främre kamaren så att den i förkammaren 7 inkommande luftströmmen skapar turbulens i den virvel som bildas i förkammaren 7 för att säkerställa jämn bland- ning av bränslet med luften och utströmningen av bränsle- luftblandningen till huvudförbränningsrummet accelereras.

Pig 5 visar en annan utföringsform av uppfinningen där spåret 15 i hylsdelen l0c är så placerat att dess axel l6c överlappar vare sig den bakre kammarens 8 axel 8c eller den främre kammarens 9 axel 9c. Detta arrange- mang av spåret 16 gör turbulensen i virveln i förkammaren 7 ännu mera komplicerad och bidrar till en ännu bättre blandning av bränslet och luften. Även om det vid utföringsformerna enligt fig 4 och 5 finns endast ett spår 16 kan givetvis flera spår 16 for- mas i flera steg. I så fall måste spåret närmast den bakre 8004l41-1 7 kammaren ha större diameter.

Pig 6 visar en utföringsform med en insprutare l3a vars spridare har ett enda hål. Härvid sprutas bränslet mot spårets l6 hörnparti. Blandning av det insprutade bränslet med luften förbättras genom den virvelrörelse som skapas intill spåret 16, varigenom tändfördröjningen minskas. ' Pig 7 visar en utföringsform som förhindrar uppvärm- ning av insprutaren. Ett ringformigt värmeisolerande ma- terial 25 bestående av exempelvis kiselgummi anbringas på monteringshålets ll sätesansats 20. Mellan det värme- isolerande materialet 25 och ändytan 23 hos insprutarens hus 22 anbringas en ringformig stöddel 26 med samma dia- meter som monteringshålet 21 för huset 22 och med liten deformerbarhet. Denna stöddel 26 hindrar det värmeisole- rande materialet 25 från att komma in i gapet mellan hu- set 22 och monteringshålet för detta och in i ett urtag 24 för åtdragning av insprutaren. vilket urtag finns kring husets mantel. Stöddelen 26 gör det också möjligt att inställa spetsen hos insprutarens 13 spridare i ett förutbestämt läge. Det föredras att ge stöddelen 26 ring- form och att använda ett material med liten deformerbar- het, exempelvis en metall, en värmebeständig plast också liknande. Ett värmeisolerande material 19 är också packat kring insprutaren 13.

Sammanfattningsvis har dieselmotorn enligt uppfin- ningen en för- eller virvelkamare med främre och bakre kamrar och en port som ansluter för- eller virvelkama- ren med huvudförbränningsrumet, varvid motorn har sådan konstruktion att ett av hålen i bränsleinsprutarens spri- dare sprutar bränslet i riktning mot porten, medan det andra hålet sprutar bränsle mot glödstiftet. Det mot glöd- stiftet sprutade bränslet kommer således i direkt kontakt med detta stift och antänds därför lätt, varigenom man förbättrar startvilligheten vid mycket låga temperatu- rer och eliminerar den tomgångsknackning som tidigare har varit ett stort problem vid de konventionella die- selmotorerna med indirekt insprutning. Det mot porten 8004141 -1 8 sprutade bränslet träffar å andra sidan den komprime- rade luft som kommer från porten under kompressionssla- get, varigenom man snabbt får den önskade bränsleluft- blandningen och tändfördröjningen minskas genom finför- delningen av bränslet. Med andra ord sker förbränningen snabbt.

Eftersom dessutom spåret sträcker sig trappstegs- formigt mellan de främre och bakre kamrarna uppstår tur- bulens i den komprimerade luften från porten, så att blandningen av luften med bränslet accelereras.

Vid motorn enligt uppfinningen är den främre delen av monteringshålet för insprutaren indragen till en li- ten diameter för att på så sätt minimera den exponerade delen vid insprutarens spets. Av detta skäl blir expo- neringen av spetsen hos bränsleinsprutarens spridare för den varma bränsleluftblandningen mindre, varigenom det blir möjligt att förhindra kärvning av insprutaren.

Det värmeisolerande materialet mellan insnrutaren och monteringshålet för denna uppbärs av en föga defor- merbar stöddel, varvid det värmeisolerande materialet hindras från att komma in i gapet mellan insprutaren och monteringshålet för denna och insprutarens spridar- spets kan inställas i förutbestämt läge.

EXEÜPEL Förbränningseffektivitetstest gjordes pà en indirekt insprutad dieselmotor enligt uppfinningen av det i fig l visade utförandet. Avgastemperaturen, färgen på avgaser- na och bränsleförbrukningen i gram per hästkrafttimme an- ges med heldragna linjer i fig 8.

I fig 8 representerar abskissan drivaxelns uteffekt Pe i hk och det effektiva medeltrycket Pe' i kg/cmz, me- dan ordinatan representerar avgastemperaturen TOC, rök- koncentrationen i avgaserna Sd och bränsleförbrukningen f i g/hkh. 8004141-1 9 Testförhållandena var de följande: Varvtalz 2.400 rpm Kolvdimension: 80mmø x 75mm Kolvantal: 1 Insprutare: strypspridare Monteringsvinkel för insprutare: ° relativt axeln 8c för den bakre kammaren.

Instick av glödstift i den bakre kammaren: Ferm och storlek hos den övre halvan av den bakre kammaren: halvsfär med en radie av 12 mm med centrumet för den bakre kammaren som sitt centrum. 7 mm Djup hos främre kammare: 8,5 mm Avstånd mellan de bakre och främ- re kamrarnas axlar: .2 mm Lutningsvinkeln för port: 350.

För jämförelsens skull gjordes samma test på den be- skrivna virvelkammardieseln. Avgastemperaturen, färgen på avgaserna och bränsleförbrukningen anges med strecka- de linjer i fig 8. Testförhållandena var desama som ovan.

Det framgår av fig 8 att röken eller färgen i avga- serna minskas avsevärt vid tillämpning av uppfinningen.

Claims (3)

8004141-1 10 PATENTKRAV

1. Dieselmotor med en för- eller virvelkammare (7), som begränsas av en bakre kammare (8) i ett cy- linderhuvud (2) och en främre kammare (9) i ett övre parti av en hylsdel (10), som är demonterbazt monterad på cylinderhuvudet (2) och som har en port (6), vilken ansluter den främre kammaren (9) till ett förbrän- ningsrum (5) i huvudet av en kolv (4), en bränsle- insprutare (13) och ett glödstift (14), vilka båda är placerade i cylinderhuvudet (2), k ä n n e t e c k - n a d av att den främre kammaren (9) har mindre dia- meter än den bakre kammaren (8) och har en axel (9c), som är placerad på avstånd från förbränningsrummet (5) bortom en axel (8c) för den bakre kammaren (8), varigenom axlarna (9c, 8c) inte överlappar varandra.

2. Dieselmotor enligt krav 1, k ä n n e t e c k - n a d av att hylsdelen (10) i ett övre parti har ett spär (16) med en axel (l6c) och med större diame- ter än den främre kammaren (9) men mindre än den bakre kammaren (8).

3. Dieselmotor enligt krav 2, k ä n n e t e c k - n a d av att spårets (16) axel (l6c) och den främre kammarens (9) axel (9c) är belägna på avstånd från förbränningsrummet (S) relativt den bakre kammarens (8) axel (8c) och att den främre kammarens, den bakre kammarens och spårets axlar inte överlappar varandra.