SE456262B - Luftkomprimerande forbrenningsmotor - Google Patents

Description

456 262 2 mellan cylinderhuvudet och kolvtoppen. Dessutom strömmar gasen direkt efter övre dödpunkten med högre hastighet från förbränningskammaren till den snabbt förstorade spalten mellan cylinderhuvudet och kolvtoppen och rycker företrädesvis med sig bränslemolnen och -dropparna, som uppstår mot slutet av insprutningen. Det däri ankomna bränslet dras följaktligen bort fran det egentliga förbränningsförloppet, inbegripes inte av den främre delen av flamman som breder ut sig i förbränningskammaren och förbränns slagartat genom självantändning. Därvid har dessa bränslemoln starka erosiva verk- ningar pa de mycket närliggande ytorna av kolven och av cylinderhuvudet. Ändamålet med föreliggande uppfinning är att vid en förbrän- ningsmotor av det inledningsvis beskrivna slaget minska de genom bränsleav- länkningarna uppstaende erosionerna pa kolvtoppen och cylinderhuvudet res- pektive förbättra avgasutsläppet avseende icke förbrände kolväten.

Enligt uppfinningen uppnas detta ändamal genom att insprutnings- munstycket omges med spel av en vid ändarna öppen hylsa, vilken skjuter fram förbi nämnda öppning för insprutningsmunstycket att hylsan är slitsad i längdriktningen och elastiskt insatt i borrningen för munstyckskroppen, att hylsan endast skjuter in i förbränningskammaren sa langt, att ett axiellt förlöpande omrade hos hylsan helt täcks av cylinderhuvudet samt att hylsan är slitsad i detta omrade.

Genom dessa kännetecken uppnas helt det eftersträvade malet pa ett enkelt sätt. lnskjutningen av insprutningsmunstyckets spruthal i förbrän- ningsutrymmet under insprutningsförloppet förhindrar att bränsle kan komma in mellan kolvtoppen och cylinderhuvudet. Det av den roterande luften bortblasta bränslet slàs ned företrädesvis mot den nedre, utskjutande hyls- väggen, och eftersom detta väggomrade blir mycket hett, sker där en snabb förangning av bränslet. Dessutom skyddar hylsan insprutningsmunstycket mot för hög uppvärmning, varvid astadkommandet av förkoksning i munstycke- halet, vilket skulle erhållas pa grund av den langa inskjutningen av insprut- ningsmunstycket i förbränningskammaren, absolut undanröjes. Förvridning av ínsprutningsmunstycket uppträder ej heller eftersom genom hylsan pa grund [av spelet mot munstyckets kropp för höga temperaturskillnader i de övre respektive nedre omradena av insprutningsmunstycket inte kan uppsta. Hylsan tjänar följaktligen jämte funktionen som uppfangningsmedel för bortblast bränsle till att förbättra blandningsberedníngen liksom till att värmeskydda insprutningsmunstycket. Längdslitsen i hylsan sörjer därvid för att en spän- ningsfri god kontakt upprëtthalles mellan hylsan och det kylda cylinderhuvu- 456 262 3 det, även vid asymmetrisk temperaturfördelning i hylsan. Därigenom förhind- ras att sprickor och brott uppstår bade i hylsan själv och i cylinderhuvudet.

Det föreliggande utrymmet mellan insprutningsmunstycket och hylsan (spelet) fylls med tiden av rost- och koksavlagringar. Dessa avlagringar verkar isolerande och bildar härmed ett ytterligare värmeskydd.

Visserligen är det förut känt att använda cylindriska hylsor som värmeskydd, vilka omger munstycksaxeln och halles fast vid cylínderhuvudet respektive är fsstsatta pa munstyckshallaren, varvid hylsorna helt eller delvis anligger med tryck mot halsen av den främre delen av munstycket (jämför DE-PS 873 011). Vid den förut kända anordningen rör det sig om ett direkt- kylt insprutningsmunstycke, vilket är anordnat centralt över förbränninge- kammaren. Nackdelen med dessa förut kända hylsor är att genom beröringen av hylsorna med de ifrågavarande munstyckskropparna leds värmen vidare in i hylskropparna, åtminstone i det övre omradet. Likaledes kan vid drift i dessa omraden spänningar uppstå i hylsan, vilket kan leda till sprickor i hylsan.

Vidare är den stora diametern, som munstycksborrningen maste ha i cylinder- huvudet, ofördelaktig, med vilken munstycket och skyddshylsan kan införas och fästas. Detta har vid den förut kända anordningen visserligen liten betydelse, eftersom - som redan nämnts - här föreligger ett direktkylt insprutningsmunstycke, vilket är anordnat centralt över förbränningskamma- ren. Däremot vore den större diametern problematisk av konstruktiva skäl vid föreliggande uppfinning, vid vilken insprutningsmunstycket är anordnat pa avstand fran mitten i närheten av förbränningskammaröppningens kant snett mot förbränningskammarens längdaxel och skall värmeavgivningen ske ur insprutningsmunstyckets omrade över de kylda cylinderhuvudytorna. Det skall vidare fastställas att vid det förut kända ínsprutningsmunstycket spetsen av den främre delen av munstycket sträcker sig in i förbränningskarnmaren.

Varför detta är sa utfört har inteantytts i beskrivningen av DE-PS 873 Üll.

Eftersom vid centralt anordnade insprutningsmunstycken problemet med bränslebortblasningen i utrymmet mellan cylinderhuvudet och kolvtoppen pa grund av det större avstandet är mindre aktuell, maste man anta att .insprutningsmunstyckets inskjutning i förbränningskammaren här tjänar ett annat ändamal.

Genom att det föreligger ett sammanhang mellan kolvens avstand fran cylinderhuvudet vid insprutningens början respektive insprutningens slut och optimal inskjutningslängd av insprutningsmunstyckets mynning i för- bränningskammaren (kolvens ifragavarande avstand är beroende pa förbrän- 456 262 4 ningsmotorns slag), är det vld en ytterligare utformning av uppfinningen fördelaktigt om inskjutningslängden hos spruthalet i förbränningsutrymmet - sett i vertikal riktning - uppgar till åtminstone sa mycket som kolvtoppen vid slutet av bränsleinsprutningen vid märkvarvtal och full last skiljer fran underkanten av den vid den övre dödpunkten bildade cylinderhuvudspalten.

D.v.s. att i slutet av insprutningen kommer spruthalet hos insprutningsmun- stycket åtminstone att ligga i niva med kolvtoppen. Det kan ligga under denna men inte över.

Det har visat sig att förloppet vid slutet av insprutningen i huvudsak svarar för uppkomsten av erosioner pa kolvtoppen. Man kan således ta slutet av insprutningen som mattstock vid märkvarvtal och full last för att fastställa spruthalets inskjutningsdjup. Detta läge kommer därefter att i de flesta fall även vara optimalt för avgasemissionerna, pa vilka man speciellt maste beakta vid lag last och vid lagt varvtal. A ena sidan är da nämligen spruttiderna kortare och insprutningens början och insprutningens slut ligger närmre den övre dödpunkten, och a andra sidan är gasrörelserna (rotations- och utströmsrörelserna) mycket mindre, eftersom dessa är ungefär proportio- nella mot varvtalen.

Speciellt goda resultat uppnas med hylsor, vilka skjuter ut U,5-2,U mm över spruthalet. Hylsor som skjuter fram ytterligare skulle störa förbrän- ningsluftens rotation.

Det har visat sig lämpligt att slitsbredden hos hylsan i monterat kallt tillstànd uppgar till 0,5-2 mm och den yttre diametern av hylsan i fritt (icke monterat) tillstànd är l,Û-l,3 ganger värdet av diametern av mun- styckets hal i cylinderhuvudet. Detta möjliggör en lätt montering respektive införing av hylsan i munstyckshalet, eftersom den med längdslits försedda hylsan lätt kan deformeras elastiskt.

Dessutom föreslas att ett band anordnas i omradet för munstycke- hallaren pa hylsan. Detta band bestämmer monteringsläget för hylsan och förhindrar att hylsan glider in i cylindern.

Det är vidare fördelaktigt att placera längdslitsen (slitsläget) i ,det omrade pa hylsan, som är helt täckt av cylinderhuvudet. Därigenom kan ej heller bränsle träffa det riskabla omradet genom den förhandenvarande spalten. Speciellt paverkas därvid den i det nedre hylsomradet (i omradet för cylinderhuvudets nedre del) bildade cylinderhuvudspetsen inte sa starkt genom den olämpliga termiska deformeringen av den fran cylinderhuvudet utskjutande hylsdelen. Härmed minskas risken för sprickbildningar speciellt 456 262 pa dessa ställen respektive en avbränning av denna spets.

Uppfinningen beskrivs närmare i det följande med hänvisning till de bifogade ritningarna, som visar en föredragen utföringsform. Fig. l är en längd-sektion genom den nedre delen av ett i ett cylinderhuvud anordnat insprutningsningsmunstycke med hylsa liksom av den övre delen av en i en cylinder anordnad kolv med förbränningskammare i den övre dödpunkten (OT).

F ig. 2 är en tvärsektion efter linjen II-ll genom insprutningsmunstycket och hylsan i fig. l. Fig. 3 är en längdsektion liknande den i fig. l med inritad gasrörelse efter den övre dödpunkten OT och inritad bränslestrale med bränslemoln. Fig. 4 är ett diagram över kolvens rörelse under insprutningsför- loppet, varvid askådliggöres spruthalets inskjutningsdjup (strålutskjutnings- punkten) i förbränningskammaren (i större skala).

Fig. l och 3 visar en i en kolv 6 anordnad, sfärisk förbrännings- kammare 7, som mot ett cylinderhuvud 5 uppvisar en inskuren hals, i vilken är anordnad en snett in i förbränningskammaren 7 mynnande, såsom pip utfor- mad förbindningskanal 7a. i förbindningskanalens 7a förlängning är i cylinder- huvudet 5 ett bränsleinsprutningsmunstycke 2 anordnat. Detta omges av en hylsa 4 med spel 16 och själva spruthalet 2a är beläget under planet för cylinderhuvudets nedre del Sa. Hylsan ll är öppen vid ändarna och uppvisar en längsgående slits, varvid slitsens bredd s (jämför fig. 2) i monterat kallt tillstànd uppgår till Û,5-2,Û mm. Den yttre diametern av den fria (icke monterade) hylsan li kan maximalt uppga till 1,3 gånger värdet av diametern d hos munstyckets borrning ll i cylinderhuvudet 5, företrädesvis används en hylsa med 1,1 gånger värdet av nämnda diameter. Hylsans 4 största eller minsta jâmstora diameter gentemot munstyckets borrning ll sörjer för att hylsans li yttre yta anligger tätt mot cylinderhuvudets vägg. Därigenom avleds den i hylsan inledda värmen bra till den kylda cylinderhuvudväggen.

Det är väsentligt att hylsan 4 skjuter ut förbi insprutningsmun- styckets 2 spruthål 2a. Den förbiskjutande delen kan uppgå till 0,5-2,0 mm.

Sasom mycket fördelaktigt har det visat sig om hylsan skjuter fram 1,0 mm. l kolvens 6 övre dödpunktsläge (fig. 1) skjuter spruthålet Za liksom -den cylinderhuvartade delen av hylsan 4 in i förbränningskammaren 7.

Spruthålets 2a inskjutningsdjup a in i förbränningskammaren 7 - mätt i vertikal riktning - uppgår därvid åtminstone till så mycket som kolvtoppen 6a vid slutet av bränsleinsprutningen - beroende pa märkvarvtal och full last - är anordnad pa avstånd fran underkanten av den i det övre dödpunktsläget bildade cylinderhuvudspalten Sb. 456 262 6 Ifall en ytterligare förbättring av avgasvärdet önskas (gäller exemepelvis för lättare fordon sasom personbilar i det lägre lastomradet), är det även tänkbart att lata spruthalet skjuta in ytterligare i förbränningskam- maren och att bestämma inskjutningsdjupet a i beroende av kolvens avstand vid insprutningens början respektive ett värde mellan insprutningens början och insprutningens slut.

I fig. 1 är ocksa munstyckets centrumaxel l inritad, vilken här sammanfaller med centrumaxeln för spruthalet. Detta behöver emellertid inte alltid vara fallet." Dessutom är munstyckshallaren betecknad med 3. I omradet för denna munstyckshallare uppvisar hylsan 4 en flâns lla. Därigenom inriktas hylsan i sitt läge.

Fig. 3 visar läget hos kolven 6 i den övre dödpunkten eller mot slutet av insprutningen. Det skall papekas att kring den insprutade bränslehu- vudstralen 8 finns en bränsledimma 9 eller energilösa bränsledroppar, vilka företrädesvis - beroende pa den roterande luften 17 - slar ned mot den cylinderhuvartade delen av den heta hylsväggen och förangas där. Pilarna 15 visar den radiella gasrörelsen som sker efter det övre dödpunktsläget.

Det har visat sig att denna radiella gasrörelse övervägande är orsaken till erosionerna pa kolvtoppen eller cylinderhuvudet, eftersom dessa bränslemoln eller- droppar, som uppstar mot slutet av insprutningen, rycks med företrädesvis i spalten mellan cylinderhuvudet och kolvtoppen. Eftersom vid föreliggande uppfinning vid slutet av insprutningen spruthaiet Za fortfa- rande ligger åtminstone i kolvtoppens 6a plan (eller eventuellt djupare), uppträder inte denna nackdel. Detta gäller likaledes för insprutningens början före det övre dödpunktsläget, fastän därvid i de flesta fall spruthalet Za hos insprutningsmunstycket 2 fortfarande kommer att ligga över kolvtoppen óa. l detta fall kommer den med större hastighet i förbränningskammaren inström- mande tryckströmmen att i stor omfattning förhindra en bortblasning av bränslet inne i utrymmet mellan kolvtoppen och cylinderhuvudet.

I diagrammet i fig. li är kolvens väg i form av en parabel 13 i beroende vevaxelns vinkelläge. Exempelvis börjar bränsleinsprutningen vid .260 före det övre dödpunktsläget och slutar vid 120 efter det övre dödpunkts- läget. Hela insprutningsvaraktigheten vid full last betecknas med 10. Det skall ocksa papekas att kolven vid slutet av insprutningen befinner sig pa ett avstand a fran cylinderhuvudets spalt Sb. Detta avstand a motsvarar inskjut- ningsdjupet av mynningen av stralens spruthal 2a i förbränningskammaren da kolven befinner sig i det övre dödpunktsläget. Exempelvis uppgar inskjut- IS: f: 456 262 7 ningsdjupet a till ungefär 1,3 mm och hylsan 4 sträcker sig förbi spruthaiet 2a ungefär 1 mm. Insprutningsborrningens centrumaxel betecknas i fig. 4 med 12. ' Som avslutning skall nämnas att genom hylsans utskjutning utförs borr-ningen i cylinderhuvudet för munstycket större. Snarare utföres mun- styckets hals nagot tunnare. Denna materialminskning i omradet för mun- styckets hals påverkar automatiskt (genom den mindre frilagda ytan och genom det inre bränsleflödet) en ytterligare temperaturminskning pà mun- stycket.

Claims (3)

456 262 PATENTKRAV

1. Luftkomprimerande förbränningsmotor med självtändning eller separat tändning, vilken i kolven uppvisar en rotationskroppformad förbrän- ningskammarurtagning, vid vilken den inströmmande förbränningsluften ge- nom förut kända medel utför en rotatidnsrörelse kring förbränningskamma- rens längdaxel och vid vilken bränslet, via ett pa avstand fran mitten i närheten av förbränningskammarurtagningens .öppning snett mot brännkam- marens längdaxel i en borrning i cylinderhuvudet anordnat insprutningsmun- stycke, med endast en strale insprutas sa, i riktningen för den roterande förbränningsluften in i förbrënningskammaren, att bildandet av en bränslefilrn pa förbränningskammarens vägg möjliggöres, varvid insprutningsmunstyckets öppning (Ze) vid kolvens (6) övre dödpunkt ligger under kolvtoppen (Ga) och skjuter in i förbränningskammaren (7), k ä n n e t e c k n a d därav, att insprutningsmunstycket (2) omges med spel (16) av en vid ändarna öppen hylsa (4), vilken skjuter fram förbi nämnda öppning (2a) för insprutningsmunstycket (2), att hylsan (li) är slitsad i längdriktningen och elastiskt insatt i borrningen (ll) för rnunstyckskroppen, att hylsan (4) endast skjuter in i förbränningskam- maren sa langt, att ett axiellt förlöpande omrade hos hylsan (4) helt täcks av cylinderhuvudet (S) samt att hylsan (4) är slítsad i detta omrade.

2. Luftkomprimerande direktinsprutande förbränningsmotor enligt krav l, k ä n n e t e c k n a d därav, att den yttre diametern av den med slits försedda hylsan (14) i fritt, (icke monterat), tillstànd är l,Û-l,3 ganger värdet hos borrningen (ll) för munstyckskroppen i cylinderhuvudet (5).

3. Luftkomprimerande, direktinsprutande förbränningsmotor enligt krav l eller följande krav, k ä' n n e t e c k n a d därav, att hylsan (4) uppvisar en fläns (fia) i omradet för munstyckets hallare (3).