SE450962B - Luftkomprimerande, direktinsprutande forbrenningsmotor - Google Patents

Description

450 962 -2-_ luften inverka negativt på förbränningen, eftersom de kan' avlänka den i förbränningsrummet insprutade bränslestrålen, som-i undre varvtalsområdet blott har en ringa kinetisk energi, i riktning mot förbränningsrummets vägg när den kommer in i förbränningsrummet. Just i undre varvtalsområdet bör emellertid väggpåförseln vara relativt liten på grund av att förbränníngsrum- mets vägg ännu är relativt kall och därför snarare en direkt blandning av bränslet med luften åstadkommas.

Vid den kända förbränningsmotorn åstadkoms detta främst genom den större fria längden hos bränslestrålen, varvid dessutom den i diameter något större valda överströmningsöppningen och även sänkningen av rota- tionsfrekvensen hos luften i förbränningsrummet bidrar därtill.

Det har nu visat sig, att även vid denna förbränningsmotor kompressionsvirvlarna, d v s sekundärvirvlar, ofta är orsaken till en icke helt optimal förbränning i det undre varvtalsområdet, eftersom,_så måste man åtminstone anta, tydligen fortfarande en alltför intensiv avlänkning mot den ännu för kalla förbränningsrumsväggen förekommer. En ytterligare starkare ökning av överströmningsöppningens diameter skulle visserligen ge en ytter- ligare förbättring för det undre varvtalsområdet, men skulle kraftigt för- sämra värdena i övre varvtalsområdet. Ändamålet med denna uppfinning är nu att vid en förbrännings- motor av det inledningsvis beskrivna slaget påverka det uppstående kompres- sionsvirvlarna på enkelt, okomplicerat sätt inom omrâdet för bränsletillför- sein till förbränningsrummet på sådant sätt att man i tomgång och i undre och mittre delastområdena hos motorn åstadkommer bästa möjliga minskning av blå- och vitrökbildning vid ett så brett valt brärísleträffområde som möjligt i undre fjärdedelen av förbränningsrummet och vid långtgående fritt val av förbränningsrummets form, utan att man får en försämring av driftdata i det övre last- respektive varvtalsornrådet.

Enligt uppfinningen åstadkoms detta därigenom att förbränninge- motorn har kännetecken som framgår av det bifogade patentkravet 1.

Tack vare utförandet och läget hos överströmningsöppningen enligt uppfinningen försvagas kompressionsvirvlarna i området för bränslets införsel i förbränningsrummet på sådant sätt, att bränslestrålen inom det angivna lägesområdet för strålutsprutningspunkten respektive vinkelområdet för de geometriska bränslestråleriktningarna avlänkas mindre starkt mot förbränningsrummets vägg. Detta förklaras enligt följande: För det första minskas intensiteten hos kompressionsströmningen inom ändområdena för den större diametern hos den ovala överströmningsöppningen på grund av förbrän- v! 450 962 _3_ ningsrumsöppningens mindre avstånd till cylinderväggen och för det andra förekommer inom dessa områden även en mindre urskärning från överström- ningsöppningen i riktning mot förbränningsrummets sidovägg. Därigenom omlänkas' kompressionsvirvlarna mindre starkt mot förbränningsrummets sidovägg respektive omlänkningen förläggs djupare in i förbränningsrummet på grund av den större vägghöjden i dessa områden, varigenom intensiteten i brânslets vägganlagring minskar. Den mindre kraftiga kompressionsvirveln inverkar sålunda blott positivt med avseende på avlänkningen av bränslestrå- len i riktning mot väggen, d v s den understöder i undre varvtalsområdet en direkt blandning av bränslet med luften. Därmed uppkommer inte heller i övre varvtals- respektive lastområdena några försämringar, redan på grund av att en kraftigare kompressionsvirvelbildning alltid upprätthålls i områdena för överströmningsöppningens mindre diameter, respektive de i övre varvtals- området kraftigare bränslestrålarna når alltid förbränningsrummets vägg, icke minst ocksâ på grund av den högre rotationsfrekvensen hos luften.

Sålunda får man i alla varvtalsområdena bättre beredning av bränslet, vilket leder till en tydlig förbättring av avgasvärdena.

Fördelaktiga utföringsformer av en förbränningsmotor enligt patentkravet l har kännetecken angivna i underkraven.

Uppfinningen framgår närmare av den följande beskrivningen i anslutning till de bifogade ritningarna, på vilka fig 1 är ett längdsnitt genom den övre delen av en kolv vid övre dödpunkten med två geometriskt visade bränslestrålar enligt uppfinningen, fig 2 visar kolven sedd uppifrån ett plan ll i fig l, fig 3 ett snitt i den ena bränslestrålens plan enligt lll-III i fig 2 (hjälpkonstruktion), fig 4 en utveckling av överströmningsöppningens vägg, som visar väggens höjd över ett vinkelområde från [10 - 1800. l fig 1 och 2 har en blott delvis återgiven kolv l i sin kolvtoppen 2 ett sfäriskt format förbränningsrum 3 med diametern D. Förbränningsrummet 3, som även kan ha andra rotationssymmetriska former, är förbunden med cylinderrummet 12 medelst en insnörpt överströmningsöppning 4. I den halsformade överströmningsöppningen 4, som har ett ovalt tvärsnitt i form av en ellips eller annat avlångt hål, förefinns en urtagning 5 för insprutning av bränslet genom ett insprutníngsmunstycke 7, som är anordnat excentriskt i förhållande till förbränningsrumsaxeln 13 i cylindertoppen 6. På grund av den ovala formgivningen av överströmningsöppningen 4 är det' emellertid inte nödvändigt att ha urtagningen 5.

Förbränningsrummets 3 ekvatorplan är angivet med en streck- punkterad linje 8. lnsprutningen av bränslet sker mot den undre fjärdedelen av 450 962 _4- förbränningsrummet 3, vilket man åstadkommer genom motsvarande val av munstycksvinkel (avvikelse av strålningsriktning från munstycksaxel), respek- tive motsvarande val av munstycksplacering och/eller vridning av insprut- ningsmunstycket. Genom insprutningen av bränslet mot förbränningsrummets undre parti uppnås större fri längd hos bränslestrålen.

Linjerna 9 och 9a visar riktningen hos två geometriska bränsle- strålar, som träffar förbränningsrummets vägg ll i punkterna 10 och lÛa.

Enligt uppfinningen väljs bränslestrålriktningen så att den geometriska bränslestrålen, projicierad i ett mot förbränningsrümmets axel 13 vinkelrätt plan, bildar en vinkel V av mellan 100 och 500 med en rät linje 17, som går från strålens utsprutningspunkt 15 genom förbränningsrummets längdaxel 13 (förbränningsrummets mitt) och som dessutom med ett mot förbränningsrum- mets längdaxel 13 vinkelrätt plan, exempelvis cylindertopplanet, bildar en vinkel 6 på 200 - 600.

I det visade utföringsexemplet föreligger för bränslestrålen 9 ett V-Värde på Omkring l7° och för bränslestrålen 9a ett va-Väfdß På Omkfíflg 380. l fig 2 visas en ellipsformad överströmningsöppning 4. Ellipsens största diameter här betecknad dl och den minsta d2- Ûíflmellerförhållâfldet dl/dg ligger mellan 1,05 och 1,25. Strålens utsprutningspunkt 15 ligger vid ändområdet för den större diametern dl och kan ligga inom området 19. Den kan avvika i 200 från den större diameterns dl riktning. l utföringsexemplet utgör avvikelsen omkring 100. Avståndet mellan strålutsprutningspunkten och förbränningsrummets mitt är betecknat l. Det kan vara 0,35 - 0,70 x förbränningsrummets diameter D. I utföringsexempiet är l omkring 0,55 D.

Pilen 14 visar luftens rotationsriktning.

Om strålutsprutningspunktens 15 läge ändras inom det i fig 2 med streckning betecknade omrâdet 19 fås visserligen andra träffpunktlägen för bränslestrålen på förbränningsrummets vägg ll, men vinkelvärdet för V och 8 förblir därvid i stort sett, förutsatt att övriga villkor, såsom exempelvis munstycksvinkel, bibehålls. Tämligen exakt gäller detta blott för ett sfäriskt format förbränningsrurn, med vilket man uppnår de bästa förhållandena om avståndet (l) mellan utsprutningspunkten 15 och förbränningsrummets mitt utgör 0,50 - 0,55 x förbränningsrummets diameter D, vinkeln V ligger mellan 150 och 400 och vinkeln 6 mellan 400 och 500, varvid diameterför- hållande: dl/dz hos *den ovala halsen på förbränningsrummet är 1,10 - 1,15.

I fig 3 visas S-värdet för bränslestrålen 9. I figuren är detta värde omkring 450. Av denna figur framgår också den verkliga strållängden 450 962 hos den geometriska bränslestràlen 9. Denna träffar förbränningsrummets vägg i punkten 10. Punkten ll] ligger därvid på en cirkel; som kan tänkas bildad som ett snitt mellan planet III-Ill i fig Z med det sfäriskt formade förbränningsrummet. Fig 3 är en hjälpkonstruktion för att fa fram vinkeln 8, varvid det mot cylinderaxeln vinkelräta planet, exempelvis cylindertopplanet, är betecknat 16. _ Fig 4 visar utvecklingen av överströmningsöppningens 4 vägg över ett vinkelomrâde av 00 - 1800. i Enligt uppfinningen astadkoms vid en förbränningsmotor av det inledningsvis omnämnda slaget med enkla medel, nämligen genom speciell utformning av förbränningsrummets hals under upprätthâllandet av vissa förutsättningar för bränslets insprutning i förbränningsrummet, automatiskt en vid varje drifttillstànd önskad blandningsbildning, varvid övergången från dellast- till fullastdrift även sker under automatisk anpassning till momen- tant erforderlig luft- respektive väggfördelning av bränslet. För detta ändamål behövs inga speciella mekaniska hjälpmedel och/eller utifrån vid- tagna regleringsàtgärder för uppnående av effekten. Dessutom är det inte nödvändigt att så snäva områden för luftens rotationsfrekvens upprätthålls som vid exempelvis en motor av det slag som framgår av den ovan nämnda DE-PS 20 38 048.

Claims (10)

1. o 450 962 Patentkrav l. Luftkomprimerande, direktinsprutande förbränningsmotor, vilken i kolven har ett rotationskroppformat förbränningsrum med insnörpt över~ strömningsöppning och vid vilken den inströmmande förbränningsluften bi- bringas en rotationsrörelse-kring förbränningsrummets längdaxel, vid vilken bränslet insprutas i förbränningsrummet pà sådant sätt i den roterande, förbränningsluftens riktning genom ett excentriskt i närheten av kanten av förbränningsrummets öppning i cylindertoppen anordnat insprutningsmun- stycke med blott en stràle, att bildning av en bränslefilm på förbränningsrum- mets vägg är möjlig, varvid bränslestràlens träffpunkt på förbränningsrum- mets vägg genom motsvarande val av munstycksvinkel och munstycksläge ligger i den undre fjärdedelen av förbränningsrummet, k ä n n e t e c k n a d därav, att den insnörpta överströmningsöppningen (4) har ett ovalt format tvärsnitt och i periferiell led varierande vägghöjd, att, sett, uppifrån mot förbränningsrummet, den större diametern (dl) hos öppningen (4) Sfifäßkël' Sig genom förbränningsrummets mitt i riktning mot insprutningsmunstyckets (7) utsprutningsställe (15), varvid avståndet (l) mellan utsprutningsstället (15) och förbränníngsrummets mitt är 0,35 - 0,70 x förbränningsrummets diameter (D) och den geometriska riktningen (9) hos bränslestràlen dels, projicierad i ett mot förbränningsrummets axel (13) vinkelrätt plan, bildar en vinkel av 100 - 500 med en rät linje (17), som sträcker sig genom stràlens utsprutningsställe och förbränningsrummets längdaxel (13) (förbränningsrummets mitt), och dels bildar en vinkel av 200 - 600 med ett mot förbränningsrummets längdaxel (13) vinkelrätt plan.

2. Förbränningsmotor enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d därav, att förhållandet dl/dg mellan den största och den minsta diametern hos förbrän- ningsrummets öppning (4) är mellan 1,05 och 1,25.

3. Förbränningsmotor enligt något. av föregående krav, k ä n n e - t e c k n a d därav, att utsprutningsstället (15) för strålen, sedd i riktningen från förbränningsrummets axel. (13), avviker fràn riktningen hos öppningens (4) största diameter (dl) med mfiXïmalt i ZÜÛ- li.

4. F örbränningsmotorn enligt något av föregående krav, känneteck- nad därav, att den ovala överströmningsöppningen (4) har formen av en ellips.

5. Förbränningsmotor enligt nagot av föregående krav, k än ne - t e c k n a d därav, att den ovala överströmningsöppningen (4) har formen av ett lângsträckt hal, vars tvärsnitt bildas av tvâ halvcirklar och dessa förbindande raka mellanstycken. JT 450 952 _ 7 ,.

6. Förbränningsmotor enligt något av föregående krav, k änne- te c k n a d därav, att överströmningsöppningens' (4) vägg sträcker sig parallellt med förbränningsrummets längdaxel (13).

7. Förbränningsmotor enligt något av föregående krav, känn e- teckn a d därav, att höjden hos överströmningsöppningens (4) vägg är störst i områdena vid den större diametern (dl) och minst; i områdena för den mindre diametern (d2)-

8. Förbränningsmotor enligt något av föregående krav, känn e - t e c k n-a d därav, att överströmningsöppningens (ll) minsta vägghöjd är 5-10 % och den största vägghöjden 15-20 % av förbränningsrummets diameter (D).

9. Förbränningsmotor enligt krav 1 k ä n n e t e c k n a d därav, att rotationsfrekvensen hos den roterande förbränningsluften, räknad på en mätdiameter av 0,7 av cylinder- respektive kolvdiameter och maximalt ventillyft samt en genomsnittlig kolvhastighet av 10 m/s är mellan 130 och 180 Hz.

10. F örbränningsmotor enligt kraven 1, 2 och 3, vilken har sfäriskt förbränningsrum, k ä n n e t e c k n a d därav, att avståndet (l) mellan ut- sprutningspunkten (15) och förbränningsrummets mitt är 0,50 - 0,55 x för- bränningsrummets diameter (D), att vinkeln är mellan 150 och 400 och att vinkeln är mellan 400 och 500, samt att diameterförhållandet dl/dz är 1,10 - 1,15.